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

Chapter 11 Xử lý nước thải pp sinh học T i l WWTP Typical Phản ứng sinh học hiếu khí Aerobic bacteria demand oxygen to decompose dissolved pollutants „ Aerobic treatment usually yields better effluent quality that that obtained obta ed in anaerobic a ae ob c processes p ocesses P/h CHC: COHNS + O2 + Aerobes -> CO2 + H2O + NH3 + other end products + energy Tăng sinh khối: COHNS + O2 + Aerobes +energy -> > C2H7NO2 (new cells) „ X: concentration of microorganism, mass/unit volume (nồng độ sinh g/ ) khối,, mg/l) S: concentration of substrate in solution (mass/unit volume) (nồng độ chất) ~ BOD5 Phân hủy kỵ khí Gd 1: Acid formation (Acidogenesis) „ Gd 2: Methane formation (Methanogenesis) pH giảm trình phân hủy kỵ khí Quá trình Methanogenesis bị ức chế pH 4-5 => Điều Điề chỉnh hỉ h pH H bằ kiềm kiề soda „ COHNS + H2O (+ microbes) -> CH4 + HCO3- +CO2 + NH3+ + C5H7O2N So sánh qt hiếu khí & kỵ khí Treatment capacity: Aerobic: up to 3kgBOD/m3.day day Anaerobic: up to 50kg BOD/m3.day „ Energy use „ Energy production tonne of COD removed anaerobically produces 320m3 methane @250C m3 methane produces 20MJ of energy „ Sludge production: 5-10 10 times more sludge from aerobic treatment „ Động học phản ứng sinh học Tốc độ tăng trưởng sinh khối rg = dX = μX dt μ- tốc độ tăng trưởng sinh khối riêng (specific growth rate rate, time-1) Ảnh hưởng chất & tốc độ tăng t trưởng sinh i h khối (Mô hình Monod) Cơ chất Ks : mass/vol μ m XS rg = (K S + S) Y= rg − rs μ m XS S =>r s = − Y(K S + S) rg- tốc độ tăng trưởng sinh khối rs- tốc độ sử dụng chất (tốc độ phân hủy BOD) Y- Hệ số suất cực đại (tỷ lệ sinh khối sinh / chất tiêu thụ),mg/mg thụ) mg/mg Y giá trị thực nghiệm kXS , rs = − KS + S voi μm k= Y Phân hủy y vi sinh vật ậ ((sinh khối) „ Tốc độ phân hủy sinh khối rd=-kdX μ m XS =>r g ' = − − k d X = −Yrs − k d X KS + S μ' = μ m „ „ S − kd KS + S Hệ số ố ă suất ất thực th (observed ( b d yield i ld coeeficient fi i t Ảnh hưởng nhiệt độ: Yobs = − rg' rs rT = r20θ (T − 20 ) Bể oxi hóa sinh học Phương trình cân sinh khối tổng quát: Lượng vào – lượng + tăng trưởng = tích tụ „ Tích tụ: biến đổi hàm lượng chất khảo sát thiết bị theo thời gian TB liên tục HĐ ổn định: nồng độ vị trí không đổi theo thời gian => không tích tụ TB gián đoạn, nồng độ biến thiên TB tích tụ • • • dX V = QX Q − QX Q + Vrg ' dt ™ ™ rg' = − μ m XS − kdX KS + S Cân sinh khối cho thiết bị khuấy trộn hoạt động liên tục, dòng vào khô có không ó VSV: VSV X0 = μ mS K S (1 + τk d ) Thời gian lưu thủy lực: τ Q τ = V = Ks + S − kd ⇒ S = τ(Yk − k d ) − Bể ể oxi hóa sinh học Phương trình cân chất tổng quát Lượng vào – lượng + tăng trưởng = tích tụ „ V dS = QS0 − QS + Vrs dt thay rs = kXS kX ⎛ ⎞ k vào pt = − ⎜ d⎟ KS + S μm ⎝ τ ⎠ ⎛ kX ⎞⎛ ⎞ ⎟⎟⎜ − k d ⎟ = => S0 − S − τ⎜⎜ ⎠ ⎝ μ m ⎠⎝ τ ⇒X= μ m (S0 − S) Y(S0 − S) = k (1 + k d τ ) (1 + k d τ ) X = Yobs (S0 − S) Yobs rg Y =− = rs + k dτ Thiế Thi ết bị dạng ống tuầ tuần hoàn bùn Step aeration Aeration or the oxygen requirement i during d i step aeration i (3 to hours) is about half that required for the conventional process http://www.lifesciences.napier.ac.uk/smaefiles/wwtw/seafield.htm 40 The diffusers are close together at the influent end where more oxygen is needed Tapered aeration 41 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 SBR (sequencing batch reactor) Trickling filter (biofilter) „ High incident of clogging, long rest period required, low loading 44 Thiế Thi ết bị dạng ống tuầ tuần hoàn bùn Thiế Thi ết bị dạng ống tuầ tuần hoàn bùn bùn „ „ „ „ Do trình khuếch tán theo chiều dài, khó xây dựng mô hình toán học Hiệu ổn định chất thải tốt Khó kiểm soát tải trọng Chia nhỏ bể aerotank thành bể nhỏ nối tiếp complete − mix : τX = −Y (S − S ) − k rS − kd = Y d τX X Thiế Thi ết bị dạng ống tuầ tuần hoàn bùn bùn „ „ Do trình khuếch tán, khó xây dựng mô hình Giả thiết: „ „ Nồng độ vi sinh dòng vào dòng khỏi thiết bị (τx/τ > 5), gọi nồng độ vi sinh trung bình kS X Tốc độ sử dụng chất rs = − KS + S τX = Yk (S − S ) (S0 − S ) + (1 + α )K S ln⎛⎜ Si S ⎞⎟ ⎝ ⎠ − kd S0,S- nồng độ chất dòng vào Si nồng độ chất sau pha loãng dòng tuần hoàn S + αS 1+ α α , ty le hoàn luu Si = SBR (sequencing batch reactor) Thông số: -Lưu lượng dòng vào 3800m3/d, SS 200mg/L, VSS 150mg/l Dòng chứa BOD5 = 20mg/L 20mg/L, SS= 20mg/L (65% phsh) „ Day BOD 250 400 400 400 400 250 250 τ = 24h BOD5 = 0.65BODL F/M = 0.1 kgBOD/kgMLVSS.d Tính lượng SS sau ngày MLVSS/MLSS =0.8 Y = 00.65kg/kg 65kg/kg kd = 00.05d 05d-11 Nồng độ bùn lắng trung bình 8000mg/L, tỷ trọng 1.2 Giả sử 60% thể tích ợ lấy y ngày g y Chiều cao lỏng SBR 6.6m Bùn lấy lần/tuần Operation and control „ Chỉ số bùn -Sludge volume index (SVI): monitoring the settling ccharacteristics c e s cs of o activated c v ed sludge s udge 49 T i kli filt Trickling filter (l (lọc sinh i h học) h ) 50 Xử lý kỵ k khí 51 UASB process 52 UASB 53 [...]... 0.5mgVSS/mg BOD5 Kd = 0.06 0 06 BOD5 / BODu = 0.67 Các công trình xử lý sinh học ™ „ ™ Xử lý hiếu khí: VSV lơ lửng (bùn hoạt tính) hoặc bám vào giá thể (lọc sinh học, màng sinh học) Bể dạng ống, bể khuấy trộn hoàn toàn (aerotank), bể lọc sinh học (trickling filter), … Bể xáo trộn hoàn toàn: tốn nhiều năng lượng sục khí và xáo trộn (3 (36hrs) Xử lý kỵ khí : 1,000 mg/L to 20,000 mg/L 30 31 Major biological... mgMLVSS d 9 Tính tốc độ hình thành sinh khối X (mg/d) PX = b 0.406 Yobs = = 8.8 g / d 3 −3 ( S 0 − S )Q 19( m )( 250 − 7.4)( mg / l ) * 10 VD 12.2 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tu tuầ ần hoàn Thiết