Khái quát về lý thuyết và các ứng dụng cơ bản của quy trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học với công nghệ Lọc nhỏ giọt kết hợp với quy trình bùn hoạt tính (gọi tắt là quy trình TF/AS). Nội dung của tài liệu bao gồm: Sơ đồ của quy trình xử lý; các biểu đồ và bảng biểu động học phục vụ tra cứu. Tài liệu mô tả chi tiết Quy trình tính toán Bộ lọc nhỏ giọt kết hợp quy trình bùn hoạt tính. Tài liệu có kèm theo File Excel, được lập, tối ưu hóa để phục vụ cho quá trình tính toán được nhanh, đáp ứng các ứng dụng tứ thời.
Trang 1NĂM 2025
Trang 2MỤC LỤC
I LÝ THUYẾT 1
1.1 Mô tả quy trình chung 1
1.2 Các cân nhắc về thiết kế 1
1.3 Lượng oxy cần thiết 1
1.4 Loại bỏ BOD 1
1.5 Loại bỏ pBOD 1
1.6 Ưu điểm của quy trình 2
II SƠ ĐỒ QUY TRÌNH, BIỂU ĐỒ VÀ BẢNG DỮ LIỆU 2
2.1 Sơ đồ quy trình 2
2.2 Biểu đồ 2
2.3 Bảng dữ liệu 3
III QUY TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỂ THIẾT KẾ BỘ LỌC NHỎ GIỌT/QUY TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 3
IV THIẾT KẾ QUY TRÌNH 4
4.1 Đặc tính nước thải đầu vào 4
4.2 Các thông số giả định và thực nghiệm 5
4.3 Tính toán 6
4.3.1 Tính toán bể lọc nhỏ giọt 6
4.3.2 Tính toán bể lọc bùn hoạt tính 8
4.3.3 Tính toán bể lắng 9
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: sơ đồ dòng chảy của quy trình lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính (TF/AS) và (d) hình ảnh lắp đặt bộ lọc nhỏ giọt/tiếp xúc chất rắn được chụp từ phía trên bộ lọc nhỏ giọt của tháp 2 Hình 2 SRT tương đương cho sinh khối trong bộ lọc nhỏ giọt theo hàm lượng BOD (Adapted from WEF, 2000.) 2 Hình 3: Lượng BOD dạng hạt gần đúng bị phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt theo hàm lượng chất hữu cơ (From Bogus, 1989) 3
Trang 4DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Tiêu chí thiết kế quy trình cho quy trình lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính (TF/AS) 3
Bảng 2: Trình tự tính toán – Thiết kế Bộ lọc nhỏ giọt/Bùn hoạt tính 3
Bảng 3: Đặc tính nước thải đầu vào 4
Bảng 4: Các thông số thiết kế và giả định cơ sở: 5
Trang 5I LÝ THUYẾT
˗ Tháp lọc nhỏ giọt nhận nhiệm vụ loại bỏ BOD với tải lượng cao đóng vai trò là bộ lọc thô (loại bỏ 40 đến 70 phần trăm BOD)
˗ Bể bùn hoạt tính nhận nhiệm vụ xử lý lượng BOD hòa tan còn lại sau tháp lọc nhỏ giọt Bể bùn hoạt tính sẽ nhỏ hơn thông thường khi không có bể lọc vì tổng lượng chất rắn tạo ra ít hơn
˗ SRT cần thiết là một hàm số của nhiệt độ trong chất lỏng và nồng độ BOD đầu ra hoặc nồng độ amoniac-N cần thiết
˗ Bộ lọc nhỏ giọt hoạt động như một bộ chọn lọc sinh học cho bông cặn lắng tốt trong quá trình bùn hoạt tính và các giá trị SVI duy trì từ 100 đến 120 mL/g cho phép nồng
độ MLSS cao hơn trong hệ thống bùn hoạt tính so với hệ thống không có bộ lọc nhỏ giọt (Biesinger và cộng sự, 1980)
Lượng oxy cần thiết trong bể sục khí bùn hoạt tính phụ thuộc:
˗ Lượng BOD đầu vào còn lại sau khi xử lý bằng bộ lọc nhỏ giọt
˗ Nhu cầu oxy nội sinh của sinh khối bộ lọc nhỏ giọt được đưa vào bể bùn hoạt tính
Lượng BOD được loại bỏ và chuyển hóa trong bộ lọc nhỏ giọt rất khó dự đoán Cả BOD dạng hạt và BOD hòa tan đều được loại bỏ bằng sinh khối trong bộ lọc nhỏ giọt và các
mô hình thiết kế thực nghiệm hiện tại (Phần 9-2) thường dựa trên BOD đầu vào và BOD lắng cuối cùng, và do đó không phân biệt giữa tốc độ loại bỏ dạng hạt (pBOD) và BOD hòa tan (sBOD) Các mô hình này có thể được sử dụng để ước tính việc loại bỏ sBOD bằng cách trừ
đi BOD ước tính của chất rắn lơ lửng đầu ra Tuy nhiên, pBOD không bị phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt rất có thể sẽ bị phân hủy trong quá trình bùn hoạt tính, do đó ảnh hưởng đến nhu cầu oxy Do đó, để xác định lượng oxy cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính, lượng pBOD phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt là rất quan trọng
Việc loại bỏ pBOD đã được nghiên cứu trong một nhà máy thí điểm kết hợp lọc nhỏ giọt - bùn hoạt tính trên nhiều tải lượng BOD trong bể lọc nhỏ giọt Lấy mẫu chuyên sâu với cân bằng chất rắn COD và BOD trên bộ lọc nhỏ giọt được sử dụng để xác định lượng phân hủy pBOD (Bogus, 1989) Lượng pBOD bị phân hủy tăng lên khi tải BOD vào bộ lọc nhỏ giọt giảm xuống Ước tính phần trăm pBOD đầu vào bị phân hủy theo hàm lượng BOD được
mô tả theo sơ đồ trên Hình 3
Trang 61.6 Ưu điểm của quy trình.
Quy trình TF/AS hấp dẫn để xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ cao hơn do mức
sử dụng năng lượng tương đối thấp trên mỗi lượng BOD được loại bỏ trên bộ lọc nhỏ giọt Việc sử dụng bộ lọc nhỏ giọt cũng tạo ra giá trị SVI tốt cho hỗn hợp bùn hoạt tính, vì nó hoạt động như một bộ chọn lọc sinh học trong việc loại bỏ BOD hòa tan
II SƠ ĐỒ QUY TRÌNH, BIỂU ĐỒ VÀ BẢNG DỮ LIỆU
Hình 1: sơ đồ dòng chảy của quy trình lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính (TF/AS) và (d) hình ảnh lắp đặt bộ lọc nhỏ giọt/tiếp xúc chất rắn được chụp từ phía trên bộ lọc nhỏ giọt của tháp.
Hình 2 SRT tương đương cho sinh khối trong bộ lọc nhỏ giọt theo hàm lượng BOD (Adapted from WEF, 2000.)
Trang 7Hình 3: Lượng BOD dạng hạt gần đúng bị phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt theo hàm lượng chất hữu cơ (From Bogus, 1989).
Bảng 1: Tiêu chí thiết kế quy trình cho quy trình lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính (TF/AS)
aHàm nhiệt độ, SRT được chọn để duy trì ở mức thấp hơn quá trình nitrat hóa
bTải trọng bề mặt, m3/m2.h
III QUY TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỂ THIẾT KẾ BỘ LỌC NHỎ GIỌT/QUY
TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH
Bảng 2: Trình tự tính toán – Thiết kế Bộ lọc nhỏ giọt/Bùn hoạt tính
Mục Mô tả
1 Chọn tải lượng BOD cho bộ lọc nhỏ giọt tương thích với lựa chọn quy trình kết hợp
Trang 82 Chọn SRT của quy trình bùn hoạt tính Đối với các bộ lọc nhỏ giọt có tải trọng cao, các SRT dài hơn sẽ được sử dụng trong quy trình bùn hoạt tính
3 Xác định kích thước tháp lọc nhỏ giọt và tải trọng thủy lực
4 Ước tính lượng BOD hòa tan bị loại bỏ trong bộ lọc nhỏ giọt
5 Dựa trên lượng BOD cấp vào bộ lọc nhỏ giọt, hãy sử dụng Hình 3 để xác định tỷ lệ BOD dạng hạt được loại bỏ trong bộ lọc nhỏ giọt
6 Sử dụng Hình 2 để ước tính SRT sinh khối trong bộ lọc nhỏ giọt Sử dụng giá trị này
để ước tính sản lượng sinh khối
7 Từ sản lượng sinh khối trong bộ lọc nhỏ giọt và lượng BOD được loại bỏ, hãy thực hiện cân bằng khối lượng BOD cuối cùng, bao gồm sản lượng sinh khối, để xác định lượng nhu cầu oxy được đáp ứng trong bộ lọc nhỏ giọt
8 Giả sử rằng phần BOD đầu vào không bị phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt sẽ bị phân hủy trong bể bùn hoạt tính nếu SRT là 2:4 ngày Từ quá trình loại bỏ BOD, hãy tính toán sản lượng sinh khối trong bể bùn hoạt tính Điều chỉnh sinh khối được tạo ra từ
bộ lọc nhỏ giọt theo lượng mất đi do quá trình phân hủy nội sinh trong bể bùn hoạt tính
9 Dựa trên tổng sinh khối được tạo ra, hãy thực hiện cân bằng khối lượng BOD cuối cùng để xác định tổng nhu cầu oxy cho toàn bộ hệ thống Trừ đi lượng nhu cầu oxy được thỏa mãn trong bộ lọc nhỏ giọt để có được nhu cầu oxy cho bể bùn hoạt tính Thêm hệ số đạt đỉnh đủ để tính đến tải trọng thay đổi
