Chuyên đề: Tính toán thiết kế công nghệ EGSB ứng dụng trong xử lý nước thải.
GIỚI THIỆU
Xử lý kỵ khí là lịch sử của xử lý nước thải riêng của mình. Xử lý kỵ khí đã được
sử dụng để điều trị nước thải công nghiệp tập trung cũng như nước thải sinh hoạt
(McCarty và Smith, 1986). Jewell (1987) cho biết bể tự hoại là đơn giản nhất, lâu đời
nhất, và quá trình được sử dụng rộng rãi nhất. Kỵ khí xử lý này có rất nhiều lợi thế như
tiêu thụ năng lượng thấp, sản xuất thấp của chất thải rắn sinh học, khả năng lưu trữ
unfed trong nhiều tháng, chất dinh dưỡng thấp và hóa chất yêu cầu, loại bỏ với tốc độ
tải thậm chí cao, loại bỏ tác nhân gây bệnh, cải thiện dewaterbility và sản xuất khí năng
lượng . Trong khi đó, nó có một số nhược điểm như quá trình nhạy cảm và dễ bị tổn
thương, mùi vấn đề, dài khoảng thời gian cần thiết cho quá trình khởi động và cần thiết
phải điều trị cho đăng bài tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, rất nhiều kiến thức về các hợp
chất xenobiotic và các hợp chất độc hại đã được nghiên cứu dần dần. Và, như một vấn
đề của thực tế, quá trình phân hủy yếm khí là quá trình rất ổn định nếu hệ thống hoạt
động được hiểu rõ. Khi một bắt đầu quá trình xử lý kỵ khí quy mô đầy đủ, tiêm chủng
đầy đủ được cung cấp do để khắc phục nhược điểm của nó. Trong trường hợp của vấn
đề mùi, nó có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng quá trình lý hóa học hoặc sinh
học (Lettinga, 1996). Lettinga (1996) nói rằng quá trình xử lý kỵ khí làm cho các hợp
chất khoáng sản như amoni, phosphat hay sulfide và nhu cầu có thể được đáp ứng sau
điều trị bổ sung cho một bảo vệ môi trường bền vững.
Việc xử lý kỵ khí đã được phát triển nhanh chóng kể từ cuối những năm 1960.
Các lò phản ứng bùn kỵ khí giường có ba khái niệm như sau (Lettinga, 1996). Đầu
tiên, cố định cân bằng vi hệ sinh thái được hình thành. Thứ hai, các uẩn kỵ khí cố định
có settleability cao. Thứ ba, khối lượng vận chuyển phổ biến giữa hạt và giải pháp số
lượng lớn. Kể từ khi Young và McCarty (1969) phát triển các bộ lọc kỵ khí, đã có rất
nhiều nghiên cứu về xử lý kỵ khí tốc độ cao. Tại châu Âu, tuy nhiên, lò phản ứng mà
có thể thu được hiệu suất cao hơn đã được phát triển, tức là UASB lò phản ứng ở Hà
Lan vào cuối năm 1970.
Mục đích của bài viết này là để so sánh giữa UASB và lò phản ứng EGSB, và
trình bày không phải là ứng dụng duy nhất mà còn là xu hướng nghiên cứu mỗi lò phản
ứng. Bên cạnh đó, bài viết này xử lý với sự da bùn trước khi nội dung các lò phản ứng

SVTH: PHẠM THỊ PHƯỢNG 2
Chuyên đề: Tính toán thiết kế công nghệ EGSB ứng dụng trong xử lý nước thải.
lớn nếu hạt có rất nhiều tro. Mối quan hệ giữa mật độ và nội dung tro cho thấy sự gia
tăng mật độ có liên quan với tăng nội dung tro (Hulshoff Pol et al, 1986).
Table 1. Minimum effective diameter for spherical granules with a settling
velocity of 20 m/hr estimated using Stock’s law (Hulshoff Pol et al., 1986).
Density
(mg/mL)
Diameter
(mm)
37
o
C
55
o
C
1010
1.
2
1.
0
1020
0.
0.
1030
0.
0.
1040
0.
0.

0
.
1
Stokes law:
If Re < 2:
D
2
g(ρ
p
−
ρ)
,
18ρ

V 

( 
p
−
 ) D
1.6
g
0.714


If 2 ≤ Re ≤
400:
s
0.15
3

(Hulshoff Pol et al, 1986). EPS nội dung. Nó rất quan trọng để hiểu các chất ngoại bào
Polymer (EPS) để thực hiện và duy trì hạt. Đặc biệt, tích điện bề mặt của vi sinh vật là
tiêu cực nhất quán như vậy mà nó cần một số điện tích dương hoặc các phương tiện
khác như EPS và polyme để làm cho hạt. Zhou et al. (2006) cho thấy nội dung EPS và
chi phí bề mặt của chất nền là rất quan trọng để hình thành các hạt dựa trên lý thuyết
(DLVO) Derjaguin Landau-Verwey Overbeek trong lò phản ứng UASB. EPS chứa
debries hữu cơ, thể thực khuẩn, tế bào lysed và là bao gồm polysaccharides, protein,
chất béo, phenol, và các axit nucleic (Stal et al., 1989).
Một số nghiên cứu trên EPS cho thấy rằng vi khuẩn từ môi trường xung quanh
được bảo vệ bởi EPS và sự tương tác với hạt được đóng góp để thực hiện một sự da
bùn (Dolfing, 1986, Morgan và cộng sự, 1991; Forster, 1992). Nội dung hữu cơ EPS
khoảng 0,6 đến 20% bị đình chỉ nội dung dễ bay hơi rắn và nó là phụ thuộc vào các thủ
tục phân tích và điều kiện hạt (Ross, 1984; Dolfing et al, 1985; Morgan etal, 1990;
Grotenhuis et al, 1991; Shen et al, 1993). Số tiền EPS trong điều kiện ưa nhiệt nhỏ hơn
trong điều kiện mesophilic (Schmidt và Ahring, 1994). EPS cũng bị ảnh hưởng bởi
nước thải. Shen et al. (1993) báo cáo rằng nồng độ carbohydrate đã được tăng lên bằng
cách bổ sung sắt và men. Tuy nhiên, không rõ là loài cụ thể sản xuất EPS hoặc tất cả
các vi sinh vật có thể giải nén nó để làm cho hạt (Schmidt và Ahring, 1994).
Cấu trúc của các hạt. Trong các nghiên cứu hạt, sâu răng và các lỗ đã được
thường được nhìn thấy trên bề mặt hạt (Macleod et al, 1990;. Morgan và cộng sự,
1991). Các sâu răng có thể là kênh vận chuyển khí, chất nền, hoặc các chất chuyển hóa.
Từ kính hiển vi điện tử truyền qua nghiên cứu, microcolonies vi khuẩn syntrophic được
thường quan sát thấy trong cơ cấu nội bộ của các hạt (Macleod et al, 1990;. Morgan và
cộng sự, 1991). Một nội địa hóa khác biệt của vi khuẩn và các vi khuẩn thủy phân
acidogenic lớp ngoài của hạt được trồng trên lactate hoặc propionate đã được quan sát,
trong khi đó vi khuẩn men vi sinh methanogenic bị chi phối trong phần bên trong của
hạt (Fukuzaki, 1991a, 1991b). Các nghiên cứu khác hỗ trợ kết quả này. Macleod et al.
(1990) báo cáo rằng đã có syntrophic vi khuẩn tập đoàn. Và, họ nói rằng vi khuẩn
acidogenic và vi khuẩn tiêu thụ hydrogen tồn tại ở bên ngoài của các hạt và hầu hết các
vi khuẩn acetate sử dụng nằm trong cốt lõi của hạt. Tuy nhiên, Grotenhuis et al. (1991)

UASB cho nước thải công nghiệp khác nhau sau đó. Công bố lần đầu về lò phản ứng
UASB là Hà Lan vào cuối năm 1970 và các tạp chí quốc tế chính thức được xuất hiện
trong năm của năm 1980 (Lettinga et al, 1980).
Đã có một số lò phản ứng USB vào đầu năm 1970, nhưng các lò phản ứng
không có sự chú ý vào những thời điểm (Lettinga et al, 1980). Tuy nhiên, có một số
loại của các phản ứng đầy đủ quy mô hoạt động trên toàn thế giới, đặc biệt là châu Âu,
Nam Mỹ, Nam Á và Đông Nam Á (Kato et al, 1994; Lettinga, 1995). Lettinga (1995)
nói rằng chỉ có Mỹ không cứng đầu áp dụng công nghệ cao của UASB trong một thời
gian dài. Bên cạnh đó, trong một cuộc khảo sát, 1215 quy mô toàn lò phản ứng tỷ lệ
cao kỵ khí đã được hoạt động trên khắp thế giới kể từ năm 1970 và hầu hết các lò phản
ứng đã được bao gồm UASBs và EGSBs được phát triển bởi Lettinga (Franklin, 2001).
Nước thải ứng dụng nhất là nhà máy bia và nước giải khát công nghiệp, nhà máy
chưng cất và lên men, công nghiệp thực phẩm, bột giấy, và nước thải giấy. Những
nước thải này chiếm khoảng 90% toàn bộ ứng dụng.
Lò phản ứng này là cực kỳ đơn giản và có một tập hợp các khí lỏng chất rắn
Separator (GSS) để các chất rắn riêng biệt từ nước thải cũng như để dễ dàng thu hồi
khí đốt của lò phản ứng. Vận tốc upflow điển hình là 0,5 ~ 1,0 m / h và chiều cao đến
độ sâu là 0,2 ~ 0,5. Lò phản ứng này thường là có thể điều trị 10 ~ 15 kg/m3 ∙ d cao
sức mạnh xử lý nước thải hữu cơ. Hơn nữa, không có dụng cụ pha trộn đặc biệt mà
không sản xuất khí và upflow lực cắt. Các lò phản ứng UASB thường bắt đầu với 10 ~
30% khối lượng lò phản ứng tiêm hạt.
Việc lớn hơn được tiêm, số tiền lớn hơn tỷ lệ tải có thể được điều trị ban đầu
(Hickey et al, 1991). Sửa đổi khác được gọi là UASB hệ thống lọc hoặc lò phản ứng kỵ
khí lai (Guiot et al, 1985). Chất rắn trong chảy đến có thể được tích lũy trong các
UASB để họ có hiệu lực tiềm ẩn đến chất lượng nước thải liên tục. Để nhược điểm
này, lò phản ứng EGSB đã được phát triển (Nicolella et al, 2000).
Lettinga và Holshoff Pol (1991) đã tổ chức các thông tin của các yếu tố thiết kế
và các nguồn nước thải tập trung khác nhau. Trong khi đó, Tiwari et al. (2005) báo cáo
rằng các thiết kế của UASB không được thành lập tốt và nó phụ thuộc vào chủ nghĩa
kinh nghiệm.

Để tăng cường kích thước hạt trong lò phản ứng UASB, một số chất phụ gia tự
nhiên hoặc nhân tạo đã được thêm vào (Yu et al, 2000;. Tiwari et al, 2005). Khi sử
dụng các chất phụ gia tự nhiên, lò phản ứng UASB có thể nâng cao cả hai kích thước
hạt và hiệu quả loại bỏ COD. Không giống như các lò phản ứng UASB thông thường,
lò phản ứng này có thể được áp dụng cho nước thải thấp sức mạnh (tốc độ tải trọng
hữu cơ: 1,48 kg/m3 ∙ d) và hiệu suất khử COD thu được 95 ~ 98% sau khi thêm phụ
ion polymer tự nhiên. Vật liệu nhân tạo vào việc chuẩn bị cho các hạt thâm hụt đã được
liên tục nghiên cứu cho một số thập kỷ. Khi bắt đầu lò phản ứng UASB sau khi tiêm,
nồng độ bùn tiêu hóa ít nhất 10.000 ~ 20.000 mg / L (Lettinga et al, 1983;. Wu et al,
1987). Tuy nhiên, khi hạt không có sẵn cho khởi động các lò phản ứng, bùn kỵ khí tiêu
hóa, chất thải bùn hoạt tính, và phân bò có thể được sử dụng thay vì tiêm chủng hạt
(Hulshoff Pol et al, 1982, 1983). Bảng 2 tóm tắt việc sử dụng các vật liệu nhân tạo để
cấy (Hickey et al, 1991).
III.
EGSB Lò phản ứng
Giới thiệu. Các lò phản ứng EGSB là gia đình của lò phản ứng UASB. Với tỷ lệ
tái chế cao, upflow của lò phản ứng này thường được duy trì cao hơn 6 m / h, trong khi
phạm vi chung của các lò phản ứng UASB là 0,5 đến 1,0 m / giờ. Chiều cao đến chiều
rộng của EGSB là 4 ~ 5 để nó cho phép các lò phản ứng EGSB liên hệ với các hạt với
nước thải đủ. Ngoài ra, do vận tốc cao, hạt được chi tiêu và sự pha trộn thủy lực là tăng
cường như cũng cung cấp cho các hạt nhiều cơ hội để liên hệ với nước thải. Như vậy,
lò phản ứng này có khả năng xử lý nước thải có độ bền cao hữu cơ (lên đến tải tỷ lệ
khoảng 30 kg/m3 ∙ d). Các tính năng dứt khoát của EGSB lò phản ứng là vận tốc
upflow nhanh chóng. Nó cho phép các lò phản ứng này để tách bùn phân tán từ các hạt
trưởng thành trong lò phản ứng. Nó làm cho rất nhiều địa chỉ liên lạc giữa các hạt và
xử lý nước thải và thu hồi bùn của lò phản ứng bị đình chỉ. Chảy đến nồng độ COD là
thường ít hơn 1000 ~ 2000 mg / L để lò phản ứng này cũng được dùng để xử lý nước
thải thấp sức mạnh, đặc biệt là thấp nhiệt độ giữa (Lettinga năm 1996; Lettinga et al,
1997).


trong điều kiện ưa nhiệt và 44 ~ 69% trong điều kiện mesophilic thu được (Hwu et al,
1998). Tuy nhiên, các hạt trắng hấp thu cũng được nhận thấy trong bài kiểm tra này do
việc sử dụng các chuỗi dài axit. Dinsdale et al. (2000) báo cáo rằng ngắn hỗn hợp của
các chuỗi axit hữu cơ như maleic, axit oxalic, hoặc fumaric có thể được loại bỏ và hiệu
quả khử COD là 98% khi tốc độ tải hữu cơ là 10 kg COD/m3 • ngày. Trong khi đó, khi
một hỗn hợp acetic, propionic, butyric, axit maleic, glyoxylic, và benzoic đã được gỡ
bỏ, hiệu quả khử COD là 90% tải tỷ lệ 3 kg COD / m 3 • ngày.
Độc tính thử nghiệm trong lò phản ứng EGSB cho thấy dòng công nghiệp có
chứa formaldehyde vẫn có thể được điều trị anaerobically, nếu kết hợp các hạt tốt và tỷ
lệ tái chế (Gonzalez-Gil et al., 1999). Hydro và methanol có thể thu được như các sản
phẩm trung gian và formaldehyde độc tính là một phần đảo ngược bởi vì tốc độ sản
xuất methane thu hồi sau khi chuyển đổi formaldehyde.
Ngày nay, đã có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp điều trị kỵ khí ưa
lạnh bởi lò phản ứng EGSB (Rebac et al, 1999; Collins et al, 2003, 2005a, 2005b;
Enright et al, 2005; Connaughton et al, 2006a). . Đó là bởi vì các lò phản ứng EGSB đã
được chứng minh là một hệ thống khả thi để xử lý kỵ khí ở nhiệt độ thấp. Trong điều
kiện ưa lạnh, phản ứng hóa học và sinh học tiến hành chậm hơn nhiều so với
mesophilic để phản ứng phân hủy sinh học các chất hữu cơ đòi hỏi nhiều năng lượng
hơn để tiến hành (Lettinga et al, 2001). Tuy nhiên, Connaughton et al. (2006b) cho
thấy không có sự khác biệt giữa các lò phản ứng EGSB mesophilic và là một trong
những ưa lạnh. Dòng vào nhà máy bia nước thải và tỷ lệ COD tải là 4,47 kg/m3 • d. Cả
hai lò phản ứng có hiệu quả loại bỏ COD tốt (85 ~ 93%). Các hoạt động cụ thể men vi
sinh methanogenic và tỷ lệ sản xuất khí cũng tương tự.
So sánh giữa UASB và EGSB. Cả hai lò phản ứng UASB và lò phản ứng EGSB
làm cho việc sử dụng của các hạt, nhưng khác nhau về thời hạn của hình học, các thông
số quá trình, và các ứng dụng, và như vậy.
Có hai quá trình thống trị thương mại ở châu Âu. Biothane ® UASB quá trình
đã được một thành tích ấn tượng cho các loại nước thải tại thị trường UASB, trong khi
® Biobed EGSB công nghệ đã được phát triển gần đây và bị tàn phá nó. Có một so
sánh giữa hai quá trình trong Bảng 3 (Zoutberg và Eker, 1999).

reactor
1.
0
10
<6.
V
gas
reactor
<1.
0
<7.
0
Zoutberg và Frankin (1997) đã đưa ra một ví dụ về trường hợp cài đặt và hoạt
động của Biobed ® EGSB. Nó đã có thể để xử lý nước thải của nhà máy sản xuất
formaldehyde từ methanol bởi Biobed ® EGSB. Nước thải chủ yếu bao gồm
formaldehyde 5.000 mg / L và methanol 10.000 mg / L. Hiệu quả loại bỏ là 99% cho
cả hai hợp chất. Nhà máy sản xuất khác cũng cho thấy hiệu quả loại bỏ tương tự (98%)
khi formaldehyde 10.000 mg / L và methanol 20.000 mg / L (Zoutberg và de Been,
1996).
Hình 5 là sơ đồ schematic của Biothane ® quá trình UASB và quá trình Biobed ®
EGSB. Ngoài ra, nó trình bày hình ảnh được cài đặt trong lĩnh vực này.
Figure 5. Schematic diagram of (a) the Biothane
®
UASB process; (b) the Biobed
®
EGSB process and pictures installed in the field (c) the Biothane
®
UASB process;
(d) the Biobed
®

chất rắn tách / lỏng / khí bằng năng lượng cao (Mach và Ellis, năm 2002; Roth và Ellis,
2003). Ưu điểm của hệ thống này là rất đơn giản. Hệ thống này chỉ có một máy bơm
thức ăn và đường bỏ qua là đánh bật bất kỳ hạt bị mắc kẹt trong theo hệ thống cống.
Và nó có thể có dài SRT (lớn hơn 300 ngày), đó là lớn hơn so với hệ thống tương tự
(Evans và Ellis, 2004).
Tuy nhiên, hệ thống này sẽ bị tắc hoặc mức độ hạt sẽ bị ngập nếu chảy đến có
chứa nồng độ cao các chất rắn đã được cung cấp hoặc hạt đã tăng trưởng nhanh chóng
do nồng độ hữu cơ cao. Lặp đi lặp lại, tỷ lệ loại bỏ các chất rắn trong SGBR nên nhanh
hơn so với tỷ lệ của đầu vào của các chất rắn chảy đến để vận hành liên tục hệ thống
này mà không có rắc rối nào. Bên cạnh đó, hệ thống này cần định kỳ backwashing cho
chất rắn thu hồi của lò phản ứng. Quá trình backwashing có nghĩa là chi phí bổ sung và
chất lượng suy giảm ngay lập tức của nước thải.
Ứng dụng và xu hướng phát triển. Tháng Ba và Ellis (2000) so sánh hai lò phản
ứng ở nhiệt độ phòng. Trong thử nghiệm này, biểu diễn có chiều cao lớn hơn để lò
phản ứng chiều rộng vượt trội so với những người có chiều cao nhỏ hơn chiều rộng, do
dòng chảy cắm tại lò phản ứng cũ. Khi xử lý nước thải có chứa nồng độ sulfate cao,
không có tác dụng có hại. Nó đã được đưa ra giả thuyết rằng hydrogen sulfide sản xuất
đã được tách ra ở phía trên cùng của lò phản ứng và nó không ảnh hưởng đến hạt
(Evans và Ellis, 2004).
Park và Ellis (2004) báo cáo rằng các lò phản ứng SGBR có thể điều trị hiệu quả
nước thải. Evans và Ellis (2004) xử lý nước thải tổng hợp sữa khô không béo (COD:
1000 mg / L) bởi lò phản ứng SGBR. Trong thử nghiệm này, hiệu quả khử COD là rất
lớn và được duy trì trên 90%.
Evans và Ellis (2004) đã tổ chức các kết quả của quá trình SGBR cho nước thải
khác nhau trong bảng 4.
KẾT LUẬN
Việc xử lý kỵ khí là quá trình thực tế và hữu ích để xử lý nước thải công nghiệp khác
nhau và trong nước. Mặc dù quá trình này có vô số lợi thế, rất nhiều nhà thiết kế và các
nhà khai thác đã ưa thích sử dụng
quá trình hơn để quá trình kỵ khí, hiếu khí. Đó là bởi vì có một số hiểu lầm cho

Bolle, W.L.; van Breugel, J.; van Eyebergen, G.C.; Kossen, N.W.F.; and
Zoetemeyer, R.J. (1986) Modelling the Liquid Flow in Upflow Anaerobic Sludge
Blanket Reactor, Biotechnol. Bioeng., 28, 1615.
4. Colllins, G.; Woods, A.; McHugh, S.; Carton, M.W.; and O’Flaherty, V. (2003)
Microbial Community Structure and Methanogenic Activity during Start-up
Psychrophilic Anaerobic Digesters Treating Synthetic Industrial Wastewaters.
FEMS Microbiol. Ecol., 46, 159.
5. Collins, G; Foy, C.; McHugh, S.; Mahony, T.; and O’Flaherty, V. (2005a)
Anaerobic Biological Treatment of
Phenolic Wastewater at 15 ~ 18
o
C. Water
Res., 39, 1614.
6. Collins, G.; Foy, C.; Mchony, T.; and O’Flaherty, V. (2005b) Anaerobic
Treatment of 2,4,6-trichlorophenol in an Expended Granular Sludge Bed-Anaerobic
Ffilter (EGSB-AF) Bioreactor at 18
o
C. FEMS Microbiol. Ecol., 53, 167.
7. Connaughton, S.; Collins, G.; and O’Flaherty, V. (2006a) Development of
Microbial Community Structure and Activity in a High-Rate Anaerobic Bioreactor
at 18
o
C. Water Res., 40, 1009.
8. Connaughton, S.; Collins, G.; and O’Flaherty, V. (2006b) Psychrophilic and
Mesophilic Anaerobic Digestion of Brewery Effluent: A Comparative Study. Water
Res., 40, 2503.
9. Costerton, J.W.; Cheng, K.J.; Geesey, G.G.; Ladd, T.I.; Nickel, J.C.; Dasgupta,
M.; and Marrie, T.J. (1987) Bacterial Biofilms in Nature and Disease. Annu. Rev.
Microbiol., 41, 435.
10. Grotenhuis, J.T.C.; Kissel, J.C.; Plugge, C.M.; Stams, A.J.M.; and Zehnder,