Thiết kế bể xử lý bùn sinh học AEROTEN

MỤC LỤC Thiết kế bể Aeroten Page i CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ I Nguyên tắc Người ta sử dụng phương pháp sinh học để làm nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu hòa tan số chất vô Phương pháp dựa nguyên tắc sử dụng hoạt động vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình dinh dưỡng, chúng nhận chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên Nước thải xử lý phương pháp sinh học đặc trưng tiêu BOD5, COD, SS, N, P…Để xử lý phương pháp nước thải cần không chứa chất độc tạp chất, muối kim loại nặng nồng độ chúng không vượt nồng độ cực đại cho phép tỉ số BOD/COD ≥ 0,5 II Ưu nhược điểm công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí:  Ưu điểm: So với công nghệ kỵ khí công nghệ hiếu khí có ưu điểm hiểu biết trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu xử lý cao triệt để Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp phương pháp hóa học, hóa lý  Nhược điểm: Nhưng công nghệ hiếu khí có nhược điểm thể tích công trình lớn chiếm nhiều mặt Chi phí xây dựng công trình đầu tư thiết bị lớn Chi phí vận hành, đặc biệt chi phí cho lượng sục khí tương đối cao Không có khả thu hồi lượng Không chịu thay đổi đột ngột tải trọng hữu Sau xử lý sinh lượng bùn dư lượng bùn ổn định, đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý nước thải có tải trọng không cao phương pháp kỵ khí III Mô tả trình sinh học hiếu khí: Quá trình phân hủy chất bẩn hữu công nghệ sinh học hiếu khí trình lên men vi sinh vật điều kiện có oxy sản phẩm CO2, H2O, NO3- Thiết kế bể Aeroten Page SO42- Trong trình xử lý hiếu khí chất bẩn phức tạp protein, tinh bột, chất béo… bị phân hủy men ngoại bào cho chất đơn giản axit amin, axit béo, axit hữu cơ, đương đơn… Các chất đơn giản thấm qua màng tế bào bị phân hủy tiếp tục chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối CO2 H2O Cơ chế trình hiếu khí gồm giai đoạn : 1.Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn chất hữu có nước thải để đáp ứng nhu cầu lượng tế bào: CxHyOzN + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O2 men > xCO2 + [ (y-3)/2] H2O + NH3 Giai đoạn 2: Quá trình chuyển hóa chất: Oxy hóa tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa): CxHyOzN + NH3+ O2 men - > xCO2 + C5H7NO2 Giai đoạn 3: Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa): C5H7NO2 + 5O2 men - > xCO2+H2O Khi không đủ chất, trình chuyển hóa chất tế bào bắt đầu xảy tự oxy hóa chất liệu tế bào Trong bể xử lý sinh học vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu chịu trách nhiệm phân hủy thành phần hữu nước thải Vi sinh vật hệ thống xử lý nước thải Trong bể bùn hoạt tính phần chất hữu vi khuẩn hiếu khí hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy lượng để tổng hợp chất hữu lại thành tế bào vi khuẩn Vi khuẩn bể bùn hoạt tính thuộc giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium hai loại vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas Nitrobacter Ngoài loại hình sợi Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix Geotrichum Ngoài vi khuẩn vi sinh khác đóng vai trò quan trọng bể bùn hoạt tính Ví dụ nguyên sinh động vật Rotifer ăn vi khuẩn làm cho nước thải đầu mặt vi sinh Thiết kế bể Aeroten Page Khi bể xử lý xây dựng xong đưa vào vận hành vi khuẩn có sẵn nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển vi khuẩn mẻ cấy vi sinh Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần cho thêm vào bể hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý Sự sinh trưởng vi sinh vật biểu thị lượng bùn hoạt tính X(mg/l) theo thời gian t biểu diễn đường cong chia làm vùng khác nhau: Hình 1.1 Đường cong sinh trưởng vi sinh vật Vùng 1: Giai đoạn làm quen/ pha tiềm phát/ pha lag Pha lag lúc nuôi cấy đến vi sinh vật bắt đầu sinh trưởng Trong pha lag nồng độ bùn X = Xo (Xo sinh khối thời điểm t = 0) Tốc độ sinh trưởng rt = = (mg/l.s) Gần cuối giai đoạn tế bào vi sinh vật bắt đầu sinh trưởng tức tăng Thiết kế bể Aeroten Page kích thước, thể tích, trọng lượng tạo protein, axit nucleic, men proteinaza, amilaza chưa tăng số lượng Vùng 2: Giai đoạn lũy tiến/ pha log Trong pha log chất dinh dưỡng đáp ứng đầy đủ cho vi sinh vật sinh trưởng phát triển theo luỳ thừa Sinh trưởng sinh sản đạt mức độ cao Sinh khối khối lượng tế bào tăng theo phương trình: N = N0.2n (n số lần phân chia tế bào cùa N0 tế bào ban đầu) Tốc độ sinh trưởng tăng tỷ lệ thuận với X (từ có đường cong hàm mũ) theo phương trình: rg = dX/dt = µ.X Trong rg tốc độ sinh trưởng Vi sinh vật(mg/l.s); X nồng độ sinh khối/ nồng độ bùn (mg/1); µ số tốc độ sinh trưởng hay tốc độ sinh trưởng riêng Vi sinh vật(l/s) Đường cong cho thấy sinh khối bùn có xu hướng tăng theo cấp số nhân (đoạn a-b) thuộc pha tiềm phát pha sinh trưởng logarit Trong pha sinh trưởng logarit tốc độ phân đôi tế bào bùn điều hòa đạt giá trị tối đa Phần đường cong (e-f) tốc độ sinh trưởng gần tuyến tính với nồng độ sinh khối tương ứng với nồng độ chất dinh dưỡng dư thừa Vùng 3: Giai đoạn sinh trưởng chậm dần/ pha sinh trưởng chậm dần Trong giai đoạn (f- c) chất dinh dưỡng môi trường giảm sút bắt đầu cạn kiệt với biến hay vài thành phần cần thiết cho sinh trưởng môi trường tích tụ sản phẩm ức chế vi sinh vật sinh trình chuyển hoá chất tế bào pha log Sự sinh sản vi sinh vật dần đạt tới tiệm cận tùy thuộc vào giảm nồng độ chất dinh dưỡng X tiếp tục tăng tốc độ sinh trưởng giảm chuyến từ pha sinh trưởng sang pha ổn định đạt mức cân cuối pha Vùng 4: Giai đoạn sinh trưởng ồn định/ pha ồn định Chất dinh dưỡng pha có nồng độ thấp, nhiều sản phẩm trình trao đôi chất tích luỹ X đạt tối đa, số lượng tế bào đạt cân Sự sinh trưởng dừng lại, cường độ trao đôi chất giảm rõ rệt (c- d) Vùng 5: Giai đoạn suy tàn/ pha suy vong/ pha oxi hoá nội bào Thiết kế bể Aeroten Page Phần đường cong (d-g) biểu thị giảm sinh khối bùn bơi trình tự oxy hóa diễn Trong pha số lượng tế bào có khả sống giảm theo luỳ thừa, tế bào bị chết tỷ lệ chết tăng dần lên mà nguyên nhân chất dinh dưỡng nghèo hết, tích luỹ sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế tiêu diệt vi sinh vật Các tính chất lý, hoá môi trường thay đồi lợi cho tế bào, tế bào “bị già bị chết” cách tự nhiên Hình 1.2 Đồ thị tăng trưởng tương đối vi sinh vật bể xử lý nước thải Amoebae thường xuất nước thải đầu vào, không tồn lâu bể hiếu khí Amoebae sinh trưởng nhanh bể hiếu khí có tải cao Chúng di chuyển chậm khó cạnh tranh thức ăn, nguồn thức ăn bị hạn chế nên chúng chiếm ưu bể hiếu khí khoãng thời gian ngắn Thức ăn Amoebae chất hữu kích thước nhỏ Hệ thống bùn hoạt tính xuất nhiều amoebae chứng tỏ bị sốc tải Khi DO thấp (amoebae tồn môi trường có DO thấp) Hình 1.3 : Amoebae Thiết kế bể Aeroten Page Flagellates: Ngay sau amoebae bắt đầu biến mất, nước thải chứa hàm lượng hữu cao, flagellates xuất Phần lớn Flagellates hấp thu chất dinh dưỡng hoà tan Cả flagellates vi khuẩn sử dụng chất hữu làm nguồn thức ăn Tuy nhiên, thức ăn giảm Flagellates khó cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn nên giảm số lượng Nếu Flagellates xuất nhiều giai đoạn ổn định chứng tỏ nước thải chứa lượng đáng kể chất hữu hòa tan Hình 1.4: Flagellates Ciliates: Thức ăn ciliates vi khuẩn chất đặc trưng Ciliate cạnh tranh nguồn thức ăn với rotifer Sự diện ciliates chứng tỏ bùn hoạt tính tốt, tạo Thiết kế bể Aeroten Page phần lớn chất hữu loại bỏ Có loại Ciliate: Các Ciliate bơi tự xuất flagellate bắt đầu biến mất, số lượng vi khuẩn tăng cao; vi khuẩn nguồn thức ăn ciliate bơi tự Các loài Ciliate trườn, bò: kích thước bùn lớn ổn định, loài ciliate chui vào bùn, cạnh tranh thức ăn với loại ciliate bơi tự nhờ vào khả Các loài Ciliate có tiêm mao: xuất bùn ổn định, loại bùn chúng loài ciliate trườn, bò cạnh tranh thức ăn Ciliates diện hệ thống bùn hoạt tính aspidisca costata; Carchesium polypinum, Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta and O microdiscum, Trachelophyllum pusillum, Vorticella convallaria and V microstoma (Curds and Cockburn, 1970) Ciliates có nhiệm vụ loại bỏ Escherichia coli cách ăn tạo cụm Trong thực tế, bùn hoạt tính khử 91-99% E.Coli Hình 1.5: Ciliates Rotifer động vật đa bào có hai tiêm mao chuyển động xoay tròn, làm cho hình dạng chúng hai bánh xe xoay đối Chúng di động nhanh nước, có khả xáo trộn mạnh nguồn nước tìm nguốn thức ăn, giống protozoa vi sinh vật hiếu khí tuyệt đối, nhạy cảm với độc tính nước thải Chúng thường xuất Thiết kế bể Aeroten Page hệ thống bùn hoạt tính ổn định, nước có hàm lượng hữu thấp Rotifer phát với số lượng lớn hệ thống xử lý nước thải Vai trò rotifer loại bỏ vi khuẩn kích thích tạo bùn Chính rotifer sử dụng vi khuẩn không tạo bông, làm giảm độ đục nước thải Các màng nhầy rotifer tiết miệng chân giúp bùn kết dễ dàng Rotifer cần thời gian dài để thích nghi trình xử lý Hình 1.6: Rotifer Tác nhân sinh trưởng vi sinh vật lên men hiếu khí hệ thống xử lý nước thải chia làm tác nhân sinh trưởng tác sinh trưởng lơ lửng tác nhân sinh trưởng bám dính: + Tác nhân sinh trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính lơ lửng) gồm tất loại vi khuẩn Thiết kế bể Aeroten Page eucarga cực nhỏ chia thành nhóm chính: sinh vật dạng bọt khí, thực vật hoại sinh, vi khuẩn nitrat hóa, động vật ăn thịt sinh vật gây hại Trong nước thải có hạt rắn lơ lửng khó lắng, tế bào vi khuẩn dính vào hạt lơ lửng phát triển thành hạt cặn có hoạt tính phân hủy chất hữu nhiễm bẩn nước thể BOD + Tác nhân sinh trưởng bám dính (màng sinh học) gồm có thực vật sơ cấp thứ cấp: achromobacterium, alcaligenes, flavobacterium, pseudomonas, sphaerotilus zooglea…Trong dòng nước thải có vật rắn làm giá đỡ, vi sinh vật chủ yếu vi khuẩn dím bám bề mặt Trong số loài sinh vật có loài sinh polysacarit có tính chất chất dẻo tạo thành màng ( màng sinh học) Màng dày dần thêm thực chất sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định chất màng Màng có khả oxi hóa chất hữu có nước chảy qua tiếp xúc, màng có khả hấp thụ chất bẩn lơ lửng trứng run sán… Một số giống quần thể vi khuẩn có bùn hoạt tính Thiết kế bể Aeroten Page Hình 1.4 Xác định Ks thông số động học theo phương pháp Lineweave Burk Động học trình chết vi sinh vật Quá trình chết tế bào vi sinh vật mô ta phương trình: dX/dt = -kdX kd số tốc độ phân rã nội sinh (1/t) => Tốc độ sinh trưởng thực tế dX/dt = – kdX = rt’ (2) Thiết lập mối quan hệ tốc độ sinh trưởng lượng chất sử dụng theo phương trình : rt = -Yrd Trong đó: rt tốc độ sinh trưởng tế bào (mg/ls) Y hệ số suất sử dụng chất tiêu thụ, tỷ số khối lượng tế bào khối lượng chất tiêu thụ đo thời gian định pha log rd tốc độ sử dụng chết Từ (1) => rd = - Kết hợp với (2) ta có r’t = –kdX = -Yrd – kdX r’t tốc độ tăng trưởng thực vi sinh vật Thiết kế bể Aeroten Page 12 Tốc độ tăng trưởng riêng thực là: µ’ = µo –kd Tốc độ tăng sinh khối là: Yb = r’t/rd IV Các yếu tố ảnh hưởng đến công trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí: - Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào số bù Chỉ số bùn nhỏ nồng độ bùn cho vào công trình xử lý lớn ngược lại - Nồng độ oxy ảnh hưởng mạnh mẽ đến trình Khi tiến hành trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục cho lượng oxy hòa tan nước khỏi bể lắng đợt II ≥ (mg/l) - Khác với trình kỵ khí, tải trọng hữu xử lý hiếu khí thường thấp nên nồng độ chất bẩn hữu nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải ≤ 1000 (mg/l), bể lọc sinh học BOD toàn phần nước thải ≤ 500 (mg/l) - Ngoài nước thải cần có nguyên tố vi lượng K, Na, Mg, Fe, Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ nước thải Tùy theo hàm lượng chất nước thải mà có yêu cầu nồng độ nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác Thông thuờng cần trì nguyên tố dinh dưỡng theo tỷ lệ thích hợp: BODtoàn phần : N: P = 100: 5: - Bùn hoạt tính có khả hấp thụ muối kim loại nặng Khi hoạt tính sinh học bùn giảm, bùn bị trương phồng khó lắng phát triển mãnh liệt vi khuẩn dạng sợi Vì nồng độ chất độc kim loại nặng nước thải phải nằm giới hạn cho phép Yếu tố môi trường: - pH : yếu tố phát triển vi sinh vật Phần lớn vi sinh vật chịu pH > lúc phá hủy cân nguyên sinh chất tế bào Thiết kế bể Aeroten Page 13 làm cho vi sinh vật chết pH < thúc đẩy nấm phát triển Thông thường pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt khoảng 6,5 – 7,5 - Nhiệt độ: yếu tố quan trọng phát triển vi sinh vật Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25oC – 37oC từ 20 - 80 oC từ 20 – 40oC ( tối ưu 25oC – 37oC) - Ngoài trình xử lý hiếu khí phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý loài vi sinh vật cấu trúc chất bẩn hữu CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK I Khái niệm: Bể Aerotank công trình nhân tạo dùng xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí, người ta cung cấp oxy khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính Bể Aerotank gọi bể bùn hoạt tính hiếu khí Quy trình xử lý nước thải bùn hoạt tính thực nước Anh từ năm 1914, trì phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp II Quá trình bùn hoạt tính phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính bao gồm sinh vật sống kết lại thành dạng hạt dạng với trung tâm chất rắn lơ lửng (40%) Chất bùn hoạt tính đến 90% chất rắn rêu, tảo phần sót rắn khác Bùn hiếu khí dạng bùn vàng nâu, dễ lắng hệ keo vô định hình bùn kỵ khí dạng dạng hạt màu đen Những sinh vật sống bùn vi khuẩn đơn bào đa bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh động vật hạ đẳng, dòi, giun, ấu trùng sâu bọ Vai trò trình làm nước thải bùn hoạt tính vi khuẩn, chia làm nhóm: Alkaligenes- Achromobacter Pseudomonas Enterobacteriaceae Thiết kế bể Aeroten Page 14 Athrobacter baccillus Cytophaga- Flavobacteriaum Pseudomonas- Vibrio aeromonas Achrobacter Hỗn hợp vi khuẩn khác; Ecoli, Micococus Trong nước thải có tế bào Zooglea có khả sinh bào nhầy xung quanh tế bào có tác dụng gắn kết vi khuẩn hạt lơ lửng khó lắng chất màu chất gây mùi… phát triển thành cặn Các cặn khuấy đảo thổi khí lớn lên hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật chất độc Những hạt ngừng thổi khí chất cạn kiệt, chúng lắng xuống tạo bùn hoạt tính Trong bùn hoạt tính có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện Sarcodina, Masinh trưởngigophara, Ciliata, Suctoria vài loại sinh vật phức tạp khác Quan hệ động vật nguyên sinh vi khuẩn quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân động chất hữu cơ- vi khuẩn- động vật nguyên sinh Khi bùn lắng xuống “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm Hoạt tính bùn hoạt hóa trở lại cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng chất hữu Phần lớn vi sinh vật có khả xâm chiếm, bám dính bề mặt vật rắn có chất, muối khoáng oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nước thải từ vàng xám đến nâu tối Trên màng lọc sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc số động vật nguyên sinh khác Tuy nhiên khác với hệ quần thể sinh vật bùn hoạt tính thành phần loài số lượng loài màng lọc sinh học tương đối đồng Công thức bùn hoạt tính thường dùng tính toán C5H7O2N Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành 2.1 Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống) Thiết kế bể Aeroten Page 15 Hình 2.1: Bể Aerotank tải thấp ( bể Aerotank truyền thống) Nước thải sau bể lắng đợt khuấy trộn với bùn hoạt tính tuần hoàn đầu bể Aerotank Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưu lượng tuần hoàn thường từ 20% - 30% lưu lượng nước thải vào Dung tích bể thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng bể từ đến dùng hệ thống sục gió từ đến 12 dùng thiết bị khuấy khí làm thoáng bề mặt Lượng gió cấp vào từ 55 m3/ kg BOD5 đến 65 m3/l kg BOD5 cần khử Chỉ số thể tích bùn SVI thường dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi bùn thường từ đến 15 ngày Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, hiệu xử lý bể phụ thuộc vào dao động lưu lượng nồng độ chất độc ( kim loại nặng) nước thải công nghiệp chưa xử lý xả vào, thường đạt hiệu xử lý 80 – 95% 2.2 Bể Aerotank tải trọng cao bậc: Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao bậc Thiết kế bể Aeroten Page 16 2.3 Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc: Hình 2.3 Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang BOD > 500 mg/l Chất rắn lơ lửng pH= 6,5 – t0= 6- 320C Hình 2.3” Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc Nước từ bể lắng đợt vào bể Aerotank số điểm dọc theo 50 – 65% chiều dài tính từ đầu bể bùn tuần hoàn vào đầu bể Nạp theo bậc có tác dụng làm cân tải trọng BOD theo thể tích bể giảm độ thiếu hụt oxy đầu bể lượng oxy cần thiết trải theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, hiệu xử lý đạt cao 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn: Thiết kế bể Aeroten Page 17 Hình 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Tải trọng BOD > 1,3 kg BOD tính kg chất hữu ngày Hiệu xuất xử lý BOD 70 – 75% 2.5 Bể Aerotank thông khí kéo dài: Hình 2.5 Bể Aerotank thông khí kéo dài Bể Aerotank thông khí kéo dài thiết kế với trọng tải thấp, tỷ số F/M thấp, thời gian làm thoáng lớn từ 20 – 30 để hệ vi sinh bể làm việc giai đoạn hô hấp nội bào Bể áp dụng cho nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ 3500 m3/ngày 2.6 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Thiết kế bể Aeroten Page 18 Hình 2.6 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Trong bể Aerotank có khuấy trộn hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa tan khuấy trộn tức thời cho nồng độ chất phân bố phần tử bể Ưu điểm sơ đồ làm việc theo nguyên tắc khuấy trộn hoàn chỉnh là: pha loãng tức khắc nồng độ chất độc hại ( kim loại nặng) toàn thể tích bể, không xảy tượng tải cục phần bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có số thể tích bùn cao, cặn khó lắng Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ AEROTANK Sơ đồ làm việc bể aeroten Hình 3.1 Qv, So, Xo Aeroten V, X, Xt, S Qv+Qt, S, X Bể lắng Qr,S, Xr Qt, S, Xt Qxả, Xt Thiết kế bể Aeroten Page 19 Nước thải vào aeroten với lưu lượng Q chứa chất với nồng độ So lượng bùn hoạt tính coi không đáng kể X0 = Cùng với nước thải vào bể, có dòng bùn hoạt tính tuần hoàn lấy từ đáy bể đưa vào với: + Lưu lượng Qt (m3/ngày) + Nồng độ bùn tuần hoàn Xt (mg/l) + Lượng chất khỏi bể lắng S0 (mg/l) Sau thời gian lưu nước θ bể, nước chảy sang bể lắng với: + Lưu lượng Qv + Qt + Nồng độ bùn hoạt tính X + Nồng độ chất S Qua bể lắng nước lắng xả với: + Lưu lượng Qr + Nồng độ chất S + Nồng độ bùn hoạt tính Xr Bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể có nồng độ Xt phần tuần hoàn lại, phần dư xả bể chứa cặn với lưu lượng Qxả, Xt để xử lý tiếp Phương trình cân sinh khối cho bể: [Lượng bùn bể] = [Lượng bùn vào] – [lượng bùn xả ra] + [lượng bùn tăng lên bể sau thời gian lưu nước] V = Qv.X0 – (Qx.Xx + Qr.Xr) + V(r’) (3-1) tốc độ thay đổi nồng độ bùn hoạt tính bề đo khối lượng khối lượng đơn bị thể tích đơn vị thời gian V thể tích bể (m3) r’ tốc độ tăng trưởng thực bùn hoạt tính (g/m 3.ngày) Thiết kế bể Aeroten Page 20 Giải phương trình với X0 = 0, = 0, kết hợp với phương trình r’t : tốc độ sinh trưởng thực vi khuẩn (r’t = –kdX = -Yrd – kdX) Ta có: = = - Kd Thời gian lưu bùn (SRT) θ c =  = (3-2) (ngày) (3-3) – Kd (3-4) rd tốc độ sử dụng chất tính theo hiệu suất làm ta có: rd = = (3-5) Trong đó: S0 nồng BOD đầu vào S nồng độ BOD lại sau xử lý θ thời gian lưu nước HRT = V/Qv (ngày,h) Kd số tốc độ phân rã nội sinh (1/t) Từ (3-4) (3-5) => Thể tích bể theo tuổi bùn V = θ c Q( S − S ) (m ) X (1 + K d θ c ) (3-6) Mặt khác ρ = rd/X tốc độ sử dụng chất gram bùn hoạt tính ngày (g BOB5 / 1g bùn ngày)  ρ= hay V = (3-7) Trong X = a – z Thiết kế bể Aeroten Page 17 a nồng độ cặn lơ lửng có thực bể z độ tro cặn  Thể tích bể theo tốc độ sử dụng chất gam bùn hoạt tính đơn vị thời gian V = (3-8) Tải lượng chất ô nhiễm (La) OLR = (kgBOD5/m3.d) (3-9)  Thể tích tính theo tải lượng chất ô nhiễm V = (3-10) Khi thiết kế vận hành nhà máy xử lý nước thải, thông số dùng để kiểm tra tỷ số khối lượng chất khối lượng bùn hoạt tính (mgBOD5/mg bùn) F/M = = (mgBOD5/mg bùn.h) (3-11) Tùy theo yêu cầu nước thải đầu mà chọn F/M từ 0-0,5 + Chọn - 0,2 làm 90 - 95% + Chọn 0,2 - 0,4 làm 80 - 90% + Chọn 0,4 – 0,5 làm 50 – 80% Bảng 1: Giá trị điển hình thông số thiết kế bể Aerotank Loại chức bể F/M (gBOD5 θ c ngày Aerotank Bể có dòng bùn hoạt tính) – 15 0,2 – 0,6 Tải trọng Nồng độ BOD5 bùn hoạt đơn vị tính lơ lửng (giờ) (tỷ lệ tuần thể tích (La bể X hoàn) kg BOD5/ (mg/l) m3/ ngày) 0,32- 0,64 1000- 3000 4- θ= V Q α= 0,25- 0,75 chảy đều( Plug Aerotank) Thiết kế bể Aeroten QT Q Page 18 Trộn hoàn 0,75- 0,2 – 1,0 0.80- 1,90 800- 4000 3-5 0,25-1,0 chỉnh 15 0,2 – 0,5 0,64 – 0,96 1500- 3500 3-5 0,25-0,75 Nạp nước thải 3-15 0,1 – 0,2 0,08 – 0,32 1500- 3000 6-15 0,50- 1,50 0,48– 0,140 1500- 3000 3-6 0,50-2,0 0,95 – 1,20 1000-3000 0,5-1 0,5-1,5 4000-9000 3-6 vào bể theo cấp Khử BOD kết 8- 20 (0,02 -0,15) hợp Nitrat hóa 0,05 – 0,2 Nitrat hóa 15 – bể riêng biệt 100 (0,04 – 0,15) 0,2 – 0,6 Cho nước thải tiếp xúc với bùn -15 Làm thoáng hoạt tính ổn định làm thoáng ổn định 0.04 – 0,1 0,08 -0,24 2000-4000 18-36 0,5-1,5 0.04 – 0,1 0,08 -0,24 2000-4000 8-36 0,5-1,5 0.04 – 0,1 0,08 -0,24 2000-5000 12-50 0.04 – 0,8 0,08 -0,24 2000-5000 20-40 Làm thoáng kéo dài 20 - 40 Mương oxy hóa 15 – 30 Xử lý theo mẻ 10 – 30 Làm thoáng kéo dài theo mẻ kế 12 - 25 tiếp Nguồn : [2] TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất Xây dựng Thiết kế bể Aeroten Page 19 SVI tiêu xác định đặc tính chất lượng bùn hoạt tính Chỉ số thể tích bùn SVI thể tích đo 1g bùn khô choán chỗ tính ml sau để dung dịch bùn lắng tĩnh 30 phút ống lắng tĩnh hình trụ khắc độ dung tích 1000ml Bùn có số thể tích nhỏ lắng nhanh đặc SVI = Vthể tích bùn lắng sau 30 phút 1000/Nồng độ bùn lơ lửng dung dịch = ml/g Tuần hoàn lại bùn hoạt tính: Mục đích việc tuần hoàn lại bùn để trì nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng bể Aerotank đáp ứng yêu cầu xử lý đặt Xác định lượng tuần hoàn theo phương trình cân khối lượng bùn hoạt tính vào khỏi bể: Qv X + Qt X t = (Qv + Qt ) X (3-12) Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính nước thải vào bể X0 không đáng kể, ta có: α= Qt X (mg / l ) = Qv X t mg / l − Xmg / l (3-13) Trong đó: α : tỷ lệ tuần hoàn Qv: lưu lượng nước thải vào công trình xử lý (m3/h) Quá trình: lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m3/h) X: Nồng độ bùn hoạt tính muốn trì bể Aerotank (mg/l) Xt: nồng độ bùn hoạt tính hỗn hợp tuần hoàn hay nồng độ bùn hoạt tính sau lắng đáy bể lắng đợt (mg/l) Xả bùn dư hàng ngày vào công trình xử lý bùn: Lượng bùn dư phải xả liên tục để trì nồng độ bùn hoạt tính X bể Aerotank theo tính toán Lượng bùn dư xả trực tiếp từ bể Aerotank từ đường dẫn hoàn lại vào thiết bị cô đặc bùn Lưu lượng bùn xả vào công trình xử lý bùn rút từ phương trình cân khối lượng bùn để đảm bảo thời gian lưu bùn hệ θ c ( tuổi bùn): Thiết kế bể Aeroten Page 20 θc = V X Q xa X t + Qra X  Q xa = VX − Qra X raθ c X tθ c (3-14) Trong đó: Qxả: Dung dịch bùn xả (m3/ ngày) V: Thể tích Aerotank (m3) Xt: Nồng độ bùn hoạt tính dung dịch tuần hoàn (cũng nồng độ bùn hoạt tính dung dịch bùn xả ngoài) (mg/l) X: Nồng độ bùn hoạt tính bể Aerotank (mg/l) Xra : Nồng độ bùn hoạt tính nước khỏi bể lắng (mg/l) Qra: Lưu lượng nước đá xử lý khỏi bể lắng (m3/ngày) θ c : Thời gian lưu bùn công trình (ngày) Lượng bùn tạo hàng ngày: Khi thiết kế trình xử lý phải xác định lượng bùn sản hàng ngày để tính toán vận hành công trình xử lý bùn Lượng bùn sản phụ thuộc vào đặc tính nước thải, vào tuổi bùn θ c vào hệ số phân hủy nội bào Kd Hệ số tính lượng bùn sản từ việc khử BOD: yb = Y + K dθ c (3-15) Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD (Graw(1992), Artan (1994) Burton(1991)) Quy trình xử lý Thời gian lưu bùn Hệ số K Đã qua bể lắng Không có bể lắng đợt 0,6 – 0,9 Bể Aerotank tải trọng cao 0,7 – đợt 0,5 – 0,8 Bể Aerotank bình thường 3- 0,4 – 0,6 0,5 – 0,8 Bể aerotank tải trọng thấp > 15 0,3 – 0,5 0,5 – 0,7 Thiết kế bể Aeroten Page 21 Nguồn : [2] TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất Xây dựng Theo tiêu chuẩn Nga tiêu chuẩn ngành Việt Nam, tổng lượng bùn sản sinh tính theo công thức: Gbùn= 0,8(SS)+ 0,3 (BOD5) (3-16) Khi làm thoáng kéo dài Gbùn= 0,7(SS)+ 0,3 (BOD5) Trong : SS:Hàm lượng cặn lơ lửng có nước thải ( Kg/ngày) BOD5: Hàm lượng BOD5 tính theo (Kg/ngày) Tương đương với độ tro Z = 0,3 Tài liệu tham khảo Xử lý nước thải phương pháp sinh học - PGS Nguyễn Văn Phước Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2009), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Huệ (2005), Xử lý nước thải, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Đỗ Khắc Uẩn (2014), Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải cho lớp CNMT K56 Viện Khoa học Công nghệ môi trường, trường ĐHBKHN Google images (10/2014) Thiết kế bể Aeroten Page 22 [...]... cần thiết được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, hiệu quả xử lý đạt cao hơn 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn: Thiết kế bể Aeroten Page 17 Hình 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Tải trọng BOD > 1,3 kg BOD tính trên 1 kg chất hữu cơ trong ngày Hiệu xuất xử lý BOD 70 – 75% 2.5 Bể Aerotank thông khí kéo dài: Hình 2.5 Bể Aerotank thông khí kéo dài Bể. .. độ bùn hoạt tính sau khi lắng ở đáy bể lắng đợt 2 (mg/l) Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn: Lượng bùn dư phải xả liên tục để duy trì nồng độ bùn hoạt tính X trong bể Aerotank theo tính toán Lượng bùn dư có thể xả trực tiếp từ bể Aerotank hoặc từ đường dẫn hoàn lại vào thiết bị cô đặc bùn Lưu lượng bùn xả vào các công trình xử lý bùn có thể rút ra từ phương trình cân bằng khối lượng bùn. .. bể lắng (mg/l) Qra: Lưu lượng nước đá xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày) θ c : Thời gian lưu bùn trong công trình (ngày) Lượng bùn tạo ra hàng ngày: Khi thiết kế và trong quá trình xử lý phải xác định lượng bùn sản ra hàng ngày để tính toán và vận hành các công trình xử lý bùn Lượng bùn sản ra phụ thuộc vào đặc tính nước thải, vào tuổi của bùn θ c và vào hệ số phân hủy nội bào Kd Hệ số tính lượng bùn. .. sinh bùn tính theo COD (Graw(1992), Artan (1994) và Burton(1991)) Quy trình xử lý Thời gian lưu bùn Hệ số K Đã qua bể lắng Không có bể lắng đợt 1 0,6 – 0,9 Bể Aerotank tải trọng cao 0,7 – 2 đợt 1 0,5 – 0,8 Bể Aerotank bình thường 3- 8 0,4 – 0,6 0,5 – 0,8 Bể aerotank tải trọng thấp > 15 0,3 – 0,5 0,5 – 0,7 Thiết kế bể Aeroten Page 21 Nguồn : [2] TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử. .. hóa 15 – 30 Xử lý theo mẻ kế tiếp nhau 10 – 30 Làm thoáng kéo dài theo mẻ kế 12 - 25 tiếp nhau Nguồn : [2] TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất bản Xây dựng Thiết kế bể Aeroten Page 19 SVI chỉ tiêu xác định đặc tính và chất lượng của bùn hoạt tính Chỉ số thể tích bùn SVI là thể tích đo 1g bùn khô choán chỗ tính bằng ml sau khi để dung dịch bùn lắng tĩnh... chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ AEROTANK Sơ đồ làm việc của bể aeroten Hình 3.1 Qv, So, Xo Aeroten V, X, Xt, S Qv+Qt, S, X Bể lắng 2 Qr,S, Xr Qt, S, Xt Qxả, Xt Thiết kế bể Aeroten Page 19 Nước thải vào aeroten với lưu lượng Q chứa chất nền với nồng độ So và lượng bùn hoạt tính coi như không đáng kể X0 = 0 Cùng với nước thải vào bể, còn có dòng bùn hoạt tính tuần... nước thải với bùn hoạt tính Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914, đã được duy trì và phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp II Quá trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: 1 Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính... trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất Công thức bùn hoạt tính thường dùng trong tính toán là C5H7O2N 2 Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành 2.1 Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống) Thiết kế bể Aeroten Page 15 Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống) Nước thải sau bể lắng đợt 1 được khuấy trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngay đầu bể Aerotank Đối... từ 50 – 150 ml/g, tuổi bùn thường từ 3 đến 15 ngày Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc vào sự dao động lưu lượng và nồng độ các chất độc ( kim loại nặng) do nước thải công nghiệp chưa xử lý xả vào, thường đạt hiệu quả xử lý 80 – 95% 2.2 Bể Aerotank tải trọng cao một bậc: Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc Thiết kế bể Aeroten Page 16 2.3 Bể Aerotank tải trọng... khí kéo dài được thiết kế với trọng tải thấp, tỷ số F/M thấp, thời gian làm thoáng lớn từ 20 – 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hô hấp nội bào Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn 3500 m3/ngày 2.6 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Thiết kế bể Aeroten Page 18 Hình 2.6 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Trong bể Aerotank có ... dẫn hoàn lại vào thiết bị cô đặc bùn Lưu lượng bùn xả vào công trình xử lý bùn rút từ phương trình cân khối lượng bùn để đảm bảo thời gian lưu bùn hệ θ c ( tuổi bùn) : Thiết kế bể Aeroten Page 20... vi khuẩn vi sinh khác đóng vai trò quan trọng bể bùn hoạt tính Ví dụ nguyên sinh động vật Rotifer ăn vi khuẩn làm cho nước thải đầu mặt vi sinh Thiết kế bể Aeroten Page Khi bể xử lý xây dựng... dụng oxy tăng lên, hiệu xử lý đạt cao 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn: Thiết kế bể Aeroten Page 17 Hình 2.4 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Tải trọng BOD > 1,3 kg