Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 2) có nội dung trình bày các kiến thức về bể sinh học tiếp xúc quay, tính toán thiết kế bể lọc sinh học theo công thức NRC, Velz Model, Howland Models, Eckenfelder Models, Galler and Gotaas Model,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết dội dung bài giảng.
BK TPHCM
(Attached-Growth Treatment Processes)
(Biofilm
reactor)
BK TPHCM
=
214 .( )
21 / )
=
224 .( )
E 1
(cid:153) US:
(cid:153) SI:
thống bể lọc sinh học đơn và bể E1
2.
W – lượng bể lọc, lb/ngày (kg/ngày); không
bao
trong hoàn;
V – tổng chuyển dòng của bể lọc sinh học, 1000 ft3 (1000 m3); BOD5 gồm BOD5 thể tı́ch cần của cộng
hệ số tuần hoàn
F – 2
BK TPHCM
(cid:153)F – hệ số tuần hoàn cho 1 bể được xác định theo
F
=
.( 234 )
1 R + ] ) ( 2R 1 δ−+
3
BK TPHCM
(cid:153)Trong hệ thống gồm hai bể lọc sinh học thì hiệu quả của bể
1
thứ 2 tính theo công thức;
E
=
244 .(
)
2
21 /
2
(cid:153)Hệ đơn vị US:
)
W 2 1 − (
FV 2
E 1
⎡ 01 0561 + , ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎦
1
Hay
E
=
2
21 /
1
+
W 2 FV 2
⎡ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎦
1
E
=
0 0561 , 1 E − 1 254 .( )
2
21 /
(cid:153)Hệ đơn vị SI:
01 +
014 ,
2
E
)
W 2 1 − (
FV 2
1
⎡ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎦
1
Hay
E
=
2
21 /
1
+
0 1
014 , E −
1
W 2 FV 2
⎡ ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎦
lý qua bể lọc thứ hai; – hiệu quả xử E2 BOD5
lọc được của bể lọc thứ 2, lb/ngày; W2 BOD5
của bể lọc thứ hai, 1000 ft3; V2 – lượng – thể tı́ch
4
BK TPHCM
(cid:153)Nếu áp dụng phương trình NRC để thiết kế bể lọc thì các công thức trên có thể được biến đổi để tính toán như sau:
2
2
)
=
0 0263 ,
264 .(
)
V 1
QS 0
1
101 R + ( , 1 R +
E 1 E − 1
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
1, 1000 ft3;
bể
V1 Q –
lọc thứ dòng
vào, MGD;
– thể tı́ch lưu lượng
– nồng
độ cơ
chất
đầu
vào, mg/l;
S0
2
2 )
=
274 .(
)
0 0263 ,
QS 1
V 2
E
−
−
R + 101 ( , R + 1
E 2 1 )(
1 (
)
E 1
2
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
– nồng
đầu ra từ bể thứ nhất;
S1
độ BOD5
5
BK TPHCM
6
BK TPHCM
của
hai
bể lọc phải
Hầu hết các thiết kế hiệu quả thì thể tı́ch giống
nhau.
phương
định
dùng
này, ta
thứ hai
bể. Khi
ta
thể tı́ch Để xá c giả thuyết hiệu quả của bể lắng và kết hợp tính thể tı́ch bể lắng bể gần giống
pháp thứ nhất và tı́nh hai cần tính.
:
biểu diễn
qua hiệu quả
để thử và sai hiệu quả của hai thể tı́ch khử
BOD5
nhau, đó la ̀ thể tı́ch giữa E1 hệ và E2 = Etotal )E2 E1
1. Quan E1 + (1 – (cid:153) Thay Etotal = 0,9 và E2 được tính như sau:
E
=
2
E − 9,0 1 E − 1 1
7
BK TPHCM
của bể lọc thứ nhất từ
Cho E1
phương
2
3
=
ft
,0(
= 0,8, ta trình )(2)(
0263
400
95,131
( 1000
)
V 1
8,0 − 8,01
2 ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
rồi từ giá tri ̣ nà y và phương
Tính ta
:
được thể tı́ch
trình
(4.27)
=
5,0
V2
− 8,09,0 − 8,01
giá tri ̣ E2 tính Do đó:
2
2
+
3
ft
=
−
(
400
,0)(2)(8,01)(
0263 )
(23,41
1000
)
V 2
−
−
=E 2 [ ] )4)(1,0(1 + 41
5,0 )5,01)(8,01(
⎡ ⎢ ⎣
⎤ =⎥ ⎦
8
BK TPHCM
của bể lọc thứ nhất từ
Cho E1
phương
2
+
3
ft
=
,0(
0263
= 0,75 ta trình )(2)(
400
22,74
( 1000
)
V 1
75,0 − 75,01
2 ⎞ =⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
Tính
và
:
giá tri ̣ E2
=
6,0
=E 2
− 75,09,0 − 75,01
V2
2
2
+
3
ft
=
−
(22,74
1000
)
(
400
,0)(2)(75,01)(
0263 )
V 2
−
−
thể tı́ch [ ] )4)(1,0(1 + 41
6,0 )6,01)(75,01(
⎤ =⎥ ⎦
⎡ ⎢ ⎣
9
BK TPHCM
. Và thể tı́ch
lần lượt là E1 và E2 được chọn thiết kế.
Quá trình tính toán này cho ta hiệu quả của bể thứ bằng
của mỗi bể:
Tính
đường
= 74330/8 = 9288 ft2
Ta có diện
= thể tı́ch/độ sâu
Bán
2/1
2/1
kính
)(4(
)
=
=
bể D
ft
=
109
nhất và thứ hai 74,22 là thể tı́ch kính tích lọc: A 4 π
9288 π
⎞ ⎟ ⎠
⎡ ⎢ ⎣
⎛ ⎜ ⎝
⎤ ⎥ ⎦
10
BK TPHCM
• postulated that the BOD removal per unit depth of trickling
= the BOD remaining in the effluent at depth D, mass/volume, mg/L = BOD of untreated wastewater, mass/volume, mg/L
= rate of BOD removal, base e = rate of BOD removal, base 10
D = the depth of the trickling filter, length, ft LD L0 L = applied BOD (mass/volume, mg/L) which is removable, not over 0.90 L0 Ke K10
In 1948 Velz filter was proportional to the BOD remaining.
= recirculation flow rate, volume/time, MGD
11
BK TPHCM
(cid:153) In 1958 Howland proposed that the rate of BOD removal was a function of
contact time (t), giving the performance model
(cid:153) in which n, k′, and k′′ are constants. Therefore, the remaining BOD in the
effluent is obtained by:
(cid:153) in which kT is the reaction rate at the wastewater temperature T , and n was
determined to be 2/3.
T is the wastewater temperature, in degrees Celsius; k20
= 1.035 according to Howland (31). The value of θ
is the reaction rate at 1.072 = 1.020 -
20◦C:and θ by Eckenfelder
12
BK TPHCM
= BOD remaining, mass/volume, mg/L = BOD in raw wastewater, mass/volume, mg/L
= volatile biological solids concentration, mass/volume
Le Lo k = removal rate constant Xv t = residence time, time
•
In a trickling filter, the mean residence time is defined as
D = trickling filter depth, length, ft q = hydraulic loading, volume/area/time, mgad C,m, n = constants which are a function of the filter media and specific surface m = 1 or 2 in most applications
13
BK TPHCM
= applied BOD (mass/volume, mg/L) after dilution by recirculation
= recirculation flow rate, volume/time, MGD
La Q = influent wastewater flow rate through the trickling filter, volume/time, MGD Qr A = trickling filter area, ac. D = trickling filter depth, length, ft T = wastewater temperature, ◦C
14
BK TPHCM
For design of the plastic media trickling filters:
/Q;
, mg/L; R = recirculation ratio = Qr , mg/L; a = specific surface area of the media, ft2/ft3;
= desired effluent BOD5 = influent BOD5
= reaction rate constant ranging from 0.0015 to 0.003.
