TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI
6.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
6.1.4. Cân bằng phốt pho trong hồ nước tự nhiên
Phốt pho là một trong chất dinh dưỡng giới hạn phổ biến nhất cho sự phú dưỡng của hồ. Các mô hình toán học động học của hồ thường kết hợp với tổng phốt pho (hoặc thành phần khác của phốt pho) và chlorophyll-a.
Cân bằng vật chất đơn giản của phốt pho được đề nghị như sau:
QinCin - QoutCP - VSASCP + 0 = dt dM Giả sử không có sự sinh ra phốt pho bên trong hồ và hệ ở trạng thái ổn định,
dt
dM = 0. Nồng độ phốt pho ra khỏi hồ cân bằng với nồng độ phốt pho trong hồ và tốc độ dòng ra bằng tốc độ dòng vào, phương trình cân bằng vật chất (6.22) trở thành:
P S S P
Pin QC V A C
QC = +
= CP(Q+VSAS) (6.21)
Tốc độ khối lượng vào
Tốc độ khối lượng ra
Khối lượng P trong hồ
Khối lượng P tạo ra
Tốc độ tích lũy
- - + =
Nồng độ P của hồ,
S S Pin
P Q V A
C QC
= + (6.22) Ví dụ 6.4
Một hồ nước có diện tích bề mặt là 20km2có dòng nước vào từ một con suối có lưu lượng 10m3/s với Cp.in = 0,01 mg/L. Một nhà máy nước thải sinh hoạt thải nước thải đã xử lý vào hồ với lưu lượng 0,05 m3/s và Cp.in = 10 mg/L. Xác định nồng độ của P ở trạng thái ổn định trong hồ.
Giả sử tốc độ lắng Vs = 20 m/năm (0,6.10-6 m/s). Xác định nồng độ P trong nước thải cho phép thải vào hồ nếu nồng độ cực đại CP cho phép là 0,01 mg/L
Giải:
Từ phương trình (6.24)
S S
P
P Q V A
C QC
= + Q = 10 + 0,05 = 10,05 m3/s
QCP.in = 10 × 0,01 + 0,05 × 10 = 0,6 g/s VSAS = 0,6 × 10-6 × 20 × 106 = 12 m3/s
Do vậy, 0,027 / 3
12 05 , 10
6 ,
0 g m
CP =
= +
= 0,027 mg/L > 0,01g/L
Nồng độ nước thải vào phải giảm để giảm nồng độ P:
QCP.in = CP(Q + VSAS)
= 0,01(10,5 + 12) = 0,2205 g/s) 0,2205 = 10 × 0,01 + 0,05 × Cp.in
Cp.in = 2,41 mg/L
Như vậy, nồng độ P của nước thải có thể chấp nhận thải vào hồ phải nhỏ hơn 2,41 mg/L.
6.2. BỂ PHẢN ỨNG
Bể phản ứng được phân loại dựa trên tính chất dòng chảy của chúng và các điều kiện trộn bên trong bể. Bể phản ứng có thể hoạt động gián đoạn hoặc liên tục. Trong bể phản ứng gián đoạn, chất phản ứng đưa vào bể, trộn đều và cho phép phản ứng xảy ra, sau đó hỗn hợp sản phẩm phản ứng được lấy ra. Bể phản ứng gián đoạn là bể phản ứng không ở trạng thái dừng vì thành phần các chất trong bể thay đổi theo thời gian.
Kinh phí đầu tư ban đầu cho bể gián đoạn thường thấp so với bể hoạt động liên tục nhưng chi phí cho người vận hành cao hơn.
Trong bể phản ứng liên tục, chất phản ứng nạp vào bể và thải ra khỏi bể là liên tục. Trong hầu hết các trường hợp, bể hoạt động trong điều kiện ổn định trong đó lưu lượng vào, điều kiện phản ứng, lưu lượng ra không đổi theo thời gian. Để xác định động học phản ứng của bể phản ứng liên tục, thường sử dụng bể phản ứng gián đoạn để thí nghiệm xác định hằng số tốc độ, k. Nói chung, có hai loại bể phản ứng liên tục: bể phản ứng dòng khuấy liên tục (CFSTR) và bể dòng nút (PFR). Sự khác nhau của CFSTR và PFR chủ yếu ở điều kiện khuấy trộn bể trong bể phản ứng.
Bể CFSTR bao gồm bể khuấy trộn dòng vào của chất phản ứng sau đó thải các chất đã phản ứng. Hình dáng của bể thường là hình tròn, hình vuông hoặc gần như hình chữ nhật để đảm bảo cho sự trộn đều. Sự khuấy trộn của bể CFSTR hết sức quan trọng. Dịch chất trong bể phản ứng được trộn đều nghĩa là các chất phản ứng là đồng nhất trong toàn bộ thể tích của bể. Do sự khuấy trộn, thành phần của dòng thải giống như thành phần ở trong bể nên bể CFSTR được gọi là bể khuấy trộn hoàn chỉnh (CSTR) hoặc bể dòng khuấy trộn hoàn chỉnh (CMF). Ở trạng thái ổn định, nồng độ của dòng ra và nồng độ ở bất kỳ vị trí nào bên trong bể là như nhau và không thay đổi theo thời gian.
Bể PFR lý tưởng có hình học của một ống dài hoặc bể có dòng liên tục trong đó các hạt của dịch chất đi qua một loạt bể. Chất phản ứng đi vào ở điểm cuối dòng vào của bể và sản phẩm rời khỏi bể ở điểm cuối của dòng chảy. Một cách lý tưởng, không có sự trộn giữa các nguyên tố của dịch chất dọc theo hướng dòng chảy. Các phần tử của dịch chất đi vào bể đầu tiên sẽ rời khỏi bể đầu tiên. Thành phần của dịch chất phản ứng thay đổi theo hướng dòng chảy. Đối với trường hợp khử chất ô nhiễm, nồng độ sẽ cao nhất ở lối vào và giảm liên tục tới giá trị của dòng ra. Ở điều kiện ổn định, nồng độ của dòng ra và nồng độ ở bất kỳ vị trí bên trong bể không thay đổi theo thời gian
Bể phản ứng CFSTR và PFR là những bể phản ứng lý tưởng. Các bể phản ứng dòng liên tục trong thực tế là những bể phản ứng gần giống với các loại bể phản ứng này.