Bài giảng Các công trình xử lý sinh học hiếu khí dạng tăng trưởng lơ lửng

CHƯƠNG 3 CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ DẠNG TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG 3.1 TOÅNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ,… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2 loại: Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy; Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau: Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật; Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào; Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Tốc độ quá trình oy hóa sinh hóa phục thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng. 3.2 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 3.2.1 Sinh Trưởng Của Tế Bào (Cell Growth) Tốc độ sinh trưởng của tế bào vi khuẩn: rg = -µX rg : tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn (khối lượng/thể tích.thời gian) µ : tốc độ sinh trưởng đặc biệt (thời gian1) X : nồng độ vi sinh vật (khối lượng/thể tích) 3.2.2 Sinh Trưởng Trong Điều Kiện Giới Hạn Phương trình Monod: µ : tốc độ sinh trưởng đặc biệt (thời gian1) µm : tốc độ sinh trưởng đặc biệt cực đại (thời gian1) S : nồng độ cơ chất giới hạn sự sinh trưởng (khối lượng/ thể tích) KS : hằng số tốc độ 1/2 , nồng độ cơ chất ở vị rí có tốc độ sinh trưởng bằng ½ tốc độ sinh trưởng cực đại 3.2.3 Quá Trình Sinh Trưởng Của Tế Bào Và Sự Tiêu Thụ Cơ Chất rg = -Y.rsu rg : tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn (khối lượng/thể tích.thời gian) Y : hệ số thu hoạch cực đại (mg/mg) – khối lượng tế bào hình thành/khối lượng cơ chất bị tiêu thụ rsu : tốc độ tiêu thụ cơ chất (khối lượng/thể tích.thời gian) Y phụ thuộc vào: Trạng thái oxy hóa của nguồn carbon và nguyên tố cung cấp dinh dưỡng; Mức độ polyme hóa cơ chất; Chu trình trao đổi chất; Tốc độ sinh trưởng; Các thông số vật lý khác của quá trình nuôi cấp vi sinh vật. Tốc độ tiêu thụ cơ chất: 3.2.4 Ảnh Hưởng Của Quá Trình Trao Đổi Chất Nội Bào Tốc độ phân hủy nội bào: rd = -kdX kd = hệ số phân hủy nội bào (thời gian-1) X = nồng độ tế bào (khối lượng/thể tích) rg’= -Yrsu - kdX Trong đó: rg’ = tốc độ sinh trưởng thực của vi sinh vật (khối lượng/thể tích.thời gian) µm’ = tốc độ sinh trưởng đặc biệt thực (thời gian-1) 3.2.5 Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ rT = r20q(T-20) rT : tốc độ phản ứng ở nhiệt độ toC; r20 : tốc độ phản ứng ở nhiệt độ 20oC; q : hệ số hoạt độ; T : nhiệt độ. Bảng 3.1 Hệ số hoạt độ của các quá trình xử lý sinh học Quá trình Giá trị q Khoảng dao động Đặc trưng Bùn hoạt tính 1,00-1,08 1,040 Hồ thổi khí 1,04-1,10 1,080 Lọc nhỏ giọt 1,02-1,08 1,035 3.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ DẠNG TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: Oxy hóa các chất hữu cơ: Enzyme CxHyOz + O2 CO2 + H2O + DH Tổng hợp tế bào mới: Enzyme CxHyOz + NH3 + O2 Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 - DH Phân hủy nội bào: Enzyme C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± DH Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hóa với màng cố định. 3.3.1 Động Học Quá Trình Bùn Hoạt Tính Hiếu Khí THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN HOÀN TOÀN KHÔNG TUẦN HOÀN (COMPLETE-MIX REACTOR WITHOUT RECYCLE) V, X, S Q S0 X0 Q S X Giả thiết Hỗn hợp trong thiết bị được khuấy trộn hoàn toàn. Cân bằng sinh khối Tích Lũy = Vào – Ra + Sinh