Qua trinh sinh hoc lo lung

TP.HCM, 3/2013
TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG CNMT
Chöông III.
QÚA TRÌNH SINH HỌC LƠ LỬNG

Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG
- Là quá trình xử lý chất thải dựa trên hoạt
động sống của vi sinh vật để đồng hóa các
chất hữu cơ trong chất thải thành các chất
khí và tế bào vi sinh
- Có 2 quá trình chính: sinh học hiếu khí
(aerobic) và sinh học kị khí (anaerobic).
ngoài ra còn có quá trình thiếu khí (anoxic)
Quá trình xử lý sinh học

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng lơ lửng
Bể lắng 2
Nước ra
Nước vào
Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư

Chöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNGChöông III. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC LÔ LÖÛNG
Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng lơ lửng
UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket

EGSB: Expanded Granular Sludge Bed
Vup=6-10m/h
H=20m
vaøo
Ra
Khí
Doønghoaønlöu

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng bám dính
Nước ra
Bùn
Nước vào
Khí Khí
Lọc hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học: sinh trưởng bám dính
Vaøo
Ra
Khí
Lọc kị khí

3.1. Quá trình sinh học hiếu khí
Kết hợp quá trình tăng
trưởng lơ lửng và bám
dính
Tăng trường bám dính
Tăng trưởng lơ lửng
TênQuá trình hiếu khí

- Lọc sinh học/ bùn hoạt
tính
Kết hợp quá trình lơ lửng và
bám dính
- Bể lọc sinh học
- Bể lọc sinh học tiếp xúc
quay
- Bể phản ứng giá thể cố
định
Tăng trường bám dính
- Bùn hoạt tính/ SBR
- Mương ôxi hóa
- Hồ sinh học hiếu khí
Tăng trưởng lơ lửng
TênQuá trình hiếu khí

3.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng
Phương pháp sinh học hiếu
khí là phương pháp sử dụng
các vi sinh vật hiếu khí để
phân huỷ các chất hữu cơ
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2
 xCO2 + [(y-3)/2]H2O + NH3 + ΔH
CxHyOzN + NH3 + O2
 C5H7NO2 + CO2 + ΔH
Phản ứng ôxi hóa:
Phản ứng xây dựng tế bào:

Khi không đủ cơ chất, quá
trình phân hủy nội bào xảy ra:
C5H7NO2 + 5O2
 5CO2 + NH3 + 2H2O + ΔH
C5H7NO2 là công thức của tế bào vi
sinh vật

Quá trình phân hủy các chất
hữu cơ gồm 3 giai đoạn:
-Di chuyển các chất gây ô nhiễm
từ pha lỏng tới tế bào VSV
-Di chuyển chất từ mặt ngoài tế
bào qua màng tế bào
- Chuyển hóa và tổng hợp các chất
mới với việc sinh và hấp thụ năng
lượng

Tốc độ ôxi hóa sinh hóa phụ
thuộc vào:
- Nồng độ các chất hữu cơ
- Hàm lượng các tạp chất
- Mức độ ổn định và khuấy trộn
của dòng nước thải
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4).O2 xCO2 + [(y-3)/2].H2O + NH3 + ΔH

-Tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa tăng khi
nhiệt độ tăng (2-3 lần)
- Nhiệt độ thường duy trì trong khoảng 20 –
30oC
- Nếu nhiệt độ tăng quá ngưỡng sẽ làm vi
khuẩn bị chết
- Nếu nhiệt độ thấp hơn ngưỡng thì vi khuẩn
phát triển chậm
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
Chất dinh dưỡng
pH

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối
kim loại nặng
Lúc đó, hoạt động sinh hóa bị giảm do sự
phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợi làm
cho bùn hoạt tính bị phồng lên
Độc tính với VSV: Sb (Atimon) > Ag > Cu > Hg
> Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr3+ > V ≥ Cd > Zn > Fe
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH

Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH
6.1.1.1 Khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng
Sb: atimon
V: Vanadium

Để oxi hóa chất hữu cơ, vi sinh vật cần có oxi
và chỉ sử dụng oxi hòa tan
Để cung cấp oxi, tiến hành khuếch tán dòng
không khí thành các bóng nhỏ phân bố đều
trong khối chất lỏng
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH

Quá trình di chuyển ôxi từ các bóng khí đến
VSV hạn chế bởi sự khuếch tán của chất lỏng
xung quanh bóng khí
Như vậy để tăng cấp ôxi cho VSV cần tăng
việc cấp khí và giảm đường kính bóng khí
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH

Để có phản ứng sinh hóa, nước thải cần chứa hợp
chất của các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng
Các nguyên tố: N, P, K, S, Ca, Mg, Na, Cl. Fe, Mn, Mo,
Ni, Co, Zn, Cu…
Trong đó N, P, và K là các nguyên tố chủ yếu, cần
phải đảm bảo lượng cần thiết
Nếu thiếu N, cản trở quá trình sinh hóa và tạo bùn
hoạt tính khó lắng
Nếu thiếu P → vi khuẩn dạng sợi phát triển → Bùn nổi
BOD:N:P = 100:5:1 (3 ngày đầu);
BOD:N:P = 200:5:1 (những ngày sau)
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH

pH cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo
men trong tế bào và quá trình hấp thụ chất
dinh dưỡng vào tế bào
Đa số vi sinh vật, pH tối ưu từ 6.5– 8.5
Nhiệt độ
Kim loại nặng
Oxi
pH
pH < 6 sẽ tạo điều kiện thích hợp cho nấm tăng
trưởng và gây nên hiện tượng bùn khó lắng.

3.1.2 Bùn hoạt tính- Nguyên lý hoạt động
 Bùn hoạt tính là bùn sinh học tập hợp nhiều loại vi sinh vật hiếu khí
có khả năng phân hủy chất hữu cơ (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm…)
 Bông bùn hoạt tính có kích thước từ 50-200μm có thể lắng được
Baccilus Cereus
Xạ khuẩn
Nấm Candida

Bể lắng 2
Nước ra
Nước vào
Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư

Bể lắng 2
Nước ra
Nước vào
Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
Quá trình sục khí ở bể aeroten:
 Phải đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng
 Phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi
 Xáo trộn đều bùn và chất hữu cơ

Bể lắng 2
Nước ra
Nước vào
Aerotank
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
 Bùn + nước thải sẽ đi qua bể lắng 2, bùn sẽ được giữ lại
 Hơn 50% bùn hoạt tính được tuần hoàn trở lại bể aeroten
 Bùn dư sẽ đưa đến bể nén bùn để tiếp tục xử lý

3.1.2 Bùn hoạt tính- Ứng dụng
Bùn hoạt tính (activated sludge) được sử dụng để xử lý nước thải
sinh hoạt, nước thải có chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như nước
thải thực phẩm, nước thải thủy sản, nước thải bia, nước giải khát v.v…
Ưu điểm: hiệu suất xử lý cao, dễ vận hành
Khuyết điểm:
- Chi phí nhiều năng lượng
- Sản sinh nhiều bùn

--10100050-5-9Tiêu chuẩn loại B,
QCVN14:2008/BTNMT
4,733252664325956,8Đầu vào
Phốt pho
tổng, mg/l
Nitơ tổng,
mg/l
N-NH3
,
mg/l
Tổng chất rắn
hòa tan, mg/l
BOD5
,
mg/l
COD,
mg/l
pH
Ví dụ: Tính chất nước thải sinh hoạt đầu vào của HTXLNTSH tại Công ty TNHH Furukawa
Nước
thải sinh
hoạt
Bể lắng
cát
Máy thổi
khí
Bể tách
dầu mỡ
Bể lắng
1
Bể
aerotank
Bể lắng
2
Khử
trùng
Nguồn
tiếp
nhận
Máy ép bùn
Chứa váng
Chlorine
Tuần hoàn bùn
SCR
Bể điều
hòa

Nguyên liệu
Fillet
Rửa, lạng
da
Định hình
Phân màu
Phân cỡ
Xếp khuôn
Cấp đông
Thành phẩm
Cân định
lượng
Đóng gói
Máu cá, đầu cá,
xương cá, đuôi cá…
Nước thải, da vụn
Thịt đỏ, xương, mỡ
cá
Nước
thải
Rác
thải
Nước
Điện, nước
Điện
Bao bì
Nước
Nước
Qui trình công nghệ nhà máy
Thủy sản

Thành phần, tính chất nước thải Công ty Thủy sản Thiên Mã, Cà mau
10mg/l150-250
Dầu mỡ động thực
vật
6
4mg/l25-30Tổng Photpho5
30mg/l150-250Tổng Nitơ4
30mg/l1.400-1.800BOD53
50mg/l2.000-2.200COD2
50mg/l1.500-2.000SS1
QCVN 11 :
2008/BTNMT
Loại A
Đơn vịKết qủaCác chỉ tiêuTT

Nước
thải thủy
sản
hố thu
gom
Máy thổi khíBể tuyển
nổi
Bể điều
hòa
Bể
aerotank
Bể lắng
Khử
trùng
Nguồn
tiếp
nhận
Máy ép
Chứa váng
Chlorine
Tuần hoàn bùn
Bể
UASB
SCR
Khuấy chìm
Công nghệ
xử lý nước thải ngành thủy sản
6.1.1.2 Bùn hoạt tính- Ứng dụng

Đặc tính nước thải nhà máy giấy
-350Sunfate (mg/L)
50350COD (mg/L)
30123BOD5 (mg/L)
501.000-3.000SS (mg/L)
204Lưu lượng nước
thải (m3/h)
QCVN12:2008/BT
NMT (A)
Giá trị trung bìnhChỉ tiêu

Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy
Bể chứa
Bể điều hòa
Bể trung hòa
Bể keo tụ
Bể aeroten
Bể lắng
Nước thải
Bể lọc Nước ra

3.1.2 Bể Aerotank – Phân loại Aerotank
Có nhiều cách phân loại bể aerotank:
 Dựa vào chế độ thủy động lực:
+ Aerotank đẩy
+ Aerotank khuấy trộn
+ Aerotank trung gian

 Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính:
Aerotank Lắng II
Nước vào Nước ra
Bùn dư
Bùn tuần hoàn
Aerotank Lắng II
Bùn dư
Bùn tuần hoàn
Sơ đSơ đồồ 11
Sơ đSơ đồồ 22
Ngăn phục
hồi bùn

 Theo tải lượng bùn:
+ Tải trọng cao
+ Tải trọng trung bình
+ Tải trọng thấp

Aerotank
Bậc 1
Lắng II
Bậc 1
Nước vào
Bùn dư
Bùn tuần hoàn
Aerotank
Bậc 2
Lắng II
Bậc 2
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
Nước ra
Xảsựcố
Aerotank Lắng II
Bùn dư
Bùn tuần hoàn
 Theo số bậc:

3.1.2 Bể Aerotank – Thiết bị cung cấp khí
Cánh khuấy Tua bin (0,8 – 1,2 O2/KWh)
Máy nén khí Đĩa phân phối khí (1-3kg O2/KWh)

Tốc độ sinh trưởng của tế bào rt (g/m3.s)- Mô hình Monod
(5)max
sKS
S
μμ


Trong đó:
• μ = Tốc độ sinh trưởng riêng (d-1)
• μmax = Tốc độ sinh trưởng riêng lớn nhất (d-1)
• X là nồng độ vi sinh (nồng độ bùn hoạt tính, mg/L)
• S = Hàm lượng cơ chất (mg/L)
• KS= Hằng số bán vận tốc/ hằng số Monod (mg/L)
• rd là tốc độ sử dụng chất nền
µmax
µmax
2
Ks
Nồng độ cơ chất, mg/l
Tốcđộpháttriển(µ)
d-1
rt = µX
rt = -Yrd

3.1.2 Bể Aerotank – Tính toán
Thời gian lưu nước HRT (Hydraulic Retention Time)
(2)(1) QtV
Q
V
tHRT 
Q – lưu lượng (m3 /d)
V- thể tích của bể aerotank (m3)
 Tải trọng chất hữu cơ : OLR (Organic loading rate) = Lv =Lorg
(4)
.
(3)
. 00
v
v
L
SQ
V
V
SQ
LOLR 
Trong đó:
OLR = Lv = Lorg - Tải trọng chất hữu cơ, kg BOD5/m3.d
Q – lưu lượng (m3/d) S0 – nồng độ chất nền đầu vào (mg/L)

Thể tích bể tính theo khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạt tính F/M
30
,m
M
F
X
QS
V 
30
,
)1(
)(
m
Z
SSQ
V




30
,
).1(
).(.
m
KX
YSSQ
V
cd
c





Thể tích bể tính theo tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong 1
đơn vị thời gian:
Thể tích bể tính theo tuổi của bùn

Trong đó:
Q – Lưu lượng nước thải, m3/ngày
S0 – Hàm lượng BOD5 của nước thải vào bể, mg/l
X – Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l
F/M - Tỉ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính
 - Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong ngày
Z – độ tro cặn, thường lấy Z = 0.3
c – Thời gian lưu bùn, ngày
Kd – Hệ số phân hủy nội bào, ngày -1
Y – hệ số sản lượng tế bào
Sa – Tải trọng các chất hữu cơ được xử lý, kgBOD5/m3.ngày
100
)(
;
100
)./(
0
0
S
SS
E
EMF 


0,0550,02 – 0,1Ngày -1Kd
0,6
0,4
0,4 - 0,8
0,3 – 0,6
mg bùn hoạt tính/ mg
BOD
hay mg bùn hoạt
tính/mg COD
Y
60
40
25-100
15-70
mg BOD/L hay mg
COD/L
Ks
42-10Ngày-1K (μmax/Y)
Tiêu biểuKhoảng dao
động
Gía trịĐơn vị đoHệ số

Lượng bùn tuần hoàn: XQQXQXQ ttt )(. 0 
XX
X
Q
Q
t
t

Tỉ lệ tuần hoàn trong thực tế:
Đầu
vào
Q, So,
Xo
Giới hạn hệ
thống
Tuần hoàn bùn
Qt, Xt, S
Bể làm
thoáng
Bể lắng
Đầu ra
(Q –
Qw), Xe,
S
Bùn thải
Qw, XR, S
Qw, X

Lượng bùn tuần hoàn: XQQXQXQ ttt )(. 0 
XX
X
Q
Q
t
t

Tỉ lệ tuần hoàn trong thực tế:
Trong đó:
Q – Lưu lượng nước thải đưa vào bể, m3/h
Qt – Lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/h
Xt – Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn
X – Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten, mg/l
X0 – Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào, mg/l

Lượng bùn dư giữ lại ở bể lắng 2:
ct
crara
t
raratt
c
X
XQVX
Q
XQXQ
VX



.
..
..




Trong đó:
Qt – Lưu lượng bùn dư xả đi, m3/ngày
V – Thể tích bể Aeroten, m3
Xt – Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn
X – Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten, mg/l
Xra – Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải sau lắng 2, mg/l
Qra – Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng 2, m3/ngày
c – Thời gian lưu bùn trong hệ thống

Tổng lượng bùn sinh ra tương ứng với Z = 0.3 tính theo công thức:
ngaykgSSSQGbun /),.3.0.8.0( 0
ngaykgSSSQGbun /),.3.0.7.0( 0
Khi làm thoáng kéo dài:
Trong đó:
SS – Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải, mg/l
S0 – Hàm lượng BOD5 của nước thải, mg/l
Q – Lưu lượng nước thải đi xử lý, m3/ngày

Lượng oxy cần thiết cung cấp dựa trên BOD5 của nước thải và lượng bùn sinh
học thải bỏ mỗi ngày từ hệ thống.
 Lượng oxy cần thiết là lượng oxy để chuyển hóa BODLtrong nước
thải thành sản phẩm cuối cùng (CO2 và H2O). Biết rằng một phần BOD được
chuyển hóa thành tế bào vi sinh vật mới.
Lượng oxy tiêu thụ bởi tế bào vi sinh vật trong bể bùn hoạt tính:
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O
(113) 5(32)
 Oxy sử dụng bởi tế bào là:
 
 
 
 
ggO
molg
molg
NOHC
O
ORvsv /42.1
/113
/325
2
275
2





Lượng oxi cần thiết cho quá trình xử lý nước thải:
1000
)(57.4
42.1
1000
)( 00
0
NNQ
P
F
SSQ
e x




