7. Cấu trúc của luận án
2.1.6.2 Cơ sở tính toán thiết kế công nghệ SBR
Trong công nghệ SBR nói chung diễn ra đầy đủ các quá trình xử lý thông số COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP và PCB vì có đầy đủ quá trình hiếu khí, thiếu khí, yếm khí và có quá trình lắng và loại bỏ bùn dư từ quá trình xử lý sinh học.
Thiết kế bể SBR tính toán theo các công thức sau đây [95], [96]: Trước hết là lượng bùn sinh học phát sinh như công thức (2.12).
𝑃𝑋𝑇 = (𝑖𝑆𝑆,𝐶𝑂𝐷(𝑌𝑁𝐻. 𝑄. 𝐶𝑆𝐼+ 𝑌𝑁𝐴. 𝑄. 𝑁𝑂𝑋+ 𝑄. 𝑋𝐼𝐼) + 𝑄. 𝑋𝐹𝑆𝐼)/1.000 (2.12) Trong đó, PXT là lượng bùn sinh học sinh ra (kg/ngày); iSS,COD là hệ số chuyển đổi COD trong SS (gSS/gCOD); Q là lưu lượng m3/ngày; CSI là phần có thể phân hủy sinh học trong COD (mgCOD/l); NOX là khả năng nitrat hóa (mgN/l); XI1 là phần trơ trong COD (mgCOD/l); XFS1 là nồng độ chất rắn cố định trong nước thải vào (mg/l); YNH là năng suất dị dưỡng thực, được tính theo công thức (2.13); YNA là năng suất tự dưỡng thực, được tính theo công thức (2.14).
60
𝑌𝑁𝐻 = (1 + 𝑓𝐸. 𝑏𝐻. 𝜃𝑋𝐸) 𝑌𝐻
1 + 𝑏𝐻. 𝜃𝑋𝐸 (2.13)
𝑌𝑁𝐴 = (1 + 𝑓𝐸. 𝑏𝐻. 𝜃𝑋𝐸) 𝑌𝐴
1 + 𝑏𝐴. 𝜃𝑋𝐸 (2.14)
Trong đó YH là hệ số năng suất dị dưỡng; YA là hệ số năng suất tự dưỡng; fE là phần trơ của bùn vi sinh; bH là hệ số tỷ lệ hô hấp nội sinh; bA là hệ số phân rã nội sinh tự dưỡng; YH là năng suất dị dưỡng; EX là tuổi bùn hiệu dụng (trong thời gian hiếu khí (TA) + thiếu khí (TAOX), được tính như công thức (2.15):
𝜃𝑋𝐸 = 𝑉𝑇
𝑉𝑊(𝑇𝐴 + 𝑇𝐴𝑂𝑋) (2.15)
Trong đó VT là tổng thể tích (hiệu dụng) bể SBR; VW là tổng bùn phải thải bỏ mỗi chu kỳ. Tổng lượng bùn sinh học trong bể MXT – thông số quan trọng trong thiết kế bể SBR được tính dựa trên tuổi của bùn như công thức (2.16).
𝑀𝑋𝑇 = 𝑃𝑋𝑇. 𝜃𝑋𝐸 𝑇𝐶
𝑇𝐶 − 𝑇𝑆+𝐷 (2.16)
TC là tổng thời gian của 1 chu kỳ như công thức (2.17).
𝑇𝐶 = 𝑇𝐴𝑂𝑋 + 𝑇𝐴𝑁 + 𝑇𝐴+ 𝑇𝑆+𝐷 (2.17)
TAOX, TAN, TA, TS+D tương ứng với thời gian của quá trình thiếu khí, yếm khí, hiếu khí, lắng + rút nước trong một chu kỳ bể SBR như mô tả tại Hình 2-11 .
Hình 2-11. Ký hiệu mức nước, thời gian các pha trong chu kỳ của SBR/C-Tech Phần thể tích bể để chứa phần bùn lắng (V0) được tính như (2.18):
𝑉0 = 𝑆𝐹. 𝑃𝑋𝑇. 𝜃𝑋. 𝑆𝑉𝐼. 10−6 (2.18)
Trong đó X tuổi bùn tổng cộng, tính theo công thức (2.19).
𝜃𝑋 = 𝜃𝑋𝐸 𝑇𝐶 𝑇𝐴+ 𝑇𝐴𝑂𝑋 (2.19) Mức nước max Mức nước min Vùng gián tiếp Vùng bùn lắng VS VF V0 VT TF
Thiếu khí Yếm khí Hiếu khí Lắng + Rút nước
61
Tỷ số thức ăn được cung cấp trên lượng vi sinh vật trong bể sục khí F/M được tính theo công thức (2.20).
𝐹 𝑀⁄ = 𝑄. 𝐵𝑂𝐷5
𝑀𝐿𝑆𝑆. 𝑉𝑇 (2.20)
Q là lưu lượng nước thải (m3/ngày); BOD5 là nồng độ trong nước thải vào; MLSS là nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể sục khí khi ở mức nước cao nhất (tương ứng VT).
Tổng thể tích hữu dụng của bể SBR (VT) cuối cùng được tính như công thức (2.21).
𝑉𝑇 = 𝑆𝐹. 𝑃𝑋𝑇. 𝜃𝑋𝐸. 𝑆𝑉𝐼. 10−6 𝑇𝐶
𝑇𝐴+ 𝑇𝐴𝑂𝑋+ 𝑇𝐶. 𝑄
24 (2.21)
VF là phần thể tích nước được rút trong pha rút nước, hay lượng nước thải được tiếp nhận trong pha tiếp theo.
Tổng nhu cầu oxy thực tế ORT (kgO2/ngày) được tính theo công thức (2.22):
𝑂𝑅𝑇 = (1 − 𝑌𝑁𝐻). 𝑄. 𝐶𝑆1+ (4,57 − 𝑌𝑁𝐴). 𝑄. 𝑁𝑂𝑋− 2,86(𝑁𝑂𝑋− 𝑋𝑁𝑂)𝑄 (2.22)
XNO là nồng độ NO3—N trong nước thải sau xử lý (mg/l).
Với công thức (2.22), lượng oxy cần cung cấp cho quá trình xử lý sẽ giảm nếu hiệu suất khử N cao (NO3- sau xử lý thấp).
Đối với một loại nước thải nhất định, công thức (2.21) cho thấy tổng thể tích bể SBR phụ thuộc chủ yếu vào tuổi của bùn XE và chỉ số lắng của bùn SVI. Khi cần phải duy trì MLSS trong bể cao hơn (để xử lý N) thì theo công thức (2.15) cho thấy VW giảm và do đó XE tăng. Mặt khác, MLSS tăng thì theo công thức (2.20) thì F/M sẽ giảm và do đó vi sinh vật dạng sợi có ưu thế làm bùn khó lắng (SVI tăng). Như vậy có thể thấy khi tăng MLSS trong bể mà không có các giải pháp thích hợp thì thể tích bể SBR phải tăng, hoặc với các công trình đã có sẵn thì làm giảm công suất xử lý. Vấn đề này đã xẩy ra trong thực tế vận hành tại ở nhà máy XLNT Yên Sở.
62