zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải sinh hoạt trên thiết bị tổ hợp Aeroten-Biofilter

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Báo xấu

24
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình quá trình xử lý nước thải sinh hoạt trên thiết bị tổ hợp Aeroten – Biofilter (BFA) nhằm tối ưu hoá quá trình hoà tan oxy trên cơ sở tính toán đồng bộ Biofilter và Aeroten cao tải, nhằm giảm chi phí vận hành nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải sinh hoạt trên thiết bị tổ hợp Aeroten-Biofilter

VŨ PHƯƠNG THUYÊN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN THIẾT BỊ TỔ HỢP AEROTEN - BIOFILTER VŨ PHƯƠNG THUYÊN 2006 - 2008 Hà Nội Hà Nội 2008 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN THIẾT BỊ TỔ HỢP AEROTEN - BIOFILTER NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG VŨ PHƯƠNG THUYÊN 23.04.3898 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH.NGUYỄN XUÂN NGUYÊN Hà Nội 2008
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Vũ Phương Thuyên Lời mở đầu Như chúng ta đã biết, quá trình xử lý nước thải là một quá trình phức tạp bao gồm các quá trình vật lý, chuyển hoá hoá học và chuyển hoá sinh học. Việc mô hình hoá các quá trình này cho phép chúng ta linh hoạt hơn trong tính toán thiết kế các quá trình xử lý nước thải, tối ưu hoá quá trình nhằm đạt hiệu quả cao, đơn giản hoá vấn đề xử lý nước thải trong công tác bảo vệ môi trường. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiện nay được xem là phương pháp phổ biến, được áp dụng rộng rãi để xử lý hầu hết các loại nước thải giàu hữu cơ như nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp nói chung, nước thải công nghiệp một số ngành điển hình như công nghiệp chế biến thực phẩm, nước thải bệnh viện, nước rác…Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thông thường được chia thành hai quá trình: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí; trong đó xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là được sử dụng rộng rãi hơn cả do hiệu quả xử lý cao, triệt để và không gây ô nhiễm thứ cấp. Tuy nhiên, công nghệ xử lý hiếu khí lại có nhược điểm là chi phí đầu tư xây dựng, chi phí vận hành_đặc biệt là chi phí cho năng lượng cấp khí tương đối cao. Do đó trong thực tế thiết kế các hệ thống xử lý hiện nay người ta cũng đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng cho thấy việc thực hiện các quá trình xử lý kết hợp các kỹ thuật xử lý yếm khí, hiếu khí cho phép chúng ta có thể giảm được đáng kể các chi phí này. Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi đã xây dựng mô hình quá trình xử lý nước thải sinh hoạt trên thiết bị tổ hợp Aeroten – Biofilter (BFA) nhằm tối ưu hoá quá trình hoà tan oxy trên cơ sở tính toán đồng bộ Biofilter và Aeroten cao tải, nhằm giảm chi phí vận hành nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao. Trong quá trình thực hiện, chúng tôi không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những góp ý của các thầy cô và các chuyên gia để chúng tôi tiếp tục hoàn thiện mô hình này trong thời gian tới, nhằm cung cấp thêm một TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 2 Vũ Phương Thuyên phương pháp mới trong lĩnh vực xử lý nước thải ở nước ta hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường ngày càng hiệu quả hơn. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 3 Vũ Phương Thuyên Phần I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1. Tổng quan về quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí I.1.1. Cơ sở lý thuyết Phương pháp sinh học hiếu khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện được cấp đủ oxy và ở điều kiện nhiệt độ, pH thích hợp. Bản chất của phương pháp này là quá trình oxy hoá sinh hoá hay quá trình lên men bằng vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Sản phẩm tạo thành của quá trình lên men là sinh khối vi sinh vật, các chất đơn giản như CO2, H2O, NH3,…và năng lượng. Cơ chế của quá trình gồm ba giai đoạn như sau: - Giai đoạn vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ trong nước thải để sinh trưởng: Men vi sinh vật CxHy Oz N + (x + y/4 + z/3 + 3/4) O2  x CO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3 + ΔH (1.1) - Giai đoạn tổng hợp xây dựng tế bào mới, vi sinh vật phát triển luỹ tiến về số lượng: Men vi sinh vật CxHy Oz N + NH3 + O2  x CO2 + C5H7NO2 + ΔH (1.2) - Giai đoạn chuyển hoá các chất của tế bào (tự oxy hoá) khi không còn đủ cơ chất cho quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào: Men vi sinh vật C5H7NO2 + 5 O2  x CO2 + NH3 + H2O + ΔH (1.3) Men vi sinh vật Men vi sinh vật NO3 + O2  HNO2 + O2  HNO3 (1.4) TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 4 Vũ Phương Thuyên Như vậy quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ có trong nước thải, nồng độ oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá cũng như hoạt tính của vi sinh vật. I.1.1.1. Xác định nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải Nước thải theo định nghĩa là nước được thải ra trong quá trình sinh hoạt, sản xuất của con người hoặc nước do chảy qua vùng đất ô nhiễm làm thay đổi thành phần, tính chất ban đầu của nước. Tuỳ thuộc vào nguồn gốc phát sinh mà nước thải có các thành phần ô nhiễm khác nhau. Thông thường nước thải chứa rất nhiều các hợp chất, với số lượng và nồng độ cũng rất khác nhau. Việc xác định từng thành phần ô nhiễm cũng như nồng độ của chúng là rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và tiền của. Do vậy, người ta thường dựa vào một số chỉ tiêu để xác định mức độ ô nhiễm. Các chỉ tiêu để đánh giá định lượng nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải thường được xác định thông qua lượng oxy tiêu thụ cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ đó; nếu là quá trình oxy hoá hoá học, người ta xác định nhu cầu oxy hoá học (COD_Chemical Oxygen Demand); nếu là quá trình oxy hoá sinh học, người ta xác định nhu cầu oxy sinh hoá (BOD_ Biochemical Oxygen Demand). Ngoài ra, người ta cũng có thể xác định nồng độ nhiễm bẩn hữu cơ thông qua tổng hàm lượng cacbon hữu cơ ( TOC_Total Organic Carbon). Một chỉ tiêu nữa cũng thường được dùng để đánh giá mức độ nhiễm bẩn hữu cơ là độ oxy hoà tan (DO_Dissolved Oxygen) do trong nước thải oxy được dùng nhiều cho quá trình sinh hoá nên dẫn đến hiện tượng giảm lượng oxy hoà tan, đây cũng là cơ sở để xác định nhu cầu oxy hoá sinh học BOD. a. Xác định hàm lượng oxy hoà tan DO Oxy hoà tan là thành phần không thể thiếu trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, oxy duy trì quá trình trao đổi chất, sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất ở sinh vật. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 5 Vũ Phương Thuyên Oxy là chất khí khó tan trong nước, độ hoà tan của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, đặc tính của nước, chế độ thuỷ lực, các quá trình hô hấp, quang hợp của các loài thuỷ sinh…Nồng độ bão hoà của oxy trong nước ở nhiệt độ cho trước có thể tính theo định luật Henry. Trong nước thải, hàm lượng oxy hoà tan thường rất thấp do quá trình oxy hoá làm tiêu tốn một lượng oxy đáng kể. Để xác định nồng độ oxy hoà tan trong nước người ta thường dùng phương pháp iot (hay còn gọi là phương pháp Winkler). Phương pháp này dựa vào quá trình oxy hoá Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm và Mn4+ lại có khả năng oxy hoá I- thành I2 tự do trong môi trường axit. Lượng I2 tự do được giải phóng sẽ tương đương với oxy hoà tan trong nước. [3] - Nếu không có oxy: Mn2+ + 2 OH-  Mn(OH)2 ↓ (1.5) (trắng) - Nếu có oxy: Mn2+ + 2OH- + ½ O2  MnO2↓ + H2O (1.6) (nâu) MnO2 + 2I- + 4H+  Mn2+ + I2 + 2H2O (1.7) Ngoài ra, cùng với sự phát triển của khoa học hiện đại người ta cũng có thể xác định được tương đối chính xác hàm lượng oxy hoà tan bằng các máy đo DO khác nhau. b. Xác định nhu cầu oxy sinh hoá BOD Nhu cầu oxy sinh hoá là lượng oxy cần thiết mà vi sinh vật sử dụng để oxy hoá các chất hữu cơ, hay nói cách khác, BOD là thông số biểu thị cho nồng độ các chất hữu cơ có trong nước thải mà có thể bị phân huỷ sinh học. Khi quá trình oxy hoá xảy ra, các vi sinh vật sử dụng oxy và các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để sinh tổng hợp các sinh chất và tạo thành tế bào mới. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 6 Vũ Phương Thuyên Trong thực tế, để xác định được lượng oxy tiêu tốn cho quá trình oxy hoá hoàn toàn các chất hữu cơ cần một khoảng thời gian khá dài, khoảng từ 10 – 20 ngày thậm chí là lâu hơn, do đó người ta thường chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu, ở nhiệt độ ủ 20oC, thông qua xác định lượng tổng lượng oxy hoà tan trong mẫu pha loãng ở ngày đầu và ngày thứ 5: DO1 -DO 2 BOD5 = mg/l (1.8) P trong đó: - DO1 : nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng trước khi ủ (mg/l) - DO2 : nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng sau khi ủ 5 ngày ở 20°C (mg/l) - P : tỷ số pha loãng Phương trình động học của quá trình oxy hoá sinh học được mô tả như sau: dL t = - K*L t (1.9) dt trong đó: - Lt : hàm lượng BOD tại thời điểm t - K : hằng số tốc độ phản ứng Lấy tích phân phương trình (1.9) với điều kiện đầu t = 0, Lt = L0 ta được: Lt = L0* e-Kt (1.10) Từ phương trình này dễ dàng nhận ra rằng nhu cầu oxy sinh hoá luôn tỷ lệ với hằng số tốc độ phản ứng K, hay lượng chất hữu cơ có khả năng tham gia phản ứng sinh hoá thì tỷ lệ với tốc độ phản ứng. Khi tốc độ phản ứng tăng thì hằng số tốc độ phản ứng K tăng. Tốc độ của phản ứng sinh hoá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của các chất hữu cơ trong nước thải, nồng độ cũng như khả năng phân huỷ các chất ô nhiễm của vi sinh vật, nhiệt độ môi trường nước thải… TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 7 Vũ Phương Thuyên Việc xác định nhu cầu oxy sinh hoá BOD trong thực tế chỉ thu được giá trị tương