Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể UASB trong xử lý nước thải

Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí, trong đó nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí để loại bỏ các chất hữu cơ. Bể UASB trong xử lý nước thải là một trong những phương pháp mang đến tính hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải. Đây là một giải pháp hiện đại, hiệu quả trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Với khả năng tiết kiệm năng lượng và sản xuất khí sinh học (biogas), bể UASB ngày càng được ứng dụng rộng rãi tại các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất bia, và ngành công nghiệp giấy.

Cấu tạo bể xử lý nước thải UASB

Bể UASB có thiết kế khá phức tạp với cấu trúc linh hoạt và đa dạng. Bên trong bể được bố trí các tấm chắn ngang nghiêng 35 độ, giúp tối ưu hóa quá trình phân hủy chất hữu cơ và xử lý nguồn nước thải hiệu quả.

Để nâng cao hiệu suất xử lý nước thải, bể UASB được trang bị 3 hệ thống quan trọng, bao gồm:

• Hệ thống máng thu nước: Thu gom nước đã qua xử lý, đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn.
• Hệ thống cấp nước: Được thiết kế để đẩy nước từ đáy bể lên, đồng thời điều chỉnh tốc độ dòng chảy sao cho phù hợp. Điều này giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa bùn hoạt tính và các chất hữu cơ, từ đó đẩy nhanh quá trình xử lý.
• Hệ thống tách khí: Hỗ trợ phân tách bùn, nước thải và khí thành 3 pha riêng biệt, đảm bảo hiệu quả xử lý được tối ưu hóa.

Đặc điểm của công nghệ UASB

Thông qua nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực môi trường, các kỹ sư đã xác định rằng công nghệ xử lý nước thải UASB có những đặc điểm nổi bật như sau:

• Quá trình phân hủy, lắng bùn và tách khí được tích hợp trong cùng một hệ thống.
• Tạo ra các loại bùn hạt với mật độ vi sinh cao, có khả năng lắng nhanh hơn so với bùn hoạt tính thông thường.

Một bể xử lý nước thải UASB thường được cấu tạo bởi ba phần chính:

• Hệ thống phân phối nước ở đáy bể.
• Tầng xử lý.
• Hệ thống tách pha.

Hệ thống phân phối nước đáy bể có chức năng dẫn nước thải từ dưới lên, đồng thời tối ưu hóa sự tiếp xúc giữa các chất hữu cơ và các hạt bùn.

Cấu tạo bể UASB trong công nghệ xử lý nước thải thường bao gồm hai bộ phận cơ bản:

• Hệ thống máng thu nước.
• Hệ thống thu khí và tách khí.

Khi xây dựng bể UASB, thông thường bể được thiết kế bằng bê tông hình chữ nhật. Để tăng hiệu quả tách khí, các kỹ sư thường lắp đặt các tấm chắn có độ nghiêng tối thiểu là 35 độ. Công nghệ UASB hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện nhiệt độ cao, do đó rất phù hợp để áp dụng tại Việt Nam.

Công nghệ xử lý nước thải UASB là dạng bể sinh học kỵ khí với dòng nước thải chảy ngược từ dưới lên. Nước thải được đưa vào thông qua hệ thống phân phối và chuyển động ngược dòng với vận tốc từ 0,6 – 0,9 m/h.

Trong môi trường kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị phân hủy thành các hợp chất có kích thước phân tử nhỏ hơn. Đồng thời, nhờ sự kết hợp giữa khí và các hạt bùn, các tấm chắn sẽ đảm nhận nhiệm vụ tách khí, bùn và nước một cách hiệu quả.

Quy trình hoạt động của bể UASB

– Hệ thống phân phối nước thải: Nước thải được đưa vào bể từ đáy lên với vận tốc nhỏ hơn 1m/h. Trước khi vào bể, nước thải được điều chỉnh độ pH trong khoảng 6,6 – 7,6. Dòng nước đi qua lớp bùn kỵ khí, tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí phát triển và xử lý các chất hữu cơ.

– Tầng xử lý: Tại đây, bùn hoạt tính và các chất hữu cơ trong nước thải được tiếp xúc trực tiếp. Vi sinh vật kỵ khí sử dụng các chất ô nhiễm để phát triển, tạo thành sinh khối và chuyển hóa chúng thành khí CH4 và CO2. Các loại khí này bám vào bùn hoặc nổi lên tự do trên bề mặt nước. Để hỗ trợ quá trình tách khí, trong bể được lắp đặt các tấm vách nghiêng với góc nghiêng lớn hơn 35 độ so với phương ngang.

– Hệ thống tách pha: Sau khi xử lý, bùn và khí vẫn còn lẫn trong nước thải. Do đó, tại tầng tách pha, hỗn hợp sẽ được chia thành ba pha: rắn, lỏng và khí. Khí sinh ra được dẫn qua dung dịch NaOH để hấp thụ triệt để. Phần bùn lắng xuống đáy bể, còn nước thải được dẫn qua các màng răng cưa và tiếp tục chuyển đến bể xử lý kế tiếp.

Ưu điểm và nhược điểm của bể UASB

Ưu điểm của bể UASB

Trong quá trình xử lý nước thải bằng bể UASB, hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm nổi bật như sau:

• Giảm lượng bùn sinh học, giúp tiết kiệm chi phí xử lý bùn đáng kể.
• Sản sinh một lượng lớn khí CH4, có thể tận dụng làm nguồn năng lượng, mang lại giá trị kinh tế cao.
• Xử lý hiệu quả các loại nước thải có hàm lượng hữu cơ cao với COD lên đến 4000 mg/l hoặc BOD đạt 500 mg/l. Các tải lượng hữu cơ cao như vậy thường chỉ có thể xử lý bằng bể UASB, trong khi các phương pháp hiếu khí như bể Aerotank hoặc mương oxy hóa khó đáp ứng. Trong trường hợp đặc biệt, chỉ có thể sử dụng bể Aerotank cao tải.
• Tải trọng của bể UASB có khả năng chịu đựng rất cao, lên đến gấp 10 lần so với bể Aerotank, giúp giảm kích thước và thể tích bể xây dựng.
• Có khả năng xử lý các chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy.
• Bể UASB đặc biệt bền vững, có thể chịu được sốc tải và tải trọng cao mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
• Chi phí đầu tư và xây dựng thấp nhờ khả năng chịu tải vượt trội.
• Bùn kỵ khí trong bể UASB có khả năng phục hồi sau thời gian hoạt động dài, cho phép hệ thống vận hành gián đoạn hoặc khởi động lại sau thời gian ngừng hoạt động mà không cần nhiều thời gian tái tạo.

Nhược điểm bể UASB

Bể UASB mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng cũng không thiếu nhược điểm cần lưu ý. Cụ thể, những nhược điểm của bể UASB bao gồm:

• Quá trình khởi động của bể UASB khá lâu, thường kéo dài từ 3 đến 4 tháng. Điều này khiến bùn vi sinh gặp khó khăn trong việc thích nghi với môi trường mới.
• Hiệu suất xử lý của bể UASB không cao, điều này xuất phát từ đặc thù của quá trình phản ứng sinh học trong bể. Do vậy, việc can thiệp và kiểm soát quá trình phản ứng là rất khó khăn.
• Lượng khí sinh ra trong quá trình xử lý phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động của vi sinh vật, dẫn đến sự không ổn định.
• Trong quá trình phản ứng diễn ra ở lớp bùn kị khí, khí metan hình thành và bám vào bề mặt hạt bùn. Chính vì vậy, cần có thiết bị tách khí ra khỏi bùn để đảm bảo bùn có thể lắng đúng cách trong bể.

Tác dụng của bể UASB trong xử lý nước thải

Giải quyết triệt để các nguồn nước thải có chứa chất độc hại và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

Đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý nước thải từ sản xuất bia rượu với hiệu suất cao. Quá trình lên men tại các nhà máy bia diễn ra nhanh chóng, đòi hỏi sự hỗ trợ từ hệ thống bể UASB để xử lý nước thải.

Được ứng dụng rộng rãi trong các ngành có nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm trung bình, như: chế biến thủy sản, sản xuất thực phẩm đóng gói,…

Lưu ý khi vận hành bể UASB

Để đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu cho bể xử lý nước thải UASB, cần lưu ý một số nguyên tắc quan trọng:

• Trước khi bắt đầu vận hành, cần xem xét các yếu tố như đặc điểm nước thải, pH, và vận tốc dòng chảy.
• Điều chỉnh nhiệt độ để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và duy trì của vi sinh vật kỵ khí.
• Nguồn nước có hàm lượng muối và độc tố cao không phù hợp để xử lý trong bể UASB.
• Nếu chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa học) dưới 100mg/l, không nên sử dụng bể UASB. Nếu COD vượt quá 50.000mg/l, cần thực hiện pha loãng nguồn nước đầu vào để bảo vệ hệ thống.

Bể UASB trong xử lý nước thải là giải pháp công nghệ tiên tiến, mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Với những ưu điểm vượt trội về tiết kiệm năng lượng và sản xuất khí sinh học, bể UASB sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại.