Bể UASB là công nghệ xử lý nước thải kỵ khí tiên tiến và được ứng dụng rộng rãi tại các ngành công nghiệp có tải lượng ô nhiễm hữu cơ cao: chế biến thực phẩm, thủy hải sản và công nghiệp. Hãy cùng Hưng Thịnh tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và lý do vì sao bể UASB ngày càng được ưa chuộng trong các giải pháp xử lý nước thải hiện nay.
Bể UASB là gì?
UASB là viết tắt của cụm từ Upflow Anaerobic Sludge Blanket, đây là một loại bể kỵ khí trong xử lý nước thải. Bể UASB sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải bằng cách sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vật tùy nghi.
Dưới đây là phương trình phản ứng xảy ra tại bể UASB:
(CHO)n NS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào vi sinh
Theo các tài liệu khoa học, trong bể UASB, nước thải được đưa vào bể bằng hệ thống phân phối riêng. Nước chuyển động từ dưới lên trên và đi qua lớp đệm bùn và gồm các sinh khối được hình thành dưới dạng hạt nhỏ hoặc lớn.
Điều này cho phép nước thải tiếp xúc với các hạt bùn vi sinh một cách dễ dàng, thuận lợi hơn từ đó tăng khả năng xử lý nước.
Cấu tạo của bể UASB
Hiện nay, đa số bể UASB được xây dựng với hình chữ nhật và bằng chất liệu bê tông cốt thép, đảm bảo độ chắc chắn và an toàn nhất.
Đặc biệt, trong bể còn được lắp đặt thêm tấm chắn khí có độ nghiêng >= 35 độ so với phương nằm ngang để giúp quá trình tách khí khỏi nước thải dễ dàng hơn.
Bể UASB được cấu tạo thành 3 bộ phận chính:
- Hệ thống phân phối nước đáy bể: Có nhiệm vụ nạp nước thải từ dưới lên và khống chế ở vận tốc <1m/h, nhằm điều chỉnh bùn hoạt tính tiếp xúc với các chất hữu cơ.
- Tầng xử lý: Diễn ra các phản ứng để tạo ra CH4 và Co2
- Hệ thống phân tách pha: Tại hệ thống phân tách các chất lỏng được chia thành rắn, lỏng và khí
Thông thường, khi nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lý của bể càng lớn, do đó hiện nay loại bể kỵ khí này được áp dụng nhiều tại Việt Nam và mang lại hiệu suất xử lý nước thải lớn.
Ưu nhược điểm của bể UASB
Bể UASB là công nghệ xử lý nước thải kỵ khí hiệu quả, đặc biệt phù hợp với nguồn nước thải có hàm lượng hữu cơ cao. Dưới đây là ưu nhược điểm của bể UASB:
Ưu điểm của bể UASB
Không phải ngẫu nhiên mà bể UASB lại được ứng dụng rộng rãi. Sở dĩ dòng bể này trở thành sự lựa chọn hàng đầu của các doanh nghiệp trong việc xử lý nước thải là nhờ những ưu điểm vượt trội dưới đây:
- Xử lý nước thải bằng bể UASB làm giảm lượng bùn sinh học từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí xử lý bùn
- Bể UASB xử lý được hàm lượng chất hữu cơ cao, lên đến 4000mg/l, BOD 500mg/l – đây là điều mà những bể kị khí thông thường khác không đạt được.
- Quá trình xử lý nước thải trong bể UASB sẽ khi ra khí biogas (CH4) – Đây là loại khí có giá trị kinh tế cao, được dùng làm nhiên liệu để đun nấu,….
- So với bể Aerotank thì bể UASB chịu được tải trọng gấp 10 lần khoảng 3 – 8 kgCOD/m3/ngày. Từ đó giúp giảm thể tích đáng kể, không tốn quá nhiều diện tích cũng như chi phí để xây dựng.
- UASB là bể xử lý sinh học kỵ khí do đó không tốn năng lượng cho việc cấp khí.
- So với các loại bể thông thường, bể UASB được người tiêu dùng đánh giá cao bởi khả năng xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy, chất độc hại rất tốt.
- Với tải trọng lớn do đó dòng bể kị khí này có khả năng chịu sốc cao, ít tốn diện tích
- Bể có thể hoạt động theo mùa vì sau thời gian ngừng hoạt động, bùn kị khí trong bể có thể phục hồi.
