1.3. Tổng quan về công nghệ USBF
1.3.1. Giới thiệu về công nghệ USBF
Cơng nghệ USBF được thiết kế dựa trên mơ hình động học xử lý BOD, nitrat hóa (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
Tuần hịan dịng Nitrat
H2SO4 Tuần hồn bùn Lắng Bể keo tụ kết hợp lắng Lọc cát Polymer
Khử UASB Anoxic 1 Aerobic
1
Anoxic 2 Oxic 1
47
Châu Âu từ năm 1998 trở lại đây. USBF là công nghệ cải tiến của q trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 q trình Anoxic, Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải[2]. Một số tập đồn hoặc cơng ty đã cung cấp hệ thống USBF bản quyền trong vòng gần 30 năm qua như sau:
Tập đoàn ECOfluid System Inc cung cấp các giải pháp về xử lý nước thải cho ngành công nghiệp, thương mại và đô thị. Công ty đã đạt giải thưởng công nghệ xử lý nước thải với hiệu suất xử lý cao, cạnh tranh về vốn và chi phí vận hành.
Từ năm 1995, ECOfluid đã lắp đặt và cung cấp hơn một trăm hệ thống ở Canada, Mỹ và Caribean. Công nghệ USBF đầu tiên được xây dựng năm 1955 tại thành phố Brno với công suất 1000 l/s. Sơ đồ mặt cắt ngang của bể phản ứng USBF
như hình 1.6.
Hình 1.6. Sơ đồ khối của bể USBF ở CITYCLAR
trong đó: 1. khơng gian keo tụ, 2. không gian USBF, 3. Khoang chứa bùn lắng. 5-
máy nén, 6-bơm nước thải, 7-bơm air lift, 8-hố thu cát, 9-bể phản ứng sinh học, 10-trống lọc sinh học , 11-máy thổi khí, 12-lắng bùn, 13-bể chứa bùn, 14-thêm chất
48
hóa học, 15-bơm bùn, 16-sân phơi bùn, |A|-nước thải vào, |B|-nước được xử lý, |C|-
ổn định bùn khơ, A-hoạt hóa hiếu khí và nitrat hóa, DN-khử nitrat, S-ngăn USBF.
Bể này có cấu trúc tâm với ngăn chứa bùn hình lăng trụ. Các cơn trung tâm
được sử dụng như không gian đơng tụ hịa trộn với nước dòng vào và nước bùn
chảy qua khe dưới. Phía bên ngồi lớp bùn hình thành 1 lớp bùn dày đặc. Nước tinh khiết được thu bằng máng và bùn dư được thu hồi ở đỉnh của lớp bùn. Một phần
bùn được chảy qua ngăn lắng bùn và cơ đặc sau đó lọc, một phần nước trong sau khi ép bùn được quay lại dòng vào nước thải. Hiệu quả thủy lực này của bể phản ứng hóa học USBF được phát minh vào năm 1952 và là đại diện đầu tiên của bể
phản ứng tích hợp, ngày nay có thể sử dụng với cơng suất lên đến 150(l/s) [19].
Để nâng cao công suất thủy lực của bể phản ứng USBF đã đưa ra khái niệm
mới hơn về bể phản ứng sinh học tích hợp sử dụng nguyên tắc kết hợp các lớp bùn lọc ở trên. Sự gia tăng lớp bùn lọc ở bể phản ứng tích hợp USBF khơng chỉ giảm hiệu quả tách mà còn giảm bề mặt và thể tích tách nhưng đóng vai trị quyết định có
ảnh hưởng đến kết cấu hình học và bố trí tổng thể trong toàn bộ bể phản ứng
49
Hình 1.7. Bể phản ứng kết hợp USBF bằng thép không gỉ ở Strathamore, Alberta, Anh [22]
Để tăng cường công suất của công nghệ, các nhà khoa học lại tiếp tục cải
tiến. Thông thường tăng cường công suất của công nghệ USBF kết hợp có thể bao gồm 3 khả năng sau:
(i) Tăng công suất thủy lực của bể phản ứng USBF;
(ii) Giảm tải lượng bùn bằng cách tăng lượng bùn hoạt tính trong bể để đạt
được khả năng lọc cao hơn;
(iii) Giảm đến mức tối đa kích thước các hạt lắng trong USBF để tăng khả
năng tiếp xúc trong thiết kế bể phản ứng tích hợp.