đối, bởi vì ngoài quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ cũng có thể tồn tại song song quá trình oxy hoá các hợp chất nitơ làm cho nhu cầu oxy tăng lên, dẫn đến sai lệch giá trị của BOD. Do vậy, để xác định BOD, người ta cũng cần phải xác định lượng oxy tiêu thụ cho quá trình nitrit hoá. c. Xác định nhu cầu oxy hoá học COD Nhu cầu oxy hoá học COD là chỉ số biểu thị cho hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải, là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các hợp chất hữu cơ nhờ sự xúc tác của một tác nhân oxy hoá mạnh. Phương pháp xác định COD phổ biến hiện nay là phương pháp bicromat. Phương pháp này sử dụng bạc sunfat làm chất xúc tác, ở nhiệt độ sôi và trong môi trường axit để oxy hoá các chất hữu cơ. Tuy nhiên phương pháp này cũng có hạn chế đối với một vài hợp chất chứa nitơ, ví dụ như metylamin, etylamin, pyridin,… bị oxy hoá rất chậm, trong khi đó cũng có một vài hợp chất vô cơ lại bị oxy hoá cùng với các hợp chất hữu cơ như ion clorua, nitrit, sunfit,..dẫn đến sai lệch trong kết quả. I.1.1.2 Xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí a. Quá trình phát triển của vi sinh vật trong môi trường nước thải Nước thải khi mới thải ra môi trường thường có rất ít vi sinh vật, tuy nhiên chỉ sau một thời gian rất ngắn vi sinh vật cũng đã có thể phát triển lên gấp nhiều lần. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có mặt trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng để tổng hợp sinh chất tế bào mới và tạo ra năng lượng. Như vậy trong quá trình sinh trưởng và phát triển của mình, vi sinh vật đã làm tiêu hao các cơ chất có trong nước thải, đồng thời tạo ra sinh khối vi sinh vật hay bùn hoạt tính. Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong môi trường nước thải thường được nhận biết qua khối lượng tăng sinh khối vi sinh vật, bao gồm cả khối lượng vi sinh vật đã chết và các tạp chất khác. Quá trình này được chia thành các giai đoạn mô tả như hình 1.1. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 8 Vũ Phương Thuyên I II III IV Nồng độ sinh khối X, mg/l Thời gian,t Hình 1.1: Đường cong sinh trưởng của tế bào và việc sử dụng dinh dưỡng - Giai đoạn I: giai đoạn thích nghi với môi trường sống, sinh khối tăng chậm. - Giai đoạn II: giai đoạn phát triển luỹ tiến, vi sinh vật phát triển mạnh mẽ trong điều kiện dư thừa dinh dưỡng của môi trường, tốc độ tăng trưởng phụ thuộc vào khả năng trao đổi chất của vi sinh vật hay tốc độ sinh trưởng riêng của từng loại vi sinh vật và được xác định bằng biểu thức: dX = rg = µ. X (1.11) dτ rg: tốc độ tăng trưởng sinh khối (mg/l.t) X: nồng độ của sinh khối (mg/l) µ: hằng số tốc độ sinh trưởng (l/τ) τ: thời gian - Giai đoạn III: giai đoạn phát triển chậm dần, khối lượng sinh khối tăng không đáng kể, thậm chí đạt mức cân bằng do nguồn dinh dưỡng trong môi trường cạn kiệt dần. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 9 Vũ Phương Thuyên - Giai đoạn IV: giai đoạn phân huỷ nội sinh, khi nguồn dinh dưỡng từ môi trường cạn kiệt, các chất dinh dưỡng từ tế bào chết được thải ra môi trường để nuôi dưỡng các tế bào sống. Để mô tả cho quá trình sinh trưởng của vi sinh vật người ta thường sử dụng mô hình động học Monod, đây là mô hình phổ biến nhất hiện nay và được xem là nền tảng để xây dựng các mô hình xử lý bùn hoạt tính hiện đại. Phương trình của mô hình này có dạng: S µ = µo . (1.12) S + Ks Trong đó - S: nồng độ cơ chất chính hạn định sinh trưởng của vi sinh vật (mg/l) - Ks: hằng số bão hoà, là nồng độ cơ chất hạn định khi µ = µo/2 (mg/l) - µo: tốc độ tăng trưởng riêng cực đại Phương trình này cũng được minh hoạ trên hình 1.2. µ (l/τ) µ0 µ0 /2 Ks S (mg/l) Hình 1.2: Ảnh hưởng của yếu tố dinh dưỡng chính lên tốc độ sinh trưởng Kết hợp hai phương trình (1.11) và (1.12) ta có: TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 10 Vũ Phương Thuyên X .S rg = µo . (1.13) S + Ks Gọi rs là tốc độ sử dụng chất dinh dưỡng hay tốc độ tiêu hao chất dinh dưỡng trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị thể tích ta có: rg = - Y.rs (1.14) µo . X .S hay: rs = − (1.15) Y .( S + K s ) trong đó Y là hiệu suất tạo thành sinh khối, biểu thị cho lượng sinh khối tạo thành khi tiêu hao một lượng cơ chất nhất định. Từ phương trình (1.15) cho thấy, trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, hiệu xuất xử lý hay tốc độ tiêu hao cơ chất trong nước thải sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ tăng trưởng riêng hay hoạt tính của vi sinh vật, với mật độ vi sinh vật trong nước thải, với nồng độ cơ chất và hiệu suất tạo thành sinh khối. Tích phân (1.15) theo thời gian với điều kiện ban đầu t = 0, S = So, với giả thiết nồng độ vi sinh vật trong suốt thời gian phản ứng là không đổi X = const, ta có: Ks.ln(So/S) + So – S = (µo/Y).X.t = k.X.t (1.16) trong đó k = µo/Y gọi là hệ số tiêu thụ cơ chất riêng của vi sinh vật. Do Ks
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 11 Vũ Phương Thuyên b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí. Đối với quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, ngoài các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình xử lý như nồng độ cơ chất, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng oxy hoà tan, còn có các yếu tố khác có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu xuất xử lý của hệ thống có thể kể đến như là nhiệt độ, pH, các nguyên tố khoáng, kim loại, chế độ thuỷ lực của hệ thống. Các yếu tố này có ảnh hưởng tới quá trình phát triển của vi sinh vật và qua đó làm ảnh hưởng tới hiệu quả của quá trình xử lý tiêu hao cơ chất trong nước thải. Đa số các loài vi sinh vật đều có một khoảng nhiệt độ để phát triển tối ưu, thông thường từ 20 – 40oC, ngoài khoảng nhiệt độ này sẽ làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật, thậm chí làm chết tế bào vi sinh, làm giảm khả năng thích nghi của vi sinh vật với môi trường cũng như khả năng trao đổi chất và chuyển hoá cơ chất của vi sinh vật. Nhiệt độ cũng làm ảnh hưởng tới tốc độ của các phản ứng sinh hoá, cũng như khả năng hoà tan của oxy. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng oxy hoá sinh hoá tăng, nhưng hàm lượng oxy hoà tan lại giảm. Tương tự như nhiệt độ, yếu tố pH của môi trường nước thải cũng ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh, dải pH hoạt động tối ưu của vi sinh thường từ 6.8 – 8.5, nhưng tối ưu nhất là tại pH trung tính (pH = 7). Các nguyên tố khoáng vi lượng cũng có ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, chủ yếu là N, P, K. Đây là các nguyên tố cần thiết cho quá trình chuyển hoá sinh hoá của vi sinh vật. Khi thiếu các nguyên tố này sẽ làm giảm khả năng chuyển hoá làm sạch nước thải, làm giảm sinh trưởng của vi sinh, và làm cho bùn hoạt tính trở nên khó lắng. Ngược lại khi các nguyên tố này bị dư thừa quá mức sẽ làm ức chế hoặc làm chết vi sinh vật, và do đó cũng làm giảm hoạt tính của vi sinh vật. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 12 Vũ Phương Thuyên Ngoài ra, các muối kim loại nặng cũng gây tác động không nhỏ tới quá trình xử lý do bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối này làm cho các vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh gây ra hiện tượng trương phồng của bùn hoạt tính và do đó làm giảm khả năng chuyển hoá của bùn. I.1.2. Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải là một phương pháp hiện đại để khảo sát, điều khiển và tối ưu hoá các quá trình xử lý. Có hai loại mô hình được sử dụng rộng rãi là mô hình vật lý và mô hình toán học. Mô hình vật lý là mô hình được xây dựng trên cơ sở thực tế, từ quy mô thí nghiệm, chuyển sang quy mô pilot và quy mô sản xuất. Qua mô hình này ta có thể đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình và qua đó có thể tính toán điều chỉnh các thông số liên quan để quá trình đạt hiệu quả xử lý cao. Loại mô hình thứ hai là mô hình toán học mô phỏng các quá trình xảy ra trong hệ và mối liên hệ giữa các quá trình đó. Mô hình toán học thường mang tính tổng quát và cho kết quả sâu sắc hơn mô hình vật lý do có tính tới các yếu tố không thể đo đếm được bằng thực nghiệm. Để xây dựng mô hình toán học của một hệ xử lý nước thải, về nguyên tắc người ta cần phải thành lập dạng thức của các quá trình trên cơ sở toán học, sau đó người ta khảo sát các quá trình xảy ra trong hệ bao gồm các quá trình thuỷ động học của các phản ứng, các quá trình chuyển khối, quá trình truyền nhiệt, cũng như các điều kiện đầu và biên để xây dựng phương trình toán học mô phỏng ứng với từng quá trình. Từ các phương trình xây dựng được, người ta mới hợp nhất lại để tạo thành mô hình toán chung cho toàn bộ quá trình xử lý. I.2. Quá trình xử lý nước thải trong thiết bị Aeroten I.2.1. Quá trình trong thiết bị aeroten TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 13 Vũ Phương Thuyên Quá trình xử lý nước thải trong thiết bị Aeroten là một dạng của quá trình xử lý hiếu khí trong đó các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù hay còn gọi là bùn hoạt tính, ở nồng độ cao và được khuấy trộn đều với nước thải. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải trong bể Aeroten được mô tả như hình 1.3. Dòng vào Dòng ra Lắng 1 Aeroten Lắng 2 Bùn tuần hoàn Bùn Không khí Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng thông khí sinh học Quá trình sinh học trong hệ thống xảy ra như sau: Dòng nước thải đi vào có hàm lượng dinh dưỡng cao là môi trường thích hợp để các vi sinh vật phát triển, lúc này bùn hoạt tính bắt đầu hình thành nhưng lượng sinh khối còn rất ít. Sau một thời gian, các vi sinh vật dần thích nghi với môi trường nước thải, phát triển luỹ tiến, sinh khối bùn tăng mạnh, lượng tiêu thụ oxy tăng dần do tham gia vào quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và các quá trình sinh hoá trao đổi chất của vi sinh vật. Khi vi sinh vật phát triển ổn định