Quá trình sinh học hiếu khí

Cung cấp kiến thức về quá trình sinh học hiếu khí cụ thể là màng sinh học. Có thể hiểu tương tự như phương pháp xử lý truyền thống bùn hoạt tính – sự oxi hóa BOD. Mặc dù vi khuẩn chiếm ưu thế trong quá trình màng sinh học khác hoàn toàn với vi khuẩn trong bùn hoạt tính về hình thái và trạng thái, nhưng chúng có cùng chức năng và giống. Sự tương đồng này là đương nhiên, vì sinh vật sử dụng cùng điện tử trao đổi và được đặt vào cùng điều kiện môi trường, như là nhiệt độ, dinh dưỡng và thời gian lưu. Hơn nữa, quá trình đạt được chất lượng dòng chảy giống nhau.

Mục lục

1 Quá trình sinh học hiếu khí

Có thể hiểu tương tự như phương pháp xử lý truyền thống bùn hoạt tính – sự oxi hóaBOD Mặc dù vi khuẩn chiếm ưu thế trong quá trình màng sinh học khác hoàn toàn với vikhuẩn trong bùn hoạt tính về hình thái và trạng thái, nhưng chúng có cùng chức năng vàgiống Sự tương đồng này là đương nhiên, vì sinh vật sử dụng cùng điện tử trao đổi và đượcđặt vào cùng điều kiện môi trường, như là nhiệt độ, dinh dưỡng và thời gian lưu Hơn nữa,quá trình đạt được chất lượng dòng chảy giống nhau

Điểm chính khác biệt giữa quá trình màng sinh học và bùn hoạt tính là điều kiện duy trì

và tích lũy sinh khối Cả hai gần như dựa vào sự tích tụ năng lượng sinh khối tự nhiên.Trong khi quá trình keo tụ, sa lắng và tái sử dụng là cơ sở chính của bùn hoạt tính, kết dínhvào bề mặt rắn là cơ sở cho tích lũy màng sinh học Trong một vài trường hợp, khai tháckhả năng kết dính tạo thuận lợi thực hiện quá trình màng sinh học và tăng chi phí lợi ích

Để tìm ra những lợi ích tiềm năng trên, cuối năm 1980 và 1990 có nhiều đề tài nghiêncứu và hoạt động phát triển về hệ thống và ứng dụng phản ứng màng sinh học mới Xét vềmặt hệ thống, lĩnh vực về các hạt nền nhỏ cố định, dung dịch nền, và quá trình trung giancặn lơ lửng và màng sinh học được phát triển để áp dụng vào xử lý nước thải Những côngnghệ mới này được nhắc đến trong suốt chương, tập trung vào việc xử lý nước thải Xét vềmặt ứng dụng, quy trình màng sinh học đã được phát triển để xử lý nước uống và luồng khí

ô nhiễm bởi hợp chất hữu cơ bay hơi Mặc dù việc thiết kế các ứng dụng mới dựa vào cácquy luật giống nhau như mẫu thiết kế xử lý nước thải, nhưng những ứng dụng mới này cókhía cạnh khác biệt Xử lý nước uống được đề cập ở chương 12 và xử lý không khí đượcthảo luận ở chương 15

Bảng 8.1 tóm tắt các tham số động lực học giới hạn cho giải pháp màng sinh học củaBOD Các giá trị được cho trong bảng 8.1 là cơ sở hữu ích cho việc thiết kế và thể hiện theochuẩn của trình độ phương pháp Những giá trị cơ bản thì không được tính toán đặc biệt từảnh hưởng của nhiệt độ, cấu trúc trung gian, sự hiện diện của chất ức chế, pH, hay các yếu

tố khác có thể tăng hoặc giảm sự thay đổi chất nền Công nghệ thiết kế và phân tích đượcgiới thiệu ở chương 4 có thể áp dụng để tính toán các yếu tố chuyên biệt Trong trường hợpriêng biệt, giá trị JR cung cấp những chuẩn số tốt để đánh giá sự tải thấp hay tải cao là đặcđiểm để vận hành hệ thống Những nghiên cứu nên xem lại chuyên đề bề mặt tải thường củachương 4 để giải nghĩa JR , tải thấp và tải cao là không giống nhau Ví dụ trong chương 4cũng làm sáng tỏ tính chất của màng sinh học và thể hiện chi tiết phân tích động học như thếnào