Các nhà máy xử lý nước thải thành phố chủ yếu phục vụ cho hoạt động
trong một chế độ tải trọng bùn trung bình (0,3-0,4 kg BOD / VSS kg / ngày). Chúng dễ dàng loại bỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy như BOD5, trong khi đó một phần
50
lớn các chất ô nhiễm như nitơ, các chất độc đi qua. Trong các nhà máy cổ điển chỉ qua hệ thống xử lý cơ học, lắng sơ cấp, sinh học và thứ cấp. Một cách đơn giản người ta nâng cấp các nhà máy bằng cách sử dụng các bể hiện tại và thay đổi các bể
phản ứng USBF. Xử lý nước thải với công nghệ cải tiến với chế độ tải trọng bùn thấp được thực hiện bằng cách kết hợp nitrat hóa/khử nitrat. Lượng bùn hoạt tính
tăng khoảng 2 lần trong nitrat hóa/khử nitrat và tăng 3-4 lần so với ổn định hiếu khí
(giới hạn từ 0,2 - 0,1 kgBOD/kd VSS.ngày). Quá trình làm giảm N, P bằng khử P sinh học. Việc tăng cơng suất nhà máy có thể thực hiện cùng với việc tăng tải
trọng bùn để nâng cao hiệu quả xử lý. Công suất của bể phản ứng kết hợp USBF bao gồm từ các đơn vị nhỏ như nước thải sinh hoạt gia đình, đến nứớc thải thành phố và công nghiệp. Các ứng dụng của bể phản ứng tích hợp được ứng dụng trong hệ thống phân cấp nước ở nông thôn, thành thị. Công nghệ lọc tiên tiến nên chất
lượng nước thu được là rất cao. Quy trình USBF hoạt động với nồng độ bùn hoạt
tính cao, loại bỏ các chất hữu có như COD dưới 20mg/l, loại bỏ N, P.
Như vậy, sau nhiều lần cải tiến và tích hợp các phương pháp xử lý, hệ thống USBF đã thể hiện được nhiều ưu điểm vượt trội như:
- Giảm chi phí đầu tư: Cơng nghệ 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 cơng 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 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 cacbon(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 cơng trình xử lý sinh học thơng thường khác khó đạt được.
Nồng độ BOD5 và SS sau xử lý nhỏ hơn 10mg/l và N- NH3 nhỏ hơn 0,5mg/l.
51
- Lượng bùn thải bỏ ít: Hệ thống được thiết kế với tuổi bùn tối thiểu là 5-70
ngày nên lượng bùn sản sinh ít hơn với hệ thống sinh học hiếu thông thường.
- Hạn chế mùi: Dưới điều kiện phân hủy hiếu khí và nồng độ bùn lớn làm giảm những tác nhân gây mùi.
- Thay đổi thể tích linh động: Bể lắng hình cơn trong bể tạo không gian trống
để các phản ứng khác xảy ra xung quanh và bản thân bể lắng cũng có thể thay đổi
thể tích linh động, tác động lên các cơng trình cịn lại. Bể USBF cũng có thể chịu
được sự quá tải lưu lượng khi lưu lượng tăng cao, lớp bùn hoạt 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 cơng trình nên USBF gần như một cơng trình thiết kế hồn chỉnh, mặt khác có kiểu dáng là hình khối chữ nhật nên rất thuận tiện để thiết kế thành từng đơn ngun. Việc
đơn ngun hóa cơng trình giúp việc thiết kế cơng trình linh động hơn về mặt bằng,
công suất hệ thống .
- 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 q trình làm khơ bùn xảy ra nhanh hơn.
- Không cần bể lắng đợt 1: Cơng nghệ USBF thường khơng bố trí bể lắng đợt một 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 ổn định bùn trong một cơng trình làm giảm kích thước chung của cơng trình dẫn đến tiết kiệm mặt bằng sử dụng.
52