Quá trình sinh học lơ lửng

Chöông III. QUAÙ TRINH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG 3.1. Quá trinh sinh h?c hi?u khí 3.1.2 B? Aerotank – Tính toán Trong đó: 3 Q – Lưu lư?ng nư?c th?i, m ngày S0 – Hàm lư?ng BOD5 c?a nư?c th?i vào b?, mgl X – N?ng đ? bùn ho?t tính, mgl FM T? l? BOD5 có trong nư?c th?i và bùn ho?t tính ? T?c đ? s? d?ng ch?t n?n c?a 1g bùn ho?t tính trong ngày (F M ).E (S ?S) ? ;E 0 100 100 S 0 Z – đ? tro c?n, thư?ng l?y Z = 0.3 ? – Th?i gian lưu bùn, ngày c K – H? s? phân h?y n?i bào, ngày 1 d Y – h? s? s?n lư?ng t? bào 3 S – T?i tr?ng các ch?t h?u cơ đư?c x? ly, kgBOD m .ngày a 5

Trang 2

- Là quá trình xử lý chất thải dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật để đồng hóa các chất hữu cơ trong chất thải thành các chất khí và tế bào vi sinh

- Có 2 quá trình chính: sinh học hiếu khí (aerobic) và sinh học kị khí (anaerobic) ngoài ra còn có quá trình thiếu khí (anoxic)

Trang 3

Chương III QUÁ TRÌNH SINH HỌC LƠ LỬNG

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng lơ lửng

Bể lắng 2

Nước ra Nước vào

Aerotank Bùn tuần hồn

Bùn dư

Trang 4

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Trang 5

EGSB: Expanded Granular Sludge Bed

Trang 7

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng bám dính

Vào

Ra Khí

Lọc kị khí

Trang 9

3.1 Quá trình sinh học hiếu khí

Trang 10

3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp sinh học hiếu khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để phân huỷ các chất hữu cơ

Trang 11

Khi khơng đủ cơ chất, quá trình phân hủy nội bào xảy ra:

C 5 H 7 NO 2 + 5O 2

 5CO 2 + NH 3 + 2H 2 O + ΔH

C 5 H 7 NO 2 là cơng thức của tế bào vi sinh vật

Trang 12

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ gồm 3 giai đoạn:

-Di chuy ển các chất gây ô nhiễm

từ pha lỏng tới tế bào VSV

-Di chuy ển chất từ mặt ngoài tế bào qua màng tế bào

- Chuy ển hóa và tổng hợp các chất mới với việc sinh và hấp thụ năng lượng

Trang 13

Tốc độ ơxi hĩa sinh hĩa phụ thuộc vào:

- N ồng độ các chất hữu cơ

- Hà m lượng các tạp chất

- M ức độ ổn định và khuấy trộn của dịng nước thải

C x H y O z N + (x+y/4+z/3+3/4).O 2  xCO 2 + [(y-3)/2].H 2 O + NH 3 + ΔH

Trang 14

-T ốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa tăng khi nhiệt độ tăng (2-3 lần)

- Nhi ệt độ thường duy trì trong khoảng 20 –

Oxi Chất dinh dưỡng

pH

Trang 15

Bùn hoạt tính cĩ khả năng hấp thụ các muối kim loại nặng

Lúc đĩ, hoạt động sinh hĩa bị giảm do sự phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợi làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên

Độc tính với VSV: Sb (Atimon) > Ag > Cu > Hg

> Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr 3+ > V ≥ Cd > Zn > Fe

Nhiệt độ Kim loại nặng

pH

Trang 16

pH

6.1.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng

Sb: atimon

V: Vanadium

Trang 17

Để oxi hĩa chất hữu cơ, vi sinh vật cần cĩ oxi

và chỉ sử dụng oxi hịa tan

Để cung cấp oxi, tiến hành khuếch tán dịng khơng khí thành các bĩng nhỏ phân bố đều trong khối chất lỏng

pH

C x H y O z N + (x+y/4+z/3+3/4).O 2  xCO 2 + [(y-3)/2].H 2 O + NH 3 + ΔH

Trang 18

Quá trình di chuyển ôxi từ các bóng khí đến VSV hạn chế bởi sự khuếch tán của chất lỏng xung quanh bóng khí

Như vậy để tăng cấp ôxi cho VSV cần tăng việc cấp khí và giảm đường kính bóng khí

pH

Trang 19

Để cĩ phản ứng sinh hĩa, nước thải cần chứa hợp chất của các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng

Các nguyên tố: N, P, K, S, Ca, Mg, Na, Cl Fe, Mn, Mo,

Ni, Co, Zn, Cu…

Trong đĩ N, P, và K là các nguyên tố chủ yếu, cần phải đảm bảo lượng cần thiết

Nếu thiếu N, cản trở quá trình sinh hĩa và tạo bùn hoạt tính khĩ lắng

Nếu thiếu P → vi khuẩn dạng sợi phát triển → Bùn nổi

BOD:N:P = 100:5:1 (3 ngày đầu);

BOD:N:P = 200:5:1 (những ngày sau)

pH

Trang 20

pH cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào

Đa số vi sinh vật, pH tối ưu từ 6.5– 8.5

pH

pH < 6 sẽ tạo điều kiện thích hợp cho nấm tăng trưởng và gây nên hiện tượng bùn khó lắng.

Trang 21

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động

 Bùn hoạt tính là bùn sinh học tập hợp nhiều loại vi sinh vật hiếu khí

cĩ khả năng phân hủy chất hữu cơ (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm…)

 Bơng bùn hoạt tính cĩ kích thước từ 50-200μm cĩ thể lắng được

Baccilus Cereus

Xạ khuẩn

Nấm Candida

Trang 22

Bể lắng 2

Trang 23

Bể lắng 2

 Phải đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng

 Phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi

 Xáo trộn đều bùn và chất hữu cơ

Trang 24

Bể lắng 2

Aerotank

Bùn tuần hoàn

Bùn dư

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động

 Bùn + nước thải sẽ đi qua bể lắng 2, bùn sẽ được giữ lại

 Hơn 50% bùn hoạt tính được tuần hoàn trở lại bể aeroten

 Bùn dư sẽ đưa đến bể nén bùn để tiếp tục xử lý

Trang 25

3.1.2 Bùn hoạt tính- Ứng dụng

Bùn hoạt tính (activated sludge) được sử dụng để xử lý nước thải

sinh hoạt, nước thải cĩ chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như nước thải thực phẩm, nước thải thủy sản, nước thải bia, nước giải khát v.v…

Ưu điểm: hiệu suất xử lý cao, dễ vận hành

Khuyết điểm:

- Chi phí nhi ều năng lượng

- S ản sinh nhiều bùn

Trang 26

-

-10

1000

50

5-9

-Tiêu chuẩn loại B,

QCVN14:2008/BTNMT

4,7 33

25 266

432 595

6,8

Đầu vào

Phốt pho tổng, mg/l

Nitơ tổng, mg/l

N-NH 3 , mg/l

Tổng chất rắn hòa tan, mg/l

BOD 5 , mg/l

COD, mg/l pH

Ví dụ: Tính chất nước thải sinh hoạt đầu vào của HTXLNTSH tại Công ty TNHH Furukawa

Nước

thải sinh

hoạt

Bể lắng cát

Máy thổi khí

Bể tách dầu mỡ

Bể lắng 1

Bể aerotank Bể lắng 2

Khử trùng

Nguồn tiếp nhận

Máy ép bùn

Chứa váng

Chlorine Tuần hoàn bùn

SCR

Bể điều hòa

Trang 27

Nguyên liệu

Fillet

Rửa, lạng da Định hình

Máu cá, đầu cá, xương cá, đuôi cá…

Nước thải, da vụn

Thịt đỏ, xương, mỡ cá

Nước thải

Rác thải

Trang 28

Thành phần, tính chất nước thải Công ty Thủy sản Thiên Mã, Cà mau

10 mg/l

150-250

Dầu mỡ động thực

vật 6

4 mg/l

25-30 Tổng Photpho

5

30 mg/l

150-250 Tổng Nitơ

4

30 mg/l

1.400-1.800 BOD 5

3

50 mg/l

2.000-2.200 COD

2

50 mg/l

1.500-2.000 SS

1

QCVN 11 : 2008/BTNMT Loại A

Đơn vị Kết qủa

Các chỉ tiêu TT

Trang 29

Bể điều hịa

Bể aerotank Bể lắng

Khử trùng

Nguồn tiếp nhận Máy ép

Chứa váng

Chlorine

Tuần hồn bùn

Bể UASB SCR

Khuấy chìm

Cơng nghệ

xử lý nước thải ngành thủy sản

6.1.1.2 Bùn hoạt tính- Ứng dụng

Trang 30

Đặc tính nước thải nhà máy giấy

350

-Sunfate (mg/L)

50 350

COD (mg/L)

30 123

BOD5 (mg/L)

50 1.000-3.000

Chỉ tiêu

Trang 31

Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy

Trang 32

3.1.2 Bể Aerotank – Phân loại Aerotank

Có nhiều cách phân loại bể aerotank:

 Dựa vào chế độ thủy động lực:

+ Aerotank đẩy

+ Aerotank khuấy trộn

+ Aerotank trung gian

Trang 33

 Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính:

Bùn dư Bùn tuần hồn

Sơ đồ 1

Sơ đồ 2

Ngăn phục hồi bùn

Trang 34

 Theo tải lượng bùn:

+ Tải trọng cao + Tải trọng trung bình + Tải trọng thấp

Trang 35

Aerotank Bậc 1

Lắng II Bậc 1 Nước vào

Bùn dư Bùn tuần hồn

Aerotank Bậc 2

Lắng II Bậc 2 Bùn tuần hồn

 Theo số bậc:

Trang 36

3.1.2 Bể Aerotank – Thiết bị cung cấp khí

Máy nén khí Đĩa phân phối khí (1-3kg O 2 /KWh)

Trang 37

Tốc độ sinh trưởng của tế bào r t (g/m 3 s)- Mơ hình Monod

(5)

max

s

K S

S μ

μ





Trong đĩ:

• μ = Tốc độ sinh trưởng riêng (d -1 )

• μ max = Tốc độ sinh trưởng riêng lớn nhất (d -1 )

Trang 38

3.1.2 Bể Aerotank – Tính toán

Thời gian lưu nước HRT (Hydraulic Retention Time)

(2)

(1)

Q

V t

(3)

V

S Q L

Trong đó:

OLR = L v = L org - Tải trọng chất hữu cơ, kg BOD5/m 3 d

Q – lưu lượng (m 3 /d) S 0 – nồng độ chất nền đầu vào (mg/L)

Trang 39

Thể tích bể tính theo khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạt tính F/M

3

0 , m

M

F X

QS

V 

3 0

,)1

(

)(

m Z

S S

Q V

(

)

(

m K

X

Y S S

Q V

c d

Trang 40

Trong đó:

Q – Lưu lượng nước thải, m 3 /ngày

S 0 – Hàm lượng BOD 5 của nước thải vào bể, mg/l

X – Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l

F/M - Tỉ lệ BOD 5 có trong nước thải và bùn hoạt tính

 - Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong ngày

Z – độ tro cặn, thường lấy Z = 0.3

 c – Thời gian lưu bùn, ngày

K d – Hệ số phân hủy nội bào, ngày -1

Y – hệ số sản lượng tế bào

S a – Tải trọng các chất hữu cơ được xử lý, kgBOD 5 /m 3 ngày

100)(

;100

)

