Công nghệ

Công nghệ USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) (Xử lý nước thải)

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Qui trình USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lững trong một công trình xử lý sinh học. Là một hệ thống kết hợp nên chiếm ít không gian và các thiết bị đi kèm. Qui trình USBF được thiết kế để:

^_■ Khử chất hữu cơ dạng carbonate (BOD)

^_■ Khử BOD, nitrate hóa và khử nitrtate

^_■ Khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử phốt pho

Để khử carbonate, vùng anoxic được xem như vùng lựa chọn mà ở đó sự pha trộn dòng thải sẽ làm tăng khả năng lắng và khống chế quá trình tăng trưởng vi sinh vật.

Để nitrate hóa, khử nitrate và khử phospho, vùng anoxic có thể đảm đương được vai trò này Trong qui trình này, NH₃-N bị oxy hóa thành nitrite và sau đó thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trong từng vùng sục khí riêng biệt. Nitrate được tuần hoàn trở lại vùng anoxic và được khử liên tục tối đa. Trong phản ứng này BOD đầu vào được xem như nguồn carbon hay nguồn năng lượng để khử nitrate thành những phân tử nitơ.

Sự khử phospho cơ học trong qui trình này tương tự trong chu trình phospho và cải tiến từ qui trình Bardenpho. Trong qui trình USBF, sự lên men của BOD hòa tan xảy ra trong vùng kỵ khí hay vùng anoxic. Sản phẩm của quá trình lên men cấu thành thành phần đặc biệt của vi sinh vật có khả năng lưu giữ phospho. Trong giai đoạn xử lý hiếu khí, phospho hòa tan được hấp thu bởi phospho lưu trữ trong vi sinh khuẩn (Acinetabacter) mà chúng đã sinh trưởng trong vùng anoxic. Phospho sau đồng hóa sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống như xác vi sinh hay bùn dư. Khối lượng và hàm lượng phospho loại bỏ phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ BOD/P trong nước thải đầu vào.

Qui trình USBF có khả năng khử BOD₅ đến dưới 5 mg/l, TSS dưới 10 mg/l mà không qua công đoạn lọc, Nitơ tổng cộng dưới 1.0 mg/l và phospho tổng cộng dưới 0.5 đến 2.0 mg/l. Quá trình đặc biệt khử phospho đến 0.2 - 0.5 mg/l có thể thực hiện được bằng cách thêm muối kim loại trong vùng hiếu khí ngay thời điểm dòng thải bắt đầu vào vùng lắng. Các loại muối có thể sử dụng như muối nhôm (Al₂(SO4)₃.14H₂O), Aluminate natri (Na₂O.Al₂O₃), Chlorua sắt (FeCl₃), (FeCl₂), Sulfate sắt (FeSO₄.&H₂O) hay Sulfate sắt 3 (Fe₂(SO4)₃). Khi phần lớn phospho trong qui trình USBF (> 80%) bị hấp thu bằng phương pháp sinh học, một hàm lượng muối kim loại keo tụ không đáng kể đưa vào hệ thống sẽ không phát sinh nhiều bùn thải. Ví dụ khử phospho bằng FeSO₄ xảy ra theo hai phản ứng sau:

Kết tủa phospho

3FeSO₄ + 2PO₄^-3 ---------> Fe₃ (PO₄)₂ + 3SO₄^-2

Khử kiềm và kết tủa Hydroxide

Fe⁺⁺⁺ + 3HCO^-3 -----------> Fe(OH)₃

Theo hai phản ứng trên, để loại bỏ 2 mg/l PO₄^-3, theo lý thuyết sẽ sinh ra 6 mg/l bùn. Tong thực tế 5 mg/l bùn được sinh ra khi khử 1 mg/l PO₄^-3. Đối với nước thải đầu vào có 240 mg/l BOD và tốc độ sinh trưởng bùn là 0.6 lbs TSS/lb BOD khử, và sử dụng FeSO₄ để khử 2 mg/l PO₄^-3, Tổng lượng bùn sinh ra sẽ chiếm khoảng 7%.

