Bể UASB là gì? Nguyên lý hoạt động và cách để vận hành tốt

Với nhiều ưu điểm, tính năng vượt trội, UASB là một trong những loại bể kị khí được nhiều nhá máy lựa chọn trong việc xử lý nước thải hiện nay. Để giúp độc giả hiểu rõ hơn về loại bể này, bài viết dưới đây sẽ cung cấp đến bạn những thông tin cơ bản về bể UASB cũng như nguyên lý hoạt động và cấu tạo của bể.

Bể UASB là gì?

UASB là viết tắt của cụm từ Upflow Anaerobic Sludge Blanket, đây là một loại bể kị khí trong xử lý nước thải, hiện nay sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là tại các nhà máy lớn.

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 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.

Cấu tạo của bế UASB gồm 2 bộ phận chính:

• Hệ thống tách thu khí
• Hệ thống máng thu nước sau xử lý

Thông thường, khi nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lý của bể càng lớn, do đó hiện nay loại bể kị khí này được áp dụng nhiều tại Việt Nam và mang lại hiệu suất xử lý nước thải lớn.

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 kgBOD/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 kị 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 kị 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 kị 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 kị 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 Axít 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: Qúa trình Methane hóa

Đây là giai đoạn diễn ra quá trình Methane 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.

Tính toán thiết kế bể UASB để bể vận hành tốt nhất

Để bể UASB hoạt động tốt và ổn định, cần phải đảm bảo các nguyên tắc sau:

• Bùn kị 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:

Bể UASB ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống để xử lý nước thải

Bể UASB được xây dựng nhiều tại các nhà máy, xí nghiệp sản xuất nhằm phục vụ quá trình xử lý nước thải

Khi sử dụng công nghệ UASB bạn cần lưu ý một số điều sau

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.