XLNT CD6 bể sinh học kỵ khí UASB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG & BHLD

Xử lý nước thải
Chuyên đề: Bể sinh học kỵ khí UASB
GVHD: Nguyễn Thuý Viên Minh
Nhóm 06:
Nguyễn Ngọc Thạch – 91800410
Nguyễn Xuân Huy – 91800553
Nguyễn Thanh Thảo – 91800266
Thái Hữu Phát – 91701049
Nguyễn Thanh Tâm – D1800262
Phạm Hoàng Linh - 91702059


Nội dung

Giới thiệu về bể sinh học kỵ khí UASB

Nguyên lý hoạt động

Ưu điểm, nhược điểm

Thơng số thiết kế

Tính tốn thiết kế và ví dụ


Giới thiệu về bể sinh học kỵ khí UASB
Định nghĩa

-

Bể UASB là một dạng bể được hoạt động theo nguyên lý kị khí. Là bể xử lý sinh
học dịng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí.

- Bể này hoạt động với dòng nước thải cấp vào bể và được dẫn từ dưới lên trên thơng
qua lớp đệm bằng bùn hoạt tính bao gồm: các hạt bùn nhỏ, lớn nhằm tăng quá trình tiếp
xúc giữa nước thải và bùn qua đó tăng q trình phân hủy các chất hữu cơ ơ nhiễm có
trong nước thải.

Bể kỵ khí UASB thực tế


Giới thiệu về bể sinh học kỵ khí UASB
Cấu tạo
Bể UASB được cấu tạo từ các bộ phận chính như sau:

−

Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý.

−

Hệ thống máng thu nước sau xử lý.

−

Hệ thống tách thu khí.

Với kết cấu đơn giản, bể UASB được xây dựng hình chữ nhật với bê tông cốt

thép. Nhằm tách triệt để lượng khí có trong nước thải thì trong bể UASB sẽ
o
lắp thêm các tấm chắn với độ nghiêng >35 so với phương ngang nhằm có
thể tách khí ra khỏi nước thải một cách dễ dàng hơn


Giới thiệu về bể sinh học kỵ khí UASB
Các yếu tố ảnh hưởng:

-

Nhiệt độ: Metan hoạt động ở vùng nhiệt độ ấm từ 20 – 45 độ C và vùng nhiệt độ nóng từ 45 đến 65 độ C, nhiệt độ tối ưu là 35 độ C, dưới 10 độ C thì khơng hoạt
động. Cịn một số vi sinh vật kỵ khí khác thì có khả năng hoạt động với nhiệt độ lạnh từ 10 đến 15 độ C.

-

Độ pH: Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 – 8,5. Nếu pH < 6 sẽ làm cho khí Metan sinh ra giảm đi rõ rệt.

-

Chất dinh dưỡng: Q trình phân hủy kỵ khí cần cung cấp đầy đủ nguồn Cacbon, Nitơ, Photpho và một số nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợp C:N:P:S=
250:5:1:1.

-

Các độc tố: Oxygen, một số dẫn xuất của Metan như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn …), các chất như HCHO, SO2, H2S, NH4+ gây ức
chế cho q trình kỵ khí và S2- được coi là chất gây ức chế cho quá trình Metan hóa, các chất có tính oxi hố mạnh như thuốc tím, các halogen và các muối có oxy
của nó, ozone…, ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật kỵ khí.

-

Các chủng vi sinh kỵ khí


Nguyên lý hoạt động
Có 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.
Các chất thải phức tạp cũng như chất không tan  Các chất đơn giản/ Các chất hòa tan đơn giản.
Giai đoạn 2: Q trình axit hóa
Q trình lên men  Axit béo, Alcohols, Acid lactic, Methanol, CO2, H2, NH3, H2S và các sinh khối mới.
Giai đoạn 3: Q trình Metan hóa
CH4, CO2
CH3COOH  CH4 + CO2
2C2H5OH + CO2  CH4 + 2CH3COOH
CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O
Thủy phân các protein: NH3 + HOH  NH4 + OH
Khi OH sinh ra sẽ phản ứng với khí CO2 và tạo thành ion bicacbonat


Nguyên lý hoạt động


Ưu điểm, nhược điểm
Nhược điểm

Ưu điểm

-

Khả năng xử lý chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy là một trong những

-

ưu điểm nổi bật của bể.

-

Bể UASB chịu được sốc tải, chịu tải lượng cao tốt.
Chi phí xây dựng thấp, chi phí xử lý bùn thấp.
Tận dụng được nguồn năng lượng mang lại lợi ích kinh tế cao.

mơi trường mới.

-

Bùn kị khí có thể phục hồi, hồi phục sau thời gian dài hoạt động nên có
thể hoạt động gián đoạn hoặc khởi động sau thời gian dài không hoạt
động.

Quá trình khởi động mất 3-4 tháng vì bùn vi sinh khó thích ứng với

Hiệu suất xử lý khơng cao.
Thời gian khởi động lâu để làm việc hết cơng suất.
Lượng khí sinh ra phục vào quá trình phản ứng của vi sinh vật nên
khơng ổn định.

-

Khí metan bám dính trên bề mặt hạt bùn do phản ứng trong lớp bùn kị
khí. Do đó cần trang bị thiết bị tách lượng khí ra khỏi bùn để bùn lắng

được trong bể.


Thông số thiết kế
Thông số thiết kế của bể:

−
−
−
−
−

pH: 6,7 -7,4 ( tối ưu 7-7,2)
Vận tốc
V: 0,6-0,9 m/s
Chiều cao tối thiểu của bể là 4 – 6m
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/lít: H = 5 – 7m
Tấm chắn có độ nghiêng > 35 độ với mục đích tách khí ra khỏi nước dễ dàng hơn.
Nồng độ bùn trong bể có thể lên đến 10-40 g/l. Bùn trong bể hình thành 2 vùng:

+ Vùng đáy có chiều cao 1/4 tính từ đáy chứa cặn keo tụ với nồng độ 5-7%.
+ Phần trên là lớp bùn lơ lửng có nồng độ dao động từ 1-3 g/l. 

−

Bể UASB chỉ được sử dụng khi hàm lượng COD > 50.000 mg/l.


Thông số thiết kế
Điều kiện áp dụng

−

Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m3. Lượng bùn cho vào khơng nên nhiều hơn 60% thể tích bể. 

−

Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố N, P, S tối thiểu có thể tính theo biểu thức sau: 

(COD/Y) : N :P : S = (50/Y) : 5: 1 :1 (Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải. Nước thải dễ acid hóa Y= 0,03, khó acid hóa Y= 0,15.)
Tiêu chuẩn kỹ thuật:
3
- Có thể xử lý lên đến 40kgCOD/m /ngày.

−

COD trong khoảng từ 1000 – 50000 mg/l.

−

Phù hợp cho tải lượng COD 4500kgCOD/ ngày.

Thơng số thiết kế

0
Tải trọng thể tích của bể UASB hoạt động ở 30 C, hiệu quả xử lý 85-90%


Thơng số thiết kế

Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ đối với COD hoà tan, hiệu quả xử lý 85-95%, nồng độ bùn trung bình 25g/L


Thơng số thiết kế

Thời gian lưu nước có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt trong bể UASB cao 4m


Thông số thiết kế

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


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
1) Xác định thể tích bể dựa vào tải trọng hữu cơ:
Trong đó:

Xác định thể tích nước:

3
Vn: thể tích hữu dụng tối thiểu của bể ( m )

3
Q: lưu lượng nước thải vào bể (m /h)
S0: Nồng độ COD của nước thải trước xử lý (mg/l)
3
Lorg : tải trọng của chất hữu cơ ( kgCOD/m .ngđ)

Trong đó:

Hiệu quả làm sạch:
 

3
Vn: thể tích hữu dụng tối thiểu của bể ( m )
3
VL: Tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong bể (m )
E: hệ số hữu ích = 0.8-0.9


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
2) Xác định kích thước bể:

Tổng chiều cao của bể:

Trong đó:

-

2
A: Diện tích bể ( m )
3

Q: Lưu lượng nước thải vào bể (m )
v: vận tốc nước đi từ dưới lên ( m/h )

Đối với bùn hạt v= 1.25-2m/h ( tối đa 6m/h )
Đối với bùn thường v < 0.5m/h ( tối đa 2m/h )

Trong đó:

-

HT: Tổng chiều cao của bể (m)
HL: Chiều cao lớp nước trong bể (m)
HG: Chiều cao chiếm chỗ bởi thiết bị tách 3 pha rắn - lỏng – khí
(m).

Xác định chiều cao mực nước trong bể:
Trong đó:

-

2
A: Diện tích bể ( m )
HL: Chiều cao lớp nước trong bể (m)
3
VL: Tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong bể (m )


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
3) Xác định thời gian lưu nước:
Trong đó:

-

t: Thời gian lưu nước (h)
3
Q: lưu lượng nước thải vào bể (m /h)
3
VL: Tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong bể (m )

4) Xác định thời gian lưu bùn:

Trong đó:

-

Xe: Lượng MLSS dư mỗi ngày

Ta lại có cơng thức:


Tính tốn thiết kế - Bài tốn

Những thơng số thiết kế trong những giai đoạn phát triển khác nhau khi xáo trộn hoàn toàn chất rắn lơ lửng


Tính tốn thiết kế - Bài tốn


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
3

Ví dụ: Tính bể UASB để xử lý nước thải cho nhà máy công suất xử lý: 5000m / ngày
Xác định các thông số đầu vào của bể UASB:
pH = 6.9
BOD5 = 1100 mg/l
COD = 2000 mg/l
Tổng N = 50 mg/l
Tổng P = 10 mg/l
BOD = 1200mg/l
Yêu cầu sau bể UASB: COD còn lại <= 500mg/l để đưa ra xử lý theo quy trình hiếu khí


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
 

Hướng dẫn làm bài:
Hiệu quả làm sạch:

Lượng COD cần khử trong 1 ngày:

G = 5000 × (2000 - 500) × 10

-3

= 7500 (kgCOD/ngày)
3
Chọn tải trọng hữu cơ thể tích: a = 8 (kgCOD/m /ngày)
Dung tích xử lý yếm khí cần thiết:
3
V = (m )

Tính tốn thiết kế - Bài tốn
 

Tổng chiều cao của bể:
 

Diện tích bề mặt bể:

3
3
: lưu lượng nước thải trung bình theo giờ (m /h). = 179.2 m /h.
: tốc độ nước đi lên trong bể
(v = 0.6 – 0.9 m/h). Để đảm bảo bùn trong bể duy trì ở trạng thái lơ lững.
Chọn v = 0.8 m/h.
Kiểm tra lại vận tốc:
(m/h)
Chiều cao phẩn xử lý khí:
H1 = = = 4.1 (m)

H = H1+ H2 + H3 = 4.1 + 1.1 + 0.3= 5.5 (m)
H1 : Chiều cao phần có thể xử lý yếm khí
H2: Chiều cao vùng lắng lấy H2 = 1,1 m
H3: Chiều cao dự trữ H2 = 0,3 m
Chọn xây dựng 2 bể: n=2

⇒Diện tích bể:
⇒Kích thước xây dựng mỗi bể:
B x L = 7 x 16 = 112 m

2

Kích thước xây dựng bể:
3
V= (H1 + H2) x F = (4.1+1.1) x 224 = 1164.8 (m ).
Thời gian lưu nước:
T = HRT = X 24= X 24 = 5.59 ( giờ)


Tính tốn thiết kế - Bài tốn
 

Xác định lượng khí sinh ra trong bể UASB và ống thu khí:
3
Lượng khí sinh ra: tổng lượng khí sinh ra trong 2 bể khoảng 0.5 m /1kg CODl
3
Qkhí= 0.5 (m /ngày)

-

Lượng COD cần khử trong 1 ngày G = 7500 kgCOD/ngày
Lượng khí metan chiếm từ 70-80%. Chọn lượng khí metan chiếm 75%
3
Lượng khí metan sinh ra: 75% x 3750 = 2812.5 (m /ngày)

Ống thu khí của mỗi bể UASB: ta lắp 3 ống dẫn khí: 2 ống 2 bên thành bể và 1 ống ở giữa bể dọc theo chiều dài bể. Khi đó, vận tốc khí trong ống thu khí nằm
trong khoảng từ 10-15 m/s, chọn vkhí= 10m/s.
-Đường kính ống thu khí là:
D thu khí = = 0.06 (m)
=> Chọn Dthu khí = 60 (mm)

Bảng thống kê thiết kế

STT

Thơng số thiết kế

Đơn vị

Gía trị

1

Số lượng bể

2

Chiều dài bể

m

16

3

Chiều rộng bể

m

7

4

Chiều cao bể

m

5.5

5

Diện tích bể

2
m

112

6

Thời gian lưu nước

giờ

5.59

7

Lượng khí sinh ra trong bể

3
m /ngày

3750

8

Đường kính ống thu khí

m

0.06

2