10 Tổng sản lượng bùn từ sinh khối, VSS không phân hủy sinh học (nbVSS) trong nước thải đầu vào và TSS vô cơ (TSS-VSS) trong nước thải đầu vào
11 Sử dụng lượng bùn thực tạo ra, SRT và nồng độ MLSS giả định để tính thể tích của
bể sục khí bùn hoạt tính
12 Đánh giá chất rắn và tải trọng thủy lực cho thiết kế bể lắng thứ cấp
IV THIẾT KẾ QUY TRÌNH
Bảng 3: Đặc tính nước thải đầu vào
vị
Trang 9Lưu lượng m 3 /d 6000 Q d.sh 1000 Q d.cn 7000 Q d.T
Nhiệt độ nước
thải
Bảng 4: Các thông số thiết kế và giả định cơ sở:
hiệu định danh
Giá trị
A Các thông số lựa chọn
2 Độ sâu của vật liệu tiếp xúc trong bộ
lọc nhỏ giọt
3 Hệ số tuần hoàn R đáp ứng làm ướt bề
mặt vật liệu tiếp xúc
Xem Bảng 1 -Chuyên đề 4.0
4 Nồng độ MLSS trong bể bùn hoạt tính Xem Bảng 1 g/m3 X 3500
5 Số lượng cánh tay phân phối nước cánh A 2
B Các thông số từ những nghiên cứu thực nhiệm
1 Trích xuất giá trị k1 theo loại nước
thải: “Nước thải đô thị”
Xem Bảng 4 -Chuyên đề 4.0
(L/s)0.5/m2 k1,sh 0,21
2 Trích xuất giá trị k1 theo loại nước thải
công nghiệp: “đóng hộp trái cây”
Xem Bảng 4 -Chuyên đề 4.0
(L/s)0.5/m2 k1,cn 0,181
3 Hệ số điều chỉnh của giá trị K20 theo
nhiệt độ
4 Hằng số của vật liệu tiếp xúc - m2/m3 Ftx 0,5
5 Năng suất sinh khối Bảng 3
Chuyên đề 1.1
g VSS/g BOD
Tỷ lệ VSS/TSS trong sinh khối
Trang 10STT Tham số Tra cứu Đơn vị Ký
hiệu định danh
Giá trị
C Các thông số giả định
1 Nồng độ TSS đầu ra đã lắng - g/m3 TSS e 30
4.3.1 Tính toán bể lọc nhỏ giọt
Bước 1 Xác định hệ số loại bỏ trung bình của BOD trong bộ lọc nhỏ giọt cho nước thải hỗn hợp
( )( ) ( ) ( )( ) ( )
( )( )
d.sh o.sh 1,sh d.cn o.cn 1,cn
2
d.T o.T
bảng 1
Lorg = 2.5 kg BOD/m3.d
Bước 3 Chọn SRT của bùn hoạt tính dựa trên việc tránh quá trình nitrat hóa
SRT = 5.0 d
Bước 4 Xác định kích thước tháp lọc nhỏ giọt và tỷ lệ tải thủy lực
a Xác định thể tích bộ lọc nhỏ giọt
d.T o.T lng 3
org
Q S V
L (10 g/1 kg)
b Xác định diện tích mặt cắt của bể lọc
lng lng
vltx
V A
H
c Xác định tải trọng thủy lực
d.T lng
Q
q
A
= = 0,9 L/m2.s = 3,23 m3/m2.h
d Xác định đường kính bộ lọc nhỏ giọt
i Diện tích mỗi tháp lọc
lng thap
be
A S
n
ii Đường kính mỗi tháp lọc
thap thap
4S
Trang 11( )
pump (1 lng)( thap) be
Bước 6 Xác định tỷ lệ liều lượng phân phối (tra cứu ở bảng 3 chuyên đề 4.0)
a Liều lượng xả lớn nhất: DRxa=100 mm/lượt
b Liều lượng hoạt động: DRbt= 75 mm/lượt
a Đối với hoạt động bình thường:
3 lng
(1 )( ) 10 mm/min
60 min/h
bt
bt
rev
A DR
+
b Đối với hoạt động xả nước:
3 lng
(1 )( ) 10 mm/min
60 min/h
bt
xa
rev
A DR
+
Do các yêu cầu về tốc độ khác nhau đối với hoạt động xả bình thường và xả nên sử dụng bộ truyền động phân phối có khả năng thay đổi tốc độ
Bước 8 Xác định lượng BOD hòa tan và dạng hạt được loại bỏ trong bộ lọc nhỏ giọt
a Xác định giá trị sBODe đầu ra
.