/(

0

S

S S E

E M

Trang 41

3.1.2 Bể Aerotank – Tính tốn

0,055 0,02 – 0,1

Ngày -1

Kd

0,6 0,4

0,4 - 0,8 0,3 – 0,6

mg bùn hoạt tính/ mg

BOD hay mg bùn hoạt tính/mg COD

Y

60 40

25-100 15-70

mg BOD/L hay mg

COD/L

Ks

4 2-10

Hệ số

Trang 42

Lượng bùn tuần hoàn: Q X0  Qt Xt  ( Q  Qt) X

X X

X Q

Q, So,

Xo

Giới hạn hệ thống

Tuần hoàn bùn

Qt, Xt, S

Bể làm thoáng

Bể lắng

Đầu ra (Q –

Qw), Xe, S

Bùn thải

Qw, XR, S

w

Trang 43

Lượng bùn tuần hồn: Q X0  Qt Xt  ( Q  Qt) X

X X

X Q

Q – Lưu lượng nước thải đưa vào bể, m 3 /h

Q t – Lưu lượng bùn tuần hồn, m 3 /h

X t – Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn

X – Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten, mg/l

X 0 – Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào, mg/l

Trang 44

Lượng bùn dư giữ lại ở bể lắng 2:

c t

c ra ra

t

ra ra

t t c

X

X Q VX

Q

X Q X

.

X t – Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn

X – Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten, mg/l

X ra – Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải sau lắng 2, mg/l

Q ra – Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng 2, m 3 /ngày

 c – Thời gian lưu bùn trong hệ thống

Trang 45

Tổng lượng bùn sinh ra tương ứng với Z = 0.3 tính theo cơng thức:

ngay kg

S SS

Q

ngay kg

S SS

Q

Khi làm thống kéo dài:

Trong đĩ:

SS – Hàm lượng cặn lơ lửng cĩ trong nước thải, mg/l

S 0 – Hàm lượng BOD 5 của nước thải, mg/l

Q – Lưu lượng nước thải đi xử lý, m 3 /ngày

Trang 46

Lượng oxy cần thiết cung cấp dựa trên BOD 5 của nước thải và lượng bùn sinh học thải bỏ mỗi ngày từ hệ thống.

 Lượng oxy cần thiết là lượng oxy để chuyển hóa BOD L trong nước

thải thành sản phẩm cuối cùng (CO 2 và H 2 O) Biết rằng một phần BOD được chuy ển hóa thành tế bào vi sinh vật mới.

Lượng oxy tiêu thụ bởi tế bào vi sinh vật trong bể bùn hoạt tính:

C 5 H 7 NO 2 + 5O 2 → 5CO 2 + NH 3 + 2H 2 O (113) 5(32)

 Oxy sử dụng bởi tế bào là:

NO H

C

O

/ 113

/ 32

5

2 2

7 5

Trang 47

Lượng oxi cần thiết cho quá trình xử lý nước thải:

1000

) (

57

4 42

.

1 1000

)

0

N N

Q P

F

S S

kgO 2 /ngày= (O 2 cung cấp để xứ lý BOD L , kg/ngày)

-1,42(khối lượng bùn thải, kg/ngày) + O 2 cho quá trình

nitrate hĩa

Trang 48

Lượng oxi cần thiết cho quá trình xử lý nước thải:

1000

)(

57.442

11000

)

0

N N

Q P

F

S S

Q

Trong đó:

e o – Lượng oxi cần thiết theo điều kiện chuẩn, 20 o C

Q – Lưu lượng nước thải đầu vào, m 3 /ngày

S 0 – Nồng độ BOD của nước thải đầu vào, g/m 3

S – Nồng độ BOD của nước thải đầu ra, g/m 3

F – 0.45 ÷ 0.68 Hệ số chuyển đổi từ BOD 5 sang COD hay BOD 20

P x – Phần tế bào dư xả theo bùn dư:

1.42 – Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD

N o – Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải đầu vào, g/m 3

N – Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải đầu ra, g/m 3

4.75 – Hệ số sử dụng oxi khi oxi hóa NH 4 + thành NO 3

-3.1.2 Bể Aerotank – Tính toán

Trang 49

Lượng oxi cần thiết trong điều kiện thực tế:





1 024

1

) 20 (

20 0

a

C C

C e

e

Trong đĩ:

β – Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối,

thường lấy bằng 1

C ah – Nồng độ oxi bão hịa trong nước sạch

C a20 – Nồng độ oxi bão hồn trong nước sạch ở nhiệt độ 20 o C

C d – Nồng độ oxi cần duy trì trong cơng trình, mg/l, C d = 1.5 ÷ 2 mg/l

 - Hệ số điều chỉnh oxi thâm nhập vào nước thải do hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị, hình dáng, kích thước,

 = 0.6 ÷ 0.94

Trang 50

Lưu lượng không khí đi qua 1m 3 nước thải ở bể aerôten được tính theo công thức:

H K

Trang 51

٭ Thời gian cần thiết thổi khơng khí vào aerơten được tính theo cơng thức:

I K

L



 2

Trong đĩ : I = Cường độ thổi khơng khí,

I phụ thuộc vào hàm lượng BOD 20 của nước thải đi vào bể aerơten

và BOD 20 sau khi xử lý (tra bảng)

Trang 52

5,0 6,0 6,7

4,5 5,4 6,1

4,0 4,7 5,4

150 200 250

15mg/L 20mg/L 25mg/L

I, m 3 /m 2 h ứng với BOD 20 sau khi

xử lý

BOD 20 đầu vào

(mg/L) Bảng 6.1 Cường độ thổi khí I phụ thuộc vào BOD 20

Trang 53

Q = Lưu lượng nước thải, m 3 /h:

Nếu K ch (Hệ số khơng điều hịa chung) của nước thải chảy vào aerơten ≤ 1,25 thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình giờ của nước thải trong ngày đêm;

Trường hợp K ch > 1,25 khi đĩ Q lấy bằng lưu lựơng trung bình giờ của nước thải chảy vào aerơten tại những giờ lớn nhất.

Trang 54

45-90 85-90

1,0

0,25- 6000

3000-0,8-2,0 0,2-0,4

4-15 Khuấy

trộn

hoàn

toàn

45-90 85-95

0,5

0,25- 3000

1500-0,6 0,2-0,4

4-15 Thông khí

thông

thường

Lưu lượng khôn

g khí cần cấp (m 3 /k

g BOD 5 )

Hiệu suất khử BOD (%)

Tỷ số tuần hoàn

Q r /Q

Nồng độ MLS

S (mg/L )

Tải lượng thể tích (kgB

OD 5 /

m 3 )

F/M

(kgBOD 5 / kg MLSS)

Thời gian lưu bùn (ngày ) Quá trình

Trang 55

Xác định nồng độ BOD 5 của nước thải đầu vào và đầu ra bể

aeroten:

BOD 5 (vào) = BOD 20 (Vào) x 0,68

BOD 5 (ra) = BOD 20 (ra) x 0,68

Xác định BOD5 trong nước thải đầu ra:

BOD 5 (ra) = BOD5 hịa tan trong nước đầu ra + BOD5 của chất lơ

lửng trong đầu ra BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra = SS (mg/L) x 0,6

Trang 56

Nồng độ BOD 20 (BOD l ) của nước thải đầu ra bể aeroten:

= BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra x 1,42

Xác định BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:

= BOD5 trong nước đầu ra - BOD5 của chất lơ

lửng trong đầu ra

Trang 57

3.1.2 Bể Aerotank – Kiểm sốt quá trình

Cĩ thể kiểm sốt quá trình bùn hoạt tính bằng các thơng số sau đây:

Mỗi thơng số địi hỏi phải thử nghiệm và tính tốn.

Trang 58

3.1.2 Bể Aerotank – Kiểm soát quá trình

vi sinh trong bùn

- MLVSS = (0.7 -0.8) MLSS;

MLSS Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính

MLVSS Cặn lơ lửng bay hơi Cặn lơ lửng vô cơ

Chất hữu cơ sống Chất hữu cơ không sống

MLSS Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	5,38 MB