kế TB bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn để xử lý 0.25m3/s BOD5 vào 250mg/l, BOD5 ra < 20mg/l Dò ra chứa Dòng hứ 22mg/L 22 /L chất hất rắn ắ (65% phân hâ hủy hủ sinh i h học) h ) BOD5 = 0.68BODu 0 68BOD... 10d 9 Hệ số ố động học Y = 0.65 kg sinh khối/kg ố 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 VD12.1 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tuầ tuần 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... controls the mixing and is usually kept between 5 to 10 m m WidthWidth depth ratio should be adjusted to be between 1.2 to 2.2 19 Thiết kế bể aerotank 20 VD 12.1 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tuầ tuần hoàn Nước thải có BOD5 250mg/l được xử lý trong thiết bị bùn hoạt tính khuấy trộn hoạt động ổn định Dòng ra có BOD5 dưới 20mg/l Nhiệt độ vận hành 200C C Lưu lượng là 19m3/ ngày ngày Các điều kiện... ần hoàn bùn ™ Tỷ số F/M: QS 0 S 0 = M VX τX S −S x100 E= 0 S0 F ™ Hiệu suất xử lý ý = ( F U= M )E 100 Khối lượng ợ g vi sinh vật ậ tạo ạ thành ((VSS,, kg/d): g ) Px = Yobs Q(S0-S) ™ Thiết kế bể aerotank với dòng tu Thiế tuầ ần hoàn bùn „ Tính lượng oxy tiêu thụ: bao gồm oxy tham gia phản ứng phân hủy BOD trừ đi BOD tính trên sinh khối C5H7NO2 113 1 + 5O2 -> CO2 + H2O + NH3 + nang lượng l 160 1.42 (g)... E= (250-7.4)/250 = 97% Hiệu suất xử lý tổng cộng : E= (250-20)/250 (250 20)/250 = 92% 2.Tính thể tích thiết bịị X= τ= τ X Y (S 0 − S ) ⎫ τ (1 + k dτ X )⎪⎪ V Q τ X Y (S 0 − S ) 10 * 0.65(250 − 7.4 ) ⇒ V = Q = 19 * = 5.3m 3 ⎬ 3500 * (1 + 0.06(10)) X (1 + k dτ X ) ⎪ ⎪⎭ VD 6.1 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tuầ tuần hoàn 3 Tính Yobs Yobs = 0.406 4 Tính lưu lượng bùn thải QW theo 2 sơ đồ Xe = VSS dòng... sinh i h học) h ) BOD5 = 0.68BODu 0 68BOD 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 VD 12.3 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tu tuầ ần hoàn Thiết kế TB bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn Cho các điều kiện sau: Lưu lượng trung bình: 0.32m3/s BOD5 vào: 240m/L Bùn 4.4% solid TSS vào: 280m/L BOD5... e 5 * 3500 10 = => QW = 0.02m 3 / d QW 8000 + 19 * 16 VD 6.1 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tuầ tuần hoàn ⇒ 5 Tính tỷ lệ hoàn lưu R=Qr/Q 3500(Q + Qr) = 8000Qr R = 0.78 6 Thời g gian lưu thủyy lực của hệ V 5 3 = 0.28d τ= = Q 199 7 Tốc độ sử dụng cơ chất U U= (S0 − S ) = τX mgBODsdd 250 − 7.4 = 0.26 mgMLVSS d 0.26(3500) VD 6.1 Tính sinh khố khối bể hi hiế ếu khí tuầ tuần hoàn 8 Tính F/M F S0 mgBOD5v... conventional (plug-flow), (p ug o ), complete-mix, co p ete , step ae aeration, at o , seque sequencing c g batc batch reactor… Attached growth- Trickling filters 33 T i kli filt Trickling filter (l (lọc sinh i h học) h ) 34 MBR 35 MBR 36 ... solid TSS vào: 280m/L BOD5 ra