Nhược điểm của bể UASB
Mặc dù có nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên bể kỵ khí UASB cũng có một số nhược điểm dưới đây:
- Các chuyên gia đánh giá, để vận hành bể UASB cần thời gian khởi động lâu.
- Việc nuôi cấy bùn kỵ khí khó, thời gian thích nghi kéo dài từ 3 – 4 tháng
- Mặc dù có khả năng xử lý nước thải tốt nhưng tần suất không ổn định. Đặc biệt, khó có thể can thiệp sâu vào hệ thống vì quá trình sinh học của bể UASB diễn ra tự nhiên
- Vì hiệu quả xử lý không ổn định nên dẫn đến lượng khí sinh ra từ bể bất ổn so với các loại bể kỵ khí khác
- Ở bể UASB, lượng khí thu được từ quá trình nước thải di chuyển ngược lên lớp bùn sinh học được thu qua phễu tách khí. Tuy nhiên, để quá trình này vận hành tốt nhất, cần có tấm hướng dòng giúp khí tập trung vào phễu mà không qua ngăn lắng. Ngoài ra, diện tích bề mặt nước phải lớn để các hạt bùn nổi tách khỏi bọt khí.
Nguyên lý hoạt động của bể UASB
Quá trình vận hành, hoạt động của bể UASB diễn ra theo 3 giai đoạn dưới đây:
Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
Ở giai đoạn này, các chất không tan như: polysaccharides, proteins, lipids, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra được chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan như: acid béo, đường, các amino acid,….
Thông thường, quá trình thủy phân diễn ra khá chậm và tùy thuộc vào kích thước hạt, độ PH cũng như đặc tính của cơ chất.
Giai đoạn 2: Quá trình Axit hóa
Ở giai đoạn 2, trong bể UASB sẽ diễn ra quá trình axit hóa. Các vi khuẩn lên men sẽ chuyển hóa chất hòa tan thành các chất đơn giản như: acid lactic, acid béo dễ bay hơi, alcohols, methanol, H2, CO2, NH3, H2S và sinh khối mới.
Do sự hình thành các acid do đó độ PH trong bể lúc này có thể giảm xuống đến 4.0.
Giai đoạn 3: Quá trình Metan hóa
Đây là giai đoạn diễn ra quá trình Metan hóa. Theo đó, các sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kị khí.
Lúc này, trong bể UASB sẽ diễn ra các phương trình phản ứng:
2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH
CH3COOH = CH4 + CO2
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
Quá trình thủy phân của các protein có khả năng phân hủy:
NH3 + HOH = NH4- + OH-
Khí OH- được sinh ra sẽ phản ứng với CO2 tạo thành ion bicacbonat.
Hướng dẫn cách tính toán thiết kế bể UASB
Bể UASB hoạt động hiệu quả bạn có thể tham khảo các tham số dưới đây:
Tải trọng thể tích của bể UASB hoạt động ở 30oC, hiệu quả xử lý 85-95%
| COD nước thải (mg/L) | Tỷ lệ COD do cặn gây ra | Tải trọng thể tích (kg COD/m3.ngđ) | ||
| Bùn dạng bông bùn | Bùn hạt, dễ loại TSS cao | Bùn hạt, mức độ loại SS ít hơn | ||
| 1000-2000 | 0,10-0,30 | 2-4 | 2-4 | 8-12 |
| 0,30-0,60 | 2-4 | 2-4 | 8-14 | |
| 0,60-1,00 | ||||
| 2000-6000 | 0,10-0,30 | 3-5 | 3-5 | 12-18 |
| 0,30-0,60 | 4-8 | 2-6 | 12-24 | |
| 0,60-1,00 | 4-8 | 2-6 | ||
| 6000-9000 | 0,10-0,30 | 4-6 | 4-6 | 15-20 |
| 0,30-0,60 | 5-7 | 3-7 | 15-24 | |
| 0,60-1,00 | 6-8 | 3-8 | ||
| 9000-18000 | 0,10-0,30 | 5-8 | 4-6 | 15-24 |
| 0,30-0,60 | 3-7 | |||
| 0,60-1,00 | 3-7 | |||
Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ đối với COD hòa tan, có hiệu quả xử lý 85-95%, nồng độ bùn trung bình 25 g/L