Qui trình USBF được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lững (upflow sludge blanket clarifier). ngăn này có dạng hình thang, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực. Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng.

Ưu điểm của USBF

^_■ Giảm chi phí đầu tư

USBF kết hợp tất cả các công đọan xử lý vào một bể làm giảm kích thước các bể và giảm chi phí đầu tư công trình.

^_■ Chi phí vận hành và bảo trì thấp

Với thiết kế gọn, tối thiểu hóa các động cơ, các thiết bị cơ động, vận hành theo chế độ tự chảy sẽ hạn chế việc giám sát quá trình và hạn chế đến mức tối đa chi phí vận hành và bảo trì.

^_■ Hiệu suất xử lý cao

Là công nghệ thiết kế nhằm khử chất hữu cơ dạng carbon (BOD, COD) và chất dinh dưỡng (N,P) nên chất lượng nước thải sau khi xử lý luôn đảm bảo tiêu chuẩn thải theo yêu cầu nhất là hàm lượng chất dinh dưỡng mà các công trình xử lý sinh học thông thường khác khó đạt được.

Nồng độ BOD₅ và TSS sau xử lý nhỏ hơn 10 mg/l và N-NH₃ nhỏ hơn 0.5 mg/l. USBF xử lý chất hữu cơ dạng carbon và cả Ni tơ và phốt pho.

^_■ Lượng bùn thải bỏ ít

Hệ thống được thiết kế với tuổi bùn tối thiểu là 25 ngày nên lượng bùn sản sinh ít hơn với hệ thống sinh học hiếu khí thông thường.

^_■ Hạn chế mùi

Dưới điều kiện phân hũy hiếu khí và nồng độ bùn lớn làm giảm những tác nhân gây mùi. Bể USBF có thể lắp đặt tại những khu vực đông dân cư mà không sợ ảnh hưởng bởi mùi.

^_■ Thay đổi thể tích linh động

Bể lắng hình cone trong bể tạo không gian trống để các phản ứng khác xảy ra chung quanh và bản thân bể lắng cũng có thể thay đổi thể tích linh động, tác động lên thể tích của các công đoạn còn lại. Bể USBF cũng có thể chịu được sự quá tải lưu lượng, khi lưu lượng tăng cao, lớp bùn họat tính dâng cao hình thành diện tích lọc lớn hơn nên cũng ít ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra.

^_■Thiết kế theo đơn nguyên

Do kết hợp nhiều quá trình xử lý trong một công trình nên USBF gần như một công trình thiết kế hoàn chỉnh, mặt khác có kiểu dáng là hình khối chữ nhật nên rất thuận tiện để thiết kế t hành từng đơn nguyên. Việc đơn nguyên hóa công trình giúp việc thiết kế công trình linh động hơn về mặt bằng, công suất hệ thống. Chính vì kiểu dáng đơn giản nên có thể thiết kế công nghệ BF để cải tạo các công trình cũ hay lắp đặt trong những không gian có sẵn.

^_■ Tăng cường khả năng làm khô bùn

Sự gia tăng tuổi bùn trong hệ thống sẽ cải thiện cấu trúc đặc tính cơ học làm cho quá trình làm khô bùn xảy ra nhanh hơn.

^_■ Không cần bể lắng đợt 1

Công nghệ USBF thường không cần bố trí bể lý đợt 1 phía trước. Đối với các hệ thống lớn chỉ cần trang bị hệ thống sàn rác, loại cát để đảm bảo cho yêu cầu xử lý sinh học.

^_■Tiết kiệm mặt bằng sử dụng

Công nghệ USBF kết hợp tất cả các quá trình khử nitrat, nitrat hóa, lắng và ổ định bùn trong một công trình làm giảm kích thước chung của công trình dẫn đến tiết kiệm mặt bằng sử dụng.

HÌNH ẢNH THAM KHẢO