Tài liệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách thiết kế xây dựng bể UASB

Tóm tắt tài liệu
Tài liệu này cung cấp cho người đọc các nội dung chính như sau:

  • Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động của bể UASB.
  • Cách thiết kế bể UASB.
  • Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiết kế.
  • Quá trình phân hủy kỵ khí và các yếu tố ảnh hưởng.
  • Cách vận hành, thiết kế bể

Trước những năm cuối của thế kỷ 19, metan  đã được biết tới là khí được sản sinh từ quá trình sinh-hóa. Vào năm 1896 việc ứng dụng quá trình phân hủy kỵ khí đã được thực hiện đầu tiên ở Anh để sản xuất ra khí metan thắp sáng cho đường phố. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, công nghệ xử lý kỵ khí đã phát triển rất nhanh, giữa  năm 1950, bể phản ứng tiếp xúc kỵ khí xuất hiện. Phát minh quan trọng này trong xử lý kỵ khí cho phép kéo dài thời gian lưu bùn ( SRT) hơn thời gian lưu nước ( HRT) trong bể phản ứng. Cuối nhưng năm 1960, Yong và McMarty đã phát minh ra bể lọc kỵ khí ( AF). Vào cuối nhưng năm 1970, Lettinga và các đồng nghiệp của ông tại trường đại học nông nghiệp Hà Lan đã phát minh ra bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB), công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng rộng rải nhất hiện nay. Công nghệ xử lý bằng AF và UASB đã thúc đẩy sự phát triển của các kỹ thuật xử lý kỵ khí tốc độ cao, xây dựng lý thuyết về phát triển làm giàu vi sinh vật trong bùn nằm mục đích tăng cường hiệu quả hòa trộn và tiếp xúc giữa nước thải và bùn. Bể phản ứng kỵ khí tuần hoàn và tầng bùn hạt giãn nở ( EGSB) là những ví dụ điển hình nhất.
Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB) (xem hình 7f) được Lettinga và các đồng nghiệp triển khai vào những năm 1970 tại Đại học Wagenengen, Hà Lan. Bể UASB là hệ thống kỵ khí tốc độ cao được sử dụng rộng rãi nhất trong xử lý kỵ khí chất thải. Sơ đồ cấu tạo bể UASB được mô tả trên hình 9. Thiết bị đặt thù nhất của bể UASB là bộ phận tách pha rắn-lỏng-khí. Thiết bị này đã được bố trí ở phần trên của bể và chia bể thành 2 phần: phần dưới là phần phần hủy, và phần trên là vùng lắng. Nước thải được phân phối đều vào tại vùng đáy, chảy ngược qua lớp bùn và vào các vùng lắng thông qua các kẽ hở giữa các bộ tách pha.
Do bộ tách pha có cấu tạo thành nghiêng dốc, diện tích phần nước trong vùng lắng tăng dần theo chiều dâng của dòng chảy, nên vận tốc dòng chảy ngược giảm dần khi chất lỏng chảy về phía điểm xả. Do vận tốc chất lỏng giảm dần, phần bùn bị cuốn theo dòng chảy vào vùng lắng có thể kết tụ và lắng xuống. Tới một thời điểm nào đó, khi trọng lượng của lớp bùn kết tụ trên bộ tách pha sẽ vượt quá lực ma sát có thể giữ nó trên bề mặt nghiêng dốc, bùn sẽ trượt xuống khoang phân hủy phía dưới và lại tham gia vào sinh khối bùn có vai trò phân hủy chất hữu cơ trong nước thải đầu vào. Như vậy, vùng lắng ở phía trên giúp cho hệ thống có thể giữ được khối lượng bùn lớn trong bể UASB đồng thời  hạn chế được tối thiểu nồng độ chất lơ lửng trong nước sau xử lý.
Các bọt khí sinh học phát sinh từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong lớp  bùn đáy nổi lên theo chiều dòng chảy tới bề mặt phân giới các pha lỏng-khí bên trong thiết bị tách pha. Cao trình bề mặt phân giới này có thể ngang bằng với cao trình mặt phân giới nước-khí trong vùng lắng, hoặc có thể ở mức thấp hơn nếu sử dụng van thủy lực để tăng áp suất của khí sinh học(xem hình 9). Các bông bùn dình trên hoặc bị cuốn theo bọt khí có thể nổi lên mặt phân giới của thiết bị tách khí, nhưng sau đó sẽ lắng xuống khi các bọt khí thoát vào pha khí từ  mặt phân giới. Các vách ngăn được bố trí bên dưới  các khe hở giữa các thiết bị gom khí có tác dụng hướng dòng, ngăn không cho bọt khí lọt vào vùng lắng phía trên nhằm hạn chế khả năng tạo dòng chay rối làm cản trở quá trình lắng của các hạt bùn
Một đặc tính quan trọng của quá trình UASB là khả năng tạo bùn dạng hạt (đường kính 1 ÷ 5 mm) trong hệ thống. Các hạt bùn hình thành trong bể UASB có độ bền cơ học và tỷ trọng cao, khả năng lắng tốt và độ hoạt tính tạo metan cao. Bùn dạng hạt được hình thành chủ yếu trong quá trình xử lý các loại nước thải chứa các chất hòa tan. Khả năng tạo bùn hạt liên quan đến các điều kiện vận hành bể UASB và đặc tính của nước thải cần xử lý. Cho tới nay, chưa thấy có hiện tượng tạo hạt nào trong các loại bể UASB xử lý nước thải thô. Trong tất cả các trường hợp, chỉ có các bông bùn được hình thành trong các bể UASB xử lý nước thải thô. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý BOD và TSS đạt được vẫn ở mức cao, điều này chứng tỏ việc tạo bùn hạt không phải là điều kiện nhất thiết cho việc xử lý thành công nước thải trong bể UASB.

Tài liệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách thiết kế xây dựng bể UASB