Đối với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống, quá trình xừ lý chỉ đạt hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ. Các quá trình này còn có nhược diểm sinh ra lượng bùn khá lớn. Các chất dinh dưỡng (N, P) đòi hỏi yêu cầu áp dụng các biện pháp và mức độ xử lý cao hơn. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây cho thấy biện pháp lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filters) chỉ thích hợp xử lý BOD và TSS. Liên quan đến hiệu suất loại bỏ nitơ và phốt pho chỉ đạt mức tương đương lần lượt 35% và 10 - 15%. Nghiên cứu áp dụng bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR) với hiệu suất loại bỏ nitơ và phốt pho cũng tương ứng 57,9 - 71,4 và 55,9 - 68,5% (Mahvi, Mesdaghinia, Karakani, 2004). Có thể thấy, các quá trình công nghệ trên không đáp ứng được nhu cầu xử lý triệt để các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho trong nước thải. Trong khi, công nghệ sinh học lọc ngược dòng (USBF) được cải tiến từ quy trình bùn hoạt tính cổ điển trong đó kết hợp với 3 quá trình thiếu khí (anoxic), hiểu khí (aerobic) và lắng trong một đơn vị xử lý nước thải (Mahvi, Nabizadeh, Pishrafti, Zarei, 2008). Việc loại bỏ các chất ô nhiễm được diễn ra ở cả 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng. Ọuá trình sinh học loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải thông qua việc sử dụng vi sinh trong các điều kiện môi trường khác nhau. Vi sinh vật sử dụng oxi hòa tan để oxi hóa sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (C, N, P). Đây là công nghệ thích hợp xử lý các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho đạt hiệu suất cao (Saud Bali Al-Shammari, Abualbashar Shahalam, Abdulallah Abusam, 2015). Các nghiên cứu trước đây áp dụng công nghệ USBF được tiến hành trên nhiều loại nước thải của các ngành nghề sản xuất khác nhau. Công nghệ USBF có các ưu điểm vượt trội như không tiêu tốn hóa chất, hiệu quả xử lý cao và không gây mùi hôi khó chịu. Mặt khác nhu cầu dinh dưỡng thấp, lượng bùn sinh ra ít nên giảm được chi phí xử lý bùn thải.

Bể phán ứng được thiết kế bằng vật liệu thủy tinh với độ dày 4 mm và có thể tích công tác 56,25 lít (L*W*H = 75*25*30 cm). Thể tích các ngăn thiếu khí, hiếu khí và lắng lần lượt 13,5; 32,25 và 10,5 lít. Tương ứng kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao mỗi ngăn là 25*25*30 (thiếu khí); 50*25*30 (hiếu khi) và 30*25*28 (lắng). Giá thể vi sinh linh động (polyethylene) được sử dụng của hãng Nisshinbo (Nhật Ban) trong ngăn hiếu khí ở dạng xốp, đường kính 4 mm, tỷ trọng 1 g/cm\ diện tích tiếp xúc 3000 - 4000 m²/m. Bể USBF được vận hành với thời gian lưu bùn SRT = 20 ngày và nồng dộ MLSS duy trì ở mức 4500 - 5000 mg/I. Bể phản ứng duy trì dòng lọc ngược 0,5 m/h, đây là tốc độ thích hợp ngăn chặn rưử trôi sinh khối và thúc đẩy tạo hạt bông bùn. Bùn hồi lưu từ ngăn lắng sang bể thiếu khí với lưu lượng hồi lưu bằng 3 lần dòng vào. Bế sinh học lọc ngược dòng có khả năng chịu tải và thích hợp xử lý các nguồn nước thải tải trọng cao. Trong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm được tiến hành khảo sát trong thời gian 100 ngày với các tải trọng 5,8; 7,2; 9,6; 14,4 kg COD/m³/ngày. Bể phản ứng thiết kế với ngăn thiếu khí được thiết kế giảm nitrate (khư nitrate) và hấp thụ phốt pho (tích lũy polyphosphate vào sinh khối vi sinh vật). Bể hiếu khí duy trì mức trung bình DO > 3,5 mg/1 để thúc đẩy quá trình nitrat hóa. Nhiệt độ được kiểm soát ở khoảng giá trị dao động trung bình 36,7 đến 39,7°C. Đệm pH được duy trì ở 6,6 - 7,9 bằng dung dịch KOII 5% và CH₃COOH 10%. Tỷ lệ C/N/P trong bể phản ứng tương ứng thỏa mãn yêu cầu dinh dưỡng 100/5/1 cho quá trình xử lý sinh họ).

Kết quả nghiên cứu cho thấy, mô hình sinh học lọc ngược dòng có khả năng xử lý các chất dinh dưỡng ở các tải trọng cao. Khoảng thời gian lưu thủy lực tối ưu cho quá trình khử nitơ và phôt pho ở mức tương đương 12 giờ. Hiệu suất xử lý các chất dinh dưỡng thấp nhất đạt 67,6% (TN) ở OLR| = 5,8 kgCOD/m³.ngày và 72,4% (TP) ở giai đoạn tăng tải trọng lên OLR4 =          14,4 kgCOD/m³/ngày. Đối với hiệu suất xử lý nitơ và phôt pho cao nhất ở giai đoạn 2 (với OLRị = 7,2 kgCOD/m³/ngày) lần lượt đạt 79,7 và 85,1%. Bể phản ứng USBF có ưu điểm và thích hợp cho việc ứng dụng xử lý nước thải chứa hàm lượng các chất ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi heo và góp phần bảo vệ môi trường.