Bể UASB

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bể kỵ khí, dòng nước chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên đi qua lớp đệm bùn trong đó bao gồm các sinh khối được hình thành dưới dạng hạt nhỏ hay hạt lớn; giải pháp này cho phép nước thải tiếp xúc với các hạt bùn.
Các khí sinh ra trong quá trình thủy phân lại là nguyên nhân tạo nên sự chuyển động bên trong đệm bùn

Cấu tạo Bể UASB :

Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thường xây dựng hình chữ nhật.
Để dễ tách khí ra khỏi nước thải người ta lắp thêm tấm chắn khí có độ nghiêng >= 35 độ so vơí phương ngang.
– hệ thống máng thu nước sau xử lý.
– hệ thống tách thu khí.
Nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lí của bể UASB càng cao, do đó bể này áp dụng rất tốt ở Việt Nam.

Nguyên tắc Bể UASB:
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí xảy ra (bùn + nước thải) tạo ra khí (70 – 80% CH4). Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5– 10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.
Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên. vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0.6 – 0.9 m/h ( nếu bùn ở dạng bùn hạt ). pH thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí dao động trong khoảng 6.6 – 7.6.

Các giai đoạn xảy ra trong quá trình kỵ khí

– Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.
– Giai đoạn 2: Axít hóa
– Giai đoạn 3: Methane hóa. Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt.

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.

Dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (polysaccharides, proteins, lipids) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các amino acid, acid béo).
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất.

Giai đoạn 2: Axít hóa

Vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới.
Sự hình thành các acid có thể làm pH giảmxuống đến 4.0.

Giai đoạn 3: Methane hóa.

Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã methane hóathành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt.
Các phương trình phản ứng:

– CH3COOH = CH4 + CO2
– 2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH
– CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

Các protein có khả năng phân hủy bị thủy phân: NH3 + HOH = NH4- + OH-
Khi OH- sinh ra sẽ phản ứng với CO2 tạo thành ion bicacbonat.

Ưu điểm bể UASB:

Xử  lý nước thải bằng bể UASB Giảm lượng bùn sinh học, do đó giảm được chi phí xử lí bùn. Khí sinh ra là khí biogas (CH4) mang tính kinh tế cao. Xử lí được hàm lượng chất hữu cơ cao, tối đa là 4000 mg/l, BOD 500 mg/l, điều này không thể thực hiện được ở các bể sinh học hiếu khí hay chỉ áp dụng ở những bể đặc biệt như Aerotank cao tải.
So với Aerotank (0.3 – 0.5 kgBOD/m3/ngày)thì bể UASB chịu được tải trọng gấp 10 lần khoảng 3 – 8 kgBOD/m3/ngày, từ đó giảm được thể tích bể.
Không tốn năng lượng cho việc cấp khí vì đây là bể xử lí sinh học kị khí , đối với các bể hiếu khí thì năng lượng này là rất lớn.
Xử lí các chất độc hại, chất hữu cơ khó phân hủy rất tốt.
Khả năng chịu sốc cao do tải lượng lớn. Ít tốn diện tích.
Tiết kiểm diện tích và kinh phí đầu tư
Bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng hoạt động nên có thể hoạt động theo mùa.

Nhược điểm bể UASB:

Khởi động lâu, Nuôi cấy bùn kỵ khí khó và thời gian thích nghi lâu (3-4 tháng).
Hiệu quả xử lí không ổn định vì đây là quá trinh sinh học xảy ra tự nhiên nên chúng ta không thể can thiệp sâu vào hệ thống.
Lượng khí sinh ra không ổn định
Nước thải được phân bố vào từ đáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao. Khí thu được trong quá trình này được thu qua phễu tách khí lắp đặt phía trên. Cần có tấm hướng dòng để thu khí tập trung vào phễu không qua ngăn lắng. Trong bộ phận tách khí, diện tích bề mặt nước phải đủ lớn để các hạt bùn nổi do dính bám vào các bọt khí biogas tách khỏi bọt khí. Để tạo bề rộng cần thiết cần có cột chặn nước. Dọc theo mô hình có các vòi lấy mẫu (4 – 6 vòi) để đánh giá lượng bùn trong bể thông qua thí nghiệm xác định mặt cắt bùn.

UASB hoạt động tốt khi các nguyên tắc sau đạt được:
1. Bùn kỵ khí có tính lắng tốt.
2. Có bộ phận tách khí – rắn nhằm tránh rữa trôi bùn hỏi bể. Phần lắng ở trên có thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối và thu nước hợp lý sẽ hạn chế dòng chảy rối. Khi hạt bùn đã tách khí đến vùng lắng có thể lắng xuống và trở lại ngăn phản ứng.
3. Hệ thống phân phối đầu vào đảm bảo tạo tiếp xúc tốt giữa nước thải và lớp bùn sinh học. Mặt khác, khí biogas sinh ra sẽ tăng cường sự xáo trộn giữa nước và bùn, vì vậy có thể không cần thiết thiết bị khuấy cơ khí.

Khi sử dụng công nghệ UASB cần chú ý đến:

1. Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/ m3. Lượng bùn cho vào không nên nhiều hơn 60% thể tích bể. Nước thải: cần xem xét thành phần tính chất nước thải như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, nhiệt độ nước thải…
2. Hàm lượng chất hữu cơ: COD < 100 mg/l không sử dụng được UASB, COD > 50000mg/l thì cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra.
3. Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố N, P, S tối thiểu có thể tính theo biểu thức sau: (COD/Y) : N :P : S = (50/Y) : 5: 1 :1 Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải. Nước thải dễ acid hóa Y= 0.03, khó acid hóa Y= 0.15.
4. Hàm lượng cặn lơ lửng: nước thải có hàm lượng SS lớn không thích hợp cho mô hình này. SS > 3000 mg/l khó phân hủy sinh học sẽ lưu lại trong bể sẽ ngăn cản quá trình phân hủy nước thải. Nếu cặn có thể cuốn trôi thì không có vấn đề gì.
5. Nước thải chứa độc tố: UASB không thích hợp với loại nước thải có hàm lượng chất độc, muối.. cao