chính là lúc quá trình phân huỷ các chất hữu cơ đạt hiệu quả cao nhất, lượng tiêu thụ oxy gần như không đổi. Khi các chất hữu cơ cạn kiệt thì quá trình nitrat hoá xảy ra, lượng tiêu thụ oxy giảm dần. Đối với hệ thống xử lý bằng bể Aeroten, việc cung cấp khí đóng vai trò rất quan trọng tới hiệu suất của quá trình, thông thường có hai loại thông khí: thông khí cơ học và thông khí bằng sục khí nén. Việc thông khí phải đảm bảo bề mặt tiếp xúc giữa không khí, nước thải và bùn hoạt tính phải lớn thì hiệu quả của quá trình mới cao. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 14 Vũ Phương Thuyên Có nhiều loại bể Aeroten, tuỳ theo mục đích sử dụng có thể chia thành bể Aeroten tải trọng thấp, tải trọng cao, với tái sinh riêng biệt bùn hoạt tính hoặc không tái sinh; hay theo quá trình hoạt động của hệ thống có thể chia thành hệ làm việc theo mẻ, hệ bán liên tục, hệ liên tục với dòng đẩy lý tưởng, hệ liên tục với khuấy trộn hoàn toàn. I.2.2. Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải trong thiết bị Aeroten Như đã trình bày ở trên, Aeroten là một thiết bị làm sạch nước thải bằng bùn hoạt tính ở dạng huyền phù, trong đó có sử dụng hệ thống thông khí để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình chuyển hoá cơ chất của vi sinh vật và trạng thái lơ lửng, phân bố đồng đều của các bông bùn. Hiệu quả của quá trình xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu là do ba yếu tố chính: nồng độ cơ chất, nồng độ và hoạt tính của vi sinh vật, nồng độ oxy hoà tan. Để mô hình hoá Aeroten một cách đơn giản nhất, người ta cần phải xem xét tới những diễn biến thuỷ động học của ba yếu tố chính này. Quá trình xảy ra trong hệ là quá trình oxy hoá sinh học, các vi sinh vật sử dụng cơ chất và oxy hoà tan trong nước thải để tạo ra năng lượng và sinh tổng hợp tế bào mới; sự tiêu hao cơ chất tỷ lệ với lượng sinh khối tạo thành; nhu cầu tiêu thụ oxy hoà tan phụ thuộc mật độ vi sinh vật, sự phân bố của vi sinh vật, nồng độ, thành phần và bản chất của cơ chất. Quá trình cấp khí lại phụ thuộc vào nhu cầu oxy hoà tan, các yêu cầu kỹ thuật nhằm ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng của bùn, các chế độ thuỷ động của hệ thống. Tổng quát lại có thể xem hệ thống Aeroten là tổng hợp của hai quá trình: quá trình sử dụng cơ chất của vi sinh vật và quá trình cấp khí. Như vậy, để xây dựng mô hình toán của Aeroten, ta cần thiết lập được các phương trình động học mô phỏng quá trình sử dụng cơ chất của vi sinh vật và phương trình thuỷ động học trong thiết bị mô phỏng quá trình cấp khí. Dưới đây là một số mô hình toán của Aeroten đã được công bố rộng rãi [1]: I.2.2.1. Mô hình thuỷ động của aeroten TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 15 Vũ Phương Thuyên Để xây dựng mô hình tổng quát của aeroten, người ta tiến hành thiết lập các phương trình cân bằng vật liệu cho một phần tử thiết bị aeroten dV (hình 1.4) theo nồng độ cơ chất S, bùn hoạt tính X, và lượng oxy hoà tan C. dl l + dl dG dC (G + dl )(C + dl ) dl dl G.S d dS dS F .D. (S + dl ) F .D. dl dl dl dG dX (G + dl )( X + dl ) dl dl G.X dV d dX dX F .D. (X + dl ) F .D. dl dl dl dG dC (G + dl )(C + dl ) G.C dl dl dC d dC F .D. F .D. (C + dl ) dl dl dl l=0 S0 .v 1 (l).dl W1 (S, X, C).F.dl X0 .v 2 (l).dl W2 (S, X, C).F.dl K.C0 .v 3 (l).dl W3 (S, X, C).F.dl Hình 1.4: Cân bằng vật liệu của phần tử thiết bị aeroten dS d 2S dS GS+FD +FD 2 dl+S0 v1 (l)dl-FD -GS dl dl dl dS dG dG dS 2 -G dl-S dl- dl -W1 (S,X,C)Fdl=0 dl dl dl dl dX d2X dX GX+FD +FD dl+X 0 v 2 (l)dl-FD -GX dl dl 2 dl dX dG dG dX 2 -G dl-X dl- dl -W2 (S,X,C)Fdl=0 dl dl dl dl ds d 2C dC GC+FD +FD 2 dl+KC0 v3 (l)dl-FD -GC dl dl dl dC dG dG dC 2 -G dl-C dl- dl -W3 (S,X,C)Fdl=0 dl dl dl dl TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 16 Vũ Phương Thuyên dG dS 2 Rút gọn các số hạng giống nhau, bỏ qua các số hạng dl , dl dl dG dX 2 dG dC 2 dl , dl , chia tất cả các số hạng cho Fdl, đặt u = G/F: gọi là dl dl dl dl vận tốc tuyến tính của dòng trong aeroten (m/s), ta được mô hình toán của aeroten có dạng như sau: d 2S v (l) dS dU D 2 dl + S0 1 - u - S dl - W1 (S,X,C) = 0 dl F dl dl d2X v (l) dX dU D 2 dl + X 0 2 -u -X dl - W2 (S,X,C) = 0 (1.18) dl F dl dl d 2C v (l) dC dU D 2 dl + KC0 3 -u -C dl - W3 (S,X,C) = 0 dl F dl dl Với các điều kiện biên: dS Khi l = 0 thì D = u(S - S0 ) dl dX D = u(X - X 0 ) dl dC D = u(C - C0 ) dl dS dX dC Khi l = L thì = = =0 dl dl dl Đại lượng D đặc trưng cho khuấy trộn (m2/h) là thông số cần xác định của mô hình. I.2.2.2. Mô hình đẩy lý tưởng Mô hình (1.18) là mô hình aeroten ở dạng tổng quát với tổ chức dòng như hình 1.5a. Tổ chức dòng trong mô hình có thể biến đổi thành các dạng khác nhau như trong hình 1.5b,c,d. TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 17 Vũ Phương Thuyên NT S0 , G1 BHT X0 , G2 G12 G13 G14 G1n G22 G23 G24 G25 G2n G21 AEROTEN Sr, Xr G11 NĐXL Cr, G4 G4n G42 G41 KK C0 , G3 G31 G32 G33 G3n Hình 1.5a: Aeroten dạng tổ chức dòng tổng quát S0 , G1 NT AEROTEN Sr, Xr NĐXL X0 , G2 Cr, G4 BHT G31 G32 G33 G3n KK C0 , G3 Hình 1.5b: Aeroten dạng cấp tập trung nước thải và bùn hoạt tính S0 , Cn , G1 NT G11 G12 G13 G1n = X0 , Cb Sr, Xr BHT AEROTEN NĐXL Sb, G2 Cr, G4 C0 , G3 G31 G32 G3n KK Hình 1.5c: Aeroten dạng cấp phân tán nước thải, cấp tập trung bùn hoạt tính TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 18 Vũ Phương Thuyên X0 , Cb, Sb, G2 BHT G21 G22 G23 G2n S0 , C n Sr, Xr NT AEROTEN NĐXL G1 Cr, G4 C0 , G3 G31 G32 G3n KK Hình 1.5d: Aeroten dạng cấp tập trung nước thải, cấp phân tán bùn hoạt tính Hình 1.5:Các dạng tổ chức dòng trong thiết bị aeroten. NT: nước thải; BHT: bùn hoạt tính; KK: không khí; S0: BOD5 trong nước thải dòng vào, g/m3; X0: lượng bùn hoạt tính dòng vào aeroten, g/m3; C0: lượng oxy không khí dòng vào, g/m3; Sr, Xr, Cr: BOD5, lượng bùn hoạt tính và lượng oxy trong nước thải dòng ra, g/m3; G1: tổng lưu lượng nước thải dòng vào, m3/h; G2: tổng lượng bùn dòng vào, m3/h; G3: tổng lượng không khí dòng vào,m3/h; G4: tổng lượng nước thải đã xử lý,m3/h; G1i, G2i, G3i, G4i: lưu lượng nước thải vào, lượng bùn hoạt tính vào, lượng không khí cấp vào và lượng nước thải đã xử lý ở điểm thứ i, g/m3. Trong mô hình (1.18), khi D = v1(l) = v2(l) = 0 mô hình chuyển thành dạng mô hình toán của aeroten với chế độ đẩy lý tưởng, cấp tập trung nước thải và bùn hoạt tính (hình 1.6). dS u - W1 (S,X,C) = 0 dl dX u - W2 (S,X,C) = 0 (1.19) dl dC KC0 v3 (l) u - W3 (S,X,C) - =0 dl F Với điều kiện biên: TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2412 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.