20
2 vltx lng lng
lng
1 exp
1 tx
o T e
T F
S S
q R
q
67,45 g BOD/m3
ð Giá trị BOD hòa tan đầu ra
( ) 0.60 g BOD 1.42 g UBOD 0.85 g VSS
g UBOD g VSS g TSS
3
ð Giá trị BOD bị loại bỏ
sBODremoval = sBODT – sBODe = 100,28 g/m3
b Xác định BOD dạng hạt được loại bỏ
pBODo = So.T – sBODT = 51 g/m3
ii Tra cứu biểu đồ ở hình 3 để xác định phần trăm pBOD bị loại bỏ theo tải lượng
BOD trong bộ lọc Ở Lorg = 2.5 kg BOD/m3.d thì giá trị là 30%
pBODe = (1 – 0.3)pBODo = 35,7 g/m3
iii Giá trị pBOD bị loại bỏ trong bộ lọc
pBODremoval = pBODo – pBODe = 15,3 g/m3
c Xác định BOD chưa phân hủy trong đầu ra của bộ lọc nhỏ giọt
Se.lng = sBOD + pBOD = 81,42 g/m3
Bước 9 Xác định nhu cầu oxy được thỏa mãn trong bộ lọc nhỏ giọt
Trang 12Tra cứu biểu đồ ở hình 2 để xác định SRT trong bộ lọc Ở Lorg = 2.5 kg BOD/m3.d thì giá trị
là SRTTF = 1.2 d
a Xác định sinh khối được tạo ra
H lng H
o T e TF
TF
X
b
-=
b Xác định lượng oxy thỏa mãn trong bộ lọc nhỏ giọt bằng cân bằng COD
O2,lng = F BOD(So.T– Se.lng) - 1.42X TF = 95,1 g O2/m3
ð Nhu cầu Oxy trong bể lọc nhỏ giọt theo kg O2/ngày
Ro,lng = O2,lng(Qd.T) = 665,5 kg O2/d
c Xác định lưu lượng gió cho bộ lọc nhỏ giọt
2 ,
1440 min/d (0, 268 kg O /m air)
o lng
kk lng
R
4.3.2 Tính toán bể lọc bùn hoạt tính
Bước 10 Xác định sinh khối được tạo ra trong bể sục khí bùn hoạt tính
a Sinh khối do quá trình oxy hóa chất hữu cơ
( ) ( )
( )( .lng )
S
AS
Y X
b
b Sinh khối lọc nhỏ giọt còn lại trong bể sục khí bùn hoạt tính sau quá trình phân hủy nội sinh
( )( )
,
TF
TF AS
X X
b
+
3
c Sinh khối ròng được tạo ra hoặc đưa vào bể sục khí
X T.AS = X AS + X TF,AS = 80,1 g VSS/m3
Bước 11 Xác định nhu cầu oxy trong bể sục khí theo mg/L và kg O2/ngày
a Tổng lượng oxy tiêu thụ
O2,T= F BOD(So.T) - 1.42X T.AS = 201,5 g O2/m3
b Nhu cầu oxy bùn hoạt tính
O2,AS= O2,T - O2,lng = 106,4 g O2/m3
ð Nhu cầu Oxy trong bể bùn hoạt tính theo kg O2/ngày
Ro,AS = O2.AS(Qd.T)(l kg/103 g) = 744,8 kg O2/d
c Xác định lưu lượng không khí cấp cho bể sục khí sử dụng hệ thống phân phối bọt mịn (PL01-Tính toán)
Qkk,AS = m3/min
Bước 12 Xác định tốc độ sản xuất bùn trong bùn hoạt tính Lượng chất rắn thải ra mỗi ngày
nbVSS TSS VSS
d T T AS
Trang 13a Xác định thể tích bể sục khí.
,TSS SRT
AS
P
V
X
b Xác định thời gian lưu thủy lực trong bể bùn hoạt tính
( )( )
( . )
24 h/d
AS AS
d T
V HRT
Q
4.3.3 Tính toán bể lắng
a Chọn độ sâu mực nước trong bể lắng:
Hsd = 4,0 m
b Từ bảng 1, chọn giá trị SOR trung bình
SOR = 1,3 m/h
c Diện tích của bể lắng
(24 h/d)(, )
d T lang
Q A
SOR
d Đường kính của bể lắng (Sử dụng nlang = 2 bể lắng)
4 3,14
lang lang
lang
A D
n
