Tính toán thiết kế bể lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB)

Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Trong bể  lọc ngược qua tầng bùn kị khí UASB, các chất bẩn hữu cơ trong nước thải được giữ lại và ô xy hoá trong điều kiện yếm khí ngay tại trong lớp bùn hoạt tính kỵ khí ở vùng đáy bể. Các chất khí tạo thành trong quá trình lên men trong lớp bùn này sẽ nổi lên, cuốn theo các hạt bùn và được tách khỏi chúng khi va phải tấm chắn phía trên. Các hạt bùn được quay rơi trở lại tầng cặn. Khí được thu và dẫn ra ngoài về thùng chứa khí. Nước thải sau khi lắng tách bùn cặn được thu về máng nước trong phía trên và dẫn ra khỏi bể. Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể UASB được nêu trên hình 3.15.

Hình 3.15.   Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể UASB

1.Nước thải vào; 2. Vùng điều hoà áp lực nước vào bể; 3. Tầng cặn lơ lửng dạng hạt; 4.Vùng tách các pha rắn- khí và lỏng; 5.Chụp thu khí; 6.Nước sau xử lý; 7. Thu hồi khí sinh học.

Hiệu quả tách 3 pha: khí – rắn – lỏng khi hệ thống này nổi lên va vào nắp chắn phía trên phụ thuộc vào cấu tạo tấm nắp này. Sơ đồ các loại nắp chắn tách các phần tử bùn, bọt khí ra khỏi nước thải được nêu trên hình 3.16.

Hình 3.16. Sơ đồ các loại nắp bể UASB

Bùn hoạt tính kỵ khí trong bể đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hoá chất hữu cơ. Bùn được hình thành trong hai vùng rõ rệt. Ở chiều cao khoảng một phần tư bể tính từ đáy lên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn sơ cấp trong nước thải. Phía trên lớp này là lớp bùn lơ lửng từ phía đáy chuyển lên hoặc từ vùng trên rơi xuống. Nồng độ bùn ở đây là 1.000 mg/l – 3.000 mg/l. Trên bề mặt tiếp giáp pha khí, nồng độ bùn trong nước bé nhất. Thời gian để hình thành các tầng bùn hoạt tính kỵ khí trong bể UASB thường kéo dài từ 2 đến 3 tháng.

Bùn cặn dư thừa trong bể được định kỳ xả ra ngoài. Lượng bùn cặn này phần lớn đã được ổn định nên có thể đưa trực tiếp đến các thiết bị làm khô.

Bể UASB có ưu điểm như hiệu quả khử các chất hữu cơ cao, thời gian nước lưu trong bể ngắn, yêu cầu năng lượng phục vụ vận hành bể ít. Ngoài ra bể UASB có cấu tạo không phức tạp, không yêu cầu có các giá thể vi sinh. Nhược điểm chính đối với bể UASB là khó kiểm soát trạng thái và kích thước các hạt bùn cặn, trạng thái tầng bùn hoạt tính kỵ khí không ổn định khi điều kiện môi trường thay đổi. Khi khởi động lại, các hạt bùn dễ bị nổi lên và trôi theo ngoài nên hiệu quả lắng cặn bị giảm

Bể UASB thường được sử dụng để xử lý các loại nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp thực phẩm

3.6.2. Tính toán thiết kế:

Đối với các loại nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp hàm lượng COD cao (trên 3000mg/l), kích thước bể UASB phụ thuộc chủ yếu vào tải trọng chất bẩn hữu cơ Bv. Giá trị Bv phụ thuộc vào hoạt tính của bùn kỵ khí, nhiệt độ vận hành bể, đặc tính chất bẩn, … Tải trọng chất bẩn hữu cơ của bể UASB với bùn hoạt tính kỵ khí dạng hạt được xác định trên cơ sở nghiên cứu của Lettinga và Hulshoff Pol ,1991/ 28,32/, được nêu trong bảng 3.6  như sau.

Bảng 3.6. Tải trọng chất bẩn hữu cơ của bể UASB với bùn hoạt tính kỵ khí dạng hạt

Thể tích công tác của bể UASB được xác định theo biểu thức sau đây :

 , m3                               (3. 17 )

Trong đó: V – thể tích công tác của bể UASB, m3; Q – lưu lượng nước thải, m3/ngày;E – hiệu suất xử lý nước thải (khử COD), %;Co – nồng độ COD trong nước thải dòng vào, kg/m3;Bv – tải trọng chất bẩn hữu cơ theo COD, kg/m3.ngày.

Khi COD của nước thải dòng vào bé hơn 3000 mg/l, thể tích công tác của bể UASB có thể xác định theo thời gian nước lưu lại trong bể:

   , m3                           (3.18  )

Trong đó: t – thời gian lưu nước, h; phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành và loại nước thải. Đối với nước thải sinh hoạt không lắng hoặc có lắng sơ bộ, t xác định như sau:

– Khi nhiệt độ nước thải dưới 200C: t ≥ 10 – 14 h

– Khi nhiệt độ nước thải từ 200C-  250C: t ≥ 6 – 9 h

– Khi nhiệt độ nước thải • 250C: t ≥ 4 h

Chiều cao của phần công tác H của bể UASB phụ thuộc vào loại nước thải và xác định như sau:

– Các chất hữu cơ hoà tan: H = 10m

– Một phần chất hữu cơ hoà tan: H = 3 – 5m

– COD của nước thải trên 3000mg/l: H = 5 – 7m

Vận tốc dòng nước thải dòng trong bể UASB là:

  ,  m/h                              (3.19  )

Đối với bể UASB xử lý nước thải sinh hoạt, v nằm trong khoảng 0,5 – 1,25 m/h

Lượng bùn dư xả ra khỏi bể UASB định kỳ với tiêu chuẩn 0,2 kg bùn/1kg COD được tách khỏi nước thải.