Bể UASB trong xử lý nước thải: Công nghệ tiên tiến và hiệu quả

Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) còn được gọi là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua lớp bùn kỵ khí, là một công nghệ xử lý nước thải tiên tiến sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ. Loại bể này được sửBể UASB trong xử lý nước thải: Công nghệ tiên tiến và hiệu quả dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin toàn diện về bể UASB trong xử lý nước thải, bao gồm nguyên lý vận hành, thiết kế cấu tạo, cũng như hiệu quả và ứng dụng thực tế của công nghệ này.

Cấu tạo của bể UASB trong xử lý nước thải

Cấu tạo của bể UASB thường gồm 3 phần: 

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

Hình 1: Cấu tạo của bể UASB trong xử lý nước thải

Nguyên lý hoạt động của bể UASB trong xử lý nước thải:

Đưa nước thải vào bể: Nước thải được đưa từ phía dưới bể lên và đi qua lớp lọc bùn kỵ khí với vận tốc <1km/h

Tạo lớp bùn dạng hạt: Lúc này, độ pH được duy trì trong khoảng 6,6 – 7,6 để phát triển vi sinh vật kỵ khí. Tạo ra một hỗn hợp từ nước thải và bùn.

Phân hủy hữu cơ và tạo khí metan: Từ hỗn hợp trên, vi sinh vật sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, từ đó khí metan và carbon dioxide được tạo ra.

Tách pha khí – lỏng – rắn: Sau khi hoàn tất quá trình xử lý nước thải, lượng khí metan vẫn còn bám dính vào bùn và cùng với khí tự do nổi lên trên bề mặt.  Người ta sử dụng các vách tấm chắn ngang, tạo điều kiện dễ dàng cho chất khí bay lên và được hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch NaOH từ 5 – 10%. Phần bùn còn lại lắng xuống đáy bể và nước đi qua màng chắn, tiếp tục dẫn đến bể xử lý tiếp theo.

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của bể UASB

>>>Xem thêm: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 

Các giai đoạn xử lý tại bể UASB trong xử lý nước thải:

Giai đoạn 1 (Thủy phân): Các vi sinh vật kỵ khí thủy phân các chất hữu cơ thành các hợp chất đơn giản

Giai đoạn 2 (Axit hóa): Vi sinh vật lên men và chuyển hóa các axit hữu cơ , rượu, CO2 và nước. Sản phẩm của quá trình này sẽ phụ thuộc vào thành phần chất hữu cơ, độ pH và nhiệt độ môi trường.

Giai đoạn 3 (Axetat hóa): Vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa các axit hữu cơ thành axit axetic, axit axetic là sản phẩm trung gian làm thức ăn cho các vi sinh vật kỵ khí khác

Giai đoạn 4 (Metan hóa): Vi sinh vật sử dụng hydro để khử CO2 và tạo khí CH4.

Ưu điểm và nhược điểm của bể UASB

Ưu điểm của bể UASB trong xử lý nước thải

• Hiệu quả xử lý cao: bể UASB có khả năng xử lý 80-90% COD, khử BOD hiệu quả, giảm thiểu SS trong nước thải.
• Tốc độ tải cao: Lò phản ứng UASB có thể xử lý lượng nước thải lớn với tốc độ lên đến 15kg COD/m3.d
• Tạo khí metan (CH4): Quá trình phân hủy hữu cơ trong bể UASB tạo ra lượng khí metan đáng kể. Khí metan này có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc để sản xuất điện.
• Ít bảo trì: Bền bỉ, ít xảy ra sự cố, chi phí bảo trì thấp.
• Tiết kiệm chi phí: Tiêu thụ năng lượng thấp, ít hóa chất, hạn chế lượng bùn thải.

Nhược điểm của bể UASB trong xử lý nước thải

• Thời gian vận hành lâu: Bể UASB trong xử lý nước thải cần thời gian để vi sinh vật phát triển và hoạt động hiệu quả. Thường mất từ 3 – 4 tháng để đạt hiệu suất tối ưu.
• Phụ thuộc vào vi sinh vật: Hiệu suất của bể UASB phụ thuộc hoàn toàn vào vi sinh vật kỵ khí. Nếu vi sinh vật không phát triển tốt, quá trình xử lý sẽ bị ảnh hưởng.
• Cần có nguồn điện liên tục
• Bể UASB trong xử lý nước thải cần có diện tích lớn để xây dựng cũng như không thích hợp với những vùng lạnh

Hình 3: Bể UASB cần diện tích lớn để xây dựng

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của bể UASB

Nhiệt độ: 

• Nhiệt độ tối ưu cho bể UASB là từ 30 – 35°C.Vi sinh vật kỵ khí hoạt động hiệu quả nhất trong phạm vi nhiệt độ này.
• Nhiệt độ thấp (< 10°C) hoặc cao (> 35°C) có thể làm giảm tốc độ phân hủy.

Độ pH:

• Bể UASB trong xử lý nước thải hoạt động tốt nhất trong môi trường pH trung tính (pH 7 – 8).
• pH thấp (< 6.5) hoặc cao (> 8.5) có thể ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
• Cần điều chỉnh pH nước thải trước khi đưa vào bể UASB.

Độ kiềm Carbonate.

• Độ kiềm Carbonate (HCO3-) đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì pH ở bể UASB trong xử lý nước thải.
• Độ kiềm Carbonate thấp (< 500 mg/L) có thể dẫn đến sự giảm pH, ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
• Cần bổ sung độ kiềm Carbonate nếu cần thiết.

Chỉ tiêu COD, TSS, FOGs

• Kiểm soát nồng độ COD, TSS, FOGs theo thiết kế ban đầu.
• Tải trọng COD: 5 – 10 kgCOD/m3.d.
• TSS < 500 mg/l.
• LFOGs < 1.0 kgFOGs/m3.d.

Chỉ tiêu MLSS và MLVSS

• Duy trì nồng độ MLSS ổn định (30.000 – 50.000 mg/l) để đảm bảo đủ vi sinh vật xử lý nước thải.
• Duy trì tỷ lệ MLVSS/MLSS cao (> 0,4) để đảm bảo vi sinh vật hoạt động hiệu quả.

Chất ức chế

Hầu hết các vi sinh vật sinh khí Metan trong bể UASB đều nhạy cảm và bị ức chế bởi các hợp chất/hóa chất độc hại:

• VFAs (acid béo dễ bay hơi): là sản phẩm trung gian của giai đoạn Acid hóa. Nồng độ VFAs cao (trên 1000 mg/l) có thể ức chế quá trình sinh khí Metan.
• Chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt: có thể phá hủy màng tế bào vi sinh vật.
• Chlorine: có thể tiêu diệt vi sinh vật.
• Kim loại nặng: có thể ức chế hoạt động của enzyme vi sinh vật.

Điều kiện áp dụng bể UASB trong xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải UASB cần tuân thủ các điều kiện sau để hoạt động hiệu quả:

• Bùn nuôi cấy: Nồng độ bùn nuôi cấy tối thiểu là 10kg VSS/m3 để đảm bảo sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật hiếu khí trong bể.
• Hàm lượng chất hữu cơ: Nếu hàm lượng COD trong nước thải vượt quá 50.000mg/l, cần phải pha loãng nước thải trước khi đưa vào bể UASB để đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả.
• Chất dinh dưỡng: Sự cân đối giữa các chất dinh dưỡng cũng là yếu tố quan trọng. Tỷ lệ N:P:S nên được duy trì ở mức 5:1:1 để tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng: Hàm lượng SS cao trong nước thải không phù hợp cho công nghệ UASB, do đó cần thực hiện các bước xử lý trước như tam giác cát hoặc bộ kết tủa để loại bỏ chất rắn lơ lửng trước khi nước thải được đưa vào bể UASB.
• Độc tố trong nước thải: Nước thải chứa các chất độc hại như amoni > 2000mg/l, sulphate > 500mg/l hoặc nồng độ muối cao (5.000 – 15.000 mg/l) không phù hợp với quá trình xử lý trong bể UASB, do đó cần phải loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất độc hại này trước khi xử lý.

Hình 4: Điều kiện áp dụng bể UASB

Vận hành bể UASB

Một số lưu ý cơ bản khi vận hành bể UASB trong xử lý nước thải để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất:

• Đảm bảo lượng bùn trong bể không vượt quá 60% thể tích bể.
• Bùn nuôi cấy trong bể cần đạt ít nhất 10kg VSS/m3.
• Thực hiện phân tích nước thải với đầy đủ thông tin, bao gồm nhiệt độ, chất hữu cơ và khả năng phân hủy sinh học.
• Sử dụng bể UASB chỉ khi hàm lượng COD > 50.000 mg/l.
• Hạn chế tồn tại của chất cặn lơ lửng trong bể, vì chúng khó phân hủy trong quá trình xử lý.
• Hạn chế tồn tại của chất cặn lơ lửng trong bể, vì chúng khó phân hủy trong quá trình xử lý.

>>>Xem thêm: Công ty xử lý nước thải tại TPHCM, Bình Dương 

Tóm lại, bể UASB là một công nghệ có hiệu quả cao trong xử lý nước thải. Bể UASB có chi phí xây dựng thấp, vận hành đơn giản và hiệu quả xử lý cao, có thể lên đến 90% đối với BOD và COD. Bể UASB cũng có khả năng xử lý nồng độ nước thải cao, phù hợp với các nhà máy xử lý nước thải quy mô lớn. Bể UASB trong xử lý nước thải đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng nước.