D = depth of filter, ft; q = hydraulic loading, gpm/ft2; Le Lo n = media factor, determined from laboratory; Kace
= sludge produced, lb/d; Lo
= sludge production factor, lb solids/lb BOD5
15
A = surface area of the filter, ft2; and Q = average daily wastewater flow, MGD. V = volume of filter media, ft3; Ps , mg/L; = influent BOD5 and Fs . Fs value ranges from 0.42 to 0.65 lb solids/lb BOD5 .
BK TPHCM
= reactor effluent BOD5 = reactor influent BOD5 = performance measurement parameter = wastewater surface application rate (wetting rate), gpm/ft2
)
V = attached-growth media volume, ft3 Q = wastewater design flow excluding recycle flow, MGD Le , mg/L Lo , mg/L Kp qw The values of the performance measurement parameter (Kp and the applicable wetting rates are presented below:
16
BK TPHCM
) and the applicable
The values of the performance measurement parameter (Kp
wetting rates are presented below:
17
BK TPHCM
18
BK TPHCM
(cid:153) Caùc ñóa ñöôïc ñaët ngaäp trong nöôùc moät phaàn vaø quay chaäm. Trong quaù trình vaän haønh, vi sinh vaät sinh tröôûng, phaùt trieån treân beà maët ñóa hình thaønh moät lôùp maøng moûng baùm treân beà maët ñóa.
(cid:153) Khi ñóa quay, lôùp maøng sinh hoïc seõ tieáp xuùc vôùi chaát höõu cô trong
nöôùc thaûi vaø vôùi khí quyeån ñeå haáp thuï oxy.
(cid:153) Ñóa quay seõ aûnh höôûng ñeán söï vaän chuyeån oxy vaø ñaûm baûo cho
vi sinh vaät toàn taïi trong ñieàu kieän hieáu khí.
Maøng vi sinh vaät
19
Nöôùc thaûi
BK TPHCM
VàVàoo
rara
ỐỐngng
ccấấpp
khikhí
TTớới i xưxử ̉ lylý ́ bùbù nn
(cid:153) Màng VS bám dính trên bề mặt VL, hấp phụ và phân hủy CHCơ khi
́
(cid:153) Khi màng VS phát triển màng VS dày và tá ch ra khỏi đĩa, vào bể
đĩa nhúng trong NT và lấy oxy khi đĩa trên mặt nước
(cid:153) Ứng dụng: Thích hợp ở những nơi có diện tích hạn chế và NT có
chứa và tá ch khỏi NT ở bể lắng II.
nồng độ hữu cơ thấp.
20
BK TPHCM
21
BK TPHCM
22
BK TPHCM
23
BK TPHCM
24
BK TPHCM
0,03-0,08
0,08-0,16
m3/m2.ngày
Tải trọng
thủy lực
0,04-0,1
Tải trọng
0,5-1,0
hữu cơ g sBOD/m2.ngày gBOD/m2.ngày
4-10 8-20
2,5-8 5-16
1-2
g sBOD/m2.ngày gBOD/m2.ngày
12-15 24-30
12-15 24-30
Tải trọng bậc 1 tối
gN/m2.ngày
0,75-1,5
Tải trọng
hữu đa NH3
0,7-1,5
1,5-4
1,2-3
giờ
Thời gian lưu nước
Mg/l
15-30
7-15
7-15
Mg/l
<2
1-2
-N đầu ra
BOD đầu ra NH4
25
BK TPHCM
26
BK TPHCM
27
BK TPHCM
28
BK TPHCM
29
BK TPHCM
(cid:153) MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp
màng sinh học (biofilm).
