Sự khác biệt giữa quy trình IC kỵ khí và UASB

1.1 Lò phản ứng UASB

1.1.1 Giới thiệu về UASB

Lò phản ứng chăn bùn kỵ khí dòng lên (UASB) là một phương pháp sinh học kỵ khí để xử lý nước thải, hay còn gọi là lò phản ứng tấm bùn kỵ khí dòng lên, do Giáo sư Lettinga của Hà Lan phát minh vào năm 1977.

Nước thải chảy từ dưới lên trên qua UASB. Ở dưới cùng của lò phản ứng là một lớp bùn có nồng độ cao, hoạt tính cao, nơi hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải đều trải qua quá trình lên men kỵ khí và phân hủy thành khí metan và carbon dioxide. Do sự khuấy trộn của dòng nước và bọt khí, lớp bùn huyền phù hình thành phía trên lớp bùn. Một-bộ tách ba pha được lắp đặt ở phía trên lò phản ứng để tách khí phân hủy, chất lỏng phân hủy và các hạt bùn. Khí phân hủy được thải ra từ đỉnh lò phản ứng; các hạt bùn tự động trượt xuống và lắng xuống lớp bùn ở đáy bể phản ứng; chất lỏng phân hủy được thải ra khỏi vùng làm sạch.

UASB có khả năng chịu tải cao và phù hợp để xử lý nước thải hữu cơ có nồng độ- cao. Một UASB-hoạt động tốt (Hầm chứa bùn siêu kỵ khí-) có tốc độ loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ cao, không cần khuấy và có thể thích ứng với những cú sốc tải trọng đáng kể, nhiệt độ và những thay đổi về độ pH.

1.1.2 Cấu trúc UASB

UASB được đặc trưng bởi hệ thống lắng đọng và phản ứng sinh học tích hợp, khiến nó trở thành lò phản ứng kỵ khí nhỏ gọn. Lò phản ứng chủ yếu bao gồm hệ thống phân phối dòng nước chảy vào, vùng phản ứng, thiết bị tách ba{1} pha, buồng chứa khí và hệ thống xả nước đã qua xử lý.

1.1.3 Nguyên tắc làm việc của UASB

Quá trình phản ứng kỵ khí trong bể phản ứng UASB tương tự như các quá trình xử lý sinh học kỵ khí khác, bao gồm thủy phân, axit hóa, sản xuất axit axetic và sinh metan. Các vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trình biến đổi chất nền, chuyển đổi chất nền thành sản phẩm cuối cùng là-khí sinh học, nước và các chất vô cơ khác.

UASB bao gồm ba phần: vùng phản ứng bùn, thiết bị phân tách ba pha khí-lỏng-rắn{2}}(bao gồm cả vùng lắng) và buồng chứa khí. Một lượng lớn bùn kỵ khí vẫn còn trong vùng phản ứng phía dưới, và bùn có đặc tính lắng và keo tụ tốt tạo thành lớp bùn ở phía dưới. Nước thải cần xử lý sẽ chảy xuống đáy bể bùn kỵ khí và trộn lẫn với bùn trong lớp bùn. Các vi sinh vật trong bùn phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, chuyển hóa thành khí sinh học. Khí sinh học được giải phóng liên tục dưới dạng bong bóng nhỏ. Khi những bong bóng này nổi lên, chúng hợp nhất lại, dần dần tạo thành những bong bóng lớn hơn. Ở phía trên của lớp bùn, khí sinh học khuấy trộn bùn, tạo ra hỗn hợp nước-bùn tương đối loãng và dâng lên cùng với nước vào thiết bị tách ba pha. Khi khí sinh học gặp tấm phản xạ ở đáy thiết bị phân tách, nó sẽ bị lệch xung quanh tấm phản xạ rồi đi qua lớp nước vào buồng chứa khí, nơi nó được tập trung. Khí sinh học sau đó được thải qua một ống dẫn. Hỗn hợp chất lỏng rắn sau khi phản xạ sẽ đi vào vùng lắng của thiết bị phân tách ba pha. Bùn trong nước thải kết bông, các hạt tăng dần kích thước và lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Bùn lắng trên thành nghiêng sẽ trượt trở lại vùng phản ứng yếm khí, gây ra sự tích tụ bùn lớn trong vùng phản ứng. Nước thải đã xử lý, được tách ra khỏi bùn, tràn từ đỉnh đập tràn của vùng lắng và sau đó được thải ra khỏi lớp bùn.

1.2 Lò phản ứng IC

1.2.1 Giới thiệu về IC

Với mâu thuẫn ngày càng tăng giữa phát triển sản xuất và các yếu tố như vốn, tiêu thụ năng lượng và sử dụng đất, các công nhân xử lý nước phải cố gắng tìm ra các quy trình kỵ khí được tối ưu hóa về mặt kỹ thuật và kinh tế hơn, đặc biệt là trong việc xử lý nước thải hữu cơ có nồng độ{{0} cao mới do phát triển sản xuất tạo ra. Lò phản ứng kỵ khí tuần hoàn nội bộ (IC) là một loại lò phản ứng mới xuất hiện dưới nền tảng này. Nó là sản phẩm kết hợp giữa lý thuyết xử lý nước thải kỵ khí và thực hành kỹ thuật, phản ánh yêu cầu phát triển của chính các quá trình kỵ khí. Năm 1985, công ty PAQUES của Hà Lan đã thành lập lò phản ứng vi mạch-quy mô thí điểm đầu tiên và vào năm 1988, lò phản ứng vi mạch-quy mô sản xuất đầu tiên được đưa vào vận hành. Hiện nay, lò phản ứng IC đã được ứng dụng thành công vào xử lý nước thải công nghiệp trong các ngành công nghiệp như sản xuất bia, chế biến thực phẩm. Do công suất xử lý cao, đầu tư thấp, diện tích nhỏ và hoạt động ổn định, nó đã thu hút sự chú ý của nhân viên xử lý nước trên toàn thế giới và một số người coi đây là một trong những công nghệ tiêu biểu của lò phản ứng sinh học kỵ khí thế hệ thứ ba. Nghiên cứu và phát triển sâu hơn về lò phản ứng IC cũng như thúc đẩy ứng dụng của chúng đã trở thành một trong những chủ đề nóng trong xử lý nước thải kỵ khí.

1.2.2 Cấu trúc vi mạch

Lò phản ứng IC bao gồm hai lò phản ứng UASB xếp nối tiếp theo chiều dọc, đạt chiều cao 16–25 m với tỷ lệ chiều cao-trên-đường kính thường từ 4 đến 8. Nó bao gồm năm phần cơ bản: vùng trộn, vùng đáy bùn mở rộng dạng hạt, vùng hoàn thiện, hệ thống tuần hoàn nội bộ và vùng nước thải. Hệ thống tuần hoàn bên trong là cấu trúc cốt lõi của quy trình IC, bao gồm thiết bị phân tách ba-sơ cấp, thiết bị tăng khí sinh học, thiết bị phân tách khí-lỏng và thiết bị lắng cặn bùn.

1.2.3 Nguyên lý làm việc của IC

Nước thải sản xuất sau khi điều chỉnh pH và nhiệt độ sẽ đi vào vùng trộn ở đáy lò phản ứng. Tại đó, nó được trộn kỹ với hỗn hợp nước bùn-được tuần hoàn nội bộ từ tầng dưới trước khi đi vào lớp bùn dạng hạt giãn nở để phân hủy sinh hóa COD. Tải lượng thể tích COD ở đây rất cao, trong đó phần lớn COD đầu vào bị phân hủy, tạo ra một lượng lớn khí sinh học. Khí sinh học được thu thập bằng thiết bị phân tách ba pha-chính. Công việc giãn nở được thực hiện trên chất lỏng trong quá trình hình thành bong bóng khí sinh học tạo ra hiệu ứng nâng khí, làm cho hỗn hợp khí sinh học, bùn và nước dâng lên dọc theo đường ống nâng khí sinh học đến thiết bị tách khí-lỏng ở đầu lò phản ứng. Tại đây, khí sinh học tách khỏi bùn và nước và được thải ra khỏi hệ thống xử lý. Hỗn hợp nước-bùn sau đó đi vào vùng trộn ở đáy lò phản ứng dọc theo ống dẫn bùn, tại đó hỗn hợp này trộn kỹ với dòng nước thải trước khi đi vào vùng đáy bùn mở rộng, tạo thành cái gọi là{10}}tuần hoàn nội bộ. Tùy thuộc vào tải COD dòng vào và cấu trúc của lò phản ứng, tốc độ dòng tuần hoàn bên trong có thể đạt từ 0,5 đến 5 lần tốc độ dòng dòng chảy vào. Sau khi xử lý bằng bể mở rộng, một phần nước thải sẽ tham gia tuần hoàn nội bộ; lượng nước thải còn lại đi qua thiết bị phân tách ba pha sơ cấp và đi vào vùng bùn dạng hạt của khu vực xử lý mịn để phân hủy COD dư và sản xuất khí sinh học, cải thiện và đảm bảo chất lượng nước thải. Do phần lớn COD đã bị phân hủy nên tải lượng COD tại khu vực xử lý tinh thấp, sản lượng khí sinh học cũng nhỏ. Khí sinh học được sản xuất ở đây được thu thập bằng thiết bị phân tách ba{18}}thứ cấp, đi vào thiết bị phân tách khí-lỏng thông qua ống thu gom khí và được thải ra khỏi hệ thống xử lý. Sau khi xử lý ở vùng xử lý tinh, nước thải sẽ đi qua thiết bị phân tách hai pha ba{21}}giai đoạn ba. Chất nổi phía trên được thải qua vùng nước thải, trong khi bùn dạng hạt được đưa trở lại lớp bùn trong vùng xử lý mịn.

So với các lò phản ứng kỵ khí thế hệ thứ hai{0}}như UASB, lò phản ứng IC có những ưu điểm sau:<1>Tốc độ tải hữu cơ cao và thời gian lưu thủy lực ngắn;<2>Tỷ lệ chiều cao-trên-đường kính lớn, diện tích nhỏ và mức đầu tư cơ sở hạ tầng thấp hơn;<3>Nước thải ổn định và khả năng chống sốc mạnh. Ngày càng có nhiều nhà sản xuất ở Trung Quốc sử dụng lò phản ứng IC và giá trị thu hồi và sử dụng khí sinh học của chúng cũng rất đáng kể. Đặc điểm lớn nhất của lò phản ứng IC là chúng có hai buồng phản ứng yếm khí, cho phép hỗn hợp nước-bùn tuần hoàn trong lò phản ứng. Điều này giải quyết tác động tiêu cực của việc tiếp xúc với nước-không đủ bùn trong lò phản ứng UASB, làm suy yếu khả năng xử lý sinh hóa của bùn dạng hạt.

Vì vậy, lò phản ứng IC thể hiện sự đột phá trong lĩnh vực lò phản ứng kỵ khí hiện đại và có triển vọng phát triển rộng rãi trong việc xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất ô nhiễm hữu cơ. Chúng sẽ ngày càng thay thế các lò phản ứng UASB và xứng đáng được nghiên cứu, phát triển và quảng bá thêm.