Tiểu luận quy trình hoạt động công nghệ của bể USBF

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG

MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
MÔI TRƯỜNG
CHUYÊN ĐỀ
QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ CỦA
BỂ USBF
Sinh viên thực hiện
1. NGUYỄN ĐÌNH THÀNH 91202203
2. LÊ THỊ THU THANH 91202201
3. VĂN THỊ THU THANH 91202202
Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM ANH ĐỨC
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 4
1.1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO-USBF 5
1.2. ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT 6
1.3. CẤU TẠO BỂ USBF 7
1.4. QUÁ TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 8
1.4.1. Quá trình hoạt động 8
1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ USBF 11
2.1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF 14
2.2. QUÁ TRÌNH KHỬ NITRAT 16
3.1 ỨNG DỤNG CỦA BỂ 20
3.1.1 Giới thiệu 20
3.1.2. Vật liệu và phương pháp 21
3.1.3. Kết quả 23

3.1.4. Thảo luận 24
3.2 SO SÁNH USBF VÀ CÁC LOẠI BỂ KHÁC 26
Là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí 26
Gồm: 26
Hệ thống phân phối nước đáy bể 26
Tầng xử lý 26
Hệ thống tách pha 26
Xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, chất rắn thấp 26
COD: 60- 80% 26
BOD: 80-90% 26
TSS: 60

85% 26
Nồng độ COD đầu vào min : 100mg/l 26
SS<3000mg/l 26
(COD/Y) : N :P : S = (50/Y) : 5: 1 :1 26
Bùn cấy: < 60% thể tích bể , nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m3. 26
2
amonia < 2.000 mg/l 27
sulphate <500 mg/l 27
COD 50.000mg/l thì cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra.27
6.3

7.85 27
Thấp 27
Ít bùn dư, nên giảm chí phí xử lý bùn 27
Bùn ban đầu: tối thiểu là 10 kg VSS/m3 27
Ít tốn năng lượng 27
Sinh năng lượng 27
Lớn 27

Công suất lớn 27
Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát 28
Dễ mất ổn định 28
Không xử lý hoàn toàn chất ô nhiễm 28
Quá trình khởi động bể tốn thời gian, khó kiểm soát 28
Diện tích không gian lớn cho việc xử lí chất thải 28
Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung
bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản
xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột 28
CHƯƠNG 4 30
KẾT LUẬN 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
3
LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong một thời kỳ mà nguồn nước sạch ngày càng thiếu thốn,vệ
sinh môi trường đang bị ô nhiễm nặng nề, đó là những vấn đề khá nóng bỏng và đáng
quan tâm trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Sự phát triển nhanh chóng của các
làng nghề, các ngành công nghiệp và dịch vụ, quá trình đô thị hoá và tập trung dân cư
nhanh chóng là những nguyên nhân gây nên hiện trạng quá tải môi trường. Nước thải
không được xử lý hoặc xử lý không đầy đủ được xả trực tiếp vào sông và kênh rạch
gây nên hiện tượng ô nhiễm nguồn nước trầm trọng.
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ xử lý nước
thải. Nhưng phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được sử dụng phổ biến
nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý. Thường thì một hệ thống xử lý được đánh giá
bởi hiệu quả của việc xử lý như khả năng loại bỏ BOD, nito hay phospho… khả năng
áp dụng của chúng như giá thành của hệ thống, giá thành của một m3 nước được xử lý
hay độ phức tạp của công nghệ và quá trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị…
Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter) được
thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử
nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc. lần đầu tiên được giới thiệu

ở Mỹ những năm 1990 sau đó được áp dụng ở châu Âu từ những năm 1998 trở lại đây.
Mô hình công nghệ USBF, là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó
kết hợp ba quá trình Anoxic, Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử
lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển,
thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Với sự kết hợp này
sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình
xây dựng và vận hành hệ thống. Đồng thời hệ thống có thể xử lý nước thải có tải lượng
hữu cơ, N và P cao.
4
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIO-USBF
1.1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO-USBF
Công nghệ Bio-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. Quy trình USBF được thiết kế để khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử
phốtpho.
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, NH
3
-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.
5
Hình 1.1: Bể USBF
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.
Công nghệ Bio-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.
1.2. ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT
- Có thể xử lý bất kỳ nguồn nước thải: thành phố, nông nghiệp và công nghiệp.
- Có thể được thiết kế cho Hội đồng quản trị (và / hoặc COD) loại bỏ, cũng như quá
trình nitrat hóa, khử và loại bỏ phốt pho.
- Có thể được tùy chỉnh để đáp ứng đặc trưng của dòng vào và các thông số nước thải.
- Khả năng thích ứng dao động từ 300 - 150.000 tấn
- Hệ thống mô-đun cho phép phân cấp và mở rộng.
- Quá trình này là sự thay đổi của quá trình bùn hoạt tính truyền thống.
- Quá trình này rất đơn giản, sinh học và thân thiện môi trường.
- Năng lượng tiêu thụ và nhu cầu bảo trì là tối thiểu - số ít bộ phận chuyển động.
- Các hoạt động chỉ yêu cầu giám sát danh nghĩa và nhân sự.
- Thấp chi phí vận hành tổng thể - năng lượng, biên chế và bảo trì.
6
1.3. CẤU TẠO BỂ USBF
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo bể USBF
Chú thích:
Các chữ số chỉ kích thước (cm)

(A) : Mương thu nước đầu vào;
(B) : Ngăn thiếu khí;
(C) : Ngăn hiếu khí;
(D) : Ngăn USBF;
(E) : Các thanh sục khí;
(G) : Ống thu bùn;
I, II, III: Các điểm lấy mẫu ngăn thiếu khí, hiếu khí và sau quá trình xử lý;
IV : Vị trí tuần hoàn bùn
Cấu tạo của bể USBF : Bể gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic),ngăn hiếu
khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF). Mương chảy tràn thu nước
đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả
xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn. Mương chảy tràn và thu nước
đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định
7
lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy bơm bùn, 1 máy khuấy và 1 máy thổi khí.
1.4. QUÁ TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
1.4.1. Quá trình hoạt động
Nước thải chảy từ một nguồn thu (hoặc nước thải chính) thông qua một màn chắn để
hệ thống máng tách cặn thô và hơn nữa để lắng cát. Dòng chảy là chia thêm thành bốn
dòng chảy bằng cơ khí nước thải trước khi xử lý thông qua các kênh phân phối cho các
lò phản ứng sinh học để xử lý.
Hệ thống USBF tiên tiến cho các nhà máy xử lý nước thải sử dụng công nghệ sinh học
của quá trình kích hoạt tải thấp với nitrat hóa / khử và dephosphorin hóa sử dụng thống
nhất đình chỉ bùn hoạt tính. Việc tách bùn hoạt tính từ rượu hỗn hợp được thực hiện
bằng cách tăng lưu lượng bùn lọc (USBF). Tất cả quá trình xử lý và tách bùn sinh học
được cung cấp trong các lò phản ứng sinh học tích hợp nhỏ gọn (IBR). Các IBR chứa
ba vùng sinh học liên tiếp:
- Vùng khử hay vùng anoxic (A)
- Vùng khí nitrat hóa zoneor (B)
- Vùng kỵ khí hay vùng tách (C)

8
Hình 1.3: Các vùng sinh học của bể USBF
Khu kỵ khí và khử nitơ được trộn lẫn bởi máy trộn cơ khí, trong khu vực nitrat hóa là
một hệ thống sục khí với hiệu suất truyền oxy rất cao cung cấp cung cấp oxy và trộn.
Áp lực không khí được cung cấp bởi máy thổi. USBF được xây dựng tách trong khu
vực trong quá trình nitrat hóa và cung cấp các dòng chảy của nước được xử lý. Bùn
tách ra từ USBF tách cùng với nitrat từ khu vực nitrat hóa được quay trở vùng khử
nitơ, và rượu hỗn hợp từ cuối vùng khử được tái tuần hoàn đến vùng yếm khí. Các
dòng nước thải vào khu vực kỵ khí nơi nó đáp ứng với bùn hoạt tính tuần hoàn từ vùng
khử. Phốt pho tích lũy sinh vật trong bùn hoạt tính trong điều kiện yếm khí một số chất
từ nước thải và phát sinh phốt pho tích tụ. Hỗn hợp từ khu vực kỵ khí sau đó chảy vào
vùng khử, nơi sinh vật hiếu khí tuỳ ý trong bùn hoạt tính được lấy oxy từ nitrat tái tuần
hoàn cho quá trình oxy hóa và tiêu thụ một số chất từ nước thải. Bởi quá trình này,
nitrat được chuyển đổi thành khí nitơ, được phát hành vào không khí, và do đó làm
giảm nồng độ nitơ tổng số trong nước. Hỗn hợp từ khu vực khử sau đó chảy vào khu
9
vực nitrat hóa, trong đó tiến hành quá trình oxy hóa và tiêu thụ còn lại các chất hữu cơ
trong nước thải và amoni bị oxy hóa bởi vi khuẩn nitrat hóa để nitrat, mà sau đó được
tái tuần hoàn để khử như mô tả ở trên.
Trong quá trình xử lý sinh học, bùn hoạt tính lơ lững do đó nhiều lần tiếp xúc với
nitrat, khử Nitơ và điều kiện kỵ khí. Việc bốc bùn thấp kết hợp với nhiều lần thay đổi
điều kiện oxic, thiếu oxy và kỵ khí trong các phản ứng sinh học bên trong vòng tuần
hoàn khép kín và sự kết hợp của một hành động lựa chọn sinh học (nước thải cơ học
trước khi điều trị đầu tiên vào khoang kỵ khí của các phản ứng sinh học), kết quả trong
việc hình thành rất cụ thể trong bùn hoạt tính. Sản phẩm này được kích hoạt bùn có chỉ
số khối lượng bùn thấp thường ít hơn 100 ml /g đối với trường hợp xử lý nước thải.
Việc đưa de-nitrat hóa trong quá trình tranh luận vòng lặp phục hồi sau khi giảm độ pH
của nó do quá trình nitrat hóa, và giảm tổng hàm lượng nitơ.
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình USBF
Bùn dư thừa, đó là xây dựng trong quá trình, không ngừng loại bỏ khỏi quá trình bùn

trước chất làm đặc. Các nước trên bề mặt chảy trở lại kích hoạt thông qua một đường
10
ống tràn trong khi bùn trước dầy được bơm vào bể bùn giữ. Bể này được brokenly ga
để giữ bùn trong điều kiện và phòng ngừa giữ phát hành oxic phốt pho, và trong giai
đoạn ngoài giờ có tiến thêm bùn dày lên bằng cách bơm nước nổi trở lại kích hoạt.
1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ USBF
Hình 1.5: sơ đồ nguyên tắc hoạt động công nghệ USBF
Giai đoạn đầu tiên: Trong giai đoạn này, dòng vào được nhập vào hệ thống để lắng sơ
cấp. Đối với giai đoạn này, ít nhất là giảm 60% nồng độ TSS dự kiến.
Giai đoạn thứ hai: Trong giai đoạn này, chảy đến liệu (sau khi sục khí) đã được nhập
vào hệ thống loại bỏ đặc biệt cho cacbon hữu cơ. Quá trình nitrat hóa cũng có thể được
thực hiện trong giai đoạn này. Thời gian lưu nước có thể về 2-8 h.
Giai đoạn thứ ba: Trong giai đoạn này, nước thải đã bước vào giai đoạn sau khi thông
khí và khử nitrat hóa. Nitrat có thể được chuyển đổi sang nitro-gen khí trong giai đoạn
11
này.
Giai đoạn thứ tư: Trong giai đoạn này, nước thải đã được thông qua từ các thiết bị tách
và được lọc từ một tấm ngăn bùn.
Giai đoạn thứ năm: Trong giai đoạn này, nước thải trước khi giải quyết đã được thông
qua từ các kênh đã được dặt dải phân cách và sau đó được thải ra hệ thống.
Hình 1.6
- Nước với bùn ở dưới cùng đến khu vực phân tách.
- Tốc độ giảm cho đến khi hình thành lớp bùn bởi sự tích tụ của các hạt bùn bằng độ
bám dính.
- Lớp bùn trở thành cố định và tạo thành phương tiện lọc
12
- Phía trên cùng của tấm chăn bùn tạo thành một bề mặt ngang dưới mức nước
- Xử lý nước thải được thu hồi trên bề mặt lớp bùn
Các kết quả trong xử lý nước thải cho thấy BOD của nước thải cuối cùng tại HRT khác
nhau - số giờ thổi không khí; thấp hơn 20 mg/l có hiệu quả loại bỏ của họ lên đến 82%.

COD của nước thải cuối cùng tại HRT khác nhau là thấp hơn 23 mg/l có hiệu quả loại
bỏ của họ lên đến 85%. Kết quả của BOD, COD, TSS, và độ đục của nước thải cho các
giai đoạn khác nhau của xử lý nước thải được thể hiện trong hình ảnh. Trong hầu hết
các trường hợp, nồng độ TSS trong nước thải đã được ít hơn 1 mg/l và một trong
những lý do chính là hình thành các cục máu đông bùn nhỏ gọn trong dải phân cách
lắng đọng trầm tích của hệ thống. Hiện tượng này làm giảm khả năng của bùn thoát ra
khỏi hệ thống.
Tỷ lệ loại bỏ COD và BOD
Hình 1.7:
Biểu đồ loại
bỏ BOD5 sinh
học phụ thuộc
vào số giờ
thổi HRT
không khí
13
Hình 1.8: Biểu đồ loại bỏ COD sinh học phụ thuộc vào số giờ thổi HRT không khí
CHƯƠNG 2:
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF
2.1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF
Bể được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình
nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P). Nước thải được loại bỏ
rắn, sau đó, được bơm vào mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng
tuần hoàn bùn. Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính chảy vào ngăn thiếu khí. Ngăn này
có vai trò như là ngăn chọn lọc thiếu khí (Anoxic Selector) thực hiện hai cơ chế chọn
lọc động học (Kinetic Selection) và chọn lọc trao đổi chất (Metabolism Selection) để
làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của
14
bông bùn và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt.
Quá trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này. Sau đó, nước thải

chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưỡi đáy ngăn USBF. Ở đây oxy được cung cấp
nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm. Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào
ngăn USBF và di chuyển tử dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo
phương thẳng đứng. Đây chính là công đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp
cả lọc và xử lý sinh học của chính khối bùn hoạt tính. Phần nước trong đã được xử lý
phía trên chảy tràn vào mương thu nước đầu ra. Một phần hỗn hợp nước thải và bùn
trong ngăn này được tuần hoàn trở laị ngăn thiếu khí.
Hình 2.1: Nguyên tắc hoạt động bể USBF
2 NH
3
+ 3 O
2
Nitrosomonas
2 HNO
2
+ 2H
2
O
15
2 HNO
2
+ O
2
Nitrobacter
2HNO
3
Hoặc:
(NH
3
)

2
CO
3
+ 3O
2
2HNO
2
+ CO
2
+ 3H
2
O
2 HNO
2
+ O
2
2HNO
3
Tốc độ của giai đoạn một xảy ra nhanh gấp 3 lần so với giai đoạn hai. Bằng thực
nghiệm người ta chứng minh lượng oxy tiêu hao để oxyhóa 1mg nitơ của muối amon ở
giai đoạn tạo nitrit là 343 mg O
2
, ở giai đoạn tạo nitrat là 4,5 mg O
2
. Sự có mặt của
nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn thành các chất bẩn hữu cơ.
Quá trình nitrat hóa có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải. Trước
tiên nó phản ánh mức độ khoáng hóa các chất hữu cơ như đã trình bày ở trên. Nhưng
quan trọng hơn là quá trình nitrat hóa tích lũy được một lượng oxy dự trữ có thể dùng
để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa nitơ khi lượng oxy tự do (lượng oxy hòa tan)

đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó.
2.2. QUÁ TRÌNH KHỬ NITRAT
Quá trình khử nitrat là quá trình tách oxy khỏi nitrit, nitrat dưới tác dụng của các vi
khuẩn yếm khí (vi khuẩn khử nitrat). Oxy được tách ra từ nitrit và nitrat được dùng lại
để oxy hóa các chất hữu cơ. Lượng oxy được giải phóng trong quá trình khử nitrit
N2O3 là 2,85 mg oxy/1mg nitơ. Nitơ được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển.
Quy trình USBF có khả năng khử BOD5 đến dưới 5 mg/l, TSS dưới 10 mg/l, Nitơ tổng
cộng dưới 1.0 mg/l và phospho tổng cộng dưới 0.5 ÷ 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 (Al
2
(SO
4
)
3
.14H
2
O), Aluminate natri (Na
2
O.Al
2
O
3
), Chlorua sắt
(FeCl
3
), (FeCl
2
), Sulfate sắt (FeSO

4
.H
2
O) hay Sulfate sắt 3 (Fe
2
(SO
4
)
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.
16
Ví dụ: Khử phospho bằng FeSO
4
xảy ra theo hai phản ứng sau:
Kết tủa phospho
3 FeSO
4
+ 2PO
4
3-
Fe
3
(PO
4
)
2
+ 3SO

4

2-
Fe
3+
+ 3HCO
3
-
Fe(OH)
3
Theo hai phản ứng trên, đểloại bỏ2 mg/l PO4-3, theo lý thuyết sẽsinh ra 6 mg/l
bùn.Trong thực tế5 mg/l bùn được sinh ra khi khử1 mg/l PO4-3. Đối với nước thải đầu
vào có 240 mg/l BOD và tốc độsinh 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 lửng
(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.
2.3. ƯU ĐIỂM CỦA BỂ USBF
- Giảm chi phí đầu tư
USBF kết hợp tất cả các công đoạn 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
Với thiết kế gọn, 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
17
trình xử lý sinh học thông thường khác khó đạt được Nồng độ BOD
5
và TSS sau xử lý
nhỏ hơn 10 mg/l và N-NH
3
nhỏ hơn 0.5 mg/l. USBF xử lý chất hữu cơ dạng carbon và
cả Ni tơ và phốtpho.
- 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 côn 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
18
lớn chỉ cần trang bị hệ thống sàng 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.
19
CHƯƠNG 3:
ỨNG DỤNG CỦA BỂ USBF
3.1 ỨNG DỤNG CỦA BỂ
3.1.1 Giới thiệu
Ngày nay, vấn đề xử lý nước thải đang được xem xét từ quan điểm khác nhau ở các
nước phát triển và đang phát triển. Quan điểm chính của các nước công nghiệp là việc
tái sử dụng nước thải và phát triển pháp luật và các tiêu chuẩn cứng nhắc cho xử lý
chất thải cho môi trường. Đối với thái độ này với, họ cố gắng sử dụng các quy trình xử
lý nước thải hiện đại với khả năng hơn. Mặt khác, quan điểm chính của các nước đang
phát triển để xử lý nước thải cho công tác phòng chống các bệnh truyền nhiễm trong
cộng đồng nhân loại. Khi nghe, trong các nước đang phát triển, các quá trình chính là
vẫn còn các quá trình mà chỉ có thể loại bỏ các chất gây ô nhiễm với số lượng lớn nước
thải cụ thể là các chất hữu cơ và các mầm bệnh. Tuy nhiên, các quốc gia nên cố gắng
sử dụng các quy trình xử lý nước thải hiện đại. bể USBF mà là một thay đổi mới của
bùn hoạt tính được xem như là một công nghệ xuất sắc cho xử lý nước thải thành phố.
Nó cũng được tuyên bố là lý tưởng để sử dụng trong cải tạo nước, xử lý nước thải công
nghiệp và các nhà máy hiện có sự chỉnh. Tại quá trình USBF, bùn mà đi vào một vùng
anoxic được rút ra bởi trọng lực vào một khoang thông khí và sau đó xuống đáy của

lắng USBF, từ nơi nó tràn. Phần còn lại sau đó được tái chế từ các máy bơm không vận
dưới sử dụng, mà không cần năng lượng do cấu hình vòng lặp nội bộ. Qui trình USBF
bao gồm một số đơn vị. Đây là sàng lọc thô, bơm, buồng sạn, lắng sơ cấp, kích hoạt
(thông khí và lắng thứ cấp, quá trình nitrat hóa và khử nitơ), khử trùng và khử nước.
Việc thiết kế và hoạt động của quá trình USBF có thể được thực hiện hoặc trong một
giai đoạn duy nhất hoặc trong hai giai đoạn. Trong quá trình USBF giai đoạn hai, điều
kiện yếm khí cần thiết để loại bỏ P-sinh học được cung cấp bởi Imhoff xe tăng và 2 giờ
giữ nước thải ở giai đoạn đầu hoạt động. Tuy nhiên, trong một giai đoạn USBF, xe
20
tăng Imhoff được di dời và P-loại bỏ được thực hiện bằng cách bổ sung vôi. Kể từ khi
hệ thống này tất cả các quy trình cần thiết được tích hợp vào một phản ứng sinh học,
kích thước thiết bị và chi phí có thể được giảm đáng kể so với những thay đổi khác của
bùn hoạt tính.
Mục đích chính của dự án này, đã được hoàn thành vào năm 2006, là xác định các điều
kiện điều trị tốt nhất cho chất hữu cơ loại bỏ từ nước thải sinh hoạt bằng cách sử dụng
quy trình USBF một tầng.
3.1.2. Vật liệu và phương pháp
Một giai đoạn duy nhất được sử dụng cho dự án này là lò phản ứng bốn ngăn được làm
từ swoij thủy tinh có độ dày 4mm. khối lượng nước tổng thể của lào phản ứng này là
4L, các ngăn như sau:
- 1: lắng sơ cấp
- 2: quá trình khử nito
- 3: sục khí
- 4: dải phân cách cho lắng thức
Các đơn tầng USBF lò phản ứng sử dụng cho dự án này là một lò phản ứng bốn ngăn
được làm từ sợi thủy tinh 4 mm độ dày. Khối lượng chất lỏng tổng thể của lò phản ứng
này là 4 L. ngăn như sau: 1 lắng sơ cấp, 2 khử nitơ, khí 3 và 4 dải phân cách cho lắng
thức. Hình. 1 cho thấy sơ đồ của hệ thống thí nghiệm. Các hoạt động của năm bước xử
lý cần thiết cho quá trình USBF đã thực hiện được bằng cách sử dụng lò phản ứng đơn
giản này. Các giai đoạn như sau:

Giai đoạn đầu tiên: Trong giai đoạn này, dòng vào được nhập vào hệ thống để lắng sơ
cấp. Đối với giai đoạn này, ít nhất là giảm 60% nồng độ TSS dự kiến.
Giai đoạn thứ hai: Trong giai đoạn này, chảy đến nguyên liệu (sau khi sục khí) đã
được nhập vào hệ thống loại bỏ đặc biệt cho cacbon hữu cơ. Quá trình nitrat hóa cũng
có thể được thực hiện trong giai đoạn này. Thời gian lưu nước khoảng 2-8 h.
Giai đoạn thứ ba: Trong giai đoạn này, nước thải đã bước vào giai đoạn sau khi thông
khí và khử nitrat hóa. Nitrat có thể được chuyển đổi thành khí nitơ (N2) trong giai đoạn
21
này.
Giai đoạn thứ tư: Trong giai đoạn này, nước thải đã được thông qua từ các thiết bị tách
và được lọc từ một tấm lọc bùn.
Giai đoạn thứ năm: Trong giai đoạn này, nước thải trước khi giải quyết đã được thông
qua từ các kênh đã được đặt trên dải phân cách và sau đó được thải ra từ hệ thống
Như đã đề cập ở trên, dòng vào vào hệ thống đã được nhập vào bộ phận sục khí, sau
khi đi từ sơ cấp lắng và đơn vị khử và sau đó nó đã được thông qua từ dải phân cách
của lưu vực lắng. Dòng vào để tách các giai đoạn lắng trở lại bộ phận khử bởi một máy
bơm điện sau khi quá trình nitrat hóa. Tỉ lệ lợi nhuận lý nước thải cho đơn vị khử đã
được điều chỉnh vào khoảng 3 đến 5 lần dòng vào cho đơn vị sục khí. Các sục khí cần
thiết đã được thực hiện bởi hai máy bơm hồ như vậy là lượng oxy hòa tan được giữ lâu
dài khoảng 2-3 mg/l. Để chuẩn bị bọt khí oxy cần thiết, hai bộ khuếch tán với khả năng
chuyển oxy cao đã được sử dụng.
Thích ứng của khối lượng sinh vật với các mẫu nước thải tổng hợp đã được bắt đầu sau
khi thực hiện, và chức năng này được tiếp tục khoảng hai tuần. Vào cuối giai đoạn
thích ứng, bùn lắng hình thành trong dải phân cách được coi là hoàn toàn ổn định và
nhỏ gọn với một mật độ khoảng 1,03 kg/l. Các thông số kỹ thuật của nước thải đầu vào
tổng hợp để thí điểm USBF như sau:
BOD5 = 250 mg/l
COD = 277 mg/l
TSS = 1 mg/l
Hợp chất này chỉ được sử dụng trong việc chuẩn bị các mẫu nước thải là sữa đặc khô

và TSS là giống như nước máy. USBF thí điểm đưa vào hoạt động ba lần sục khí khác
nhau (HRT 6, 4 và 2 giờ với sự gia tăng của BOD5 chảy đến 1,5 lần). Trong tất cả các
giai đoạn, tuổi bùn đã được điều chỉnh để khoảng 20 d và nồng độ MLSS và MLVSS
đã được giữ ở khoảng 6000 và 8000 mg/l. Lấy mẫu và thử nghiệm các dòng vào của
USBF thí điểm đã được thực hiện sau thời gian thích ứng. Trong nghiên cứu này, các
thông số được đo ở cả các mẫu nước thải và chảy đến vị trí thí điểm USBF bao gồm
22
BOD5 CODvà TSS. Phân tích các thông số này có tất cả được thực hiện theo thủ tục
được mô tả trong phương pháp chuẩn tất cả được thực hiện theo thủ tục được mô tả
trong phương pháp chuẩn
3.1.3. Kết quả
Các kết quả thu được trong bốn giai đoạn đều được trình bày trong hình 1.7 và 1.8 và
Bảng 3.1. Hình 1.7 cho thấy BOD của nước thải cuối cùng tại các HRT khác nhau,
nhỏ nhất là 20 mg/l có hiệu quả loại bỏ của họ lên đến 82%. Hình 1.8 cho thấy COD
của nước thải cuối cùng tại HRT khác nhau thấp nhất 23 mg/l có hiệu quả loại bỏ của
họ lên đến 85%. Kết quả của BOD, COD, TSS, và độ đục của nước thải cho các giai
đoạn khác nhau của xử lý nước thải được thể hiện trong Bảng 3.1. Trong hầu hết các
trường hợp, nồng độ TSS trong nước thải đã được ít hơn 1 mg/l và một trong những lý
do chính là hình thành các cục máu đông bùn nhỏ gọn trong dải phân cách lắng của hệ
thống. Hiện tượng này làm giảm khả năng của bùn thoát ra khỏi hệ thống.
Bảng 3.1: Kết quả xử lý nước thải
Giai đoạn hoạt động Thử nghiệm/ mẫu 1 2 3 4 tb
Giai đoạn 1 HTR =6h BOD5 (mg/l)
COD (mg/l)
TSS (mg/l)
Độ đục (NTU)
25
28
0.9
1.1

22
25
0.6
0.8
24
27
0.8
0.9
20
23
0.7
0.8
22.75
25.75
0.75
0.9
Giai đoạn 2 HTR= 4h BOD5 (mg/l)
COD (mg/l)
TSS (mg/l)
Độ đục (NTU)
31
34
0.9
1.5
27
30
0.8
1
24
27

1
1
24
26
0.9
1
26.25
29.25
0.9
1.125
Giai đoạn 3 HTR = 2h BOD5 (mg/l)
COD (mg/l)
120
132
145
160
155
170
148
162
142
156
23
TSS (mg/l)
Độ đục (NTU)
1.8
2
1.9
2.5
1.8

2
1.8
2
1.825
2.125
Giai đoạn 4 (HRT = 6 giờ
bằng cách tăng BOD5 và
COD chảy đến 375 và
416 mg/l, tương ứng)
BOD5 (mg/l)
COD (mg/l)
TSS (mg/l)
Độ đục (NTU)
32
36
0.8
1
31
35
1
1
30
34
0.9
1
30
33
0.9
1
30.75

34.5
0.9
1
Nước thải thô: COD = 277 mg/l, BOD5 = 250 mg/l
3.1.4. Thảo luận
Cho đến nay, dữ liệu có sẵn trên hoạt động USBF còn hạn chế. Mosquera-Corral et al.
nghiên cứu về xử lý nước thải của một nhà máy đóng hộp cá sử dụng USBF. Kết quả
rõ ràng đã cho thấy loại bỏ đáng kể các hợp chất hữu cơ và nitơ cộng với sản xuất một
khối lượng lớn khí mêtan do giai đoạn kỵ khí chính của điều trị này. Fernández et al.
được sử dụng quá trình USBF xử lý nước thải thành phố. Các kết quả của nghiên cứu
này cho thấy tính khả thi của quá trình USBF từ kỹ thuật cũng như các quan điểm kinh
tế.
Như thể hiện trong hình 1.7, 1.8, hiệu suất xử lý cả hai BOD5 và COD có thể được
tăng lên bằng cách tăng thời gian lưu giữ nước thải trong lò phản ứng. Về mặt này, nó
đã được tìm thấy rằng tỷ lệ loại bỏ BOD5 đã được cải thiện từ 75% (bằng cách áp dụng
HRT của 2 h) đến 92% ở giai đoạn của việc áp dụng HRT 6 h. Sự khác biệt cao này
chủ yếu là do sự thích ứng tăng MLSS với đặc điểm của nước thải tổng hợp cùng với
sự tăng trưởng của vi khuẩn ở những vùng hiếu khí. Cần lưu ý rằng trong nghiên cứu
này, HRT tối thiểu cần thiết để đạt đến một loại bỏ chấp nhận BOD5 từ nước thải cuối
cùng để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải là 4 h, và trong ít hơn so với HRT của 2 h nồng
độ BOD5 đã không đạt được đến dưới 128 mg/l. Chúng tôi có thể kết luận rằng quá
trình USBF giai đoạn duy nhất không nên được vận hành trong các giai đoạn sục khí
nhỏ hơn 4 h. Tương tự như 4 h giai đoạn sục khí, trong giai đoạn áp dụng HRT 6 h
không có khác biệt đáng kể trong BOD5 hiệu suất xử lý mẫu khác nhau. Điều này có
24
thể là do tỷ giá cố định hữu cơ tải cũng như điều kiện môi trường thống nhất, trộn
thường xuyên và sục khí công ty. Cuối cùng, như thể hiện trong hình 1.7, 1.8, trong
giai đoạn 6 h HRT và bằng cách tăng BOD5 ban đầu lên 1,5 lần, hiệu quả xử lý đã
được cải thiện theo thời gian từ ban đầu 45,4% đến khoảng 88% cho các mẫu cuối
cùng. Một lần nữa, tỷ lệ loại bỏ BOD5 đã duy trì gần như không đổi trong bốn mẫu

cuối cùng, có thể là do những lý do như đã nêu cho các giai đoạn trước liên quan đến
hiệu suất của hệ thống trong xử lý COD. Với kết quả cho thấy rằng giảm tối đa 94% là
có thể bằng cách áp dụng 6 giờ HRT. Làm thế nào-bao giờ hết, hiệu quả điều trị cao
như khoảng 90% cũng là có thể đạt được trong giai đoạn áp dụng 4 h HRT.
Vì tất cả các mẫu nước thải được sử dụng trong các thí nghiệm đã được chuẩn bị tổng
hợp, ảnh hưởng của quá trình USBF trên TSS không thể được giải thích một cách dễ
dàng. Kết quả chắc chắn cho thấy nồng độ TSS trong nước thải của
hệ thống xử lý chưa bao giờ vượt quá 2,8 mg/l. Bằng cách so sánh với nồng độ ban
đầu, tăng nhẹ TSS sau khi điều trị thường được ký hiệu đó nên được quy cho sự xuất
hiện của MLSS trong nước thải thức. Về mà chăn bùn được hình thành trong một quá
trình USBF là đủ dày đặc để ngăn chặn rò rỉ các chất rắn lơ lửng và trong thực tế, vấn
đề hình thành lớp bùn tốt là không đáng kể, TSS hiệu quả xử lý thấp của hệ thống đó là
ít hơn 33% vẫn có thể được coi là đủ để đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành quy định của
cơ quan bảo vệ môi trường.
So sánh kết quả của nghiên cứu này với những quá trình khác chỉ ra rằng quá trình
USBF là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho xử lý nước thải trong nước. Naghizadeh et al.
đã điều tra việc thực hiện các phản ứng sinh học sợi rỗng màng để xử lý nước thải
thành phố. Hiệu quả xử lý của quá trình này cho COD, tổng nitơ Kejeldahl (TKN), nitơ
tổng số (TN) và tổng phốt pho (TP) được xác định tương ứng là 99,3, 98,1, 85,5 và
52,0%. Trong những năm gần đây, hàng loạt chuỗi phản ứng (SBR) là một trong những
công nghệ nghiên cứu nhiều nhất cho xử lý nước thải do hoạt động thích hợp của nó.
Theo Mahvi et al., hiệu suất xử lý BOD5, COD, TSS, TKN, TN và TP từ nước thải
sinh hoạt theo quy trình SBR đã thu được trong phạm vi tương ứng là 96,8-97,7, 93,0-
94,9, 96,7-99,0, 69,0-85,4, 57.9 -71,4 và 55,9-68,5%,.
25