(cid:153) Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải hay motor khuấy.
(cid:153) Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí. Hình sau Mô tả quá trình xử
lý của bể MBBR.
30
BK TPHCM
Giá
(cid:153) Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt.
(cid:153) Hiện tại trên thị trường thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2,K3, Natrix và
Biofin Chip M. Thông số các loại giá thể sẽ được trình bày ở bảng sau
1
Polyetylen
10mm x 7mm
500
K1
2
Polyetylen
15mm x 15mm
350
K2
3
Polyetylen
25mm x 10mm
350
K3
4
Natrix
Polyetylen
60mm x 50mm
310
5
Biofin Chip M
Polyetylen
45mm x 3mm
900
Kaldnes MiljФteknologi, 2001.
31
BK TPHCM
32
BK TPHCM
(cid:153)Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưỡng (chúng sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế.
(cid:153)Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợp nước thải, nếu oxy hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat như là chất nhận điện tử.
(cid:153)Nồng độ sinh khối dao động từ 3000 – 4000 gTSS/m3 (cid:214) tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính.
33
BK TPHCM
(cid:153)Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao, vì vậy tải
trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn.
(cid:153)Mặt bằng của MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lý nước thải hiếu khí bùn hoạt tính đối với nước thải đô thị và công nghiệp.
(cid:153)Hiệu quả xử lý cao. (cid:153)Dễ dàng vận hành.
34
BK TPHCM
35
BK TPHCM
1
dS
kS
−
=
).( 74
X
tieâu thuï cô chaát rieâng cuûa vi sinh vaät,
ñoä kgCOD/(kgVSS.ngaøy) thuï = Toác tieâu dS/dt ñoä cô chaát, kgCOD/(m3.ngaøy)
k = haèng öùng, m3/(kgVSS.ngaøy) soá phaûn
S = Noàng toác cuûa
X = Noàng ñoä cô vi sinh chaát, kgCOD/m3 vaät, kgVSS/m3 ñoä ñoä
36
BK TPHCM
(cid:153) Laáy tích phaân caû hai veá cuûa phöông trình (4.1) ñöôïc:
tXk
−= e
).( 84
X
S e S 0 bình
= Noàng
ñoä
trung
cuûa
vi sinh
vaät
trong
beå
loïc
sinh
hoïc, kgVSS/m3
ñoä
= Noàng
lyù, kgCOD/m3
thaûi
xöû
ñoä
cô cô
sau beå, kgCOD/m3
thaûi
gian
thaûi
vi sinh
cuûa cuûa xuùc tieáp
doøng doøng vôùi
trong trong nöôùc
ra vaøo vaät
Se So = Noàng t = Thôøi
nöôùc chaát nöôùc chaát maøng cuûa (cid:153) Noàng ñoä trung bình cuûa vi sinh vaät X
X =
).( 94m sA
tæ leä vôùi dieän tích beà maët rieâng cuûa taàng vaät lieäu loïc As, hay ~ As. Coù theå bieãn quan heä naøy nhö sau:
– dieän tích beà maët rieâng cuûa beå loïc,
As m - nghieäm soá thöïc Haèng
37
BK TPHCM
(cid:153) Trong beå
4
10
t =
(
.
)
CD n LQ
troïng cuûa nöôùc thaûi treân beà maët beå loïc, QL
thủy lực = Q/A = Taûi m3/m2xngaøy, QL
Q -
löôïng nöôùc theo tính toaùn thieát keá, m3/ngaøy
thaûi caét loïc, m2 beå A -
- tích haèng maët soá 0.7 C,n
lôùp cuûa nghieäm, n = 0.3 – lieäu D - Dieän Caùc Chieàu cao ngang thöïc vaät loïc, m
38
BK TPHCM
]
m kA s
−= [ e
114 .( )
S e S o
(cid:153) Thay theá caùc phöông trình (4.9) vaø (4.10) vaøo phöông trình (4.8): n QCD / L
]
n LQKD /
124 .( )
S e S o
(cid:153) Ñaët phöông trình K = kAs −= [ e
(cid:153) Thoâng soá ñoäng hoïc K vaø haèng soá n ñöôïc xaùc ñònh döïa treân caùc soá lieäu thí nghieäm Se, So, D, vaø QL nghieân cöùu treân moâ hình phoøng thí nghieäm.
(cid:153) K ở nhiệt độ 20oC = 0.69/ngày
(cid:153) n ở nhiệt độ 20oC = 0.67
(cid:153) K = hằng số tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất nước
20
T
−
035
K
1 .(
)
134 .( )
20
T K =
thải, thiết kế bể lọc và bể lắng, điều kiện vận hành.
39
BK TPHCM
−
n LQKD /
e
=
144 .(
)
−
n LQKD /
eS aS
R
+
−
1 (
)
Re
thaûi doøng Noàng Sa
hoãn xöû ñoä hoaøn bôûi hôïp lyù). Sa cuûa sau doøng ñöôïc nöôùc tính thoâ coâng chaát ra
cô (doøng )/(1+R) vaø thöùc:
/Q Sa R – soá
– thaûi tuaàn Qr - tuaàn = (So Tyû Löu + RSe tuaàn löôïng hoaøn, R = Qr nöôùc hoaøn
40
BK TPHCM
ln
154 .( )
⎛ ⎜⎜ ⎝
n
−=
.( 164 )
coù heä soá goác:
s
s (cid:153) Laáy loâgarit caû hai veá phöông trình (4.16): =
+
ln
ln
LQn ln
174K ) .( (cid:153) Phöông trình (4.17) coù daïng phöông trình ñöôøng thaúng y = ax +
(cid:153) Ñaây laø phöông trình ñöôøng thaúng treân heä truïc toïa ñoä baùn logarit − LKQ
y
sln
a
n
=
=
x
b
Kln
=
=
LQln
b, vôùi:
(cid:153) Khi bieát ñöôïc ít nhaát 3 caëp giaù trò cuûa (x,y) seõ veõ ñöôïc ñöôøng thaúng treân heä toïa ñoä log-log coù heä soá goác baèng a vaø giao ñieåm vôùi truïc tung baèng b. Khi bieát ñöôïc a,b suy ra giaù trò cuûa n vaø K.
41
BK TPHCM
42
BK TPHCM
1. Vaän haønh
beà loaïi giôùi
(coøn
khôûi cöùu, taûi nghieân 40L/m2/phuùt, ñeå loïc laø goïi vi sinh vaät, hoãn ñöôïc duïng söû coù khôûi
2. Sau vi sinh giai
ñeán
traïng thaùi
caàn thaûi nöôùc hôn nhoû haïn lieäu vaät beà maët maøng taïo trình loaõng pha tính taïo ñöôïc vaät löôïng löu 3 giaù trò nhaát nghieân nghieäm thí haønh ñaõ nghieäm thí löôïng löu ñònh thaùi ñònh”. Traïng oån lyù xöû thaûi nöôùc trong sau gian. Khi thôøi caùc duïng söû beà troïng taûi thì thí ñoaïn thaønh beà treân (hay taûi troïng cöùu. Laàn löôït choïn khi laø (COD, BOD, TOC) khoâng voøng maët neân
hay taám choïn
plastic trong
43
BK TPHCM
Noäi
taïi doïc nhaát
lôùp chæ löu 3 vò löôïng
laáy vôùi (traïng
acid, nhieät khi cuõng ñoä 3. Maãu lieäu caàn keát ñònh caáp quaù nghieân cao chieàu vaät nghieäm. Caùc tieâu ñöôïc ñaït ñeán xaùc caàn ra cung ñeå cöùu.
4. Veõ nöôùc loïc phaân quaû caùc ñaày
caùc ñöôøng caùc phöông trình ít neân thaûi öùng moãi töông COD, BOD (hoaëc laø tích thích thaùi hôïp pH, ñoä nhö tieâu chæ hoïc khoa sôû cô ñuû dieãn bieåu cao chieàu (4.15) treân ñöôøng trí thí TOC) cho oå ñònh). Ngoaøi kieàm, ñoä cuûa (So maãu ñoà coù löôïng seõ toaùn ) /Se (tính D cho baùn hoïa ñoä cuûa laáy giaáy thaúng doác s. Tính thaúng, moãi s. caùc TOC) theo treân ñöôøng trò cuûa trình BOD ,COD hay baèng QL löu moãi döïa hoï ñöôïc logarit giaù caùc
44
BK TPHCM
Noäi
5. Veõ
treân treân töông
ñònh trình trò giaù tích thaúng
ñoä töø (4.16) QL hoài hoài thaúng xaùc bieåu s treân duïng ñöôïc ñònh ñöôøng giaáy öùng qui tuyeán qui. Giaù hoài trò qui vaø log-log truïc seõ tính K cuûa truïc ñöôøng trò giaù caùc hoaønh. Söû xaùc ñöôïc tung.
6. Giaù trò cuûa dieãn cuûa phöông tung truïc caùc vaø phaùp phöông phaân ñöôøng cuûa n doác cuûa ñieåm giao ñöôïc theå coù K cuõng xaùc xaùc
ñöôïc giaù bieát ñònh trò hôn n, phöông phöông (4.15) coù sau. Do ñaõ vieát phaùp theå laïi: chính cuûa theo trình
K
ln
eS oS
−=
⎞ ⎟⎟ ⎠
D n LQ
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
⎛ ⎜⎜ ⎝ ⎡ ⎢ ⎢ ⎣
Veõ bieåu treân giaáy baùn loâgarit, /So
soá ñöôøng K chính dieãn cuûa Se cuûa ñöôøng goác QL naøy. theo thaúng
thaúng heä laø
45
BK TPHCM
Ví hoïc quaù ñònh ñoäng
trong soá hoïc beà
thí
cao K vaø coâng laàn soá thöùc caùc
4 ñoä hoïc laïi trong coøn
ñaàu
% BOD5 Taûi
) /So (m3/m2/ngaøy)
46
BK TPHCM
−
Theo coâng thöùc cuûa Eckenfelder:
=
e
n vaø haèng soá tìm muõ toác ñoä öùng K, laáy logarit cô soá e
soá Ñeå caû hai veá phöông trình treân:
eS oS
⎛ ⎜⎜ ln ⎝
⎞ −=⎟⎟ ⎠
K Dn
bieåu dieãn vôùi moãi
ln
Δ
Δ
cuûa thaúng
ñöôøng D öùng bieãu baèng D QL hình , keát
treân ⎞ ⎟⎟ / ⎠ Veõ treân veõ quaû ñöôøng baùn soá baøy caùc giaáy sau. Heä trình ñöôøng caùc sau. theo ñöôïc treân dieãn ⎛ eS ⎜⎜ oS ⎝
Ñoä
(m-1)
thaúng loâgarit. Hoï s cuûa goác baûng trong löïc thuûy troïng (m3/m2/ngaøy)
47
BK TPHCM
48
BK TPHCM
bieåu dieãn cuûa s treân
tung
log-log (Hình ñònh xaùc
seõ
öùng phaùp ñöôøng truïc treân tích phaân hoài thaúng
ln
ln
−
caùc hoaønh hoài qui.
, 148
0
, 067
n
−=
=
, 570
ln
ln
−
2
, 50
0
49
BK TPHCM
50
BK TPHCM
Veõ
theo
loâgarit
)0,57
Se /So D/(Ql
51
BK TPHCM
ln
ln
−
93
51
K
−=
=
0
, 106
−
, 011
. 686
,
exp
=
−
0
, 106
eS
oS
52