Lượng oxy cần thiết theo lý thuyết để loại bỏ chất hữu cơ
trong nước thải trong hệ thống bùn hoạt tính tính bằng:
kgO2/ngày= (O2 cung cấp để xứ lý BODL, kg/ngày) -
1,42(khối lượng bùn thải, kg/ngày) + O2 cho quá trình
nitrate hóa

Lượng oxi cần thiết cho quá trình xử lý nước thải:
1000
)(57.4
42.1
1000
)( 00
0
NNQ
P
F
SSQ
e x




Trong đó:
eo – Lượng oxi cần thiết theo điều kiện chuẩn, 20oC
Q – Lưu lượng nước thải đầu vào, m3/ngày
S0 – Nồng độ BOD của nước thải đầu vào, g/m3
S – Nồng độ BOD của nước thải đầu ra, g/m3
F – 0.45 ÷ 0.68 Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20
Px – Phần tế bào dư xả theo bùn dư:
1.42 – Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
No – Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải đầu vào, g/m3
N – Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải đầu ra, g/m3
4.75 – Hệ số sử dụng oxi khi oxi hóa NH4
+ thành NO3
-

Lượng oxi cần thiết trong điều kiện thực tế:

1
.
024.1
1
)20(
20
01 






 T
dah
a
CC
C
ee
Trong đó:
β – Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối,
thường lấy bằng 1
Cah – Nồng độ oxi bão hòa trong nước sạch
Ca20 – Nồng độ oxi bão hoàn trong nước sạch ở nhiệt độ 20oC
Cd – Nồng độ oxi cần duy trì trong công trình, mg/l, Cd= 1.5 ÷ 2 mg/l
 - Hệ số điều chỉnh oxi thâm nhập vào nước thải do hàm lượng
cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị, hình dáng, kích thước,
 = 0.6 ÷ 0.94

Lưu lượng không khí đi qua 1m3 nước thải ở bể aerôten được tính theo công
thức:
HK
L
D a


2
Trong đó: La = BOD20 của nước thải dẫn vào aerôten, La = L’’tc (mg/L)
K = Hệ số sử dụng không khí:
K= 6÷ 7 g/m4 khi sử dụng thiết bị khuyếch tán không khí là đường
ống châm lỗ;
K = 14 ÷ 18 g/m4 khi sử dụng tấm plastic xốp ;
H= Chiều sâu công tác của aerôten, H = 4m.

‫٭‬ Thời gian cần thiết thổi không khí vào aerôten được tính theo công thức:
IK
L
t a


2
Trong đó : I = Cường độ thổi không khí,
I phụ thuộc vào hàm lượng BOD20 của nước thải đi vào bể aerôten
và BOD20 sau khi xử lý (tra bảng)

5,0
6,0
6,7
4,5
5,4
6,1
4,0
4,7
5,4
150
200
250
15mg/L 20mg/L
25mg/L
I, m3/m2.h ứng với BOD20 sau khi
xử lý
BOD20 đầu vào
(mg/L)
Bảng 6.1 Cường độ thổi khí I phụ thuộc vào BOD20.

‫٭‬ Lượng không khí thổi vào aerôten trong 1 đơn vị thời gian
(giờ):
V=D x Q
Trong đó:
Q = Lưu lượng nước thải, m3/h:
Nếu Kch (Hệ số không điều hòa chung) của nước thải chảy vào aerôten ≤ 1,25
thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình giờ của nước thải trong ngày đêm;
Trường hợp Kch > 1,25 khi đó Q lấy bằng lưu lựơng trung bình giờ của nước
thải chảy vào aerôten tại những giờ lớn nhất.

45-9085-900,25-
1,0
3000-
6000
0,8-2,00,2-0,44-15Khuấy
trộn
hoàn
toàn
45-9085-950,25-
0,5
1500-
3000
0,60,2-0,44-15Thông khí
thông
thường
Lưu
lượng
khôn
g khí
cần
cấp
(m3/k
g
BOD5
)
Hiệu suất
khử
BOD
(%)
Tỷ số
tuần
hoàn
Qr/Q
Nồng độ
MLS
S
(mg/L
)
Tải lượng
thể
tích
(kgB
OD5/
m3)
F/M
(kgBOD5
/
kg
MLSS)
Thời gian
lưu
bùn
(ngày
)
Quá trình

Xác định nồng độ BOD 5 của nước thải đầu vào và đầu ra bể
aeroten:
BOD5 (vào) = BOD20 (Vào) x 0,68
BOD5 (ra) = BOD20 (ra) x 0,68
Xác định BOD5 trong nước thải đầu ra:
BOD5 (ra) = BOD5 hòa tan trong nước đầu ra + BOD5 của chất lơ
lửng trong đầu ra
BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra = SS (mg/L) x 0,6

Nồng độ BOD 20 (BODl) của nước thải đầu ra bể aeroten:
= BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra x 1,42
Xác định BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:
= BOD5 trong nước đầu ra - BOD5 của chất lơ
lửng trong đầu ra

3.1.2 Bể Aerotank – Kiểm soát quá trình
Có thể kiểm soát quá trình bùn hoạt tính bằng các thông số sau đây:
- Hàm lượng chất rắn MLVSS
-Tỉ số F/M
-Thời gian lưu bùn (SRT)
- Thử nghiệm lắng và SVI
- Vi sinh
Mỗi thông số đòi hỏi phải thử nghiệm và tính toán.

- MLVSS = Mixed Liquor Volatiled Suspended Solids : Đánh giá hàm lượng
vi sinh trong bùn
- MLVSS = (0.7 -0.8) MLSS;
MLSS
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính
MLVSS
Cặn lơ lửng bay hơi Cặn lơ lửng vô cơ
Chất hữu cơ sống Chất hữu cơ không sống
MLSS
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính

)MLVSS/ngay(kgngaytrongthonghekhoirasinhviluong
MLVSS)(kgthonghesinh trongviluong
SRT 
rwew
c
XQXQQ
VX


)(
SRT
SRT: Solid Retention Time: thời gian lưu bùn
* Bùn hoạt tính thông thường: θc= 4-10 ngày
* Thổi khí kéo dài (sục khí mở rộng): θc= 18-30 ngày

 Đối với quá trình bùn hoạt tính, việc thiết kế SRT thích hợp sẽ tạo
cho bông kết cụm và lắng tốt, VSS đầu ra thấp hơn 15 g/m3.
Đầu
vào
Q, So,
Xo
Giới hạn hệ
thống
Tuần hoàn bùn
Qt, Xt, S
Bể làm
thoáng
Bể lắng
Đầu ra
(Q –
Qw), Xe,
S
Bùn thải
Qw, XR, S
Qw, X

TỐC ĐỘ SẢN SINH BÙN: Tổng lượng bùn dư thải bỏ hằng ngày:
SRT
VX
P VSSX ,
Trong đó:
PX,VSS = Lượng bùn dư hằng ngày, g VSS/ngày
X = Tổng MLVSS trong bể aeroten, g VSS/m3.
V = Thể tích bể aeroten, m3.
SRT = Thời gian lưu bùn, ngày

Tỉ số F/M
MLVSS)thong(kghesinh trongviluong
BOD/ngay)(kganthuccâpcungđôtôc
/ MF
F/M = 0.1 – 0.5 kg BOD / kg MLVSS/ ngàyX
S
MF
VX
QS
MF
o
o



/
/
Θ = Thời gian lưu nước của bể aeroten, V/Q, ngày.

KIỂM SOÁT OXY HÒA TAN
Khi oxy bị giới hạn, những vi sinh vật dạng sợi (filamentous) chiếm ưu thế →
bùn hoạt tính trở nên khó lắng → tạo khối bùn (sludge bulking).
DO trong bể aeroten nên duy trì 1,5 đến 2 mg/L.
Giá trị DO > 4mg/l không cải thiện hoạt động đáng kể → chi phí làm thoáng
tăng đáng kể.

6.1.1.2 Bể Aerotank – Kiểm soát quá trình
TUẦN HOÀN BÙN HOẠT TÍNH
Nhằm duy trì đủ nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten.
Lưu lượng tuần hoàn bùn khoảng 50-70% của lưu lượng nước
thải trung bình.
Nồng độ bùn tuần hoàn từ bể lắng 2 khoảng 4.000 đến
12.000mg/L.

BÙN DƯ
Bùn dư được thải bỏ để duy trì SRT.
Thông thường trong thực tế bùn thải bỏ từ đường tuần hoàn bùn
Bùn thải có thể được thải ra từ bể lắng, từ bể nén bùn.
Lưu lượng bùn dư:
SRTX
VX
Q
R
w
)(


LƯU LƯỢNG BÙN TUẦN HOÀN
Qr = 100/((100/PwSVI) – 1)
Trong đó:
Qr = Lưu lượng bùn tuần hoàn, % của lưu lượng vào
Pw= tỉ lệ phần trăm MLSS
SVI = Chỉ số thể tích bùn, ml/g
Tỉ số tuần hoàn (QR/Q = R) là:
XX
X
RQQ
R
R

/

CHỈ SỐ THỂ TÍCH BÙN (SVI)
g
mL
LmgMLSS
SVI 


)/(
1000(mg/g)(mL/L)lăăngbùntíchthê
 Bùn có thể lắng như thế nào 1liter cylinder / 30 phút
 SVI sử dụng trong vận hành
 SVI < 100 bùn lắng tốt
 SVI > 150 xấu

Tính toán kích thước, thời gian lưu nước và hiệu suất bể aerotank
biết:
- Lưu lượng 200m3/ngày
-Thời gian lưu bùn 10 ngày
- Nước thải sau lắng 2 chứa 25mg/L cặn sinh học, trong đó có 65%
cặn dễ phân hủy sinh học
- BOD5: BOD20 = 0,68
-BOD trước xử lý bằng 588mg/L, sau xử lý 20mg/L
-Kd = 0,05d-1
- Y = 0,5, X = 2000mg/L
- Xáo trộn thông thường
BÀI TẬP 1

biết:
- Lưu lượng 720m3/h, BOD trước xử lý bằng 96mg/L
- Các hằng số phát triển của VSV được cho như sau:
+ Ks = 100mgBOD5/L + Kd = 0,05d-1
+ μm = 2,5d-1 + Y = 0,5mgVSS/mgBOD5 được khử
- Nồng độ vi sinh vật X = 2200mg/L
- BOD 5 của chất rắn lơ lửng tương đương 64% nồng độ SS
- Xáo trộn thông thường
- Yêu cầu sau xử lý BOD5 = 20mg/L, SS = 18mg/L
BÀI TẬP 2

biết:
- Lưu lượng 900m3/h, BOD trước xử lý bằng 250mg/L
- Các hằng số phát triển của VSV được cho như sau:
+ Ks = 100mgBOD5/L + Kd = 0,06d-1 θc = 10 ngày
+ μm = 2,5d-1 + Y = 0,5mgVSS/mgBOD5 được khử
- Nồng độ vi sinh vật X = 3500mg/L, Z = 0,2, t =200C
- BOD 5 = 0,68 BOD20
- Xáo trộn thông thường, Ct = 10 000g/m3
- Yêu cầu sau xử lý BOD5 = 20mg/L, SS = 22mg/L chứa 65% cặn
hữu cơ
BÀI TẬP 3

TP.HCM, 3/2013
TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG CNMT
Chöông IV.
QÚA TRÌNH SINH HỌC BÁM DÍNH

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH HiẾU KHÍ
(AERATION ATTACHED – GROWTH TREATMENT PROCESES)
 Quá trình tăng trưởng hiếu khí bám dính được sử dụng để khử chất
hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa: NH4
+  NO2
-  NO3
-
 Các công trình sử dụng quá trình này bao gồm :
 Lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filter)
 Lọc sinh học cao tải (roughing filter)
 Bể sinh học tiếp xúc quay (rotating bilogical contactor- RBC)
 Bể nitrat hóa màng dính bám (fix- film nitrification reactor)
 Bể lọc sinh học ngập nước hiếu khí (Submerged aerated biofilter)
 Các công trình này có thể chịu được tải trọng shock và sự thay đổi
nhiệt độ.
Chöông IV. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC BÁM DÍNH
4.1. Mô tả quá trình

Nước ra
Bùn
Nước vào
Khí Khí
4.1.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Nguyên lý hoạt động

4.1.2. Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Nguyên lý hoạt động
Bể lọc Sinh học nhỏ giọt ứng dụng quá trình Sinh trưởng bám
dính (STBD), nước thải được phân phối khắp diện tích bề mặt của
bể chứa những giá thể.
Trong quá trình STBD, VSV bám dính (màng sinh học) trên các giá
thể trơ sẽ chuyển hóa và khử hợp chất hữu cơ hoặc chất dinh
dưỡng.
Những vật liệu cố định có thể bằng đá, sỏi, nhựa, xỉ than (60-
100mm) được thiết kế sao cho chiếm khoảng 90-95% thể tích của
bể gồm có những khe hở, có thể đặt ngập hoặc không đặt ngập
trong nước .

Màng sinh học gồm có những VSV, cặn / hạt, và polymer ngoại
bào bám dính và bao phủ bề mặt giá thể. Cấu trúc màng sinh
học rất phức tạp, không đồng đều.
Độ dày màng sinh học = 100μm đến 10mm.
Nồng độ VSS của màng sinh học có thể từ 40-100 g/L.

Khi màng vi sinh phát triển dày lớp màng vi sinh bên trong
thiếu oxy và chất dinh dưỡng → giảm tốc độ sinh hóa → tế
bào chết, mất khả năng bám dính  màng bong ra  lắng lại
ở bể lắng 2
Ưu, khuyết điểm:
- Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí QL và VH thấp
- Khuyết điểm : Đòi hỏi có diện tích rộng, có mùi hôi.

4.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán
Tải trọng thủy lực hay tải trọng bề mặt (Hydraulic loading rate - HLR):







ngaym
m
A
QQ r
2
3
locbeDien tich
thainuocluongLuu
matbetrongtai
Tỉ số tuần hoàn (Recirculation ratio):
Q
Q
R r

 Tải trọng hữu cơ (Organic loading rate - OLR):







ngaym
kgBOD
V
SQ
3
0r
locbetichThê
BODQtrongTai
cohuutrongtai

Thông số Thấp tải Trung tải Cao tải (đá) Cao tải (nhựa)
Tải trọng thủy lực
(m/d)
1 to 4 4 to 10 10 to 40 40 to 200
Tải trọng hữu cơ (kg
BOD5/d m3)
0.08 to
0.32
0.24 to 0.48 0.32 to 1.0 0.8 to 6.0
Chiều sâu, (m) 1.5 to 3 1.5 to 2.5 1 to 2 4.5 to 12
Tỉ số tuần hoàn 0 0 to 1 1 to 3 0 to 4
Vật liệu học Đá , xỉ Đá, xỉ Đá, xỉ, vật liệu
tổng hợp
VL tổng hợp
Nhu cầu năng lượng
(kW/103 m3)
2-4 2-8 6-10 10-20
Bong bùn Gián đọan Thay đổi Liên tục Liên tục
Chất lượng nước đầu
ra
Nitrate
hóa tốt
Nitrate hóa
trung bình
Nitrate hóa ở
thấp tải
Nitrate hóa ở
thấp tải
Hiệu quả, % 80 to 85 50 to 70 65 to 80 65 to 85

CO
LL
W ta
l


ta LL
CO
q

0
Thể tích vật liệu lọc, tính cho 1m3 nước thải trong ngày đêm:
Trong đó:
La – Hàm lượng BOD trước xử lý, mg/l
Lt – Hàm lượng BOD sau xử lý, mg/l
CO – Công suất oxi hóa (tra bảng)
Tải trọng cho phép – lượng nước thải xử lý ngày đêm tính trên 1m3 vật
liệu lọc:

Công suất oxi hóa có thể lấy theo bảng sau:
CO = 300 x t1/10oCtkk 10oC (t1)
300tkk≥10oC
2506<tkk<10oC
Công suất oxi hóa (CO)
(g/m3.ngđ)
Nhiệt độ trung bình năm của
không khí

0
.
q
Q
QWW t 
H
W
F 
Thể tích yêu cầu của lớp vật liệu lọc:
Diện tích bề mặt của bể lọc:
H – Chiều cao làm việc của bể, lấy đến 2m (tháp từ 6-9m)
Số lượng bể lọc nhỏ giọt lấy từ 2 – 8 cái

thh LkL .BOD20 của nước thải đưa lên bể lọc:
Hệ số k có thể lấy theo bảng sau:
12.09.67.55.74.4≥14
9.67.55.74.43.310 - 14
7.55.74.43.32.58 - 10
4.0m3.5m3.0m2.5m2.0m
Giá trị k theo chiều cao làm việc của
bể
Nhiệt độ trung bình về
mùa đông của nước thải,
oC
4.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán bể cao tải

thh
hha
LL
LL
n



N
LnQ
F hh)1( 

HFW .
Hệ số tuần hoàn:
Tổng diện tích của bể lọc:
N – Tải trọng cho phép, khi t > 6oC, N = 3000g/m2
Thể tích tổng cộng của vật liệu lọc:
H lấy như sau: Lt = 25 – 30mg/l → H = 2m
Lt = 20mg/l → H ≤ 3.0m
Lt = 15mg/l→ H ≤ 4.0m
Tải trọng thủy lực: q dao động trong khoảng 10 – 30 m3/m2.ngđ
4.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán bể lọc cao tải

Công thức thực nghiệm để tính toán bể lọc sinh học một bậc có tuần hoàn nước:
W
VF
E
4433,01
100


Trong đó:
E : Hiệu quả khử BOD của bể lọc sinh học và bể lắng đợt 2 khi có tuần
hoàn, ở 20oC, tính bằng phần trăm (%).
W : Tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày)
V : Thể tích vật liệu học (m3)
F : Thông số tuần hoàn nứơc tính theo phương trình sau:
 2
101
1
R
R
F



R : Hệ số tuần hoàn =
QT: Lưu lượng tuần hoàn (m3/h)
Q : Lưu lượng nước đưa vào xử lý (m3/h)
Q
QT

Khi thiết kế hai bể lọc sinh học làm việc nối tiếp. Hiệu quả xử lý của
bể lọc thứ 2 tính theo công thức:
'
1
4433,0
1
2
1
100
W
VFE
E


Trong đó:
E2: Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học thứ 2 khi có tuần hoàn
nước ở 20oC tính bằng phần trăm (%).
E1: Hiệu quả xử lý của bể lọc đợt 1 (%)
W’ : Tải trọng BOD trong bể lọc đợt 2 (kg/ngày)

Đĩa lọc sinh học
Đĩa lọc
- Đĩa lọc là những tấm nhựa, gỗ, bằng
polystyren hoặc polyvinylclorua (PVC )
đường kính 2- 4m, dày dưới 10mm ghép
với nhau thành khối 30 – 40mm
- Đĩa lọc được bố trí thành dãy nối tiếp
quay đều trong bể chứa nước thải
- Vận tốc quay của đĩa từ 1 – 2 vòng/phút
3.1.4 Đĩa lọc sinh học – Nguyên lý làm việc

3.1.4 Đĩa lọc sinh học – Nguyên lý làm việc
 Các đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm.
Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên
bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa.
 Khi đĩa quay, lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ oxy.
 Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho
vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí.

1 - 4Đường kính đĩa, m
2 - 3Khe hở giữa các đĩa, cm
4Số dãy đĩa
40Phần diện tích bề mặt đĩa ngập nước, %
0.005Tỉ lệ thể tích bể chứa/diện tích bề mặt đĩa, m3/m2
0.3Vận tốc quay của đĩa, m/s
0.03 – 0.16Tải trọng thủy lực q, m3/m2 bề mặt đĩa.ngày
Giá trịĐặc tính
3.1.4 Đĩa lọc sinh học – Đặc tính kỹ thuật của đĩa lọc

Tổng diện tích bề mặt đĩa lọc được xác định theo công thức sau:
2
,m
q
Q
A 
Trong đó:
Q – Lưu lượng nước thải, m3/ngày
q – Tải trọng thủy lực, m3/m2 bề mặt đĩa.ngày: 0.03 – 0.16
3.1.4 Đĩa lọc sinh học – Tính toán

THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ LỌC SINH HỌC
Thông số Thấp tải Trung tải Cao tải (đá) Cao tải
(nhựa)
Tải trọng thủy
lực
m3/m2.ngày 0,08-0,16 0,03 – 0,08 0,04 -0,1
Tải trọng hữu
cơ
g
sBOD/m2.ngày
gBOD/m2.ngày
4 –10
8-20
2,5-8
5-16
0,5-1,0
Tải trọng hữu
bậc 1 tối đa
g
sBOD/m2.ngày
gBOD/m2.ngày
12-15
24-30
12-15
24-30
1-2
Tải trọng NH3. gN/m2.ngày 0,75-1,5 0 to 4
Thời gian lưu
nước
Giờ 0,7 -1,5 1,5-4 1,2-3
BOD đầu ra mg/l 15-30 7-15 7-15
NH4-N đầu ra mg/l < 2 1-2

BÀI TẬP BỂ LỌC SINH HỌC
1. Tính bể lọc sinh học để xử lý nước thải, biết rằng:
- Công suất Q = 400m3/d
- BOD5 đầu vào = 150mg/L
- Vật liệu lọc: sỏi có kích thước d = 60-100mm
- Chiều dày lớp lọc: H = 2m
- Hệ số tuần hoàn: R = 1, Q= Qr
- Nhiệt độ nước thải = 20oC
Xác định đường kính bể lọc, tải trọng thủy lực, tải trọng BOD
trên một Đơn vị thể tích vật liệu lọc để đạt hiệu quả xử lý
BOD đầu ra E = 90%

BÀI TẬP THIẾT KẾ BỂ LỌC SINH HỌC
2. Thiết kế bể lọc sinh học 2 bậc nối tiếp để xử lý nước thải, biết
rằng:
- Công suất Q = 600m3/d
- BOD5 đầu vào = 500mg/L
- Vật liệu lọc: đá có kích thước d = 60 x 60 – 100 x 100 mm
- Chiều dày lớp lọc: H1 = 2m, H2 = 6m
- Hệ số tuần hoàn: R = 2
- Nhiệt độ nước thải = 20oC
Xác định thể tích khối vật liệu lọc, tải trọng thủy lực, tải trọng
BOD trên một đơn vị thể tích vật liệu lọc để đạt hiệu quả xử lý
BOD đầu ra E = 96%

- Là dạng cải tiến của bể Aeroten khuấy trộn
hoàn chỉnh, làm thoáng kéo dài với bùn
hoạt tính lơ lửng chuyển động tuần hoàn
trong mương
- Hình chữ nhật kết hợp với hình tròn
- Chiều sâu tùy thuộc vào công suất bơm
- Vận tốc v ≥0.25 – 0.3m/s,
- H= 1- 4m, rộng 2 – 6m
6.1.1.5 Mương oxi hóa

6.1. XLNT BẰNG PP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO
6.1.1 Quá trình sinh học hiếu khí
Chöông VI. XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG
PHAÙP SINH HOÏC
 Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình
xử lý Nitơ.
 Đáy và bờ: bê tông cốt thép hoặc đất gia
cố.
 Làm thoáng bằng sục khí hay thiết bị cơ
học.

PHAÙP SINH HOÏC
Thông số thiết kế:
 Tỷ số F/M 0,04-0,1
 Nồng độ bùn hoạt tính X 2000-5000mg/L
 Hệ số tuần hoàn bùn α = 1-2
 Thời gian lưu nước = 24-36g
 Thời gian lưu bùn = 15-50 ngày
Tốc độ nitrate hóa = ρN 0,2-0,8
 Tốc độ khử nitrate = ρDN 0,1 – 0,4
 Nhu cầu ôxi: = 1,8-2,2 KgO2/ kgBOD

PHAÙP SINH HOÏC
Ưu điểm :
 Hiệu quả xử lý BOD, nitơ, phốt pho cao.
Quản lý vận hành đơn giản.
 Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về
chất lượng và lưu lượng
Nhược điểm:
 Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn
Thời gian lưu nước dài

Thể tích vùng hiếu khí V1, chọn giá trị lớn nhất trong 2 trị số sau:
WDN
NO
BOD
X
QNm
V
XMF
QS
V

)(
)/(
)(1
0
)5(1
3



NDN X
QNOn
V

)( 3
2


Thể tích vùng kị khí khử NO3
-:
6.1.1.5 Mương oxi hóa – Tính toán
PHAÙP SINH HOÏC

6.1.1.5 Mương oxi hóa – Bài tập
PHAÙP SINH HOÏC
Tính mương ôxi hóa để xử lý nước thải, biết rằng:
- Q max ngày = 500m3/d
- pH = 7,2, t = 20oC, BOD5max = 450mg/L, BOD5min = 200mg/L
- TKN = 72mg/L; P = 10mg/L; SS = 150mg/L
Yêu cầu sau xử lý:
-BOD5 = 20mg/L
-SS = 20mg/L
-NH4
+ = 0,5mg/L
-NO3
- = 14mg/L

PHAÙP SINH HOÏC
6.1.1.6. BỂ PHẢN ỨNG DẠNG MẺ (SBR)
Bể phản ứng dạng mẻ là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính
theo kiểu làm đầy và xả cạn.
Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính
hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng một bể.
 Quá trình xử lý được thực hiện lần lượt theo các bước :
1- Làm đầy; 2- Phản ứng; 3 – Lắng; 4 – Xả cạn; 5 – Ngưng.
Làm đầy Phản ứng Lắng Xả nước Ngưng

PHAÙP SINH HOÏC
6.1.1.6. BỂ PHẢN ỨNG DẠNG MẺ (SBR)
Ưu điểm:
- Không cần bể điều hòa, lắng 1, lắng 2.
- Khử được các hợp chất chứa N, P
Làm đầy Phản ứng Lắng Xả nước Ngưng

- Chắn giữ bông bùn hoạt tính hay màng sinh học
- Chắn giữ các thành phần hòa tan chưa được giữ lại ở bể lắng
đợt 1
- Bể lắng đợt II là một công trình đơn vị trong dây chuyền xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học
6.1.1.6 Bể lắng II – Nhiệm vụ
PHAÙP SINH HOÏC

 Sơ đồ nguyên lý làm việc:
C=0
CL
Vp=VL+Vt
Vđ=Vt
QtCt
Q(Q+Qt)Co
L
T
Vùng lắng trong
Vùng lắng cặn
tt
t
VC
CQQ
S 0)( 

tttLL VCVVC  )(
S
Q
V t
t 
Vận tốc chuyển động xuống do dòng
tuần hoàn:
Diện tích mặt cắt ngang của bể:
Phải tiến hành thí nghiệm lắng thực
nghiệm để tìm ra giá trị Vt bằng
phương trình sau:
6.1.1.6 Bể lắng II – Tính toán
PHAÙP SINH HOÏC

Qua trinh sinh hoc lo lung

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Qua trinh sinh hoc lo lung

Similar to Qua trinh sinh hoc lo lung (20)

More from Nguyen Thanh Tu Collection

More from Nguyen Thanh Tu Collection (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (14)

Qua trinh sinh hoc lo lung