Bảng 8.1 Các thông số trích dẫn và cơ bản xử lý màng sinh học hiếu khí của BOD

JR, mg BODL/cm2-d

BODL0.45101.00.10.10.2100.2c0.16400.00290.0470.0470.270.033

2 Xem xét quá trình màng sinh học (Biofilm process

considerations)

Sự oxi hóa của BOD trong màng sinh học được bắt đầu từ thế kỷ 20, khi bộ lọc nhỏ giọtchất rắn trung gian được giới thiệu Sự xuất hiện của môi trường nhựa trung gian cho phéptháp sinh học và màng xoay sinh học thách thức bộ lọc nhỏ giọt vật cứng bắt đầu từ năm

1960 đến 1970 Sau đó, vào cuối năm 1980 và đầu năm 1990, phạm vi của phát minh giảipháp được đầu tư cho mục đích cải thiện các yếu tố hiệu suất vượt qua những tiêu chuẩn củamáy lọc nhỏ giọt, tháp sinh học và bộ tiếp xúc sinh học rotor quay Giờ đây, kỹ sư có nhiềulựa chọn hệ thống màng sinh học từ những thiết kế mới Cùng thời điểm đó, người đó có thểgiải quyết với sự hoạt động của những điều kiện tồn tại thuận lợi, yếu tố vận hành từ bộ lọcnhỏ giọt vật cứng thông qua những phát minh hệ thống mới nhất

Mặc dù nhiều góc độ đa dạng lớn của quá trình màng sinh học, những yếu tố quan trọngduy trì đặc tính thích hợp Tầm quan trọng của các yếu tố khác chính là sự thay đổi BOD đểđạt chất lượng nước thải tương thích cho xử lý nước thải Với hầu hết quá trình màng sinhhọc, trạng thái BOD thay đổi xuống trong phạm vi từ 2 đến 10kg BODL/1,000 m2-d Chínhphạm vi hoạt động thông thường thích hợp cho vùng tải cao, hoặc khi J > JR Hình 8.1 thểhiện vùng này trên đường cong tải thường cho thông số của bảng 8.1

Hình 8.1 Tiêu chuẩn hóa biểu đồ phụ tải quá trình oxi hóa chung của màng sinh họchiếu khí (Smin = 0.047, S*min = 0.047 mg/l, K* = 0.27 và JR = 0.33 mg/cm2-d) thể hiệngiá trị tiêu biểu J/JR xử lý nước thải vùng tải cao

Trong phạm vi tải cao có ý nghĩa là tỷ lệ ổn định dòng chảy tập trung cho chất nền hữu

cơ thì nhạy cảm để thay đổi trong J Bảng 8.1 thể hiện độ nhạy này Sự thay đổi trong J/JR

từ 8.5 đến 40, gần nếp gấp thứ 5, tương ứng với nếp gấp thứ 3 tăng S/Smin, từ khoảng 80đến khoảng 400 Từ quan sát đầu, độ nhạy này không thích hợp Tuy nhiên, ba yếu tố giải

thích rõ tại sao độ nhạy này chấp nhận được trong đặc trưng nước thải thực tiễn Đầu tiên, Sduy trì thấp, đến khi Smin là nhỏ : cho Smin = 0.047 mg BODL/l ( bảng 8.1), S thay đổi từgần 4 đến 20 mg BODL/l, giá trị dưới tiêu chuẩn nước thải thông thường.

