Tiểu luận Bể sinh bùn hoạt tính hiếu khí aerotank

đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển cảu các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn: Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thich nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị. Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi trường. Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dặng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đâọ trong bể xử lý được biểu diễn theo hình 1.1. Khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “ hộp đen” với những vi sinh vật bí mật. Hình 1.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đống một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó trong các bể này chúng ta phải duy . Trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận hành.Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn. 2. Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất: + Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa): CxHyOzN + NH3+ O2 men --- > xCO2 + C5H7NO2 + Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa): C5H7NO2 + 5O2 men --- > xCO2+H2O NH3+ O2 men --- > O2+ HNO2 men --- > HNO3 Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào. 3.Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho: Hình 1. 3: Quá trình khử nito Hình 1.4 : Quá trình khử phospho IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí: - Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào chỉ số bù. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại. - Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II >= 2 (mg/l). - Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải =< 1000 (mg/l), còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải =<500 (mg/l). - Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe, Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ tong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác nhau. Thông thuờng cần duy trì các nguên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BODtoàn phần : N: P = 100: 5: 1 - Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải nằm trong giới hạn cho phép. Yếu tố môi trường: - pH : là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật. Phần lớn vi sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Thông thường pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 – 7,5. - Nhiệt độ: cũng là yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25oC – 37oC hoặc từ 20 - 80 oC hoặc từ 20 – 40oC ( tối ưu 25oC – 37oC). - Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ. CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK I. Khái niệm: Bể Aerotank là công trình nhân tạo dùng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính. Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914, đã được duy trì và phát triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thait sinh hoạt và nước thải công nghiệp. II. Quá trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: 1. Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là chất rắn của rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí ỏe dạng bông hoặc dạng hạt màu đen. Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men, nắm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là ấu trùng sâu bọ. Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn, có thể chia ra làm 8 nhóm: Alkaligenes- Achromobacter Pseudomonas Enterobacteriaceae Athrobacter baccillus Cytophaga- Flavobacteriaum Pseudomonas- Vibrio aeromonas Achrobacter Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micococus Trong nước thải có các tế bào của Zooglea có khả năng sinh ra bào nhầy xung quanh tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng các chất màu chất gây mùi… và phát triển thành các bông cặn. Các bông cặn này khi được khuấy đảo và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc khi các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống tạo ra bùn hoạt tính. Trong bùn hoạt tính luôn có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện là Sarcodina, Mastigophara, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ- vi khuẩn- động vật nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm. Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu cơ. Phần lớn các vi sinh vật đều có khả năng xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nước thải từ vàng xám đến nâu tối. Trên màng lọc sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và một số động vật nguyên sinh khác. Tuy nhiên khác với hệ quần thể sinh vật trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lượng các loài trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất. Công thức bùn hoạt tính thường dùng trong tính toán là C5H7O2N. 2. Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành 1. Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống) Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống) Nước thải sau bể lắng đợt 1 được khuấy trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngay đầu bể Aerotank. Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưu lượng tuần hoàn thường từ 20% - 30% lưu lượng nước thải đi vào. Dung tích bể được thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệ thống sục gió và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy cơ khí làm thoáng bề mặt. Lượng gió cấp vào từ 55 m3/ kg BOD5 đến 65 m3/l kg BOD5 cần khử. Chỉ số thể tích bùn SVI thương dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi bùn thường từ 3 đến 15 ngày. Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc vào sự dao động lưu lượng và nồng độ các chất độc ( kim loại nặng) do nước thải công nghiệp chưa xử lý xả vào, thường đạt hiệu quả xử lý 80 – 95%. 2. Bể Aerotank tải trọng cao một bậc: Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc 3. Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc: Hình 2.3 Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang BOD > 500 mg/l Chất rắn lơ lửng pH= 6,5 – 9 t0= 6- 320C Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc Nước từ bể lắng đợt 1 di vào bể Aerotank ở một số điểm dọc theo 50 – 65% chiều dài tính từ đầu bể còn bùn tuần hoàn thì đi vào đầu bể. Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể và giảm độ thiếu hụt oxy ở đầu bể và lượng oxy cần thiết được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, hiệu quả xử lý đạt cao hơn. 4. Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn: Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Tải trọng BOD > 1,3 kg BOD tính trên 1 kg chất hữu cơ trong ngày. Hiệu xuất xử lý BOD 70 – 75% 5. Bể Aerotank thông khí kéo dài: Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài Bể Aerotank thông khí kéo dài được thiết kế với trọng tải thấp, tỷ số F/M thấp, thời gian làm thoáng lớn từ 20 – 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hô hấp nội bào. Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn 3500 m3/ngày. 7. Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh. Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh. Trong bể Aerotank có khuấy trộn hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa tan được khuấy trộn đều tức thời sao cho nồng độ các chất được phân bố đều ở mọi phần tử trong bể. Ưu điểm của sơ đồ làm việc theo nguyên tắc khuấy trộn hoàn chỉnh là: pha loãng ngay tức khắc nồng độ của các chất độc hại ( kim loại nặng) trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng. Chương 3: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ AEROTANK Công thức tính toán và các chỉ tiêu thiết kế: 1. Khuấy trộn bùn hoạt tính tuần hoàn với nước thải cần xử lý: Bước thứ nhất của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là cho các chát hữu cơ có trong nước thải tiếp xúc với vi sinh có trong bùn hoạt tính bằng cách khuấy trộn nhanh bùn hoạt tính tuần hoàn lại với nước thải ngay ở cửa vào bể Aerotank để tạo thành hỗn hợp bùn hoạt tính. 2. Tiếp tục khuấy trộn bùn hoạt tính và nước thải bằng không khí hoặc máy khuấy trộn làm thoáng bề mặt. Bước thứ 2 thực hiện 3 chức năng cơ bản sau: a. Khuấy trộn đều bùn hoạt tính với nước thải trong toàn bộ thể tích V của bể. b. Giữ cho bùn hoạt tính luôn trong trạng thái lơ lửng. c. Cấp đủ lượng oxy cần thiết cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong bể để đáp ứng mức độ xử lý yêu cầu. Tính toán xác định dung tích bể theo một trong các công thức sau: 1. Xác định dung tích bể theo tỷ số khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạt tính F/M 2. Xác định dung tích bể theo tốc độ sử dụng chất nền của 1 gam bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian ( đo bằng ngày hoặc giờ): 3. Xác định dung tích bể theo độ tuổi của cặn (Thời gian lưu giữ bùn hoạt tính trong bể): 4. Xác định dung tích bể theo tải trọng chất nền trên một đơn vị thể tích của bể(BOD5/m3): Trong các công thức trên: Q : Lưu lượng nước cần xử lý (m3/ ngày). S0: Hàm lượng BOD5 trong nước thải (mg/l). X : Nồng độ bùn hoạt tính ( cặn hữu cơ bay hơi) (mg/l) F/M: Tỷ lệ BOD5 có trong nước thải nà bùn hoạt tính (mg BOD5/ mg bùn). : Tốc độ sử dụng chất nền của 1 gram bùn hoạt tính trong 1 ngày (g BOB5 / 1g bùn ngày). a: nồng dộ bùn thực trong bể Aerotank (mg/l) Z: Độ tro của cặn, thường là 0,3 mg/mg : Tuổi của bùn (ngày) Kd: Hệ số phân hủy nội bào (ngày-1). Y: Hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính / mg BOD5 tiêu thụ). La= Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử lý (Kg BOD5/ 1 m3 ngày. Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank Loại và chức năng bể Aerotank ngày F/M (gBOD5 bùn hoạt tính) Tải trọng BOD5 trên một đơn vị thể tích (La kg BOD5/ m3/ ngày) Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể X (mg/l) (giờ) (tỷ lệ tuần hoàn) Bể có dòng chảy đều( Plug Aerotank) Trộn hoàn chỉnh Nạp nước thải vào bể theo cấp Khử BOD kết hợp Nitrat hóa Nitrat hóa bằng bể riêng biệt Cho nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính đã được làm thoáng ổn định Làm thoáng kéo dài Mương oxy hóa Xử lý theo mẻ kế tiếp nhau Làm thoáng kéo dài theo mẻ kế tiếp nhau 3 – 15 0,75- 15 3-15 8- 20 15 – 100 5 -15 20 - 40 15 – 30 10 – 30 12 - 25 0,2 – 0,6 0,2 – 1,0 0,2 – 0,5 0,1 – 0,2 (0,02 -0,15) 0,05 – 0,2 (0,04 – 0,15) 0,2 – 0,6 Làm thoáng ổn định 0.04 – 0,1 0.04 – 0,1 0.04 – 0,1 0.04 – 0,8 0,32- 0,64 0.80- 1,90 0,64 – 0,96 0,08 – 0,32 0,48– 0,140 0,95 – 1,20 0,08 -0,24 0,08 -0,24 0,08 -0,24 0,08 -0,24 1000- 3000 800- 4000 1500- 3500 1500- 3000 1500- 3000 1000-3000 4000-9000 2000-4000 2000-4000 2000-5000 2000-5000 4- 8 3-5 3-5 6-15 3-6 0,5-1 3-6 18-36 8-36 12-50 20-40 0,25- 0,75 0,25-1,0 0,25-0,75 0,50- 1,50 0,50-2,0 0,5-1,5 0,5-1,5 0,5-1,5 Nguồn : [2] TS. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất bản Xây dựng. Làm nước trong và tách bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng đợt 2 Chức năng của bể lắng đợt 2 là tách bùn hoạt tính chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng ra khỏi hỗn hợp làm cho nước đủ độ trong để xả ra nguồn tiếp nhận, đồng thời cô đặc bùn ở đáy bể đến nồng độ mong muốn để tuần hoàn một phần lại bể Aerotank. Bùn dư hàng ngày được xả ra ngoài theo đường trích ra từ dong tuần hoàn. Đây là bước rất quan trọng trong dây chuyền xử lý. Tuần hoàn lại bùn hoạt tính: Mục đích của việc tuần hoàn lại bùn là để duy trì nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể Aerotank đáp ứng yêu cầu xử lý đã đặt ra. Máy bơm bùn hoạt tính thường thiết kế với khoảng dao động lưu lượng đủ lớn từ 30% đến 100% lưu lượng nước xử lý để khắc phục các trường hợp khi bể lắng làm việc không tốt nồng độ bù ở đáy bể thấp hơn tính toán khi lưu lượng nước đi vào xử lý dao động cao hơn bình thường. Xác định lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính vào và ra khỏi bể: Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể X0  không đáng kể, ta có: Trong đó: : tỷ lệ tuần hoàn Qv: lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý (m3/h). Qt: lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m3/h). X: Nồng độ bùn hoạt tính muốn duy trì trong bể Aerotank (mg/l). Xt: nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp tuần hoàn hay nồng độ bùn hoạt tính sau khi lắng ở đáy bể lắng đợt 2 (mg/l) Số bơm tuần hoàn cặn bố trí đủ để có thể vận hành với lưu lượng tuần hoàn từ 0,07t đến 0,07t đến 2,00t. Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn: Lượng bùn dư phải xả liên tục để duy trì nồng độ bùn hoạt tính X trong bể Aerotank theo tính toán. Lượng bùn dư có thể xả trực tiếp từ bể Aerotank hoặc từ đường dẫn hoàn lại vào thiết bị cô đặc bùn. Lưu lượng bùn xả vào các coogn trình xử lý bùn có thể rút ra từ phương trình cân bằng khối lượng bùn để đảm bảo thời gian lưu bùn trong hệ ( tuổi của bùn): Rút ra: Trong đó: Qxả: Dung dịch bùn xả ra (m3/ ngày) V: Thể tích Aerotank (m3) Xt: Nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch tuần hoàn (cũng là nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch bùn xả ra ngoài) (mg/l) X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/l). Xra : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng (mg/l). Qra: Lưu lượng nước đá xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày) : Thời gian lưu bùn trong công trình (ngày). Lượng bùn tạo ra hàng ngày: Khi thiết kế và trong quá trình xử lý phải xác định lượng bùn sản ra hàng ngày để tính toán và vận hành các công trình xử lý bùn. Lượng bùn sản ra phụ thuộc vào đặc tính nước thải, vào tuổi của bùn và vào hệ số phân hủy nội bào Kd. Hệ số tính lượng bùn sản ra từ việc khử BOD: Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD (Graw(1992), Artan (1994) và Burton(1991)) Quy trình xử lý Thời gian lưu bùn ngày Hệ số K Đã qua bể lắng đợt 1 Không có bể lắng đợt 1 Bể Aerotank tải trọng cao Bể Aerotank bình thường Bể aerotank tải trọng thấp 0,7 – 2 3- 8 > 15 0,5 – 0,8 0,4 – 0,6 0,3 – 0,5 0,6 – 0,9 0,5 – 0,8 0,5 – 0,7 Nguồn : [2] TS. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất bản Xây dựng. Theo tiêu chuẩn của Nga và tiêu chuẩn ngành Việt Nam, tổng lượng bùn sản sinh tính theo công thức: Gbùn= 0,8(SS)+ 0,3 (BOD5) Khi làm thoáng kéo dài Gbùn= 0,7(SS)+ 0,3 (BOD5) Trong đó : SS:Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải ( Kg/ngày) BOD5: Hàm lượng BOD5 tính theo (Kg/ngày) Tương đương với độ to Z = 0,3 Tính bể lắng 2: Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng: Loại xử lý Tải trọng bề mặt m3/m2.ngày Tải trọng bùn kg/m2.h Chiều sâu tổng cộng m Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính 16- 32 40- 48 3,9 – 5,8 9,7 3,7 – 6,0 Sinh học tăng cường 8-16 24- 32 0,98 – 4,9 6,8 3,7 – 6,0 Nguồn : [4] Th.S Lê Quang Huy, Giáo trình xử lý nước thải, Khoa môi trường- Đại học Đà Lạt Ví dụ tính toán công nghệ hệ thống xử lý: Lưu lượng nước thải: 1500m3/ngày đêm. Lưu lượng BOD5 đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (giảm 60%): Tỷ lệ BOD5/COD = 305,2/460 = 0,66 Nhiệt độ nước thải t = 30oC Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30mg/l) Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD ≤ 100 mg/l (70mg/l) Hàm lượng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hữu cơ. Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể Xo = 0. Thông số vận hành như sau : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể : X = 3000 mg/l (cặn bay hơi). Độ tro của cặn Z= 0,3- nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồng độ cặn tuần hoàn 10.000 mg/l. Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình Ɵc = 10 ngày Chế độ xáo trộn hoàn toàn. Giá trị của thông số động học : Y = 0,46 Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 )(70% lượng cặn bay hơi) Nước thải điều chỉnh sao cho : BOD5: N : P = 100 : 5 : 1 Xác định hiệu quả xử lý : Lượng cặn hữu cơ trong nước thải ra khỏi bể lắng ( phần cặn sinh học dễ bị phân hủy là) : 65% x 50 = 32,5 mg/l Lượng cặn hữu cơ tính theo COD : 1,42 x 32,5 x 0,7 = 32,305 (mg/l) Lượng BOD5 trong cặn khỏi bể lắng: 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l) Lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng : 30 – 21,3213 = 8.6787 (mg/l) Hiệu quả xử lý COD : Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan : Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ : Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có : Thời gian nước lưu lại trong bể: Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 97,15%: Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức : Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày: Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn z = 0,3 Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi: Tính lưu lượng xả bùn Qxả theo công thức: (Giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Suy ra: Trong đó: V= Thể tích – 426,25(m3) QR= QV = 1500(m3/ngày) X = 3000 (mg/l) 10 ngày Xt = 0,7x10.000 = 7000 (mg/l) Xr = 32,5xo,7 = 22075 (0,7 là tỉ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ, cặn không tro). Thời gian tích lũy cặn ( Tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu: Thực tế sẽ dài hơn 3-4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và bùn sinh ra ít hơn Px. e. Sau hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày: Trong đó cặn bay hơi: Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể Tổng cặn hữu cơ sinh ra: f. Xác định lưu lượng tuần hoàn: QT: Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị : X=3000 mg/l,Ta có: g. Tỷ số F/M: h.Tính luợng khí cần thiết: Tính lượng oxy cần thiết theo công thức: Trong đó: Q = 1500 m3/ngày S0 = 305,2 mg/l S = 8,6787 mg/l N0= Tổng hàm lượng N đầu vào : 15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh dưỡng) N = Tổng hàm lượng đầu ra: 5 (mg/l) ( tiêu chuẩn là 6 mg/l) Px = 127,875 (mg/l) f = BOD/COD = 0,66 Vậy: Lượng oxy thực tế cần theo công thức: Trong đó: Cs: Lượng oxy bão hào trong mức 9,08 mg/l. C: Lượng oxy cần duy trì trong bể 2 mg/l : hệ số từ 0,6 – 0,94. Chọn 0,7 Vậy: OCtrung bình = 29,7 (kg O2/h). OCmax = 29,7x1,5 = 44,55 (kg O2/h). OCmin = 29,7xo,8 = 23,97 (kg O2/h). Tính lượng không khí cần thiết: Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Ta có . Bể sâu h1 = 3,5 m: độ ngập nước h = 3m Công suất hào tan thiết bị: . Lượng không khí cần thiết: . Trong đó: OCt: Lượng oxy thực tế cần. OU: Công suất hào tan thiết bị. f: Hệ số an toàn. Chọn 1,5. Qktb= 2123,2 m=3/h Qkmax= 1,5x3184,8 m3/h. Qkmin= 0,8x 1698,56 m3/h. Lương không khí cần thiế để chon máy nén khí : . k. Ap lực khí máy nén : Vận tốc khí thoát ra khỏi khe hở : 5- 10 m/s. Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức : Trong đó : hd : Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài trên đường ống dẫn (m). hc : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này không vượt quá 0,5m. Tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4 m. Vậy áp lực cần thiết là : Hd = 0,4 +0,5+ 3 = 3,9 m. Áp lực không khí : . Công suất máy nén : Số ống phân phối D100 dài 1m tính theo công cường độ cho phép q của mỗi ống : . . Chọn kích thước bể và ống phân phối khí : Ống phân phối khí bố trí dọc thành bể. Chiều rộn một hành lang : B = h = 3m. Chiều dài hành lang  Trong bố trí 3 hành lang. Do đó kích thước bể là : . Dòng chảy trong bể là dòng chảy đều, chiều dìa giàn ống xương cá: Khoảng cách giữa các ống trong hệ phân phối : Cường độ thổi gió: . Chỉ tiêu gió : . CHƯƠNG 4: THÔNG SỐ VẬN HÀNH BỂ AEROTANK I. Vận hành hệ thống bùn hoạt tính Aerotank: Chuẩn bị lượng bùn hoạt tính cần thiết và cho khởi động các công trình sinh học( Aerotank, mương oxy hóa) theo trình tự như sau: Trước tiên một phần nước thải với nồng độ BODtp khoảng 200 – 250 mg/l chảy qua công trình. Nếu nước thải công ngiệp có nồng độ cao thì pha loãng bằng nước sản xuất hoặc nước sông. Bùn lắng tại bể lắng 2 được tuần hoàn liên tục về Aerotank. Bùn hoạt tính sẽ gia tăng theo thời gian. Theo sự gia tăng của bùn có sự xuất hiện của nitrat và nitrit, tăng dần lượng nước cần xử lý hoặc giảm độ pha loãng. Có thể sử dụng bùn có sẵn từ bể Aerotank bất kỳ hoặc bùn hoạt tính phơi ở 60oC, hoặc màng sinh học trôi ra từ bể lọc sinh học hoặc bùn ao hồ. Bùn hoạt tính có thể thu từ bùn sông hoặc ao hồ không nhiễm bẩn mỡ hay dầu khoáng. Trước khi cho vào bể Aerotank, bùn sông hoặc ao hồ phải được loại sơ bộ các tạp khoáng nặng (sỏi, cát). Với mục đích này, bùn được trộn với nước, rồi sau thời gian lắng ngắn ( 3 – 6 phút) được đổ vào bể Aerotank. Tại đó bùn được thổi khí, không cần nước thải. Sau khi chuẩn bị bùn xong, cho nước thải vào bể Aerotank ban đầu với lượng nhỏ, sau đó theo mức độ tích lũy bùn, tăng dần cho đến khi đạt lưu lượng thiết kế. Trong bùn hoạt tính hoạt động tốt, ngoài các bông tập trung các động vật vi sinh còn gặp một lượng không lớn thảo trùng (trùng lông), trùn xoắn, giun. Khi điều kiện làm việc ổn định bị phá vỡ, trong bùn phát triển các vi khuẩn dạng chỉ (sphacrotilus, cladothrix) thực vật nhánh (zoogle ramigeras, các nấm nước…). Các dạng thực vật này làm cho bùn nổi, bùn này khó lắng trong bể lắng đợt 2 và bị cuốn trôi theo nước ra với lượng đáng kể. Nguyên nhân của sự nổi bùn là bể Aerotank quá tải, có lượng lớn cacbon trong nước thải, không cấp đủ oxy, pH nước trong Aerotank thấp. Để khống chế sự nổi bùn cần phải giảm tảii trọng bể Aerotank. Thậm chí tạm ngừng không cho nước thải vào, hoặc tăng lượng oxy hòa tan trong bể Aerotank, nâng pH dòng vào đến 8,5 – 9,5 trong khoảng thời gian nào đó. Nếu nước thải nồng độ cao thải ra từng đợt bất thường thì phải yêu cầu lãnh đạo nhà máy chỉnh đốn nguyên tắc công nghệ hay thay đổi chế độ nước thải bằng cách nắp đặt bộ điều chỉnh hoặc bể chứa dự trữ Nếu trong trạm xử lý có vài bể lắng đợt 2 và không có dụng cụ đo bùn tuần hoàn tách ra từ mỗi phễu thì trên mỗi bể cần có dụng cụ kiểm tra độ sâu của bùn, các dụng cụ này có thể là: Thiết bị bơm