Trưởng Ở trạng thái ổn định: Trong đó, q là thời gian lưu nước. Nồng độ cơ chất của nước thải sau khi xử lý: Cân bằng cơ chất Tích lũy = Vào – Ra – Tiêu Thụ Ở trạng thái ổn định: Nồng độ sinh khối trong nước thải sau xử lý Xác định thông số động học - Từ Hay Từ Hay THIẾT BỊ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘNG HOÀN TOÀN, CÓ TUẦN HOÀN BÙN V, X, S Q S0 X0 Qe Se Xe Bể lắng Qr, Xr QW, Xr V, X, S Q S0 X0 Qe Se Xe Bể lắng Qr, Xr QW, X Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time – HRT) Tại bể thổi khí Đối với cả hệ thống Thời gian lưu bùn (Sludge Retention Time) hoặc Giả thiết Hỗn hợp trong bể thổi khí được khuấy trộn hoàn toàn Quá trình phân hủy sinh học chỉ xảy ra trong bể thổi khí. Cân bằng sinh khối Tích Lũy = Vào – Ra + Sinh Trưởng Ở trạng thái ổn định: Nồng độ cơ chất của nước thải sau xử lý Cân bằng cơ chất Tích lũy = Vào – Ra – Tiêu Thụ Ở trạng thái ổn định: Nồng độ sinh khối trong nước thải sau xử lý: 3.3.2 Tính Toán Thiết Kế Bể Thổi Khí (Aerotank) Bể thổi khí thường được làm bằng bêtông cốt thép với bề mặt thoáng tiếp xúc với không khí. Đối với trạm xử lý công suất 0,22-0,44 m3/s nên thiết kế ít nhất hai bể thổi khí. Trạm xử lý công suất 0,44-2,2 m3/s nên thiết kế hệ thống gồm 4 bể thổi khí để thuận tiện trong vận hành và bảo trì bảo dưỡng. Những trạm xử lý công suất lớn hơn 2,2 m3/s sẽ có từ 6 bể thổi khí trở lên. Nếu sử dụng phương pháp cung cấp oxy bằng cách khuyếch tán khí, cấu trúc bể sẽ ành hưởng đáng kể đến hiệu quả thổi khí và mức độ khuấy trộn. Trong trường hợp này, chiều dày lớp nước trong bể phải dao động trong khoảng 4,5-7,5 m nhằm tạo điều kiện tăng tối đa hiệu quả của hệ thống khuyếch tán khí. Chiều cao an toàn thường dao động trong khoảng 0,3-0,6 m tính từ mặt thoáng của lớp nước. Tỷ lệ giữa chiều rộng bể và độ sâu đóng vai trò quan trọng nếu sử dụng hình thức khuấy trộn dạng dòng chảy xoắn ốc. Trong những bể thổi khí này, tỷ lệ giữa chiều rộng và độ sâu bể thổi khí dao động trong khoảng 1,0 : 1,0 – 2,2:1,0 với giá trị đặc trưng là 1,5:1,0. Đối với các bể sử dụng hệ thống thổi khí cơ học, thuận tiện nhất là sử dụng một máy thổi khí cho một bể. Tuy nhiên, tùy theo chiều dài và chiều rộng của từng bể thổi khí mà bố trí đủ máy thổi khí cho các bể. Đối với các bể này, chiều cao an toàn của bể thổi khí dao động trong khoảng 1,0-1,5 m. Kích thước đặc trưng của các bể thổi khí sử dụng máy thổi khí được trình bày tóm tắt trong Bảng 3.2. Bảng 3.2 Kích thước đặc trưng của các bể thối khí sử dụng máy thổi khí Công suất máy thổi khí (kW) Độ sâu bể (m) Chiều rộng bể (m) 7,5 3,0-3,6 9,0-12,0 15,0 3,6-4,2 10,5-15,0 22,5 3,9-4,5 12,0-18,0 30,0 3,6-5,1 13,5-20,0 37,5 4,5-5,5 13,5-23,0 56,0 4,5-6,0 15,0-26,0 75,0 4,5-6,0 18,0-27,0 Nguồn: Metcaft & Eddy, 2003. TÍNH TOÁN DUNG TÍCH BỂ Sử dụng một trong những cách sau: Xác định dung tích bể theo tỷ số F/M (khối lượng cơ chất/khối lượng bùn hoạt tính) (m3) + Q : lưu lượng nước cần xử lý (m3/ngày); + S0 : nồng độ BOD5 trong nước thải (mg/L); + X : nồng độ bùn hoạt tính (tính bằng VSS) (mg/L); + F/M: mg BOD5/ng bùn. Xác định dung tích bể theo tốc độ sử dụng cơ chất của 1 gam bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian (m3) + a : nồng độ bùn trong bể thổi khí (mg/L); + Z : độ tro của cặn, thường là 0,3 mg/mg. - Xác định dung tích bể theo thời gian lưu bùn (m3) + qc : thời gian lưu bùn (ngày); + kd : hệ số phân hủy nội bào (ngày-1); + Y : hệ số thu hoạch (mg bùn/mg BOD5 bị tiêu thụ). Xác định dung tích bể theo tải trọng cơ chất (kg BOD5/m3.ngđ) + La : tải trọng chất hữu cơ tính trên một đơn vị thể tích bể (kg BOD5/m3.ngđ). Đối với một loại nước thải mới, cần nghiên cứu trong mô hình phòng thí nghiệm để xác định các thông số động học cần thiết cho việc tính toán thiết kế. Trong trường hợp không thể triển khai mô hình phòng thí nghiệm, có thể tham khảo các thông số trong Bảng 3.3 và Bảng 3.4. Bảng 3.3 Thông số điển hình tính toán thiết kế bể thổi khí Loại và chức năng của Aerotank Thời gian lưu bùn (ngày) F/M Tải trọng (kg BOD5/m3.ngđ) Nồng độ bùn trong bể (mg/L) Thời gian lưu nước (giờ) Tỷ lệ tuần hoàn Có dòng chảy đều (plug aerotank) 3-15 0,2-0,6 0,32-0,64 1000-3000 4-8 0,25-0,75 Khuấy trộn hoàn toàn 0,75-15 0,2-1,0 0,80-1,90 800-4000 3-5 0,25-1,00 Nạp nước thải theo cấp 3-15 0,2-0,5 0,64-0,96 1500-3500 3-5 0,25-0,75 Khử BOD5 kết hợp nitrate hóa 8-20 0,1-0,2 0,08-0,32 1500-3000 6-15 0,50-1,50 Nitrate hóa bằng bể riêng biệt 15-100 0,05-0,2 0,048-0,140 1500-3000 3-6 0,50-2,00 Xử lý theo mẻ kế tiếp nhau 10-30 0,04-0,1 0,08-0,24 2000-5000 12-50 Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2000. Bảng 3.4 Hệ số động học quá trình bùn hoạt tính hiếu khí Hệ số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị đặc trưng µm g VSS/gVSS.d 3,0-13,2 6,00 KS g bCOD/m3 5,0-40,0 20,00 Y g VSS/g bCOD 0,30-0,50 0,40 kd g VSS/gVSS.d 0,06-0,20 0,12 Nguồn: Metcaft and Eddy, 2003. Bảng 3.5 Hệ số động học quá trình bùn hoạt tính hiếu khí thực hiện nitrate hóa Hệ số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị đặc trưng µmn g VSS/gVSS.d 0,20-0,90 0,75 KSn g NH4-N/m3 0,50-1,00 0,74 Yn g VSS/g NH4-N 0,10-0,15 0,12 kdn g VSS/gVSS.d 0,05-0,15 0,08 K0 g/m3 0,40-0,60 0,50 Nguồn: Metcaft and Eddy, 2003. Các Bước Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Bùn Hoạt Tính Hiếu Khí Để Xử Lý BOD và Thực Hiện Quá Trình Nitrate Hóa Thu thập/xác định đặc tính nước thải cần xử lý; Xác định đặc tính nước thải yêu cầu sau xử lý, đặc biệt các thông số NH4-N, TSS và BOD; Chọn hệ số an toàn đối với quá trình nitrate hóa để thiết kế thời gian lưu bùn trên cơ sở tải trọng TKN cực đại/trung bình. Hệ số an toàn có thể dao động trong khoảng 1,3-2,0; Chọn nồng độ DO tối thiểu cần duy trì trong bể thổi khí. Nồng độ DO thấp nhất cần thiết cho quá trình nitrate hóa là 2,0 mg/L; Xác định tốc độ tăng trưởng đặc biệt cực đại đối với quá trình nitrate hóa (µm) theo nhiệt độ và nồng độ DO trong bể thổi khí và tính Kn; Xác định tốc độ tăng trưởng đặc biệt µ và thời gian lưu bùn ở tốc độ này để đạt nồng độ NH4-N trong nước thải sau xử lý; Xác định giá trị thời gian lưu bùn thiết kế bằng cách áp dụng hệ số an toàn ở bước 6; Xác định tốc độ phát sinh sinh khối; Lập cân bằng nitơ để tính NOx, nồng độ NH4-N bị oxi hóa; Tính khối lượng VSS và TSS trong bể thổi khí; Chọn nồng độ NLSS thiết kế và xác định thể tích bể thổi khí và thời gian lưu nước; Xác định tổng lượng bùn phát sinh và hệ số Yobs; Tính toán nhu cầu oxy; Xác định độ kiềm cần hiệu chỉnh; Thiết kế bể lắng đợt 2; Thiết kế hệ thống thổi khí; Tóm tắt chất lượng nước sau xử lý Tổng kết số liệu thiết kế vào bảng số liệu. TUẦN HOÀN BÙN HOẠT TÍNH Xác định lưu lượng bùn tuần hoàn theo phương trình QvX0 + QtXt = (Qv + Qt) X Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể X0 là không đáng kể, ta có: - µ : tỷ lệ tuần hoàn - Qv : lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý (m3/h) - Qt : lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m3/h) - X : nồng độ bùn hoạt tính cần duy trì trong bể thổi khí (mg/L) - Xt : nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp tuần hoàn hay sau khi lắng ở đáy bể lắng 2 (mg/L) XẢ BÙN DƯ Lượng bùn dư phải xả được tính dựa trên thời gian lưu bùn hay Trong đó: Qx : lưu lượng bùn xả (m3/ngày) V : thể tích bể Aerotank (m3) Xt : nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (mg/L) X : nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/L) Xra : nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng (mg/L) Qra : lưu lượng nước đã xử lý ra khỏi bể lắng (m3/ngày) qc : thời gian lưu bùn (ngày) LƯỢNG BÙN TẠO RA HÀNG NGÀY Hệ số tính đến lượng bùn sinh ra hàng ngày Theo tiêu chuẩn thiết kế của Nga và tiêu chuẩn ngành của Việt Nam, tổng lượng bùn sinh ra có thể xác định theo công thức: Mbùn= 0,8 (SS) + 0,3 (BOD5) Trong đó: SS là lượng cặn lơ lửng trong nước thải (kg/ngày) và BOD5 là lượng BOD5 (kg/ngày) Bài Tập 3.1 Thiết kế hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí để xử lý riêng BOD và xử lý BOD kết hợp với quá trình nitrate hóa Thiết kế hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí khuấy trộn hoàn toàn để xử lý nước thải từ công trình xử lý sơ bộ có lưu lượng 22,64 m3/ngày để (a) BOD sau xử lý có nồng độ nhỏ hơn 30 g/m3 và (b) khử BOD và nitrate hóa với nồng độ NH4-N trong nước thải sau xử lý đạt 0,50 g/m3 và BODe và TSSe £ 15 g/m3. Tổng kết kết quả thiết kế trong hai trường hợp vào một bảng số liệu để so sánh. Nhiệt độ của hỗn hợp bùn-nước trong bể thổi khí có nhiệt độ 12oC. Đặc tính nước thải Thông số Giá trị (g/m3) BOD 140 sBOD 70 COD 300 sCOD 132 rbCOD 80 TSS 70 VSS 60 TKN 35 NH4-N 25 Ptc 6 Độ kiềm 140 (theo CaCO3) bCOD/BOD 1,6 Điều kiện thiết kế và giả thiết Sử dụng hệ thống khuếch tán khí có hiệu quả truyền oxy trong nước sạch bằng 35% Độ sâu của lớp nước trong bể thổi khí là 4,9 m; Khí được giải phóng ra ở vị trí cách đáy bể 0,5 m; Nồng độ DO trong bể thổi khí là 2,0 g/m3; Cao độ của vị trí xây dựng hệ thống là 500 m; Hệ số µ trong bể thổi khí là 0,50 đối với trường hợp chỉ khử BOD và 0,65 khi có quá trình nitrate hóa; hệ số b = 0,95 cho cả hai điều kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là F = 0,90. Sự dụng các thông số động học cho trong các Bảng 3.4 và 3.5. Thời gian lưu bùn trong trường hợp chỉ khử BOD là 5 ngày; Thiết kế MLSS = 3000 g/m3, cũng có thể chọn giá trị trong khoảng 2000-3000 g/m3 Hệ số an toàn đối với TKN cực đại/trung bình FS = 1,5. (Sinh viên giải bài tập ở nhà và sẽ được sửa trên lớp) 3.3.3 Phân Loại Bể Aerotank Theo Sơ Đồ Vận Hành Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/L. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M; Nhiệt độ; Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật; Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất; Lượng các chất cấu tạo tế bào; Hàm lượng oxy hòa tan. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-,… Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C. Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong Hình 3.1. Nöôùc thaûi Beå laéng 1 Beå thoåi khí Beå laéng 2 Nöôùc sau xöû lyù Buøn thaûi Tuaàn hoaøn buøn Buøn Quaù trình buøn hoaït tính hieáu khí coå ñieån vôùi doøng chaûy nuùt (Conventional plug-flow activated process). Beå laéng 2 Beå laéng 2 Tuaàn hoaøn buøn Buøn thaûi boû Nöôùc thaûi Nöôùc sau xöû lyù Maùy thoåi khí Quaù trình buøn hoaït tính hieáu khí khuaáy troän hoaøn toaøn. (Complete-mix activated sludge process) Beå laéng 2 Nöôùc thaûi Beå laéng 2 Nöôùc sau xöû lyù Tuần hoàn bùn Bùn Xả bùn c. Sơ đồ bể aerotank nạp theo bậc. Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí. 3.3.4 Tính Toán Thiết Kế Bể Lắng 2 Tương tự như tính toán bể lắng đợt 1. 3.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙN HOẠT TÍN HIẾU KHÍ DẠNG MẺ Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: (1) -Làm đầy; (2)-Phản ứng; (3)-Lắng; (4)-Xả cạn; (5)-Ngưng. Sơ đồ hệ thống SBR được trình bày trong Hình 3.2. Làm đầy Phản ứng Lắng Ngưng Xả nước Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động củ hệ thống SBR. Khi thiết kế bể SBR, không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng 1 và bể lắng 2. Nước thải chỉ cần qua song chắn rác, bể lắng cát và bể tách dầu nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Số lượng bể, thời gian nạp vào từng bể phụ thuộc vào công suất và sự dao động theo thời gian của lượng nước thải. Bể SBR luân phiên (liên tục) có thể khử được N và P khi vận hành theo đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí. Các Thông Số Cần Thiết Khi Tính Toán Thiết Kế Đặc tính nước thải; Thời gian lấy nước vào bể, thời gian thổi khí, thời gian lắng, thời gian xả nước; Thông số động học: F/M, Y Nồng độ cặn trong phần chứa bùn; Thể tích nước được tháo khỏi bể sau mỗi chu kỳ; Chu kỳ xả bùn. Cần Xác Định Dung tích hữu ích của bể; Lượng bùn tích lũy trong bể (theo chu kỳ xả bùn); Thể tích chứa bùn trong bể; Chiều cao an toàn từ lớp bùn đến mực nước phải xả; Chiều cao của lớp nước trong đã lắng trên lớp bùn; Lượng oxy cần thiết để khử BOD5 và lượng không khí cần cung cấp; Hệ thống cấp khí. Các Bước Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống SBR Thu thập/xác định đặc tính nước thải cần xử lý; Chọn số lượng bể SBR; Chọn thời gian thổi khí, thời gian lắng và thời gian xả nước. Tính thời gian xả nước vào hệ thống và tổng thời gian của một chu kỳ. Xác định số chu kỳ trong một ngày; Từ giá trị tổng số chu kỳ có thể hoạt động trên ngày, xác định thể tích nước thải có thể xử lý trong hệ thống cho mỗi chu kỳ; Chọn nồng độ MLSS và xác định tỷ lệ thể tích nước nạp vào bể so với tổng thể tích bể. Xác định độ sau của lớp nước sẽ được xả sau khi lắng. Với giá trị độ sâu tính toán, xác định thể tích chứa bùn; Xác định thời gian lưu bùn của hệ thống SBR đã thiết kế; Xác định tổng lượng TKN đã được nitrate hóa; Tính nồng độ vi sinh vật cần để thực hiện quá trình nitrate hóa và xác định xem thời gian thổi khí đã chọn có đủ để quá trình nirate hóa xảy ra hiệu quả; Hiệu chỉnh các giá trị thiết kế cần thiết; Xác định tốc độ bơm xả nước sau xử lý; Xác định lượng oxy cần thiết và tốc độ truyền khí trung bình; Tính tỷ số F/M và tải trọng thể tích theo BOD; Kiểm tra độ kiềm cần thiết; Tổng kết số liệu thiết kế vào bảng số liệu. BÀI TẬP 2 Thiế kế hệ thống SBR để xử lý nước thải sin hoạt với công suất 7570 m3/ngđ có đặc tính như trình bày sau đây. Nồng độ hỗn hợp bùn trong bể thổi khí là 3500 g/m3 và nhiệt độ là 12oC/ Nồng độ NH4-N của nước sau xử lý là 0,50 g/m3. Không áp dụng dụng quá trình xử lý sơ bộ. Đặc tính nước thải Thông số Giá trị (g/m3) BOD 220 sBOD 80 COD 485 sCOD 160 rbCOD 80 TSS 240 VSS 220 TKN 35 NH4-N 25 Ptc