CHƯƠNG 12. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Động học phản ứng sinh họcTốc độ tăng trưởng sinh khối X dt dX rg = = μ μ- tốc độ tăng trưởng sinh khối riêng specific growth rate specific growth rate, time -1 6... Thi Thiếếtt kkếế b

Trang 1

Chapter 11

Xử lý nước thải bằng pp sinh học

1

Trang 2

T i l WWTP

Typical WWTP

2

Trang 3

-> CO2 + H2O + NH3 + other end products + energy CO2 H2O NH3 other end products energy

Tăng sinh khối :

COHNS + O2 + Aerobes +energy -> C2H7NO2 (new cells)

COHNS + O2 + Aerobes +energy > C2H7NO2 (new cells)

X: concentration of microorganism, mass/unit volume (nồng độ sinh

Trang 5

So sánh qt hiếu khí & kỵ khí

Treatment capacity:

Aerobic: up to 3kgBOD/m3 day

Aerobic: up to 3kgBOD/m day

Anaerobic: up to 50kg BOD/m3.day

Energy use

Energy production

1 tonne of COD removed anaerobically produces 320m3 methane

@250C 1 m3 methane produces 20MJ of energy

Sludge production : 5-10 times more sludge from aerobic

Sludge production : 5 10 times more sludge from aerobic

treatment

5

Trang 6

Động học phản ứng sinh học

Tốc độ tăng trưởng

sinh khối

X dt

dX

rg = = μ

μ- tốc độ tăng trưởng

sinh khối riêng

(specific growth rate

(specific growth rate,

time -1 )

6

Trang 7

Ảnh hưởng của cơ chất & tốc độ tăng

XSr

rg tốc độ tăng trưởng sinh khối

rs- tốc độ sử dụng cơ chất (tốc độ phân hủy BOD)Y- Hệ số năng suất cực đại (tỷ lệ giữa sinh khối sinh

ra / cơ chất tiêu thụ) mg/mg

XSr

r

Y

m s

, S K

kXS

S s

μ

= +

−

=

Trang 8

Phân hủy vi sinh vật (sinh y ậ ( khối)

Tốc độ phân hủy sinh khối

XS μ

rd=-kdX

d s

d S

m g

S

X k Yr

X

k S K

XS '

S K

' g

r Y

Hệ số năng suất thực (observed yield coeeficient

g obs

Trang 9

Bể oxi hóa sinh

học

Phương trình cân bằng sinh khối tổng quát :

Lượng

Lượng đi đi vào vào –– lượng lượng đi đi ra ra + + tăng tăng trưởng trưởng = = tích tích tụ tụ

• Tích tụ: biến đổi hàm lượng chất khảo sát trong thiết bị theo thời gian

• TB liên tục HĐ ổn định: nồng độ tại một vị trí không đổi theo thời gian => không tích tụ

• TB gián đoạn, nồng độ biến thiên trong TB và tích tụ

' Q

QX dt

dX

S K

S V

Q 1

− +

μ

=

= τ

( Yk k ) 1

k 1

K

−

− τ

Trang 10

Bể oxi hóa sinh học

Phương trình cân bằng cơ chất tổng quát

Lượng đi vào – lượng đi ra + tăng trưởng = tích tụ

pt vào k

1

kX S

K

kXS r

thay

Vr QS

QS dt

dS

m S

s s

= +

−

=

0 k

1 kX

SS

Yk

1k

SS

τ+

−

=τ+

−μ

=

Y

( ) ( ) (S S)

Y

X

k1k

1k

0 obs

d d

−

=

τ+τ

+

τ

d s

g obs

k r

Trang 11

Activated sludge process

11

Trang 13

Thi Thiếếtt kkếế bbểể aerotank aerotank vvớ ớii dòng dòng tu tuầầnn hoàn hoàn Thi

Thiếếtt kkếế bbểể aerotank aerotank vvớ ớii dòng dòng tu tuầầnn hoàn hoàn bùn

Thời gian lưu trung bình của VSV

e e r

W

r X

X Q X

Q

X

V +

= τ

Thời gian lưu thủy lực của thiết bị phản

ứng

Thời gian lưu thủy lực (hydraulic retentionQ

Vr

=τ

Thời gian lưu thủy lực (hydraulic retention

time) cho toàn hệ thống

V

Vr + Lτ

Q

ht = τ

Trang 14

PT cân bằng vật chất

[ Q X Q X ] Vr ' QX

r Y VX

X Q X

Q

d

S e

e r

W

X k Y

X k

XS ' μ

X VX

d S

X

X k Yr X

k S K

XS '

0 S

X

Trang 15

0+

−

=

X d

X

k

S S

Y X

τ τ

d X S

X d

k Yk

k

K S

k

τ

τ τ

Q S S

τ

0 0

d X

k YU

X VX

Trang 16

Tỷ số F/M:

0 0

X

S VX

QS M

Hiệu suất xử lý E S0S S x 100

X VX

M

−

=

τ ý

( )

100

0

E M

F U

Trang 17

S S

Q d

kgO

P f

d kgO

4211

421

0 2

2

/

⎟

⎠

⎜

⎝ f

Trang 18

Tính lượng oxy tiêu thụ:

Khi có quá trình nitrat hóa

( ) 1.42Y 4.57Q(N N)

f

1SSQd/

Trang 19

Thiết kế bể aerotank

Low F/M: filamentous organism

Hi h F/M ll di d fl

High F/M: small dispersed flocs

The depth control the aeration efficiency and usually ranges from 3 to 4.5 m

The width controls the mixing and is usually kept between 5 to 10 m Width

19

The width controls the mixing and is usually kept between 5 to 10 m

Width-depth ratio should be adjusted to be between 1.2 to 2.2

Trang 20

Thiết kế bể aerotank

20

Trang 21

VD 12.1Tính

VD 12.1Tính sinh sinh kh khố ốii bbểể hi hiếếuu khí khí tu tuầầnn hoàn hoàn

Các điều kiện khác:

9 Nồng độ bùn tuần hoàn = 10,000mg/L (SS) = 8000mg/L (VSS)g ộ , g ( ) g ( )

9 Mixed-liquor volatile suspended solids MLVSS = 3500mg/L = 0.8*MLSS

9 Thời gian lưu trung bình tX = 10d

9 Hệ số động học Y = 0.65 kg sinh khối/kg BOD5 sử dụng, kd = 0.06d-1

9 Dòng ra chứa nồng độ bùn 20mg/L (80% là VSS) , BOD5 trong bùn là 62%

9 Chất thải có đủ chất dinh dưỡng

Trang 22

VD12.1

VD12.1 Tính Tính sinh sinh kh khố ốii bbểể hi hiếếuu khí khí tu tuầầnn hoàn hoàn

1 Tính BOD5 hòa tan ở dòng ra:

BOD ra = BOD hòa tan trong dòng ra + BOD trong bùn đi ra

20 = BODr + 20(0.62) => BOD5 hòa tan = 7.4mg/L

Hiệu suất xử lý dựa trên BOD hòa tan: E= (250-7.4)/250 = 97%

0

10 19

Q k

S S

Y X

X X

d

X

.

−

=

τ τ

0

10 19

S S

Y X

Q V

Q

X X

d

)

(

Trang 23

X Q X

Q

VX

e e W

X

/ )

(

*

403500

3510

193500

+

=

d m Q

X Q X

Trang 24

28

0 19

3 5

=

mgBODsd X

S S

U

.

)

(

.

26

03500

260

47250

=

τ

Trang 25

VD 6.1

VD 6.1 Tính Tính sinh sinh kh khố ốii bbểể hi hiếếuu khí khí tu tuầầnn hoàn hoàn

8 Tính F/M

v mgBOD S

d mgMLVSS

v

mgBOD X

S M

F

.

)

(

5

3500 26

mg m

Q S S

Yobs

* ) / )(

)(

(

)

406

0

3 3

Trang 26

Dòng ra chứa 22mg/L chất rắn (65% phân hủy sinh học) BOD5 = 0.68BODu.MLVSS = 0.8MLSS Nồng độ bùn tuần hoàn 10,000mg/l (SS).

MLVSS = 3500mg/L

τx=10d

Tính: E, Yobs, Px, τ, F/M, R, Lượng oxy cần thiết, tính lượng không khí

Trang 28

VD 6.4

Thiết kế TB bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn Cho các điều kiện sau:Lưu lượng trung bình: 0.32m3/s

Lưu lượng cao nhất: 0.8m3/s

BOD5 vào: 240m/L Bùn 4.4% solid

Trang 29

VD 6.4

Thiết kế TB bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn Cho các điều kiện sau:Lưu lượng trung bình: 0.32m3/s

Lưu lượng cao nhất: 0.8m3/s

BOD5 vào: 240m/L Bùn 4.4% solid

Trang 30

Bể xáo trộn hoàn toàn: tốn nhiều năng lượng sục khí và xáo trộn

(3-Bể xáo trộn hoàn toàn: tốn nhiều năng lượng sục khí và xáo trộn (3

6hrs)

Xử lý kỵ khí : 1,000 mg/L to 20,000 mg/L

30

Trang 32

Major biological treatment

formation of hydrogen sulfide

6NO3- + 3CH3OH -> 5CO2 + N2 + 7H2O + 6OH

Trang 33

Major biological treatment j g

processes

Suspended growth - Activated sludge process: conventional

(plug-flow), complete-mix, step aeration, sequencing batch

(p ug o ), co p ete , step ae at o , seque c g batc

reactor…

Attached growth- Trickling filters

33

Trang 34

T i kli filt (l i h h )

Trickling filter (lọc sinh học)

34

Trang 35

35

Trang 36

36

Trang 37

Aerotank đđẩẩyy Plug flow Plug flow

Trang 38

Aerotank đẩy - Plug flow

Sự thay đổi thành phần nước thải dọc theo chiều dài gây khó khăn cho quá trình thích nghi và làm giảm hoạt tính bùn

38

Trang 39

Thiếếtt bbịị ddạạng ng ố ống ng tu tuầầnn hoàn hoàn bùn bùn

Trang 40

Step aeration

Aeration or the oxygen

requirement during step aeration

(3 to 7 hours) is about half that

required for the conventional

process

40

http://www.lifesciences.napier.ac.uk/smaefiles/wwtw/seafield.htm

Trang 41

The diffusers are close together

at the influent end where more

Tapered aeration

at the influent end where more oxygen is needed

41

Trang 42

Contact Stabilization Activated

Contact Stabilization Activated Sludge

Shorter wastewater aeration time (smaller volume), the contact stabilization

process has the advantage of being able to handle greater shock and toxic

loadings than conventional systems because of the buffering capacity of the

biomass in the stabilization tank

42

Trang 43

SBR (sequencing batch reactor)

Trang 44

Trickling filter (biofilter)

High incident of clogging, long rest period required, low loading

44

Trang 45

Trang 46

Do quá trình khuếch tán theo chiều dài, khó xây dựng mô hình toán học.

Hiệu quả ổn định chất thải tốt hơn

Khó kiểm soát tải trọng

Chia nhỏ bể aerotank thành những bể nhỏ nối tiếp

Trang 47

( )

d d

S X

k X

S S Y k X

r Y mix

Do quá trình khuếch tán, khó xây dựng mô hình.

X kS r

k S

S K

S S

ty

1

,

Trang 48

SBR (sequencing batch reactor)

Trang 49

Operation and control

Chỉ số bùn -Sludge volume index (SVI): monitoring the settling

characteristics of activated sludge

c c e s cs o c v ed s udge

49

Trang 50

T i kli filt (l i h h )

Trickling filter (lọc sinh học)

50

Trang 51

Xử lý k khí

51

Trang 52

UASB process

52

Trang 53

53

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	2,48 MB