ảnh hưởng tới quá trình. [5], [6], [7], [8], [9]
Tiến hành nghiên cứu xử lý hàm lượng Chromium trong nước thải thuộc da bằng mô hình xử lý hiếu khí – Aerotank, mô hình xử lý được tiến hành theo mẻ ( chạy tĩnh).
Cũng như trong công nghệ VSV, sinh khối VSV trong môi trường là thông số vô cùng quan trọng. Hoạt lực tổng thể của quá trình chính là tích số giữa khối lượng VSV với đơn vị hoạt tính thông qua việc tối ưu hóa quá trình.
Để tính toán được động học của quá trình, cần phải chú ý đến các yếu tố:
Sinh trưởng tế bào
Trong cả hai trường hợp: nuôi cấy VSV theo từng mẻ hay theo dòng liên tục, tốc độ tăng trưởng tế bào VSV được biểu diễn theo công thức sau:
Trong đó:
: tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật (g/m3.giây) µ: tốc độ sinh trưởng riêng (1/giây)
: nồng độ VSV hay nồng độ bùn hoạt tính (g/m3)
Cơ chất sinh trưởng giới hạn
Trong nuôi cấy theo mẻ, nếu cơ chất và các chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng chỉ có một số lượng hạn chế trong môi trường thì sẽ bị VSV sử dụng đến cạn kiệt để phục vụ cho sinh trưởng.
Trong nuôi cấy liên tục, sinh trưởng sẽ bị giới hạn. Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng hoặc cơ chất giới hạn tới sinh trưởng của VSV trong nuôi cấy liên tục có thể tính theo công thức của Monod đề xuất trong các năm từ 1942 – 1949 dựa trên phương trình cơ bản về động học enzyme của Mihaelis – Menten:
Trong đó:
: tốc độ sinh trưởng riêng (1/giây) : tốc độ sinh trưởng riêng tối đa (1/giây)
: nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn trong dung dịch (g/m3)
: hằng số tương ứng với tốc độ cực đại, thể hiện sự ảnh hưởng của cơ chất ở thời điểm đạt tốc độ cực đại (g/m3)
Công thức tính tốc độ sinh trưởng:
Sinh trưởng tế bào và sử dụng cơ chất
Trong nuôi cấy theo mẻ hay nuôi cấy liên tục, một phần cơ chất được dung cho việc tạo thành tế bào mới, phần khác được oxy hóa tạo thành sản phẩm cuối là chất vô cơ hay hữu cơ. Số tế bào mới sinh ra lại sử dụng cơ chất tiếp tục phục vụ cho sinh trưởng, do vậy mối quan hệ giữa tốc độ sử dụng cơ chất và tốc độ sinh trưởng được biểu hiện qua công thức:
Trong đó:
(1.2)
(1.3)
: tốc độ sinh trưởng của VSV (g/m .giây).
: hệ số sử dụng cơ chất tối đa (mg/mg) – là tỷ số giữa sinh khối và khối lượng cơ chất được tiêu thụ trong một thời gian nhất định trong pha sinh trưởng logarit.
: tốc độ sử dụng cơ chất (g/m3.giây). Từ (1.3) và (1.5) suy ra :
Với , thì ta có:
Ảnh hưởng của trao đổi chất nội sinh
Quần thể VK dùng trong XLNT không phải tất cả các tế bào đều có cùng độ tuổi hoặc cùng ở chung một pha logarit. Trong đó một số ở giai đoạn sinh trưởng chậm dần, một số khác thì bị chết. Những dạng tế bào này sẽ bị phân hủy nội bào và sản phẩm phân hủy tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào. Phương trình thể hiện quá trình phân hủy nội bào:
Từ phương trình này ta thấy được COD cần cho oxy hóa hoàn toàn tế bào sẽ bằng nồng độ tế bào nhân với 1,42.
Công thức tính sẽ là:
Trong đó:
: hệ số phân hủy nội bào (1/giây)
: nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính) (g/m3)
(1.5)
(1.6)
Như vậy, cần phải kết hợp quá trình sinh trưởng và quá trình phân hủy nội bào để tính tốc độ sinh trưởng thực tế của tế bào:
Trong đó:
: tốc độ sinh trưởng thực của quần thể VSV (g/m3.giây).
Tốc độ sinh trưởng thực của VSV tính theo công thức của Van Uden:
Tốc độ tăng sinh khối (bùn hoạt tính) được tính theo công thức:
Ả
nh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đên quá trình xử lý sinh học. Nhiệt độ không những chỉ ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme xúc tác các phản ứng sinh hóa trong tế bào VSV mà còn tác động rất lớn đến khả năng hòa tan các khí vào chất lỏng, cũng như khả năng lắng của chất rắn sinh học.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng của quá trình sinh học thường được thể hiện bằng công thức: Trong đó: rT: tốc độ phản ứng ở T0C. : tốcđộ phản ứng ở 200C. (1.8) (1.9) (1.10) (1.11) (1.12)
: hệ số hoạt động do nhiệt độ (thường lấy bằng 1,047).
Động học quá trình sinh học hiếu khí
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh học các chất hữu cơ trong hệ với bùn hoạt tính được điều chỉnh bởi giai đoạn khuếch tán oxy và cơ chất.
Mô hình xử lý sinh trưởng lơ lửng • Mục đích
Cân bằng sinh khối và cơ chất.
Dự đoán sinh khối dòng ra và nồng độ cơ chất hòa tan đầu ra.
Dự đoán sinh khối trong bể, nồng độ MLSS/MLVSS và lượng bùn thải sinh ra hàng ngày.
Dự đoán lượng oxi cần thiết.
Mô tả quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng
Xét bể phản ứng khuấy trộn hoàn toàn có tuần hoàn/ không tuần hoàn. • Cân bằng khối lượng sinh khối
= _ +
Phương thức xác định các thông số động học .
Khác với đa số mô hình hiện tượng tuyến tính của quá trình tổng hợp vi sinh, các mô hình phi tuyến dùng trong thiết kế tối ưu thiết bị phản ứng sinh hóa tươngđối đơn giản. Chúng được dùng để mô tả tăng trưởng và sinh sản của VSV trên mức độ quần thể ở những điều kiện nuôi cấy cụ thể và do vậy chỉ tính ảnh hưởng của những yếu tố thay đổi cơ bản và động học của những phản ứng vĩ mô cơ bản đến quá trình sinh tổng hợp.
Lượng bùn xả ra
Lượng bùn tăng lên trong bể sau thời gian lưu nước.
Lượng bùn trong bể
Lượng bùn đi vào
Việc chọn quan hệ tốc độ tăng trưởng riêng của một hay hai yếu tố trong xây dựng mô hình tính toán của thiết bị là tốt nhất.
Mô tả toán học của động lực học sử dụng cơ chất và tích lũy sinh khối liên quan đến nhận dạng về thông số và cấu trúc của mô hình tốc độ tăng trưởng riêng. Tùy thuộc vào số yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng được tính tới mà phương trình động học được chia ra làm hai nhóm: nhóm một yếu tố và nhóm nhiều yếu tố.
Trong các phương trình một yếu tố có tính tới sự ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng chỉ của một yếu tố môi trường. Người ta giả thuyết rằng các yếu tố ảnh hưởng còn lại được giữ ở mức tối ưu.
Mô hình động học nhiều yếu tố có thể nhóm lại theo số yếu tố được sử dụng và cả theo tính chất quan hệ lẫn nhau của các yếu tố.
Các thông số được xác định theo 2 phương trình sau:
Trong đó:
X: hàm lượng bùn hoạt tính MLSS (mg/l). : thời gian lưu nước trong bể (giờ). : thời gian lưu bùn (ngày).
S0: nồng độ COD đầu vào (mg/l). S: nồng độ COD đầu ra (mg/l).
(S0 – S): lượng COD giảm đi sau khi xử lý (mg/l).