TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA MÔI TRƯỜNG  BÀI TIỂU LUẬN KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐỀ TÀI: BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Aerotank Bể bùn hoạt tính hiếu khí BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học F/M Food/ Microorganism Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật MLSS Mixed Liquor Recycled Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn ii DANH MỤC HÌNH Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Hình 1.2 : Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải Hình 1 3: Quá trình khử nito Hình 1.4 : Quá trình khử phospho Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống) Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc Hình 2.3 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Nguồn: [3]http://www.fineprint.com : Th.S Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng: iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ I Nguyên tắc Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ: (CHO)nNS + O2  CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + … aH Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ H2O + aH; H2S + 2O2  SO4+ + 2H+ + aH Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO 2 hoặc tạo ra các chất khí khác II Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí:  Ưu điểm: So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý  Nhược điểm: Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn Chi phí vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao Không có khả năng thu hồi năng lượng Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ Sau khi xử lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí III Mô tả quá trình sinh học hiếu khí: Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO 2, H2O, NO3- và 1 SO42- Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đương đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn : 1.Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào: CxHyOzN + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O2 men > xCO2 + [ (y-3)/2] H2O + NH3 Trong các bể xử lý sinh học các xi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum Ngoài các vi khuẩn các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh Trong thời gian đầu, để sớm 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 2 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 3 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 4 3.Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho: Hình 1 3: Quá trình khử nito Hình 1.4 : Quá trình khử phospho 5 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 = 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 25 oC – 37oC hoặc từ 20 - 80 o C 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 6 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: Qv X 0 + Qt X t = (Qv + Qt ) X Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể X 0 không đáng kể, ta có: α= Qt X (mg / l ) = Qv X t mg / l − Xmg / l Trong đó: α : 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 7 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 θ c ( tuổi của bùn): θc = V X Q xa X t + Qra X ra 15 Rút ra: Q xa = VX − Qra X raθ c X tθ c 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) θ c : Thời gian lưu bùn trong công trình (ngày) 8 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 θ c và vào hệ số phân hủy nội bào Kd Hệ số tính lượng bùn sản ra từ việc khử BOD: yb = Y 1 + K dθ c Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD (Graw(1992), Artan (1994) và Burton(1991)) Quy trình xử lý Bể Aerotank tải trọng cao Thời gian lưu Hệ số K Đã qua bể lắng Không có bể lắng bùn đợt 1 đợt 1 0,7 – 2 0,5 – 0,8 0,6 – 0,9 Bể Aerotank bình thường 3- 8 0,4 – 0,6 0,5 – 0,8 Bể aerotank tải trọng thấp > 15 0,3 – 0,5 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) 16 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 9 Tính bể lắng 2: Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng: Tải trọng bề mặt Tải trọng bùn kg/m2.h Chiều sâu m3/m2.ngày Trung Lớn Loại xử lý tổng cộng Trung bình Lớn nhất m bình 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 trườngĐại học Đà Lạt II 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%): 763 x 40 = 305,2(mg / l ) 100 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 : 1 Nồng độ bùn hoạt tính trong bể : X = 3000 mg/l (cặn bay hơi) 2 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 3 Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình Ɵc = 10 ngày 4 Chế độ xáo trộn hoàn toàn 5 Giá trị của thông số động học : Y = 0,46 6 Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 )(70% lượng cặn bay hơi) 17 7 Nước thải điều chỉnh sao cho : BOD5: N : P = 100 : 5 : 1 a 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 : 460 − (70 − 32,305) = 91,8% 460 E= Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan : 305,2 − 8,6787 x100 = 97,15% 305,2 E= Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ : 305,2 − 30 x100 = 90,2% 305,2 E= b Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có : QxYxθ c ( S 0 − S ) 1.500 x0,46 x(305,2 − 8,6787) 2045996,97 = = = 426,25(m 3 ) X (1 + K d xθ c ) 3000(1 + 0,06 x10) 4800 V = Thời gian nước lưu lại trong bể: θ= V 426,25 = x 24 = 6,82(h) = 0,248(ngày ) Q 1500 c Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 97,15%: Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức : Yb = Y 0,46 = = 0,2875 1 + θ c xk d 1 + 10 x0,46 Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày: Px = Yb xQ( S o − S ) = 0,2875 x1500 x(305,2 − 8,6787) = 127874,8106 g = 127,875(kg / ngày ) Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn z = 0,3 18 Px1 = Px 127,875 = = 182,68(kg / ngày ) 1− Z 0,7 Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi: Pxa = Px1 − Qx50 x10 −3 = 182,68 − 1500 x50 x10 −3 = 107,68(kg / ngày ) Tính lưu lượng xả bùn Qxả theo công thức: θ xa = VxY Q xa xX T + Qr xX r (Giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Suy ra: Q xa = VxX − Qr xX xaθ xa 426,25 x3000 − 1500 x 22,75 x10 = = 13,393 = 13,4(m 3 / ngày ) X T xθ c 7000 xθ c Trong đó: V= Thể tích – 426,25(m3) QR= QV = 1500(m3/ngày) X = 3000 (mg/l) θ c = 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) d Thời gian tích lũy cặn ( Tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu: T= VxX 426,25 x10000 = = 33,33ngày Px 127874,8106 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: B = Q xa x10.000 g / m 3 = 13,4 x10.000 = 134000 g / ngày = 134kg / ngày Trong đó cặn bay hơi: B ' = 0,7 x134 = 93,8kg Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể QR xX R B '' = 1500 x 22,75 x10 −3 = 34,125(kg / ngày ) Tổng cặn hữu cơ sinh ra: 19 B ' + B '' = 93,8 + 34,125 = 127,925kg = 128kg = Px f Xác định lưu lượng tuần hoàn: QT: Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị : X=3000 mg/l,Ta có: QT X 3000 = = = 0,75 QV X T − X 7000 − 3000 QT = 0,75 x1500 = 1125(m 3 / ngày ) g Tỷ số F/M: S mgBOD5 F 305,3mgBOD / l = 0 = = 0,358 M θxX 0,284 x3000(mg / l ) mgbun.ngay h.Tính luợng khí cần thiết: Tính lượng oxy cần thiết theo công thức: OC 0 = Q( S 0 − S ) 4,57( N 0 − N ) − 1,42 Px + (kg / ngày ) 1000 f 1000 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: OC 0 = 1500(305,2 − 8,6787) 4,75(15,26 − 5) − 1,42 x127,875 + = 492,4(kg / ngày ) 1000 x0,66 1000 Lượng oxy thực tế cần theo công thức: OC t = OC 0 x Cs 1 1 x x ( kg / ngày ) (T − 20 ) C s − C 1,024 α Trong đó: Cs: Lượng oxy bão hào trong mức 9,08 mg/l C: Lượng oxy cần duy trì trong bể 2 mg/l α : hệ số từ 0,6 – 0,94 Chọn 0,7 Vậy: 20 OC t = 492,4 x 9,08 1 1 x x = 713,4(kg / ngày ) ( 30 − 20 ) 9,08 − 2 1,024 0,7 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) i Tính lượng không khí cần thiết: Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 (Tính toán thiết kế các công 3 trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Ta có Ou = 7 gO2 / m m Bể sâu h1 = 3,5 m: độ ngập nước h = 3m Công suất hào tan thiết bị: OU = Ou xh = 7 x3 = 21gO2 / m 3 Lượng không khí cần thiết: Ok = OC t 713,4 xf = x1,5 = 50957(m 3 / ngày ) = 0,59(m 3 / s) OU 21x10 −3 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 : 2 x0,59 = 1,18(m 3 / s) 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 : H d = hd + hc + h f + H 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 21 Vậy áp lực cần thiết là : Hd = 0,4 +0,5+ 3 = 3,9 m Áp lực không khí : P= (10,33 + H d ) = 1,38atm 10,33 Công suất máy nén : N= 34400 x( P 0, 29 − 1) xq 34400 x(1,38 0, 29 − 1) x1,18 = = 41,27( KW ) 102 xn 102 x0,8 Số ống phân phối D100 dài 1m tính theo công cường độ cho phép q của mỗi ống : N q max = Qmax 3184,8 x10 3 = = 147,4(ong ) Qmin 6 x3600 N q min = Qmin 1698,56 x10 3 = = 157(ong ) Qmax 3 x3600 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 L= F V 426,25 = = = 31,6(m) b h1 xb 3 x 4,5 Trong bố trí 3 hành lang Do đó kích thước bể là : DxR = 16x9 Dòng chảy trong bể là dòng chảy đều, chiều dìa giàn ống xương cá: L = 2 x (16 − 3) = 26m 22 Khoảng cách giữa các ống trong hệ phân phối : l= L N q min = 26 = 0,165(m) 157 Cường độ thổi gió: q= 50957 = 119,55(m 3 / ngày ) 426,25 Chỉ tiêu gió : a= Ok 50957 = = 114,56(m 3 khi / 1kgBOD5 ) −3 −3 qx ( S 0 − S ) x10 1500 x(305,2 − 8,6787) x10 CHƯƠNG 4: THÔNG SỐ VẬN HÀNH BỂ AEROTANK 23 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 BOD tp 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 60 oC, 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 24 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 dâng( ống thông nhau) được đặt ở các mức tương ứng để kiểm soát mức bùn coa nhất và thấp nhất trong bể - Tế bào quang Nếu không có dụng cụ đo thì mức bùn xác định bằng cách lấy mẫu ở các độ sâu khác nhau II Các thông số vận hành hệ thống: 1 Thông số vận hành: Để vận hành hệ thống bùn hoạt tính, cần chú ý các yếu tố sau: + Độ kiềm: kiểm soát độ kiềm trong bể hiếu khí là cần thiết để kiểm soát toàn bộ quá trình Độ kiềm không đủ sẽ làm giảm hoạt tính của vi sinh vật và cũng có thể ảnh hưởng đến pH + DO: Hoạt động của bể bùn hoạt tính là một quá trình hiếu khí nên nó đòi hỏi lượng DO phải hiện diện ở mọi thời điểm Lượng DO này phụ thuộc vào BOD dòng vào, tính chất của bùn hoạt tính và yêu cầu xử lý + pH: pH trong hệ thống hiếu khí nằm trong khoảng 6,5 – 9 + MLSS, MLVSS và MLTSS + Nồng độ và tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính: Người vận hành phải duy trì sự tuần hoàn bùn hoạt tính tiếp diễn trong hệ thống Nếu tốc độ này quá thấp, bể hiếu khí có thể bị quá tải thủy lực, làm giảm thời gain thông khí Nồng độ tuần hoàn cũng rất quan trọng bởi vì nó có thể dùng để xác định tốc độ tuần hoàn cần thiết để giữ MLSS cần thiết + Tốc độ dòng chảy bùn hoạt tính thải: Bởi vì bùn hoạt tính có chứa các vi sinh vật sống tăng trưởng , nên lượng bùn hoạt tính có thể tiếp tục gia tăng Nếu bùn hoạt tính duy trì trong hệ thống quá lâu, hiệu quả của quá trình sẽ giảm xuống Nếu có quá nhiều bùn hoạt tính bị loại khỏi hệ thống, các chất rắn sẽ không lắng đọng đủ nhanh để được loại bỏ ở thiết bị lắng thứ cấp + Độ sâu lớp bùn: Nếu các chất rắn không bị loại bỏ ra khỏi hệ thống từ thiết bị lọc với cùng tốc độ chúng được đưa vào, lớp phủ sẽ gia tăng độ sâu Độ sâu lớp phủ bùn có thể chịu ảnh hưởng của nhiều điều kiện: nhiệt độ, tính độc trong nước thải,… 25 2 Kiểm soát vận hành hệ thống: + Tốc độ tuần hoàn: - Tốc độ tuần hoàn quá cao, kết quả là: sự thông khí và lắng đọng ở các bể bị quá tải thủy lực; thời gian thông khí và lắng đọng giảm,… - Tốc độ tuần hoàn quá thấp, kết quả là: sự tuần hoàn thối, các chất rắn bị giữ lại trong các bể lắng, giảm MLSS trong bể hiếu khí,… + Tốc độ nước thải: - Tốc độ nước thải quá cao, kết quả: giảm MLSS, giảm mật độ bùn, gia tăng SVI, giảm MCRT, tăng tỷ lệ F/M - Tốc độ nước thải quá thấp, kết quả là: tăng MLSS, tăng mật độ bùn, giảm SVI, tăng tỷ lệ F/M + Tốc độ thông khí: - Tốc độ thông khí quá cao, kết quả là: năng lượng bị lãng phí, tăng chi phí vận hành, các chất rắn nổi lên, phá vỡ bùn hoạt tính - Tốc độ thông khí quá thấp, kết quả là: bể hiếu khí thối, hiệu quả kém, mất sự nitrat hóa 3.Các vấn đề xảy ra khi vận hành và cách khắc phục: + Triệu chứng 1: Lớp bùn phủ bị chảy ra ngoài theo dòng thải, không còn bùn lắng - Do chất hữu cơ quá tải Khắc phục : giảm tải lượng hữu cơ - Do pH thấp Khắc phục: thêm độ kiềm - Do sự tăng trưởng của vi nấm sợi (filamentous) Khắc phục: thêm dinh dưỡng, thêm clo hay peroxyde để tuần hoàn - Do thiếu hụt dinh dưỡng Khắc phục: thêm dinh dưỡng - Do độc tính Khắc phục: xác định nguồn, bổ sung tiền xử lý - Do thông khí quá nhiều Khắc phục: Giảm thông khí trong khoảng thời gian lưu lượng thấp + Triệu chứng 2: Một lượng lớn các hạt rắn nhở rời khỏi bể lắng - Nguyên nhân: bùn cũ Khắc phục: giảm tuổi bùn, gia tăng tốc độ dòng thải - Nguyên nhân: sự hỗn loạn quá mức Khắc phục: giảm sự hỗn loạn (kiểm soát thổi khí lưu lượng thấp) 26 + Triệu chứng 3: Một lượng lớn các phân tử trong mờ, nhỏ rời khỏi bể lắng - Do tốc độ tăng trưởng của bùn Khắc phục: tăng tuổi bùn - Do bùn hoạt tính mới, yếu Khắc phục: giảm nước thải + Triệu chứng 4: Bùn lắng tốt nhưng lại nổi lên bề mặt trong thời gian ngắn - Do sự khử nitrat hóa Khắc phục: tăng tốc độ tuần hoàn, điều chỉnh tuổi bùn để hạn chế sự nitrat - Do thông khí quá mức Khắc phục: giảm sự thông khí + Triệu chứng 5: Các vi sinh vật trong bùn hoạt tính chết trong thời gian ngắn Do dòng vào chứa các chất độc tính Khắc phục: tách bùn hoạt tính( nếu có thể) Tuần hoàn tất cả các chất rắn đang hiện diện Ngưng cung cấp nước thải Tăng tốc độ tuần hoàn Bổ sung các chương trình tiền xử lý + Triệu chứng 6: Bề mặt của bể hiếu khí bị bao phủ bởi lớp bọt nhờn, dày - Do bùn quá già Khắc phục: giảm tuổi bùn Tăng lượng nước thải, sử dụng các chất bơm kiểm soát bùn - Do quá nhiều dầu và chất béo trong hệ thống Khắc phục: tăng cường loại hóa chất béo Sử dụng các chất bơm kiểm soát bot Bổ sung các chương trình tiền xử lý - Do các vi khuẩn váng bám tạo bọt Khắc phục: loại bỏ các vi khuẩn này + Triệu chứng 7: xuất hiện những đám bọt lớn trên bề mặt bể hiếu khí - Do bùn hoạt tính trẻ, lượng bùn ít Khắc phục: tăng tuổi bùn, giảm cung cấp nước thải, sử dụng các chất bơm kiểm soát bọt - Do các chất tẩy rửa Khắc phục: hạn chế các chất hoạt động bề mặt, sử dụng các chất bơm kiểm soát TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 [1] PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, 2007, Nhà xuất bản Xây dựng [2] TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, 2009, Nhà xuất bản Xây dựng [3] http://www.fineprint.com : Th.S Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải [4] Th.S Lê Quang Huy, Giáo trình xử lý nước thải, Khoa môi trường- Đại học Đà Lạt 28 ... dụng rộng rãi xử lý nước thait sinh hoạt nước thải cơng nghiệp II Q trình bùn hoạt tính phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: Quá trình bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính bao gồm sinh vật sống... trộn bùn hoạt tính tuần hồn với nước thải cần xử lý: Bước thứ trình xử lý nước thải bùn hoạt tính cho chát hữu có nước thải tiếp xúc với vi sinh có bùn hoạt tính cách khuấy trộn nhanh bùn hoạt tính. .. khí, người ta cung cấp oxy khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính Bể Aerotank cịn gọi bể bùn hoạt tính hiếu khí Quy trình xử lý nước thải bùn hoạt tính thực nước Anh từ năm 1914, trì phát triển