Bể UASB là gì? Cấu tạo, nguyên lý, ưu nhược điểm, tính toán bể UASB

Bể UASB rất hay được nhắc đến trong lĩnh vực làm sạch, bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, với những người không có kiến thức chuyên môn thì rõ ràng khái niệm về thiết bị này còn khá lạ lẫm. Vậy bể UASB là gì? Cấu tạo của chúng ra sao? Hãy cùng chúng tôi đi sâu tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây!

Bể UASB là gì?

Bể UASB là gì?

Bể UASB là gì?

–  Bể UASB là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh Upflow Anaerobic Sludge Blanket – có nghĩa là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. Đây được hiểu như dạng bể kị khí, sử dụng trong việc xử lý nước thải. Thông thường, mẫu thiết bị trên hay được áp dụng trong những nhà máy quy mô lớn.

– Dựa trên như nghiên cứu từ những nhà chuyên gia thì nước thải được phân phối vào bể UASB bằng một đường riêng biệt. Nước sẽ chuyển động theo chiều từ dưới đi lên trên, qua cả lớp đệm bùn và gồm những sinh khối hình thành ở dạng hạt nhỏ hay lớn. Việc này sẽ giúp nước thải có cơ hội được tiếp cận trực tiếp với các hạt bùn nhanh chóng, thuận tiện hơn. Đồng thời, làm tăng khả năng xử lý nước lên cao

Cấu tạo của bể UASB

– Phần lớn bể UASB được xây dựng theo hình chữ nhật, bằng các chất liệu cốt thép, bê tông có độ chắc chắn và an toàn cao. Đặc biệt là, trong bể còn được lắp thêm một số tấm chắn khí với độ nghiêng bằng hoặc lớn hơn 35 độ so với chiều ngang. Mục đích của việc này nhằm giúp quá trình tách khí khi chúng lẫn với nước thải được nhanh chóng và dễ dàng hơn.

– Cấu tạo của bể UASB bao gồm 2 thành phần chính, đó là: Hệ thống tách thu khí và hệ thống máng thu nước sau xử lý

– Bình thường thì, nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lý của bể sẽ càng lớn. Vì thế, bể UASB rất được ưa chuộng dùng tại thị trường Việt Nam. Trên thực tế sử dụng cũng cho thấy rằng, hiệu suất xử lý nước thải tương đối tốt.

Cấu tạo bể UASB như thế nào?

Cấu tạo bể UASB như thế nào?

Ưu, nhược điểm bể UASB mang lại ra sao?

Bể UASB mang những ưu, nhược điểm sau đây:

Về ưu điểm 

  • Tiết kiệm chi phí xử lý bùn

Do sử dụng bể UASB nên lượng bùn sinh học tạo ra vì thế cũng giảm đi đáng kể, giúp tiết kiệm phí xử lý bùn tối đa

  • Mang hàm lượng chất hữu cơ cao

Theo nghiên cứu khoa học thì trong bể UASB sở hữu hàm lượng chất hữu cơ tương đối cao, có khi lên tới 4000 mg/l, BOD đạt 500 mg/l. Như vậy, so sánh với bể kị khí thường thì rõ ràng UASB hữu ích hơn

  • Làm sản sinh ra khí CH4 mang giá trị lớn về kinh tế

Trong quá trình dùng bể UASB để xử lý nước thải sẽ sinh ra khí CH4. Đây được biết tới là nhiên liệu mang hiệu quả về kinh tế tốt, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống khác nhau

  • Sức tải cao

Bể UASB có sức chịu tải cực lớn, tầm từ 3-8 kg BOD/m3/ngày. Vì vậy, nó khiến thể tích bị giảm đi, nhờ đó không tốn nhiều diện tích và chi phí xây dựng

  • Hoàn toàn không tốn năng lượng

Là loại bể kị khí nên UASB không mất năng lượng để cấp khí như nhiều loại bể khác

  • Mang khả năng xử lý chất hữu cơ khó phân hủy và độc hại khá tốt

Nếu so sánh với những dạng bể thông thường thì rõ ràng, bể UASB được người tiêu dùng đánh giá tốt hơn bởi khả năng xử lý những chất thải khó phân hủy cũng như chất độc tương đối tốt

