10000 ÷ 40000 20000 Bể lắng sơ cấp cĩ hồn lưu bùn hoạt tính
BỂ BÙN HOẠT TÍNH
Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter)
Điã tiếp xúc hay điã quay sinh học (Rotating Biological Contactor)
Kết hợp các biện pháp xử lý hiếu kh í
BỂ BÙN HOẠT TÍNH
Để thiết kế bể bùn hoạt tính người ta phải chú ý đến loại bể, lưu lượng nạp, lượng bùn sinh ra, nhu cầu và khả năng chuyển hĩa oxy, nhu cầu về dinh dưỡng cho vi khuẩn, đặc tính của nước thải đầu vào và đầu ra, điều kiện mơi trường, giá thành, chi phí vận hành, bảo trì. Xác định tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn F/M (food to microorganism)
trong đĩ
F/M: tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn d-1
S0: BOD hoặc COD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m3) [influent soluble BOD] Q: thời gian lưu tồn nước trong bể bùn hoạt tính = Vr/Q, d
Vr: Thể tích bể, Mgal (m3)
Q: Lưu lượng nước thải nạp vào bể, Mgal/d (m3/d)
X: hàm lượng vật chất rắn bay hơi (VSS) trong bể mg/L (g/m3)
Lưu ý các giá trị thực nghiệm cho thấy F/M nằm trong khoảng 0,05 ÷ 1,0 Với một hiệu suất sử dụng thức ăn U của vi khuẩn ta cĩ cơng thức:
E: hiệu suất của quá trình xử lý, % E = [(S0 - S)/S0)] × 100
Thay vào phương trình trên ta cĩ:
trong đĩ
S: BOD hoặc COD của nước thải đầu ra, mg/L (g/m3) [ effluent soluble BOD] Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính được tính bằng cơng thức:
Thời gian lưu nước trong cả hệ thống được tính bằng cơng thức:
trong đĩ
qs: thời gian lưu nước trong hệ thống Vs: thể tích bể lắng thứ cấp
Xác định thời gian lưu trú trung bình của vi khuẩn trong bể
trong đĩ
qc: thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể theo thể tích bể, d Vr: thể tích bể, Mgal (m3)
X: hàm lượng VSS trong bể, mg/L (g/m3)
Xw: hàm lượng VSS trong bùn thải bỏ, mg/L (g/m3) Qw: lưu lượng bùn thải bỏ, Mgal/d (m3/d)
Xe: hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra, mg/L (g/m3) Qe: Lưu lượng nước thải đầu ra, Mgal/d (m3/d )
Theo các số liệu của Mỹ qc = 3 ÷ 15 ngày cho hiệu quả xử lý và khả năng lắng của bùn tốt. Thời gian lưu tồn nước trong bể là 4 ÷ 8 giờ, lưu lượng nạp 3 ÷ 30 kg BOD5/m3.d
Nếu hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra là khơng đáng kể ta cĩ:
Nhu cầu về dưỡng chất nhằm bảo đảm sự phát triển của các vi khuẩn được thể hiện qua cơng thức:
trong đĩ
Rs: là lượng BOD5 (hay chất nền) được sử dụng (hay loại bỏ) Rs = Q(S0 - S)
Rb: lượng sinh khối được sản sinh ra
trong đĩ
Y: sản lượng biomass tính bằng mgVSS/mg BOD5
Ta cĩ:
Kd = 0,48tS-0,415(1,05)t - 20
trong đĩ
Kd: tốc độ phân hủy
ts:tuổi trung bình của bùn đối với bể bùn hoạt tính (≈θC) Theo thực nghiệm thì tỉ lệ BOD5 : N : P ≈ 100 : 5 : 1
Hệ số Đơn vị Giá Trị
Khoảng biến thiên Tiêu biểu
k d-1 2 ÷ 10 5
Ks mg/L BOD5 25 ÷ 100 60
mg/L COD 17 ÷ 50 40
Y mg VSS/mg BOD5 0,4 ÷ 0,8 0,6
Kc d-1 0,025 ÷ 0,075 0,06
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Các bước để thiết kế một bể bùn hoạt tính:
1. Chọn thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể. Các yếu tố cần biết:
BOD5 của nước thải đầu ra
SS của nước thải đầu ra
Khả năng chịu đựng của bể đối với sự biến động lớn của nước thải đầu vào (lưu lượng, hàm lượng chất gây ơ nhiễm)
Nhu cầu về năng lượng cho các thiết bị cung cấp khí
Nhu cầu về dưỡng chất
2. Chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong bể. Các yếu tố cần biết:
Thích hợp cho việc loại bỏ các chất ơ nhiễm
3. Xác định thể tích bể lắng thứ cấp cần thiết. Các yếu tố cần biết:
Diện tích bề mặt của bể lắng
Diện tích cần thiết cho việc cơ đặc bùn
4. Xác định cơng suất thiết bị sục khí. Các yếu tố cần biết:
Xác định nhu cầu về oxy
Xác định nhu cầu điện năng để duy trì các chất rắn ở dạng lơ lửng. 5. Chọn tỉ lệ hồn lưu bùn
6. Ước tính lượng bùn thải bỏ
Các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành bể bùn hoạt tính và nguyên nhân
Sự cố Nguyên nhân
Hiệu suất loại BOD hồ tan thấp 1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá ngắn 2. Thiếu N và P
pH quá cao hoặc quá thấp
Trong nước thải đầu vào cĩ chứa độc tố
Sục khí chưa đủ
Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn mạch
Nước thải chứa nhiều chất rắn 1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu 2. Quá trình khử nitơ diễn ra ở bể lắng
Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi (trong điều kiện thời gian cư trú của vi khuẩn ngắn, thiếu N và P, sục khí khơng đủ)
Tỉ lệ hồn lưu bùn quá thấp
Mùi 1. Sục khí khơng đủ
Cách hiệu chỉnh các sự cố
Sự cố Cách hiệu chỉnh
Thời gian cư trú của VK
Quá thấp Giảm bớt lượng bùn thải
Xây thêm bể điều lưu
Quá cao Tăng lượng bùn thải
Thiếu dưỡng chất N và P Cung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vào pH quá cao hoặc quá thấp Xây thêm bể điều lưu
Trung hịa nước thải đầu vào Nước thải đầu vào cĩ chứa
độc tố
Xây thêm bể điều lưu
Loại bỏ các chất độc trong nước thải đầu vào Sục khí khơng đủ Tăng cơng suất thiết bị sục
Phân bố lại các ống phân phối khí trong bể Khuấy đảo khơng đủ,
"mạch ngắn"
Tăng mức độ sục khí
Gắn thêm các đập phân phối nước Quá trình khử nitơ ở bể
lắng
Giảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ hồn lưu Gắn thêm gàu múc bùn
Tăng lượng bùn thải Quá trình yếm khí ở bể
lắng
Các phương pháp tương tự phương pháp áp dụng để tránh quá trình khử nitơ của bể lắng
Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể bùn hoạt tính (aeroten) theo cơng thức:
f: hệ số biến đổi BOD5 sang BOD cuối cùng (0,68)
Px: lượng bùn sản xuất rịng trong một ngày của bể bùn hoạt tính tính bằng VSS kg/ngày Sau đĩ nhân với hiệu suất của quá trình trao đổi khí để tính ra lượng oxy cần thiết.
Lưu ý ở 1atm và 25oC thì 1m3 khơng khí nặng khoảng 1,2 kg. Nên giữ trị số DO bằng 1,5 ÷
4 mg/L (thơng thường khoảng 2 mg/L ở tải trung bình và 0,5 mg/L ở tải đỉnh) ở mọi khu vực của bể, trên 4 mg/L khơng tăng được hiệu suất của quá trình mà cịn tốn thêm điện. Đối với F/M lớn hơn 0,3 lượng khơng khí cần thiết là 30 ÷ 55 m3/kg BOD5 được xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt lớn), 24 ÷ 36m3/kg BOD5 (hệ thống xử lý tạo bọt mịn). Nếu F/M nhỏ hơn 0,3 lượng khơng khí cần thiết sẽ tăng lên. Thơng thường khi sử dụng hệ thống bơm nén khí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,75 ÷ 15,0 m3 khơng khí/m3 nước thải. Đối với các thiết bị cơ khí khuấy đảo để sục khí cần 1,0 ÷ 1,5 kg O2/kg BOD5 được xử lý.
Mơ tả các thiết bị thường được sử dụng để cung cấp khí cho các bể xử lý
Phân loại Mơ tả Ứng dụng
Khuếch tán khí đặt ngầm Đục lổ (bọt khí nhỏ) Các bọt khí thốt ra từ các đĩa hình phẳng, vịm hay ống cĩ đục lổ làm bằng sứ, thủy tinh hoặc nhựa.
Tất cả các loại bể bùn hoạt tính. Đục lổ (bọt khí trung bình) Các bọt khí thĩat ra từ các màng cĩ lổ hoặc các ống nhựa Tất cả các loại bể bùn hoạt tính. Khơng đục lổ (bọt khí lớn)
Bọt khí được thĩat ra trực tiếp từ đầu ra của các thiết bị cung cấp khí.
Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.
Ống khuấy tĩnh Các ống ngắn, đặt thẳng đứng, bên trong cĩ các vách ngăn để làm chậm sự thĩat các bĩng khí lên mặt bể. Khơng khí được đưa vào bể từ phía dưới các ống này, khi thĩat lên trên bề mặt bể nĩ tiếp xúc với nước thải trong ống.
Ao thơng khí, và bể bùn hoạt tính.
Turbine phân phối khí
Bao gồm một turbine cĩ vận tốc chậm và một bơm nén khí.
Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.
suất cao vào các thiết bị phun tia. hoạt tính. Thiết bị khuấy bề mặt Turbine vận tốc chậm
Turbine cĩ đường kính lớn, khi quay nĩ bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với khơng khí.
Các bể bùn hoạt tính cổ điển và các ao thơng khí Turbine vận tốc nhanh
Turbine cĩ đường kính nhỏ, khi quay nĩ bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với khơng khí.
Ao thơng khí
Rotor răng lược Các cánh khuấy được gắn lên trục trung tâm như một cái lược. Khi rotor quay oxy được đưa vào nước thải bởi việc bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với khơng khí
Mương oxy hĩa, kênh thơng khí hay ao thơng khí.
Thác nước Nước thải được cho chảy xuống bên dưới kiểu như thác
nước Nâng DO của nước thải sau xử lý.
Các thiết bị cung cấp khí cho bể xử lý thơng dụng (p. 279)
Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị khuếch tán khí
Loại thiết bị, cách lắp đặt Cơng suất thổi khí (ft3/min.đầu thổi)
Hiệu suất cung cấp khí (%) ở độ sâu 15 ft » 4.6 m Đĩa sứ đục lổ - đặt thành hàng thẳng 0,4 ¸ 3,4 25 ¸ 40 Đĩa sứ hình vịm đục lổ - đặt hàng thẳng 0,5 ¸ 2,5 27 ¸ 39 Đĩa sứ phẳng đục lổ - đặt hàng thẳng 2,0 ¸ 5,0 26 ¸ 33 Ống plastic cứng đục lổ
Hàng thẳng 2,4 ¸ 4,0 28 ¸ 32 Xoắn ốc đơi 3,0 ¸ 11,0 17 ¸ 28 Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 12,0 13 ¸ 25 Ống plastic mềm đục lổ Hàng thẳng 1,0 ¸ 7,0 26 ¸ 36 Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 7,0 19 ¸ 27 Ống châm lổ Hàng thẳng 1,0 ¸ 4,0 22 ¸ 29 Đặt ở 4 gĩc bể 2,0 ¸ 6,0 19 ¸ 24 Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 6,0 15 ¸ 19
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Chú ý: ft3/min x 0,0283 = m3 /min ft x 0,3048 = m
Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị cơ khí khuấy đảo
Loại thiết bị Hiệu suất cung cấp khí lb O2/hp.h
Khuấy đảo bề mặt vận tốc chậm
2,0 ÷ 5,0 1,2 ÷ 2,4
Khuấy đảo bề mặt vận tốc nhanh 2,0 ÷ 3,6 1,2 ÷ 2,0 Khuấy ngầm
2,0 ÷ 4,0 1,2 ÷ 1,8
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Người ta cịn sử dụng oxy tinh khiết để hồn thành quá trình sục khí. Khống chế các vi sinh vật hình sợi
Sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi tạo nên bùn khĩ lắng cho nên phải khống chế sự phát triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hồn lưu, thay đổi DO trong bể, thay đổi điểm nạp để thay đổi F/M.
Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính
(Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 lồi Thiothrix)
Chú ý trong quá trình đơi khi người ta cho bùn ở bể lắng thứ cấp hồn lưu trở lại bể bùn hoạt tính nhằm tăng lượng bùn hoạt tính trong bể để bể đạt được hiệu suất cao.
Sơ đồ bể bùn hoạt tính (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu) Ảnh chụp bể bùn hoạt tính (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu) Ảnh chụp một số thiết bị sục khí (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu)