Do tại Việt Nam chưa có loại bùn hạt nên quá trình vận hành được thực hiện với tải trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m³.ngđ. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng này sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 – 20 kg COD/m³.ngđ. Thời gian này kéo dài khoảng 3 -4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao. Khí mêtan thu được có thể sử dụng cho việc đun nấu và cung cấp nhiệt. Lượng bùn sinh ra rất nhỏ nên không cần thiết phải đặt vấn đề xử lý bùn. Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn một lượng nhỏ năng lượng dùng để bơm nước.

Tải trọng thể tích đặc trưng của bể UASB có thể đạt hiệu quả xử lý 85-95%, ở nhiệt độ 30^oC được trình bày tóm tắt trong Bảng 5.1. 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 25 g/L được trình bày trong Bảng 5.2. Giá trị đặc trưng của thời gian lưu nước, vận tốc dòng chảy ngược và chiều cao thiết bị được trình bày trong các Bảng 5.3 và 5.4.

Bảng 5.1 Tải trọng thể tích của bể UASB hoạt động ở 30^oC, hiệu quả xử lý 85-95%

Bảng 5.2 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 25 g/L

Bảng 5.3 Thời gian lưu nước có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt trong các thiết bị UABS cao 4 m

Bảng 5.4 Vận tốc nước chảy từ dưới lên và chiều cao bể UASB

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 chảy;
–       Thể tích xử lý hiệu quả là thể tích chiếm chỗ 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:

Trong đó:

–   V_n    : thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m³);
–   Q     : lưu lượng nước thải vào bể (m³/h);
–   S₀    : nồng độ COD của nước thải trước khi xử lý (mg/L);
–   L_org  : tải trọng chất hữu cơ (kg COD/m³.ngđ).

Trong trường hợp nước thải có nồng độ COD < 2.500 mg/L, có thể tính thể tích bể theo thời gian lưu nước:

V_n = 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 ích 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:

Trong đó:

–   V_n    : thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m³);
–   V_L   : tổng thể tích phần chứa hỗn 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

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 (tối đa 6 m/h).
Đối với bùn thường v < 0,5 m/h (tối đa 2 m/h).
Chiều cao của lớp nước trong thiết bị được tính theo công thức sau:

Trong đó:

–   H_L    : chiều cao lớp nước trong thiết bị (m);
–   V_L   : 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 chiếm thêm một phần thể tích trong bể UASB và làm cho tổng chiều cao của bể tăng thêm từ 2,5-3,0 m. Như vậy, tổng chiều cao của bể UASB sẽ là:

H_T = H_L + H_G

–   H_T   : tổng chiều cao của bể UASB (m);
–   H_L    : chiều cao lớp nước trong thiết bị (m);
–   H_G    : chiều cao chiếm chỗ bởi thiết bị táchg ba pha rắn-lỏng – khí (m).

Các thông số để xác định diện tích cần thiết để lắp đường ống phân phối nước thải vào bể UASB được trình bày tóm tắt trong Bảng 5.5.

Bảng 5.5 Diện tích cần thiết để lắp đường ống phân phối nước thải vào bể UASB

Khi thiết kế thiết bị tách ba pha rắn-lỏng-khí cần xem xét các điều kiện sau:

–    Gốc 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 tác pha dao động trong khoảng 1,5-2,0 m đối với bể UASB có chiều cao 5-7 m;
–    Mặt phân cách lỏng-khí phải được duy trì trong thiết bị tách pha để bảo đảm hiệu quả tách bọt khí và khống chế sự hình thành váng;
–    Đường kích ống thoát khí phải đủ lớn để bảo đảm thoát khí dễ dàng, nhất là trong trường hợp có hình thành váng nổi;
–    Có thể thiết kế hệ thống phá bọt bên trên nếu cần.

BÀI TẬP 5.1

Nước thải có đặc tính sau đây được xử lý bằng thiết bị UASB

Hãy xác định:

–          Kích thước thiết bị;
–          Thời gian lưu nước;
–          Thời gian lưu bùn;
–          Nồng độ VSS trung bình trong vùng chứa bùn;
–          Tốc độ phát sinh khí CH₄;
–          Năng lượng thu hồi được từ CH₄;
–          Độ kiềm yêu cầu.

Yêu cầu xử lý > 90% COD hòa tan. Nước thải chưa chủ yếu COD hòa tan, dạng carbonhydrate, sử dụng bùn hạt. Giả sử rằng 50% pCID và VSS bị phân hủy, 90% SO₄^2- trong nước thải bị phân hủy sinh học và nồng độ VSS trong nước thải sau xử lý đạt 150 g/m³. Các thông số thiết kế cần thiết khác có thể tra trong các bảng số liệu đã cho.

Thiết bị kỵ khí dòng chảy ngược với vi sinh vật tăng trưởng dính bám Upflow Packed-Bed Attached Growth Reactor – UPAG), gọi tắt là thiết bị lọc UAF có dạng hình tròn hay chữ nhật với đường kính hay bề rộng bể dao động trong khỏang 2-8 m và chiều cao 3-13 m. Vật liệu tiếp xúc chiếm khoảng 50-70% toàn bể. Vật liệu tiếp xúc thường thường là plastic dạng dòng chảy ngang hay dạng ống. Diện tích tiếp xúc của vật liệu này trung bình khoảng 100 m²/m³. Giá trị đặc trưng tải lượng chất hữu cơ, thời gian lưu nước và hiệu quả khử COD được trình bày tóm tắt trong Bảng 5.6. Ở tải trọng 1,0-6,0 kg COD/m³.ngđ, hiệu quả xử lý có thể đạt 90% đối với nước thải có nồng độ COD cao.

Bảng 5.6 Thông số thiết kế bể UAF