Thứ hai, nhiều nước thải hòa tan BODL hay COD gồm có SMP – rất khó thay đổi Thứ

ba, tổng dòng chảy BODL và COD cũng bao gồm chất rắn lơ lửng dễ bay hơi, các chất màphụ thuộc vào tỷ lệ kết dính màng sinh học Do đó, các lựa chọn có thể cho J thì không thểtrực tiếp kiểm soát bởi sự tích lũy chất nền Thay vào đó, sự xem xét về kinh tế và thực tiễnthì mang tính quyết định (ví dụ, nguồn oxy bổ sung, độ cồng kềnh trung gian và độ kết dínhmàng sinh học)

3 Bể lọc nhỏ giọt và tháp sinh học (Trickling filters and biological towers)

Bộ lọc nhỏ giọt bằng đá cỡ trung bình , lần đầu được sử dụng ở Anh vào năm 1893 dần trởnên phổ biến tại Hoa Kỳ trong năm 1920 và vẫn được sử dụng phổ biến cho đến nay Nhữngviên đá lọc nhìn chung có kích thước từ 25 đến 100 mm (1 đến 4 inch) và khá bất thường

về hình dạng Hình 8.2 sẽ cho ta cái nhìn chặt chẽ và toàn cảnh của các đầu lọc nhỏ giọtbằng đá Độ sâu của tầng đá thường là 1-2 m và được điều khiển bởi những hạn chế trọnglượng mang của hệ thống từ hệ thống cống ngầm (underdrain) Bề mặt xác định của một bộlọc đá khoảng 40 m-1

Vào những năm 1970 , hệ thống bằng nhựa bắt đầu thay thế các hạt đá trong các thiết kếmới Các hệ thống nhựa nhẹ hơn nhiều so với đá , cho phép độ sâu lọc lên đến 12m Nócũng có độ xốp lớn hơn nhiều (95% so với 40% của đá) và diện tích bề mặt riêng (khoảng

200 m-1) Hình 8.3 cho thấy một cái nhìn cận cảnh của các loại hệ thống nhựa được sử dụngrộng rãi nhất , mô-đun sóng được xếp chồng lên nhau bên trong một vòng hoặc tháp vuông

Do có chiều cao lớn hơn, hệ thốnglọc nhỏ giọt lọc bằng nhựa thường được gọi là tháp sinhhọc

Dù dưới dạng đá hoặc tháp, tất cả bộ lọc nhỏ giọt hiện đại (hoặc tốc độ cao) đều có nhữngđặc điểm sau (thể hiện bằng sơ đồ trong hình 8.4):

• Nước thải được áp dụng trong điều kiện "nhỏ giọt" hoặc theo 3 giai đoạn, trong đónước( giai đoạn đầu) được chuyển tải đi dọc theo một bề mặt xốp không bão hòatrung bình (giai đoạn thứ hai ) Không khí di chuyển lên trên hoặc tải xuống ( giaiđoạn thứ ba) với mục đích cung cấp oxy

• Nước thoát khỏi đáy của bộ lọc nhỏ giọt được chuyển đến bể lắng để làm giảm nồng

độ của nước thải và tổng số chất rắn lơ lửng BODL Bùn, thường được gọi là chấtmùn (humus), thường bị lãng phí trong quá trình lắng của dòng chảy ngầm

• Nước thải (hoặc nước thải từ bộ lọc trước khi làm lắng gạn) được tái chế để thiết lậpquyền kiểm soát đường truyền tải thủy lực đến bộ lọc nhỏ giọt Tốc độ dòng tái chế

(Q r ) thường bằng 50-400 % tốc độ dòng chảy đến (Q).

Với bộ lọc nhỏ giọt tốc độ cao , độ truyền tải thuỷ lực được xác định bằng:

H.L = Q + Q r / Apv

Trong đó Apv là diện tích bề mặt của bộ lọc nhỏ giọt, với một bộ lọc tròn Apv = r2 π trong đó

r là bán kính của các bộ lọc phạm vi bình thường của truyền tải thủy lực với một bộ lọc nhỏgiọt tốc độ cao là 10-40 m/d Để duy trì bề mặt truyền tải BOD có thể cho phép được, dòngchảy đến phải được trộn với nước thải tái chế để đạt đến truyền tải thủy lực trong khoảngnày

Mặc dù việc dùng nước thải tái chế để kiểm soát truyền tải thủy lực đã được áp dụngthành công với bộ lọc nhỏ giọt tốc độ cao trong nhiều thập kỷ, nhưng tại sao nó hoạt độngvẫn là một chủ đề gây tranh cãi Nâng cao truyền tải thủy lực đến phạm vi bình thường, cóbốn điều nên tăng cường hiệu suất quá trình Một, tăng truyền tải thủy lực làm cho bề dầytầng nước có thể lớn hơn, làm tăng thời gian ngăn cản hoặc giữ lại và cũng có thể làm tăngdiện tích bề mặt được làm ẩm để hoạt động phân hủy sinh học tích cực hơn Hai, truyền tảithủy lực lớn hơn có xu hướng phân tán các màng sinh học sâu hơn vào tầng đất, nên chophép diện tích bề mặt chủ động hơn trong việc phân hủy sinh học và sẽ làm giảm khả năngtắc nghẽn Ba, ứng suất cắt cao hơn có thể làm tăng sự tách các sinh khối dư thừa, làm giảmnguy cơ tắc nghẽn khí Bốn, khi tăng một truyền tải thủy lực có thể làm tăng tỷ lệ chuyểngiao khối lượng oxy từ không khí

Việc sử dụng nước thải tái chế để nâng truyền tải thủy lực tạo ra hai hiệu ứng khác có thểcải thiện hiệu suất quá trình Đầu tiên, tái chế nước thải loãng BOD chảy đến bộ lọc đầu vào

và có thể làm tăng nồng độ D.O Do đó, tỷ lệ BOD/D.O trong bộ lọc bị giảm, giảm khảnăng làm hạn chế oxy Thứ hai, sự pha trộn của dòng chảy đến và tái chế làm suy giảmBOD - biến động của truyền tải và kết quả vấn đề của tình trạng quá tải BOD và làm cạnkiệt D.O

Cùng với truyền tải thủy lực, các thông số thiết kế quan trọng nhất là việc truyền tải bềmặt BOD, đó là các thay đổi liên tục của bề mặt Nó được tính toán từ

S.L = Q S0 / Apvha

trong đó h là chiều sâu bộ lọc, S0 là hàm lượng BOD chảy đến và a là diện tích bề mặt trungbình cụ thể Hầu hết các bộ lọc nhỏ giọt hoạt động trong phạm vi của S.L = 2-7 kg BODL /1000m2-d (0,2-0,7 mg /cm2-d) Phạm vi truyền tải này đặt quá trình hình thành trong cáchạng mục truyền tải cao

Các truyền tải thấp hơn thường là không có tính kinh tế Các truyền tải cao hơn có vẻ khôngkhả thi do bị giới hạn trên thực tế về tốc độ truyền tải oxy hoặc sự tách rời màng sinh học Parker và đồng nghiệp dự toán rằng tốc độ truyền oxy thực tế tối đa vào khoảng 28 kg O2 /1000m2-d ; do đó phạm vi thiết kế bình thường trong BOD tuôn ra là an toàn phía dướithông lượng oxy tối đa Bộ lọc thô này tận dụng "thêm" khả năng chuyển oxy bằng cáchtăng truyền tải bề mặt lên đến 45 kg BODL / 1000m2-d và truyền tải thủy lực lên đến 200m/d Họ có thể loại những trở ngại do mùi hôi gây ra , tỷ lệ phần trăm BOD và chất rắn lơ lửngquá mức trong nước thải.

Tải trọng thể tích có tầm quan trọng to lớn về kinh tế,

V.L = Q.S0/Apvh

Tải trọng thể tích thông thường của bộ lọc nhỏ giọt tốc độ cao vào khoảng 0,3 đến 1,0 kgBOD5/m3-d Bộ lọc thô có thể có tải trọng thể tích cao hơn nhiều lên đến 6 kg BOD5/m 3-d Điều thú vị là trong khoảng 0,3-10 kg / m3-d có sự giống nhau cơ bản về tải trọng thể tíchthông thường cho bùn hoạt tính truyền thống và giải thích cách cả hệ thống cùng tồn tại nhưcạnh tranh thay thế cách ly trong nhiều thập kỷ

Chức năng của bể lắng là để tạo ra một ít chất rắn lơ lửng có trong nước thải , hàmlượng chất rắn bể lắng tuy lãng phí, nhưng không tái sử dụng cho bộ lọc nhỏ giọt bởi vì cácmàng sinh học đính kèm cung cấp những sinh khối duy trì cần thiết Thông số thiết kếchính là tỷ lệ chảy tràn ,

O/F = Q + Q r – Q w / A s

Q w là tốc độ dòng chảy bùn và A s là diện tích bề mặt của các bể lắng Tỷ lệ chảy tràn nênduy trì ít hơn 48m/d (1,200 gpd /ft2) cho lưu lượng đỉnh (peak) Giá trị này được sử dụngtương tự như một lưu lượng đỉnh chuẩn cho bùn hoạt tính Bởi vì tỷ lệ tái chế nước thảicao,tỷ lệ trung bình tốc độ chảy tràn thấp hơn đáng kể cho bộ lọc nhỏ giọt , so với bùn hoạttính

Hệ thống cống ngầm của một bộ lọc nhỏ giọt thường được xây dựng theo khuôn men sứ córãnh ngọn để hỗ trợ cùng lúc trọng lượng hệ thống và lượng nước nhận vào Cống ngầmđược đặt trực tiếp trên sàn bộ lọc , có độ dốc 1 đến 2 % để nước thoát đi theo một rãnh trungtâm để gom lại và được mở chung quanh chu vi của bộ lọc để cho phép cósự lưu thôngkhông khí

Bộ lọc thông gió tự nhiên dựa vào sự khác nhau giữa nhiệt độ không khí xung quanh vàkhông khí sát bể lọc Kết quả áp suất trong cột do sự khác nhau của nhiệt độ có công thức

∆Pdraft = 0.353 (1/Tam – 1/Tpore)h

Trong đó Pdraft là áp suất cột thông khí theo cm của nước, Tam là nhiệt độ không khí xungquanh theo K, Tpore là nhiệt độ không khí sát bể theo K và h là chiều sâu của bể theo m NếuTam > Tpore thì Pdraft < O Kết quả tỷ lệ thể tích là một trong những tổn thất hàng đầu khi tỷ lệchỉ cân bằng Pdraft Nguyên tắc cốt yếu cho việc giảm đến mức tối thiểu các tổn thất hàngđầu là thiết kế cống ngầm được đưa ra bởi Liên Đoàn Môi Trường Nước (1992).

Mặc dù thiết kế này đúng cách, vài lần kinh nghiệm bể lọc nhỏ giọt khi Tam và Tpore quáchậm hầu như không xảy ra khí lưu Sự ứ đọng khí có khuynh hướng xảy ra nhiều nhất vàomùa xuân, khi nhiệt độ không khí và nước thải giống nhau Thiếu khí lưu có thể dẫn đếnnhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm mất hiệu quả xử lý, nhất là màng sinh học (bong tróc)

và mùi Thông gió không khí cưỡng bức thường được sử dụng để tránh sự ứ đọng hoặc khi

bể lọc quá tải Một hệ thống quạt được yêu cầu để phát ra vận tốc khí thấp nhất là 0.3m/min(1 ft/min)

Trong giai đoạn thời tiết lạnh, khí lưu lớn (tự nhiên hoặc nhân tạo) có thể lẫn tạp chất nếunhiệt độ lạnh dễ bay hơi thấp hơn nhiệt độ của nước quá nhiều Nhiệt độ thấp làm giảm tỷ lệcủa hoạt động sinh học và có thể dẫn đến hình thành nước đá

Bể lọc nhỏ giọt dễ bị ảnh hưởng, nhất là sự tách ra của màng sinh học., gọi là bong tróc.Một sự cố bong tróc cơ bản gây ra hư hỏng nghiêm trọng của chất lượng phun một cáchtrực tiếp thông qua các chất rắn lơ lửng thải ra và những tác động gián tiếp xảy ra với sựmất đi sinh khối trên sự thay đổi của chất nền, bong tróc đặc trưng xảy ra trong suốt giaiđoạn ứ đọng khí, chẳng hạn trong suốt cuối mùa xuân, khi nhiệt độ không khí và nhiệt độcủa nước thì giống nhau Có thể đoán, điều kiện kỵ khí trong màng sinh học dẫn đến suyyếu cấu trúc (có thể thông qua họ acid ) dẫn đến bề mặt bị hỏng làm cho những mảnh lớncủa màng sinh học vỡ ra Như vậy, duy trì thông khí thích hợp là mấu chốt để ngăn chặntình trạng bong tróc

Albertson (1989) đề nghị rằng cách điển hình đối với nước được ứng dụng ở trên đỉnh của

bể lọc với những vấn đề bong tróc nghiêm trọng Dựa vào quá trình hoạt động ở Germany,Albertson đề nghị rằng những phần phân phối của máy quay phải chậm, việc này tạo nênnhững mạch tải nước vững chắc Mạch này ngăn chặn tích lũy quá mức của màng sinh học,ông tin rằng đó là cốt yếu gây ra bong tróc Để đạt được mức độ thích hợp của mạch.Albertsn đề nghị cường độ phun phải trong mức từ 0.1 đến 0.5 m/vòng với các giá trị lớnhơn cần cho lượng BOD cao hơn Cường độ phun là SK tên tiếng Đức của nó là Spulkraftđược tính

SK = (Q + Qr)/(Apvnω) (d/1.440 phút)

Trong đó

SK = cường độ phun, m/vòng

n = số nhánh phân phối

ω = tốc độ xoay vòng mỗi phút (rpm)

Thông thường Bắc Mỹ có giá trị SK 0.002 đến 0.01 m/vòng Để tăng giá trị SK, tốc độquay của bộ phận phân phối phải chậm Ví dụ, số nhánh phân phối là 2 (n = 2) với sức chứanước ((Q + QR)/Apv) là 30 m/d phải có tốc độ quay (omga) là 0.1 rpm để SK đạt 0.1m/vòng

Một trong những nhược điểm lớn nhất của bể lọc, so sánh với nước thải đã qua xử lý thìnồng độ chất rắn lơ lửng tương đối cao Nguyên nhân được xem là do việc loại bỏ chất rắnđộc hại từ màng sinh học theo nền liên tiếp (không bong tróc theo chu kỳ) thì dính kết kém

Có một cách để giảm bớt vấn đề dính kết này đó là tiếp cận chất rắn Dính kết trong một bểnhỏ gồm trong dây dò từ dòng nước bên dưới bể lọc đến bể lắng Bể tiếp cận chất rắn này

có thể là một ống rời, một ống dẫn mở, hay là một trung tâm tập hợp trong bể Hầu hết dạngchủ yếu là hoạt động hơi chậm để cung cấp thời gian và những va chạm của phần tử chochất rắn sinh học để tạo khối Giữ chất lỏng mất từ 2 đến 60 phút, thông thường là 20 phút

Ở một số nguyên nhân, chất rắn trong nước bên dưới bể thì được thu lại và pha trộn vớinước bên dưới của bể lọc để kết thành keo tụ Được cho như là một môi trường đẩy mạnhkeo tụ, vi khuẩn và keo hữu cơ bị loại bỏ từ tổng hợp đủ để lắng trong bể tốt

Những nhánh phân phối xoay vòng được thiết kế theo đường kính ống dẫn và chiều dài của

nó Tăng chiều dài và đường kính của nhánh làm tăng tốc độ dòng chảy lên đến giá trị mà

nó có thể đạt được Những chi tiết liên quan đến năng suất dòng chảy của một bộ phận phânphối có thể đạt được nhờ vào chế tạo Lưu lượng thực tế đạt được dựa vào hao hụt cột áp cóthể được áp dụng Trong một số trường hợp những bộ phận phân phối bằng vòi phun cốđịnh được sử dụng Vòi phun phẳng đặc biệt được sử dụng để bảo đảm rằng nước được tảnđều qua đệm với tốc độ dòng chảy của mỗi vòi phun

Lọc sinh học tốc độ thấp hay lọc sinh học tốc độ trung bình được quan tâm chủ yếu trongquá khứ , tuy nhiên một số hệ thống nhỏ còn lại trong phục vụ Lọc sinh học tốc độ thấp sửdụng tải trọng thủy lực thấp (1-4 m / d), không sử dụng lại dòng chảy ra, và có lượng chảygián đoạn Đó là những đặc trưng tạo nên tải thể tích thấp (0084 - 0,4 kg BOD5 / m3-d).Một thùng định lượng, hoạt động như một ống siphon, được sử dụng để đảm bảo rằng cáccánh tay phân phối xoay đúng cách trong suốt quá trình thi hành.Thùng định lượng nhỏ, kếtquả trong khoảng chu kì 4 phút cho điều kiện dòng chảy trung bình Giữa các lần địnhlượng, không cho vào nước thải Trong suốt quá trình dòng chảy thấp, bể lọc còn lại "khô"trong thời gian dài cho đến khi thùng định lượng được làm đầy lại Thời kỳ khô dài - dàihơn một giờ - có thể gây ra sự suy giảm hiệu suất quá trình, như làm khô màng sinh học