  • Chịu sốc cao

Do bể có tải trọng khá lớn lên dòng bể kị khí này mang khả năng chịu sốc cao, hiệu quả

  • Hoàn toàn có thể hoạt động theo mùa

Bể hoàn toàn có thể hoạt động theo mùa vì sau khoảng thời gian ngừng hoạt động thì bùn kị khí có thể tự phục hồi lại một cách dễ dàng

Về nhược điểm 

Tuy sở hữu rất nhiều ưu điểm song bể UASB vẫn còn tồn đọng một số hạn chế như:

– Khởi động bể UASB cần thời gian khá lâu

– Việc nuôi bùn kị khí rất khó, cần thời gian để thích nghi khoảng 3-4 tháng

– Khả năng xử lý nước thải tốt song tần suất lại không có sự ổn định

– Rất khó can thiệp sâu vào quy trình vận hành vì bể UASB hoạt động theo tự nhiên mà không chịu quá nhiều sự chi phối

– Lượng khí sinh ra không đều so với những dạng bể khác

– Cần có diện tích bề mặt nước lớn nhằm giúp những hạt bùn nổi, tách khỏi bọt khí

XEM THÊM: Bể SBR là gì?

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: Tiến hành thủy phân, cắt mạch những hợp chất cao phân tử
  • Giai đoạn 2: Tiến hành quá trình axit hóa
  • Giai đoạn 3: Quá trình Methan hóa

Chi tiết từng quá trình như sau:

Tên giai đoạn Diễn giải hoạt động từng giai đoạn
Giai đoạn 1 Trong giai đoạn 1, những chất không tan như: Lipids, Protein, Polysaccarid chịu tác động của enzyme do vi khuẩn sinh ra sẽ được chuyển thành những phức đơn giản hơn hoặc các chất có tính hòa tan. Ví dụ như: Đường, acid béo, amino acid

Thường thì tiến trình thủy phân sẽ diễn ra chậm vì còn tùy thuộc vào kích thước hạt cũng như độ PH và đặc tính của những cơ chất

Giai đoạn 2 Những vi khuẩn lên men sẽ được chuyển hóa thành những chất đơn giản như: Acid lactic, acid béo dễ bay hơi, alcohols, methanol, H2, CO2, NH3, H2S

Sự hình thành acid trong bể có thể khiến độ PH bị giảm đi nhiều, thấp nhất là 4

Giai đoạn 3 Những sản phẩm đã methane hóa thành những khí CH4 hay CO2 bằng các loại vi khuẩn kị khí

Những phương trình phản ứng diễn ra trong giai đoạn 3 là:

2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH

CH3COOH = CH4 + CO2

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

Phương trình phản ứng khi thủy phân protein có khả năng phân hủy:

NH3 + HOH = NH4- + OH-

Khí OH- được tạo ra để kết hợp với CO2 tạo thành ion bicacbonat

Tính toán thiết kế bể UASB

a. Những nguyên tắc để bể hoạt động tốt nhất 

Nhằm giúp bể UASB hoạt động tốt và ổn định nhất, bạn cần đảm bảo những nguyên tắc sau đây:

+ Bùn kị khí mang tính lắng tốt

+ Tránh rửa bùn trôi thì cần hệ thống tách khí, chất rắn. Bên cạnh đó, phần lắng ở trên cần có thời gian lưu nước đủ lớn

+ Hệ thống phối nước đầu vào cần đảm bảo có thể tiếp xúc tốt giữa lớp bùn sinh học với chất thải

b. Cấu tạo vật lý

Cần dựa vào sơ đồ sau đây:

Sơ đồ bể UASB

Sơ đồ bể UASB

c. Quy trình vận hành 

Hiện tại, nước ta chưa có loại bùn hạt. Vì thế, quá trình vận hành được thực hiện với trọng tải ban đầu vào khoảng 3 kg COD/m3/ngđ. Khi đạt tới trạng thái ổn định thì tải trọng trên sẽ được tăng lên gấp đôi tới khi đạt tầm 15-20 kg/COD/m3/ngđ thì được. Để làm công đoạn trên thì cần mất thời gian từ 3-4 tháng. Sau đó, bể sẽ đi vào hoạt động ổn định, khả năng chống chịu tải cũng cao hơn

Ngoài ra, khí metan thu được sẽ dùng cho việc đun nấu cũng như cung cấp nhiệt. Còn lượng bùn sinh ra thường nhỏ nên không cần phải đặt vấn để xử lý bùn. Tiến trình xử lý thường chỉ tốn lượng năng lượng nhỏ để bơm nước

d. Tính toán thiết kế

– Tải trọng thể tích cơ bản của bể UASB có thể đạt hiệu quả xử lý từ 85-95%, ở nhiệt độ 30 độ C theo bảng 1 dưới đây:

Tải trọng thể tích cơ bản của bể UASB khi ở 30 độ C, hiệu suất xử lý 85-95%

Tải trọng thể tích cơ bản của bể UASB khi ở 30 độ C, hiệu suất xử lý 85-95%

– Tải trọng thể tích của bể tính theo nhiệt độ với COD hòa tan, hiệu suất xử lý 85-95%, nồng độ bùn TB 25g/L được biểu diễn tại bảng 2 như sau:

Tải trọng thể tích của bể tính theo nhiệt độ với COD hòa tan, hiệu suất xử lý 85-95%, nồng độ bùn TB 25g/L

Tải trọng thể tích của bể tính theo nhiệt độ với COD hòa tan, hiệu suất xử lý 85-95%, nồng độ bùn TB 25g/L

– Giá trị cũng như thời gian lưu nước, vận tốc chảy ngược, chiều cao thiết bị như sau:

Giá trị cũng như thời gian lưu nước, vận tốc chảy ngược, chiều cao thiết bị

Giá trị cũng như thời gian lưu nước, vận tốc chảy ngược, chiều cao thiết bị

e. Tính thể tích và kích thước bể

Nhằm xác định thể tích cũng như kích thước bể UASB, bạn cần xem xét tới những điều sau:

+ Tải trọng hữu cơ

+ Vận tải dòng chảy

+ Thể tích xử lý hiệu quả

+ Thể tích vùng lắng

Cụ thể được tính theo các công thức sau:

Cách tính thể tích bể UASB

Cách tính thể tích bể UASB

Cách tính diện tích thiết bị

Cách tính diện tích thiết bị

Những lưu ý trong quá trình sử dụng bể UASB

Những lưu ý trong quá trình dùng bể UASB là:

  • Hàm lượng chất hữu cơ trong bể UASB: Nếu hàm lượng chất hữu cơ COD nhỏ hơn 100 mg/l thì không thể dùng bể UASB. Nếu COD lớn hơn 50000 mg/l thì cần tuần hoàn nước thải ở đầu ra hay pha loãng nước thải
  • Bùn nuôi cấy ban đầu: Phải có nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m3. Đặc biệt là, lượng bùn không được vượt quá 60% thể tích của bể UASB
  • Nước thải: Để dùng được bể UASB cần xem xét thành phần trong nước thải. Chả hạn như: Hàm lượng chất hữu cơ, tính đệm, nhiệt độ nước thải, khả năng phân hủy sinh học
  • Chất dinh dưỡng: Nồng độ P, N, S được tính theo công thức 5:1:1. Trong đó, nước thải khó acid hóa Y=0,15, dễ acid hóa Y= 0,03 (Y được hiểu là hệ số về sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải)
  • Nước thải chứa độc tố: Một số loại nước thải sở hữu hàm lượng muối, chất độc cao thì không dùng được bể UASB
  • Hàm lượng cặn lơ lửng: Không được quá lớn, trên 3000 mg/l rất khó phân hủy

Bể UASB được ứng dụng như thế nào?

Bể UASB được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải bia, rượu vì ở các nhà máy bia thì quy trình lên men acid diễn ra tương đối nhanh chóng. Do đó, vào bể UASB chỉ cần lên men Methane với PH lớn hơn 6 hoặc 7.5 là hợp lý nhất.

Đối với những loại nước thải khác thì bể UASB xử lý không dễ chút nào. Bên cạnh đó có thể sử dụng công nghệ xử lý nước thải khác như công nghệ bể anoxic hay bể aerotank.

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về bể UASB. Hy vọng rằng, bạn sẽ có thêm nhiều kiến thức hay, hấp dẫn sau khi đọc xong bài viết này!

Leave a Reply

Call Now