Đề tài Quá trình sinh học yếm khí với vi sinh vật tăng trưởng dính bám

Mục lục Tổng quan về xử lý nước thải Giới thiệu chung Các nguồn phát sinh nước thải Thành phần và tính chất nước thải Sơ lược các quá trình vi sinh trong xử lý nước thải. Cơ sở lý thuyết quá trình phân hủy yếm khí Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Quá trình tiếp xúc yếm khí ( Anaerobic Contact Process ) UASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket ) Quá trinh sinh học yếm khí với vi sinh vật tăng trưởng dính bám Tổng quan về xử lý nước thải Giới thiệu chung. Các hoạt động của con người luôn gắn chặt với nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích khác nhau (sinh hoạt, công nghiệp, dịch vụ…) và thải ra nhiều loại nước thải có chứa các tác nhân gây ô nhiễm sau quá trình sử dụng. Nếu không được kiểm soát, quản lý tốt và không có các biện pháp xử lý hữu hiệu, các dòng thải đó sẽ gây ra nhiều vấn đề nạn giải về: Ngập úng đường phố Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước Phá vỡ mối cân bằng sinh thái tự nhiên Làm mất đi vẻ mỹ quan đô thị Để bảo vệ môi trường và duy trì các điều kiện sống trong lành, các nguồn nước thải cần được duy trì và kiểm soát nghiêm ngặt. Một hệ thống quản lý nước thải hiện đại cần phải xem xét đến các yếu tố sau: Các nguồn phát sinh nước thải Các phương tiện xử lý nước thải tại nguồn Các phương tiện thu gom nước thải Các phương tiện chuyển tải nước thải Các phương tiện xử lý nước thải Các phương tiện thải bỏ nước thải vào nguồn tiếp nhận. Mối tương quan giữa các yếu tố trên được thể hiện bằng sơ đồ khối Sơ đồ tổng quát quá trình xử lý nước thải Các nguồn phát sinh nước thải Nước thải sinh hoạt Nước thải được định nghĩa như là những chất thải dạng lỏng xả ra từ các công trình, nhà cửa, các khu dân cư, khu thương mại và dịch vụ, các cơ sở sản xuất công nghiệp và khu công nghiệp, nước mưa chảy tràn. Nước thải sinh hoạt: nước xả bỏ sau khi sử dụng cho mục đích sinh hoạt cộng đồng: tắm, giặt, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân. Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác và chính ngay trong cơ sở sản xuất công nghiệp. Khối lượng nước thải sinh hoạt của 1 cộng đồng dân cư phụ thuộc vào: Quy mô dân số Tiêu chuẩn nước cấp Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Đặc tính chung của nước thải công nghiệp thường bị ô nhiễm bởi cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan, các chất dinh dưỡng, các vi trùng gây bệnh. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào: Lưu lượng nước thải Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào: Mức sống, điều kiện, tập quán sống Điều kiện khí hậu Bảng: Thành phần nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu  Ký hiệu  Đơn vị  Kết quả   pH  pH  -  7,1   Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan  TDS  mg/l  89   Amonia  N-NH3  mg/l  0,5   Nitơ tổng  N-tổng  mg/l  5,9   Nhu cầu oxy hóa học  COD  mg/l  75   Nhu cầu oxy sinh hóa  BOD  mg/l  42   Photphat  P-PO43-  mg/l  2,3   Chất rắn lơ lửng  SS  mg/l  32   Nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước thải ra từ các cơ sở sản xuất công nghiệp sau khi được sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt và sử dụng cho các công đoạn và quá trình sản xuất ở mỗi cơ sở công nghiệp. Tại các cơ sở sản xuất công nghiệp, nước thải thường bao gồm 3 loại: Nước mưa : về nguyên tắc được xem là nước thải quy ước sạch. Tuy nhiên trong 1 số trường hợp có thể bị nhiễm bẩn ở các mức độ khác nhau, cần phải thu gom và xử lý. Nước thải sinh hoạt: tương tự nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư, khu đô thị. Nước thải sản xuất được chia làm hai loại: Nước thải quy ước sạch: nước giải nhiệt máy móc, làm nguội 1 số sản phẩm không hòa tan (nhựa, da…). Nước thải nhiễm bẩn: nhìn chung rất đa dạng tùy theo đặc điểm của từng nghành nghề sản xuất và chế độ vệ sinh công nghiệp, cần phải có các khảo sát riêng. Bảng: Tính chất nước thải của một số cơ sở chế biến thực phẩm Tên nhà máy  pH  TDS (mg/L)  SS (mg/L)  BOD5 (mg/L)  COD (mg/L)   Công ty Đường Biên Hòa  5,0  -  2.500  910  2.940   Công ty Wine Food  4,8  -  268  1.148  1.810   Công ty Bột Ngọt Ajinomoto  7,2  -  80  180  245   Công ty sữa bột DIELAC  6,1  -  110  125  285   Công ty Sữa, Cà phê Nestle  8,2  -  162  -  320   Nhà máy Cà Phê Biên Hòa  6,8  200  50  40  60   Công ty Nước Giải Khát DONANEWTOWER  6,5  -  50  25  40   Công ty Nông Thủy Sản Vĩnh Hưng  6,8  210  30  60  90   Nước mưa Về bản chất thì nước mưa là 1 nguồn nước thải sạch. Tuy nhiên trong 1 số trường hợp, nước mưa khi đến hệ thống thoát nước thường mang theo 1 số chất bẩn ở các mức độ ô nhiễm khác nhau: dầu mỡ, các tạp chất vô cơ, hữu cơ… Nước mưa bị nhiễm bẩn thường chỉ xuất hiện ở những trận mưa đầu mùa và trong thời gian đầu của cơn mưa, cần đặc biệt lưu ý vấn đề này khi thiết kế hệ thống thoát nước Thành phần và tính chất nước thải Thành phần nước thải Thành phần vật lý. Biểu thị các chất cơ bản có trong nước thải theo kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhóm: Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nước thải ở dạng thô (vải, giấy, lá cây sỏi, cát… ) ở dạng lơ lửng (δ > 10-1 mm ) và ở dạng keo, huyền phù, nhũ tương, bọt (……. Nhóm 2: gồm các chất bẩn dạng keo (δ ≈ 10-4 – 10-6 mm ) Nhóm 3: gồm các chất bẩn dạng hòa tan có ( δ < 10-6 mm ). Chúng có thể ở dạng ion hoặc phân tử. Thành phần hóa học. Biểu thị dạng chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa học khác nhau, được chia làm 2 nhóm: Thành phần vô cơ: cát, sét, acid vô cơ, kiềm vô cơ, các ion của các muối phân ly… Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động, thực vật ( Các hợp chất chứa nitơ, ure, amin, protein, acid amin…, Các hợp chất nhóm hydratcacbon: mỡ, xà phòng, lưu huỳnh… ) Tính chất nước thải Tính chất vật lý Khả năng lắng đọng, nổi của chất bẩn Khả năng tạo mùi và các ảnh hưởng của mùi Khả năng tạo màu và các ảnh hưởng của màu Khả năng biến đổi nhiệt độ của nước thải Khả năng giữ ẩm của bùn cặn Tính chất hóa học Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn có sẵn trong nước thải Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn trong nước thải và các hóa chất thêm vào Khả năng phân hủy hóa học nhờ các lực cơ học, vật lý Tính chất sinh học Khả năng phân hủy sinh học các chất bẩn trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, tự nhiên và nhân tạo. Sơ lược các quá trình vi sinh trong xử lý nước thải. Hệ vi sinh vật của nước thải Trong nước có rất nhiều chủng loại vi sinh vật: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể, nhưng chủ yếu là vi khuẩn. Nói chung trong nước số lượng vi sinh vật không sinh bào tử chiếm ưu thế (gần 87% ), còn trong bùn số lượng vi sinh vật bào tử lại chiếm ưu thế gần ( 75% ) Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải Quá trình trao đổi chất của vi sinh vật Cacbon và nguồn năng lượng Hai nguồn cacbon quan trọng nhất để sinh vật sử dụng để tạo tế bào mới là cacbon chứa trong các hợp chất hữu cơ và cacbon dioxide (CO2). Sinh vật sử dụng các hợp chất cacbon hữu cơ để tạo tế bào gọi là vi sinh vật dị dưỡng (heterotrophs). Sinh vật sử dụng CO2 để tạo tế bào gọi là vi sinh vật tự dưỡng (autotrophs). Sự chuyển hóa CO2 thành các hợp chất hữu cơ cấu tạo tế bào là quá trình khử và đòi hỏi phải cung cấp và đòi hỏi phải cung cấp năng lượng. Do vậy, các sinh vật tự dưỡng sử dụng nhiều năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào hơn các sinh vật dị dưỡng nên sinh vật tự dưỡng có tốc độ phát triển nhìn chung là thấp hơn các sinh vật dị dưỡng. Chất dinh dưỡng Sự hiện diện của các chất dinh dưỡng với nồng độ nhất định cũng rất cần thiết cho quá trình phát triển và tổng hợp tế bào mới. Các chất dinh dưỡng vô cơ chủ yếu mà vi sinh vật cần có là N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na. Ngoài ra còn có chất dinh dưỡng vô cơ thứ yếu như Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni,… Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Hai yếu tố môi trường quan trọng nhất đối với quá trình sống và phát triển của vi khuẩn chính là nhiệt độ và độ pH. Các dạng trao đổi chất của vi sinh vật Người ta cũng có thể phân chia vi sinh vật hóa năng dị dưỡng dựa theo trao đổi chất và nhu cầu oxy của chúng. Sự tăng trưởng và phát triển của vi sinh vật Sự tăng trưởng và phát triển của vi khuẩn có thể được chia thành 4 giai đoạn khác biệt như sau: Giai đoạn phát triển chậm: Giai đoạn phát triển chậm thể hiện khoảng thời gian cần thiết để vi khuẩn làm quen với môi trường Giai đoạn tăng trưởng theo Logarit: trong suốt thời kỳ này, các tế bào tăng trưởng và phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn. Giai đoạn phát triển ổn định: Ở giai đoạn này, số lượng vi khuẩn ổn định là do: nguồn dinh dưỡng trong môi trường đã cạn, vi sinh vật bị giới hạn tốc độ sinh trưởng và phát triển, số vi khuẩn mới sinh ra vừa đủ bù cho số vi khuẩn già cỗi chết đi. Giai đoạn vi khuẩn tự chết: Trong suốt giai đoạn này: tốc độ tự chết của vi khuẩn vượt xa tốc độ sinh sản ra tế bào mới. Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Cơ chế quá trình làm sạch nước Quá trình làm sạch nước chia thành 3 giai đoạn: Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật. Khuếch tán và hấp thụ qua màng bán thấm và trong tế bào vi sinh vật Chuyển hóa các chất này trong nội bào để tạo ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật Cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật như sau: Hợp chất bị oxy hóa trước tiên là các hydratcacbon và 1 số chất hữu cơ khác như protein, chất béo. Nếu tinh bột hấp phụ trên bề mặt vi sinh vật, tế bào vi sinh vật sẽ tiết ra hệ enzyme amilaza thủy phân tinh bột thành đường. Đối với các protein sẽ có enzyme proteinaza xúc tác phân hủy thành các polipeptit, peptone, acidamine và cuối cùng là NH4+ Đối với các chất béo có lipaza phân hủy thành các acid béo, glycerine, các sản phẩm cuối cùng là đường, rượu, và 1 số chất hữu cơ bị oxy hóa trong tế bào nhờ enzyme oxy hóa khử dehidrogenaza. Các enzyme này tách H+ ra khỏi phân tử enzyme kết hợp với oxi tạo ra nước, nhờ có hydro và oxy ở trong nước các phản ứng oxy hóa khử tạo giữa các nguyên tử cacbon mới xảy ra. Quá trình phân hủy hay là quá trình oxy hóa khủ không phải là tất cả đều bị oxy hóa hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, một số sản phẩm trung gian của quá trình này được tham gia vào quá trình đồng hóa hay là quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào để hình thành tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng. Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng ta, ta có thể chia phương pháp sinh học thành 3 dạng chính như sau: Quá trình phân hủy hiếu khí: quá trình này cần diễn ra ở nồng độ DO cao (trên 1,5 mg/L) Quá trình phân hủy kỵ khí: quá trình này cần diễn ra trong điều kiện DO = 0 Quá trình phân hủy yếm khí: quá trình này cần diễn ra trong điều kiện có DO thấp ( dưới 0,5 mh/L ) Cơ sở lý thuyết quá trình phân hủy yếm khí Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Một cách tổng quát, quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn Giai đoạn 1: thủy phân, cách mạch các hợp chất cao phân tử Giai đoạn 2: Acid hóa Giai đoạn 3: Acetate hóa Giai đoạn 4: Methane hóa Giai đoạn thủy phân: Quá trình thủy phân các chất hữu cơ thường thì quá chậm. Tốc độ thủy phân thường quyết định bởi pH, kích cỡ của chất nền, hiệu quả của chất nền. Ví dụ: Chất béo được phân thủy chậm. Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, cellulose, lignin… trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tủ đơn giản , dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Quá trình acid hóa: Sự tạo thành acid được thực hiện bởi rất nhiều nhóm vi sinh vật. Phần lớn là các vi sinh vật yếm khí, nhưng một số thì tùy nghi tức là chúng có thể dùng oxygen. Số lượng chúng thì rất thấp chỉ khoảng 1 % trong tổng số lượng vi sinh vật. Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2. methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Các vi sinh vật liên quan đến quá trình acid hóa thì thường có sức chịu đựng cao ở pH thấp. sự hình thành acid diễn ra ở pH dưới 4. trong khi sự hình thành CH4 tói ưu ở 6.8 – 7.4, khi pH thấp có thể dẫn đến sự tích lũy của các acid béo dễ bay hơi trung gian. Quá tình acetate hóa và metan hóa: Sản phẩm của các bước acid hóa được chuyển hóa bởi các vi sinh vật acetone thành acetate, H2 và CO2. Vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H + CO2 ( CH4 + 2H2O 4HCOOH ( CH4 + 3CO2+ 2H2O CH3COOH ( CH4 + CO2 4CH3OH (3CH4 + CO2 + 2 H2O 4 (CH3)3N + H2O ( 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Quá trình phân hủy yếm khí Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý yếm khí thành: Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc yếm khí ( Anaerobic Contact Process ), quá trình xử lý bằng lớp bùn yếm khí với dòng nước đi từ dưới lên ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB) Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc yếm khí ( Anaerobic Filter Process ) Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Quá trình tiếp xúc yếm khí ( Anaerobic Contact Process ) Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc yếm khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trở lại bể yếm khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Sơ đồ thiết bị xử lý sinh học tiếp xúc yếm khí UASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket ) Đây là một trong những quá trình yếm khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai dặc điểm chính sau: Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình. Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lững. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học yếm khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: Ít tiêu tốn năng lượng vận hành Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn Bùn sinh ra dễ tách nước Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ xung dinh dưỡng Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mêtan Cò khả năng hoạt động theo mùa vì bùn yếm khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Nhược điểm: Khởi động lâu, phải khởi động một tháng trước khi hoạtđộng. 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 gây khó khăn cho vận hành hệ thống thu khí. Xử lí không đạt hiệu quả khi nồng độ BOD thấp. Cấu tạo : 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 >= 350 so với phương ngang. 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. Sơ đồ bể UASB được trình bày trong hình. Hạt bùn: Trong một lò phản ứng UASB, yếm khí bùn đã hoặc mua lại tài sản trầm tích tốt, và là cơ học hỗn hợp của các lực lượng dòng chảy lên của nước thải đến các bong bóng khí được tạo ra trong lò phản ứng... Vì lý do đó cơ khí trộn có thể được bỏ qua từ một lò phản ứng UASB làm giảm vốn và chi phí bảo trì. Quá trình trộn cũng khuyến khích sự hình thành các hạt bùn. Hình dạng và kích thước của hạt bùn Các hạt bùn có nhiều lợi thế hơn flocs bùn thông thường: Sinh học nhỏ gọn dày đặc. Khả năng giải quyết cao. (30-80 m / h) Sức bền cơ học cao. Cân bằng vi sinh vật cộng đồng Đối tác liên kết chặt chẽ. Men vi sinh methanogenic cao hoạt động (0,5-2,0 g COD / g VSS.d) Khả năng chống sốc độc hại Nguyên tắc hoạt động của bể UASB Nước thải được nạp liệu từ dưới đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện yếm khí ( chủ yếu là metan và CO2 ) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. 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. 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. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm ( 1000 – 5000mg/l ) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6.2 vì ở pH < 6.2 vi sinh vật chuyển hóa metan không hoạt động được. cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa ( 2 – 3 giờ, ở 350C so với 2-3 ngày , ở điều kiện tối ưu ). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn gấp nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate. Thiết kế UASB Nói chung, có hai cách để thiết kế một lò phản ứng UASB Nếu đầu vào COD: 5.000 - 15.000 mg / l hoặc hơn, phương pháp thiết kế nên được sử dụng dựa trên tốc độ tải hữu cơ, (OLR) Nếu đầu vào COD < 5000 mg/ l, các phương pháp thiết kế phải được tính toán dựa trên vận tốc. Tính toán thiết kế: Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ đối với COD hòa tan, có hiệu quả xử lý 85 – 95 %, nồng độ bùn trung bình 25g/l Nhiệt độ  Tải trọng thể tích ( kg sCOD/m3.ngđ )    Nước thải có VFA  Nước thải không VFA    Khoảng  Đặc trưng  Khoảng  Đặc trưng   15  2 – 4  3  2 – 3  2   20  4 – 6  5  2 – 4  3   25  6 – 12  6  4 – 8  4   30  10 – 18  12  8 – 12  10   35  15 – 24  18  12 – 18  14   40  20 – 32  25  15- 24  18   Thời gian lưu nước có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt trong các thiết bị UASB cao 4m Nhiệt độ ( 0C )  Thời gian lưu nước trung bình ( giờ )  Thời gian lưu nước cực đại ( giờ ) tính cho trường hợp peak flow trong 4 – 6 giờ   16 – 19  10 – 14  7 – 9   22 – 26  7 – 9  5 – 7   >26  6 – 8  4 – 5   Tính thể tích và kích thước bể Để xác định thể tích và kích thước bể UASB cần xem xét: Tải trọng hữu cơ Vận tốc dòng chạy Thể tích xử lý hiệu quả là thể tích chiếm chổ bởi lớp bùn và sinh khối hoạt tính. Thể tích vùng lắng Thể tích hữu dụng tối thiểu của bể UASB được tính toán dựa trên tải trọng hữu cơ lựa chọn: Vn = QSo/Lorg Trong đó: Vn : thể tích hữu dụng tối thiểu của bể ( m3 ) Q : lưu lượng nước thải vào bể ( m3/h ) So: nồng độ COD của nước thải trước khi xử lý ( mg/l ) Lorg : tải trọng chất hữu cơ ( kg COD /m3.ngđ) Trong trường hợp nước thải có nồng đọ COD < 2.500 mg/l, có thể tính thể tích bể theo thời gian lưu nước: Vn = Q.HRT Để tính toán tổng thể tích chứa hỗn hợp nước thải trong thiết bị ( phía dưới thiết bị tách ba pha rắn – lỏng – khí ), có thể sử dụng hệ số hữu ít dao động trong khoảng 0.8 – 0.9. Như vậy, tổng thể tích hữu ích trong thiết bị, chưa kể phần thể tích chiếm chỗ bởi thiết bị tách ba pha rắn – lỏng – khí sẽ được tính như sau: VL = Vn /E Trong đó : Vn: thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m3) VL: tổng thể tích phần chứa hơn hợp nước thải trong thiết bị (m3) E: hệ số hữu ích = 0.8 – 0.9 Diện tích của thiết bị được tính theo công thức sau: A = Q/v Trong đó: A: diện tích /(m2) Q: lưu lượng nước thải vào bể (m3/h) v: vận tốc nước đi từ dưới lên (m/h ). Đối với bùn hạt v = 1.25 – 2 m/h ( đối đa 6m/h). Đối với bùn thường v < 0.5 m/h ( đối đa 2m/h ) Chiều cao của lớp nước trong thiết bị được tính theo công thức sau: HL = VL/A Trong đó: HL: chiều cao lớp nước trong thiết bị ( m) VL: tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong thiết bị ( m3) A: diện tích bề mặt của thiết bị (m2) Thiết bị tách pha thêm một phần thể tích trong bể UASB và làm cho tổng chiều cao của bể tăng thêm từ 2.5 – 3m. Như vậy, tổng chiều cao của bể UASB sẽ là: HT = HL + HG HT : Tổng chiều cao của bể UASB HL : Chiều cao lớp nước trong thiết bị (m) HG : Chiều cao chiếm chorr bởi thiết bị ba pha rắn – lỏng – khí (m) Khi thiết kế thiết bị tách ba pha rắn – lỏng – khí cần xét các điều kiện sau: Góc nghiêng của thành thiết bị tách pha 45 – 60 oC Diện tích bề mặt của phần khe hở phải < 15 – 20 %tổng diện tích bề mặt của bể. Chiều cao của thiết bị tách pha dao động trong khoảng 1.5 – 2.0m đối với bể UASB có chiều cao 5 – 7m. Mặt phân tách lỏng – khí phải được duy trì trong thiết bị tách pha để đảm bảo hiệu quả tách bọt khí và khống chế sự hình thành váng. Đường kính ống thoát khí phải đủ lớn để đảm bảo thoát khí dễ dàng, nhất là trong trường hợp có hình thành váng nổi. Có thể thiết kế hệ thống phá bọt trên nếu cần. Ứng dụng : Trong thời gian gần đây các ứng dụng cho công nghệ UASB đang mở rộng bao gồm: Điều trị của ngành công nghiệp hóa dầu và hóa chất thải. Nước thải công nghiệp dệt, leachates bãi rác. Cũng như các ứng dụng hướng chuyển đổi trong chu trình lưu huỳnh và loại bỏ kim loại. Hơn nữa trong vùng khí hậu ấm UASB cũng thích hợp cho xử lý nước thải trong nước. Quá trinh sinh học yếm khí với vi sinh vật tăng trưởng dính bám Quá trinh lọc yếm khí ( Anaerobic Filter Process ). Bể lọc yếm khí là một cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật yếm khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xuac và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào vi sinh vật ( thời gian lưu bùn rất cao khoảng 100 ngày ) Thiết bị yếm khí dòng chạy ngược với vi sinh vật tăng trưởng dính bám Upflow Packed Bed Attached Growth Reactor_ UPAG), gọi tắc là thiết bị lọc UAF có dạng hình tròn hay chữ nhật với đường kính hay bề rộng bể dao động trong khoảng 2 – 8 m và chiều cao 3 – 13 m. Vật liệu tiếp xúc chiềm khoảng 50 -70% toàn bể. Vật liệu tiếp xúc thường là plactic dạng dòng chạy ngang hay dạng ống. Diện tích tiếp xúc của vật liệu này trung bình khoảng 100m2/m3. Bảng so sánh giữa quá trình yếm khí và hiếu khí