| Nhiệt độ (oC) | Tải trọng thể tích (kg sCOD/m3.ngđ) | |||
| Nước thải có VFA | Nước thải không VFA | |||
| Khoảng | Đặc trưng | Khoảng | Đặc trưng | |
| 15 | 2-4 | 3 | 2-3 | 2 |
| 20 | 4-6 | 5 | 2-4 | 3 |
| 25 | 6-12 | 6 | 4-8 | 4 |
| 30 | 10-18 | 12 | 8-12 | 10 |
| 35 | 15-24 | 18 | 12-18 | 14 |
| 40 | 20-32 | 25 | 15-24 | 18 |
Vận tốc nước chảy từ dưới lên và chiều cao bể UASB
| Loại nước thải | Vận tốc (m/h) | Chiều cao thiết bị (m) | ||
| Khoảng | Đặc trưng | Khoảng | Đặc trưng | |
| Gần 100% COD hòa tan | 1,0-3,0 | 1,5 | 6-10 | 8 |
| Một phần COD hòa tan | 1,0-1,25 | 1,0 | 3-7 | 6 |
| Nước thải sinh hoạt | 0,8-1,0 | 0,7 | 3-5 | |
Để bể UASB hoạt động tốt và ổn định, cần phải đảm bảo các nguyên tắc sau:
- Bùn kỵ khí có tính lắng tốt
- Để tránh rửa trôi bùn khỏi bể cần có bộ phận tách chất khí – chất rắn, phần lắng ở trên phải có thời gian lưu nước đủ lớn.
- Hệ thống phân phối đầu vào phải đảm bảo khả năng tiếp xúc tốt giữa lớp bùn sinh học và chất thải.
Một số hình ảnh thực tế về bể UASB
Dưới đây là hình ảnh thực tế bể UASB được ứng dụng trong thực tiễn:
Các lưu ý khi sử dụng bể UASB
Để vận hành và sử dụng công nghệ UASB một cách tốt nhất và phát huy hiệu quả tối ưu, bạn cần lưu ý một số vấn đề dưới đây:
Hàm lượng chất hữu cơ có trong bể UASB
Nếu hàm lượng chất hữu cơ COD < 100 mg/l thì không sử dụng được công nghệ UASB. Trong khi đó, hàm lượng COD > 50000mg/l thì phải tuần hoàn nước thải đầu ra hoặc pha loãng nước thải.
Bùn nuôi cấy ban đầu
Bùn nuôi cấy ban đầu trong bể phải có nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/ m3. Đặc biệt, lượng bùn không nên vượt quá 60% thể tích bể UASB.
Nước thải
Để sử dụng công nghệ UASB, cần xem xét thành phần cũng như tính chất của nước thải như: khả năng phân hủy sinh học, hàm lượng chất hữu cơ, nhiệt độ nước thải, tính đệm,…..
Chất dinh dưỡng
Nồng độ nguyên tốt P, N, S có trong bể được tính theo biểu thức: (COD/Y): N:S = (50/Y):5:1:1. Trong đó, nước thải khó acid hóa Y=0.15; Nước thải dễ acid hóa Y= 0.03 (Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải).
Nước thải chứa độc tố
Một số loại nước thải có hàm lượng chất độc, muối cao không thích hợp sử dụng công nghệ UASB.
Hàm lượng cặn lơ lửng
Cần lưu ý rằng, trong bể UASB, hàm lượng cặn lửng lơ không được quá lớn. Nếu vượt quá 3000 mg/l thì rất khó phân hủy.
Trên đây là một số thông tin cơ bản về bể UASB. Hi vọng thông qua bài viết của chúng tôi các bạn sẽ hiểu hơn về nguyên tắc hoạt động cũng như một số lưu ý để vận hành bể tốt nhất đồng thời phát huy tối đa vai trò xử lý nước thải của bể. Nếu cần tư vấn và tìm hiểu thêm về phương pháp này, bạn có thể liên hệ với Hưng Thịnh theo số hotline 0974.222.997 hoặc 0904.779.356 để được tư vấn.
Tôi là Hưng Thịnh từng tốt nghiệp đại Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội. Có 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vệ sinh môi trường. Tôi là chuyên gia trong lĩnh vực xử lý chất thải, Hút bể phốt, Thông tắc cống, Nuôi cấy và vận chuyển bùn vi sinh trên toàn quốc. Nếu cần hỗ trợ có thể liên hệ đến chúng tôi bạn sẽ được các chuyên gia đầu nghành tư vấn giải pháp xử lý triệt để.