Từ những năm 1950, một chuỗi những "công thức" toán học đã được rút ra Một số là thựcnghiệm, trong khi một số khác thử để phù hợp với kết quả thực nghiệm dựa trên mô hình

giả thuyết Các mô hình thực nghiệm nghiêm ngặt có thể hữu ích khi thiết kế nằm trongnhững giới hạn của dữ liệu gốc Hai công thức thực nghiệm cổ điển là NRC và Galler -Gotaas.

Sau thế chiến II, một ủy ban của Hội đồng nghiên cứu quốc gia (NRC) theo thống kê phântích dữ liệu hoạt động từ 34 vật liệu lọc bằng đá trên các căn cứ quân sự, nó được tạo ra cơbản từ nước thải sinh hoạt Trích dẫn phương trình 8.7 và 8.8 để đại diện cho cách loại bỏhiệu quả phần trăm cho BOD5 dao động với tải thể tích, tái chế, và sự dàn dựng

[8.7]

[8.8]

Trong đó

= hiệu quả khử BOD5 của bể lọc nhỏ giọt thứ nhất

= hiệu quả khử BOD5 của bể lọc nhỏ giọt thứ hai

= Tải trọng BOD5 của bể lọc nhỏ giọt thứ nhất, kg/d

= Tải trọng BOD5 của bể lọc nhỏ giọt thứ hai, kg/d

V= Thể tích vật liệu lọc, m3

F= 1 + Qr/Q (F có thể khác nhau đối với mỗi bể)

Trong những năm 1960, Galler và Gotaas thực hiện phân tích thống kê với một cơ sở dữliệu lớn hơn nhiều (322 quan sát) của dữ liệu thực vật cho bể lọc vật liệu đá xử lý nước thảisinh hoạt.Cơ sở dữ liệu lớn hơn và nhiều phức tạp hơn - phân tích hồi quy đã cho phépGaler và Gotaas tính đến các tác động của nhiệt độ, nồng độ BOD, và các bể lọc hình học,cũng như tải Công thức Galer-Gotass mô tả nồng độ BOD5 nước thải

= nồng độ dòng chảy vào của , mg/l

= nồng độ dòng chảy ra của , mg/l

= chiều sâu của bể lọc, m

= bán kính của bể lọc, m

= Nhiệt độ, oC

Lưu ý rằng xuất hiện trên cả 2 vị trí của phương trình 8.9, vì nó phải được giải thích lặp lại

Velz, Holland, Eckenfelder, và nhiều người khác đã sử dụng mô hình thứ nhất để cung cấp

phương pháp bán thực nghiệm nghĩa là giải thích và ngoại suy dữ liệu thực vật cho thiết kế.Tất cả những cách tiếp cận để được xây dựng dựa trên giả định rằng việc loại bỏ BOD làhàm bậc nhất,

[8.11]

Trong đó z là chiều sâu trong các bể lọc và là tỉ lệ thứ nhất tham số (T-1) Sự khác nhautrong công thức thứ nhất cho thấy những cách khác nhau để giải thích phụ thuộc vào tảithủy lực, nhiệt độ, tính chất nước thải, và đặc tính môi trường trung gian Một hình thức phổbiến là công thức Eckenfelder, được đưa ra theo đơn vị Anh trong phương trình 8.12 vàchuyển đổi sang đơn vị mét cho một tình huống điển hình trong phương trình 8.13:

= Hệ số khả năng xử lí, thông thường 0.088

m = hệ số phân bố chất nhờn, m=0 nếu phân bố đều

n= số mũ vật liệu lọc, thường từ 1/3 đến 2/3

Nếu m = 0, n = 2/3, và = 0.088, công thức Eckenfelder có thể được chuyển đổi sang đơn vịmét: