xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

trình bày về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG

Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:

- Điều kiện tự nhiên

- Điều kiện nhân tạo

4.1 CÔNG TRÍNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

4.1.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật

Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 = N:P:K

Nước thải CN cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc hại

Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc

Nguyên tắc hoạt động : Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ

có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5m Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất

Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san phẳng

hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ đất Nước thải phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm : mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô Nếu khu đất chỉ dùng xử lý nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc

Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách

xa khu dân cư về cuối hướng gió Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp

Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3 ha, đối với những cánh đồng công cộng diện tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300-1500 m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không vượt quá

10 -200 m

Cánh đồng tưới công cộng và cánh động lọc thường xây dựng với i~0,02

Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào công suất:

+ Đối với bãi lọc:

+ Mương phân phối

+ Hệ thống mạng lưới tưới trong các ô

+ Hệ thống tiêu nước (nếu nước không thấm đất) ( Chiều sâu ống tiêu: 1,2-2m) Kích thước các ô phụ thuộc vào địa hình

+ Cánh đồng tưới: STB = 5-8 ha

1 1

4 8

R D

=⎜ − ⎟

+ Đối với bãi lọc thì nhỏ hơn

+ Tuy nhiên chiều dài ô: D = 300-1500 ; R = 100-200

Để xác định diện tích của cánh đồng tưới người ta phân biệt các loại tiêu chuẩn: 1- T/C tướiTB ngày đêm (m3/ng.đ.ha.năm)

2- T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới trong suốt t/g một vụ)

3- T/C tưới 1 lần (lượng nước tưới 1 lần)

Sơ đồ cánh đồng tưới

1 Mương chính và màng phân phối; 2 Máng, rãnh phân phối trong các ô; 3 Mương tiêu nước; 4 Ống tiêu nước; 5 Đường đi

4- T/C tưới bón (lượng nước cho 1 loại cây trồng xuất phát từ khả năng bón của nước

thải)

Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc:

Ftd = qQ

o (ha) Với:

+ qo: T/C tưới nước lấy theo các bảng sau

Tiêu chuẩn tưới đối với cánh đồng công cộng

Tiêu chuẩn tưới ((m3/ha.ng.đ)

F = Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd)

Với:

+ K(Fdt + Ftd): phần công trình phụ, bờ chắn, kênh mương)

+ K = (0.15-0.25), thường K = 0.25

Vận tốc tưới:

+ h = 1.0 m v = 0.15-0.85m/s

+ h ≠ 1.0 m v = voh0.2

h: chiều sâu TB của dòng chảy (m)

vo: vận tốc khi chiều sâu dòng chảy h = 1m

q1 = F1 qm.t (F1: diện tích phục vụ)

F1 = 10000 (ha) bl

Với:

+ b: khoảng cách giữa các ống tiêu nước

+ l: chiều dài ống tiêu

l = 629(H-h)2 k

p

Với:

+ H: chiều sâu chân cống

+ h: chiều sâu của lớp đất cần tiêu nước

+ k: hệ số thấm

Loại đất Kích thước hạt đất (mm) Hệ số thấm (cm/s)

A sét 0.076-0.038 0.004-0.001

+ P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày

4.1.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp:

Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô

Theo chế độ nước tưới người ta chia thành 2 loại:

- Thu nhận nước thải quanh năm

- Thu nước thải theo mùa

Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong các đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa,…) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh đồng trồng cây ưa nước hay hay vào vùng dự trữ

Chọn loại cánh đồng nào là tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có

Trước khi đưa vào cánh đồng , nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và có ý kiến chuyên gia nông nghiệp

b

4.1.3 Hồ sinh học:

Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa,

hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác

Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp

h H

h o b

P = t.1000αqoT

hơn 60C Theo quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí

+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng

+ Điều hoà dòng chảy

Có các loại sau đây:

o S > 0.5 ha: bổ sung thêm

o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt

4.1.3.2_ Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp

Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song

+ Oxy hoá hiếu khí

+ Phân hủy metan cặn lắng

Có 3 lớp:

+ Hiếu khí

+ Trung gian

+ Kỵ khí

Nguồn oxy cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo

Quá trình kỵ khí ở đáy phụ thuộc vào to

Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí: 0.9-1.5 m

Mực nước Hố

Ống dẫn nước

5/ Bờ hồ có mái dốc:

+ Trong (1:1 – 1.5:1)

+ Ngoài (2:1 – 2.5:1)

6/ Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30 cm phải gia cố bê tông)

7/ Cấu tạo cửa vào và cửa ra:

10/ Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054)(1.8T + 32)

4.1.3.3 Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất HC nhờ VSV hiếu khí Có 2 loại:

a/ Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt nước và

quang hợp của các thực vật

Chiều sâu của hồ: 30-50 cm

Tải trọng BOD: 250-300 kg/ha.ngày

t/g lưu nước: 3-12 ngày

Diện tích hồ lớn

b/ Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy, …

Chiều sâu: h = 2-4.5 m

Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày

Thời gian lưu: 1-3 ngày

Tuy nhiên hoạt động như hồ kỵ hiếu khí

Ví dụ áp dụng: Tính hồ sinh học cho công trình xử lý nước thải khu đô thị với các số liệu cho sau đây:

Các số liệu đầu vào để tính toán:

 Lưu lượng trung bình của nước thải trong ngày đêm: Q = 2988,6 m 3 /ngđ;

 Hàm lượng chất lơ lửng: 52,5 mg/L;

 Hàm lượng NOS 20 sau xử lý: 140 mg/L;

 Nhiệt độ của nước thải: 25 0 C

5,398

140lg1258,035,0

1lg

1

1 1

L a : Hàm lượng NOS 20 dẫn vào hồ bậc I;

L t : Hàm lượng NOS 20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II

Thể tích hồ bậc I được tính theo công thức:

104605

,36,2988

( )

( ) 0,9 (8,58 5( ) 4,5 ) 74279

9814058,86,2988

t a p

tb ngd

T C C a

L L C Q

Trong đó:

C p : Lượng oxy hòa tan tương ứng với nhiệt độ của nước trong hồ, lấy C p = 8,58 mg/L;

C 0 : Hàm lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi hồ, lấy = 5 - 6 mg/L;

L a : Hàm lượng NOS 20 dẫn vào hồ bậc I;

L t : Hàm lượng NOS 20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II;

T r : Độ hòa tan tự nhiên của không khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy bằng 1, lấy bằng 4 - 6 g/m 3 ngđ, chọn T r = 4,5 g/m 3 ngđ;

a : Hệ số đặc trưng tính chất bề mặt của hồ:

Khi bờ hồ khúc khuỷu, a = 0,5 - 0,6;

Khi bờ hồ bình thường, a = 0,8 - 0,9, lấy a = 0,9

Chọn thiết kế hồ sinh học bậc I gồm 4 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc I trên mặt bằng được chọn như sau:

m m B

b Tính toán hồ sinh học bậc II:

Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo công thức:

6,170

98lg1148,08,0

1lg

1

2 2

L t : Hàm lượng NOS 20 dẫn vào hồ bậc II;

L r : Hàm lượng NOS 20 cần đạt sau xử lý

Thể tích hồ bậc II được tính theo công thức:

47556

,16,2988

r t p

tb ngd

T C C a

L L C Q

Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm 2 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc II trên mặt bằng được chọn như sau:

m m B

4.2 CƠNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO

4.2.1 Bể lọc sinh học (Bể Biophin)( cĩ lớp vật liệu khơng ngập nước)

Cấu tạo: cĩ vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước

- Các lớp vật liệu cĩ độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu cĩ thể)

- Nước thải được phân phối đều

- Nước thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc

- Ở bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn được giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học

- Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hố chất bẩn đi từ đáy lên

- Những màng VS đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể lắng 2

Vật liệu lọc:

- Cĩ diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn

- Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm)

- HVL = 1.5-2.5 m

- Nhựa đúc sẵn PVC được sử dụng rộng rãi ngày nay HVL = 6=9 m

Hệ thống phân phối nước:

- Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc)

- Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải

SỐ BẢN VẼ : 15 THÁNG 12 - 2004 BẢN VẼ SỐ : 11 GVHD

SVTH CNBM NGUYỄN KHA TUẤN

GS TS LÂM MINH TRIẾT

GV KS LÂM VĨNH SƠN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TỶ LỆ : 1:80

TRƯỜNG ĐHDL KTCN TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - SINGAPORE THÁP LỌC SINH HỌC

4754 15000

19300

600 300

CỬA NƯỚC TUẦN HOÀN LẠI

HỐ BƠM SINH HỌC

3980 200

50

ỐNG NƯỚC TUẦN HOÀN TỪ MÁY ÉP BÙN

100 2000 BỂ TUẦN HOÀN

CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU LỌC

CÁCH BỐ TRÍ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC

NƯỚC VÀO

1000 2000

7000

70 70

7000

30 1000

VẬT LIỆU LỌC

CHI TIẾT THÁP LỌC SINH HỌC

Lọc sinh học cĩ vật liệu khơng ngập nước

- Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m

Sàn đỡ và thu nước: có 2 nhiệm vụ:

- Thu đều nước có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc

- Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng

- Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung

- Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6-0.8 m, i = 1-2 %

Phân loại bể lọc sinh học:

6-8 (nhựa tấm)

đá ong, … Đá cục, than, đá ong, nhựa đúc

Tải trọng thuỷ lực theo diện

V1 = SCO : thể tích / 1mo - S 3 nước

6 < tkk < 10oC: CO = 250

tkk > 10oC: CO = 300

tkk ≠ 10oC: CO = 30 10t10C (CO: công suất oxy hoá (g/m3.ng.đ) )

+ F: thông số tuần hoàn nước

F = 1+R(1 + 10)R 2

4/ Diện tích bể lọc:

+ Fa: diện tích bề mặt VL lọc trên 1 đơn vị VL lọc (m2/m3)

+ So: BOD5 vào

4/ Thể tích VL lọch

W = qQ

o

10.2.2._ Bể lọc sinh học cĩ lớp VL ngập trong nước thải

Trong lớp VL lọc BOD bị khử và chuyển hố NH4+ NO3

-Khi tổn thất trong lớp VL lọc = 0,5 m đĩng van và xả cặn (30-40 giây)

-CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC

SỐ BẢN VẼ: 11 TỶ LỆ 1:1

12 / 2007 BẢN VẼ SỐ: 08 CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ KHOA MÔI TRƯỜNG - CNSH

Th.s LÂM VĨNH SƠN NGUYỄN CÔNG HANH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NUỚC THẢI SINH HOẠT KHU DÂN CƯ TÂN QUY ĐÔNG-QUẬN 7

SVTH GVHD

CHI TIẾT 2

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA Ø250 CHI TIẾT 2 (TỶ LỆ 20/1) ĐĨA SỤC KHÍ

CHI TIẾT 1 (TỶ LỆ 20/1) CHÂN ĐẾ ĐỠ ỐNG DẪN KHÍ

CHI TIẾT 1 MÁNG CHẢY TRÀN

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90

ỐNG DẪN KHÍ NHÁNH Þ60

VẬT LIỆU BÁM DÍNH

CHI TIẾT BÓ VẬT LIỆU BÁM DÍNH

(ỐNG PVC RUỘT GÀ Þ34)

ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC THẢI ĐỤC LỖ Þ42

CHI TIẾT 3

CHI TIẾT 3

(ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC Þ42 ĐỤC LỖ)

MẶT CẮT A-A

MẶT CẮT B-B

MẶT BẰNG

CẦU THANG LAN CAN

B

B

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA Ø 250

S O Ð? KHƠNG GIAN M? NG LU ? I PHÂN PH? I KHÍ

1000 1000 1000

1000 1000 1000 1000

R60 200

KT = 0,2 x 1,047 T –20

T (oC): nhiệt độ nước thải H: chiều cao lớp VL lọc B: lưu lượng đơn vị của KK: 8 –12 (m3 KK / 1 m3 nước thải)

S : Nồng độ BOD 5 đầu ra bể lọc sinh học

F : Chuẩn số : F = 0.4

6 0

q

K B

H vl × ×

6 0

50

251.010

= 0.418

K T = 0.2 x 1.047 T –20 = 0.2 x 1.047 (25 - 20) = 0.251

T ( o C): Nhiệt độ nước thải, T = 25 o C

H vl : Chiều cao lớp vật liệu lọc, H vl = 1.5 - 2m, Chọn H vl = 2m B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 – 12 (m 3 không khí /m 3 nước thải) Chọn B = 10 (m 3 không khí /m 3 nước thải)

( )

NO

Q S S W

Ngày TB

×

−

Trong đó: S o : Nồng độ BOD 5 đầu vào bể lọc sinh học, S o = 190 mg/l

S : Nồng độ BOD 5 đầu ra bể lọc sinh học, S = 13.45 mg/l

Ngày TB

Q : Lưu lượng trung bình ngày đêm,Q TB Ngày = 1200 m 3 /ngàyđêm

NO : Năng lực oxy hóa của bể lọc, NO = 550 gO 2 /m 3.ngàyđêm (Xử lý nước thải đô thị và công

nghiệp – Lâm Minh Triết)

550

120019

W F

=

Trong đó: n : So ngăn của bể lọc sinh học Chọn n = 1

12

373

×

=

Chọn chiều dài của bể D = 31m, chiều rộng R = 6m

- Chiều cao phần đáy h 1 = 0.5 m

- Chiều cao lớp vật liệu H vl = 2 m

- Chiều cao dành cho vật liệu dãn nở h 2 = 1 m

- Chiều cao phần chứa nước rửa h 3 = 1 m

- Chiều cao bảo vệ h bv = 0.5 m

- Đường kính ống chính:

360010

83043600

- Đường kính ống nhánh:

360010

8343600

- Số lượng đĩa phân phối trong bể :

Đ =

33.3

k

L

=

360033.3

1000830

Trong đó: L khí : Lưu lượng khí cần cung cấp L khí = 0.23 (m 3 /s)

n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n = 75%

p: Ap lực của không khí nén

33.10

4.533.1033

.10

33

23.0152.1

bể điều hòa và bể lọc sinh học

Bài tập ví dụ áp dụng 2 Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt

Tính toán theo tải trọng thủy lực:

Xác định hệ số K:

3,16120

3,

Trong đó:

L a : Lượng NOS 20 trước khi đưa vào bể Biophin;

L t : Lượng NOS 20 cần đạt sau xử lý tại bể

Chọn tải trọng thủy lực q 0 = 20 m 3 /m 2 ngđ

Với lý do:

Không tuần hoàn nước thải;

Lượng không khí cấp vào nhỏ;

Chiều cao công trình nhỏ;

Diện tích công trình nhỏ

Ta chọn các số liệu như sau:

 B = 8 m 3 /m 2 ngđ

 H = 3,5 m

Với lưu lượng không khí đưa vào bể B = 8 m 3 /m 2 nước thải

Khi chiều cao công tác bể: H = 3,5 m; (tra bảng 7.5 Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1975) ta có hệ số K 1

= 18,05 > K = 16,3 nên không cần tuần hoàn nước thải

Diện tích bể Biophin:

43,14920

6,2988

tb ngd

43,149

36,374

5 4 3 2

h 1 : Chiều sâu từ mặt nước trong bể đến lớp vật liệu lọc, h 1 = 0,4 m;

h 2 : Chiều sâu không gian giữ sàn để vật liệu lọc và nền, h 2 = 1 m;

h 3 : Độ sâu của máng thu nước chính, h 3 = 0,25 m;

h 4 : Độ sâu của phần móng, h 4 = 0,5 m;

h 5 : Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể), h 5 = 0,5 m

Cấu tạo của lớp vật liệu lọc gồm:

Sỏi với cỡ đường kính hạt là 5 mm;

45,67

Trong đó: 0,2 là khoảng cách giữa đầu ống tưới tới thành bể

Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tưới đường kính mỗi ống tưới được xác định theo công thức:

16,08,014,34

067,04

.4

q

Trong đó:

v : Vận tốc chuyển động của nước trong ống; v≤ 1 m/s, chọn v = 0,8 m/s

Số lỗ trên mỗi ống tưới:

426700

8011

180

11

12

22

42

108,3410

8,34

2

6 0

2 1

n

t

vòng/phút Trong đó:

d 1 : Đường kính lỗ trên ống tưới d = 12 mm (theo Điều 6.14-20 TCXD-51-84);

q 0 : Lưu lượng mỗi ống tưới, q 0 = 16,864 =4,215 L/s

Áp lực cần thiết của hệ thống tưới:

4 1

6 2

0

10

.29410

.81

10.256

K

D d

m d q

13,24010

.300

6700294200

10.814212

10.256215,

6 2

4.2.2.1- Động học của qúa trình xử lý sinh học

Để quá trình xử lý bằng PP sinh học xảy ra tốt thì cần thiết phải tạo điều kiện pH, nhiệt độ,

… Lúc đó quá trình xử lý sẽ xảy ra.:

a/ Tăng trưởng TB: Tốc độ tăng trưởng có thể biểu diễn

rt = μ.X = dx

dt = μ.x (1)

Với:

+ rt: tốc độ tăng trưởng của VK.(g/m3.s)

+ μ: tốc độ tăng trưởng riêng 1/s

+ X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3)

b/ Chất nền- giới hạn tăng trưởng

Trong quá trình sinh trưởng chất nền (BOD) cấp liên tục quá trình tăng trưởng tuân theo định luật:

μ = μm S

Ks + S (2)

Với:

+ μm: tốc độ tăng trưởng riêng max

+ S: nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm tăng trưởng bị hạn chế (lúc số lượng chất nền chỉ có giới hạn).(nồng độ còn lại trong nước thải)

+ Ks: hằng số bán tốc độ (nói lên sự ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm:

Tiếp tục

Quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng:

K.X.S

Ks + S (Đặt K =

μm

Y ) (5)

d/ Ảnh hưởng hô hấp nội bào

Sự giảm khối lượng của các TBào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với lượng vi sinh có

trong nước thải và gọi là phân huỷ nội bào (endogenous decay)

Với:

+ rd: (do phân hủy nội bào) sử dụng chất nền

+ Kd:hệ số phân huỷ nội bào

Tốc độ tăng trưởng riêng thực:

4.2.2.2- Nguyên lý làm việc của bể Aerotank

Bể A được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ 1887-1914 áp dụng)

Bể A là công trình XL sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đó là loại bùn xốp chứa nhiều

VS có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ)

Thực chất quá trình xử lý nước thải bằng bể A vẫn qua 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Tốc độ xoxy hoá xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy

+ Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxy hoá, đồng thời oxy hoá tiếp

những chất HC chậm oxy hoá

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hoá và các muối amôn

Khi sử dụng bể A phải có hệ thống cấp khí (hình vẽ theo tài liệu)

4.2.2.3- Phân loại bể Aerotant

a/ Theo nguyên lý làm việc

Bể A thông thường: công suất lớn

+ Bể A xử lý sinh hoá không hoàn toàn (BOD20 ra ~ 60-80 mg/l)

+ Bể A xử lý sinh hoá hoàn toàn (BOD20 ra ~ 15-20)

Bể A sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l

b/ Phân loại theo sơ đồ công nghệ

- A một bậc, không có ngăn phục hồi bùn

- Thiết bị và quản lý đơn giản

Cặn dưBùn hoạt tính

Nước vào

Bùn hoạt tính tuần hoàn

Không khí Nước ra

Nứơc từ bể lắng lần thứ nhất

Không khí Bùn hoạt tính tuần hoàn

Nước ra khỏi bể

Bùn hoạt tính tuần hoàn

Không khí Nước ra Nước từ bể lắng lần thứ nhất

MÔ HÌNH THÍ NGHIỆ M BÙ N HOẠT TÍNH

μ’ = μm.KS

s + S - Kd Tốc độ tăng sinh khối:

Xả sự cố

- Mặc khác rd (Tỷ lệ lượng chất nền mất trong một đơn vị thời gian : hệ số phân

V

S S S S T

=

−

=Δ

K d và Y

− Xo: lượng bùn hoạt tính trong nước thải

− So: chất nền trong nước thải

− Qv: lưu lượng nước thải vào

− QT: lưu lượng bùn

− X: nồng độ bùn sau khi hoà trộn

− S: nồng độ còn lại sau khi ra khỏi bể (nồng độ chất nền)

− Qr: lượng nước sau khi ra nguồn

− Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (ra khỏi bể )

− XT: bùn hoạt tính lắng xuống tuần

− θ: thời gian lưu nước

− θc: tuổi bùn (thời gian lưu bùn)

Lượng bùn trong bể = Lượng bùn đi vào – Lượng bùn xả ra + Lượng bùn tăng lên trong bể

sau thời gian lưu nước

Do đó:

C

θ

1 = YrX - Kd d (*)

V

S S S S T

θ

)( 0

- Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông số

S S

θ

)( 0

1 =

d

K VX

S S

+ Các thông số đầu vào

QNT, So, f = BODCOD , t, S5 ra, CODra, SS, Xo, % cặn HC(= a), X, Z, Xtuần hoàn, Y, θc

+ Xác định hiệu quả xử lý:

- Lượng cặn HC trong nước thải ra khỏi bể lắng: a.BOD5 ra = b

- Lượng cặn HC theo COD:

1,42.b.(1 –z) = c

(1,42: mg O2 sdụng/md TBào phân huỷ)

- Lượng BOD5 trong cặn ra khỏi bể: f.c = d

- Lượng BOD5 hoà tan khỏi bể lắng: c = BOD5 cho phép – d

Hiệu quả xử lý theo COD:

E = CODvàoCOD - (CODra - c)

vào Hiệu quả xử lý theo BOD5:

E = BODBOD5 vào - d

5 vào Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ

E = BODBODvào - BODra

vào + Thể tích bể

V = Q.Y.(So - S)θc X(1 + Kd θc) (m3) + Thời gian lưu nước

θ = VQ

+ Lượng bùn HC lơ lửng khi sử dụng BOD5:

- Tốc độ tăng trưởng của bùn:

+ Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn HC xả ra hằng ngày

F/M = θ.X So+ Lượng khí cần thiết

- Lượng oxy cần thiết:

1

α (kg/ngày)

Với:

+ Cs: oxy bão hoà trong nước (9,08 mg/l)

+ C: lượng oxy cần duy trì trong bể (2-3 mg/l)

Ou: phụ thuộc hệ thống phân phối khí (g O2/m3.m) h: độ ngập nước (< hbể)

Ví dụ áp dụng 1 :

Lưu lượng nước thải : 1500m 3 /ngày đêm

Lượng BOD 5 đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (giảm 60%) :

)/(2,305100

40763

l mg

Tỷ lệ BOD 5 /COD = 305,2/460 = 0,66

Nhiệt độ nước thải t=30 0 C

Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30 mg/l)

Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD 100 mg/l (70 mg/l)

Hàm lượng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hửu cơ

Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể X 0 =0

Thông số vận hành như sau :

1 Nồngđộ bùn hoạt tính trong bể : X=3000 mg/l (cặn bay hơi)

2 Độ tro của cặn Z=0,3-nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồng độ cặn tuần hoàn 10.000mg/l

3 Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình θc =10 ngày

4 Chế độ xáo trộn hoàn toàn

5 Giá trị của thông số động học : Y = 0,46

6 Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 (70% lượng cặn bay hơi)

7 Nước thải điều chỉnh sao cho : - BOD 5 : N : P = 100 : 5 :1

a Xác định hiệu quả xử lý :

Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng (phần cặn sinh học dễ bị phân hủy là) : 65% x 50 = 32,5 mg/l

Lượng cặn hửu cơ tính theo COD : 1.42 x 32.5 x 0.7 = 32.305 (mg/l)

Lượng BOD 5 có trong cặn ra khỏi bể lắng : 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l)

Lượng BOD 5 hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD 5 cho phép ở đầu ra trừ lượng BOD 5 có trong cặn

lơ lửng : 30 – 21.3213 = 8.6787(mg/l)

Hiệu quả xử lý COD :

%8,91460

32,305) -

(70 -

% 15 , 97 100 2

, 305

6787 , 8 2 , 305

, 305

30 2 ,

E

b.Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có :

Thời gian nước lưu lại trong bể :

x Q

V

284,082,6241500

25,

=

=

θ

Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức:

2875,006,0101

46,0

+

=+

=

x k

x

Y Y

d c

875,1271

r r T

Q

X x V

x X

X x Q X

x

V

Q

C C

T

xa xa r

7000

1075.221500300025

θ

)(25,4264800

97,2045996)

1006,01(3000

)6787,82,305(1046,0500.1)1

K X

S S x Y

x

Q

V

c d

+

−

=+

−

=

θθ

X x V T

x

33.338106.127874

1000025

B ” = 1500 x 22.75 x 10 -3 = 34,125 (kg/ngày) Tổng cặn hửu cơ sinh ra:

B ’ + B ” = 93,8 + 34,125 = 127,925 kg = 128 kg = Px

Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị: X =3000 mg/l Ta có:

75,030007000

X Q

Q

T V T

Q T =0,75x 1500 = 1125 (m 3 /ngày)

g Tỷ số F/M:

mgBOD l

mg x

l BOD mg X

x

S M

F

.358

,0/3000284,0

/2

f

S S Q

−+

N o = Tổng hàm lượng N đầu vào :15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh dưỡng)

N = Tổng hàm lượng đầu ra : 5 (mg/l) (tiêu chuẩn là 6 mg/l)

P X = 127,875 (mg/ ngày)

f =BOD/COD =0,66 Vậy:

( ) ( ) ( )

ngay kg x

x

1000

526.1557,4875.12742,166

.01000

6787.82.305

C C

C x OC

s

s o

024.1

1

) 20

−

=

Trong đó :

C s : Lượng ôxy bão hòa trong nước 9.08 mg/l

C: Lượng ôxy cần duy trì trong bể 2 mg/l

α: hệ số từ 0.6 – 0.94 Chọn 0.7

Vậy

x x

x

7.0

1024

.1

12

08.9

08.94

i Tính lượng không khí cần thiết

Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 ( Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải

Bể sâu h 1 = 3.5 m; độ ngập nước h = 3m

Công suất hòa tan thiết bị

OU = O u x h = 7 x 3 = 21 gO 2 /m 3 Lượng không khí cần thiết

)

/(59.0)/(509575

.11021

4

x f x OU

Vận tốc khí thoát ra khỏi khe hở :5-10 m/s

Ap lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén xác định theo công thức :

H d = h d + h c + h f + H

Trong đó :

h d : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m)

h c : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m)

h f : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m) Giá trị này không vượt quá 0.5m

H: chiều cao hữu ích của bể 3m

Tổng tổn thất h d và h c không vượt quá 0.4 m

Vậy áp lực cần thiết là :