Tài liệu BỂ BÙN HOẠT TÍNH pdf

BỂ BÙN HOẠT TÍNH
Để thiết kế bể bùn hoạt tính người ta phải chú ý đến loại bể, lưu lượng nạp, lượng bùn sinh ra,
nhu cầu và khả năng chuyển hóa oxy, nhu cầu về dinh dưỡng cho vi khuẩn, đặc tính của nước
thải đầu vào và đầu ra, điều kiện môi trường, giá thành, chi phí vận hành, bảo trì.
Xác định tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn F/M (food to microorganism)
trong đó
F/M: tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn d
-1
S
0
: BOD hoặc COD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m
3
) [influent soluble BOD]
Q: thời gian lưu tồn nước trong bể bùn hoạt tính = Vr/Q, d
Vr: Thể tích bể, Mgal (m
3
)
Q: Lưu lượng nước thải nạp vào bể, Mgal/d (m
3
/d)
X: hàm lượng vật chất rắn bay hơi (VSS) trong bể mg/L (g/m
3
)
Lưu ý các giá trị thực nghiệm cho thấy F/M nằm trong khoảng 0,05 ÷ 1,0
Với một hiệu suất sử dụng thức ăn U của vi khuẩn ta có công thức:
trong đó
E: hiệu suất của quá trình xử lý, %
E = [(S
0
- S)/S

0
)] × 100
Thay vào phương trình trên ta có:
trong đó
S: BOD hoặc COD của nước thải đầu ra, mg/L (g/m
3
) [ effluent soluble BOD]
Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính được tính bằng công thức:
Thời gian lưu nước trong cả hệ thống được tính bằng công thức:
trong đó
qs: thời gian lưu nước trong hệ thống
Vs: thể tích bể lắng thứ cấp
Xác định thời gian lưu trú trung bình của vi khuẩn trong bể
trong đó
qc: thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể theo thể tích bể, d
Vr: thể tích bể, Mgal (m
3
)
X: hàm lượng VSS trong bể, mg/L (g/m
3
)
Xw: hàm lượng VSS trong bùn thải bỏ, mg/L (g/m
3
)
Qw: lưu lượng bùn thải bỏ, Mgal/d (m
3
/d)
Xe: hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra, mg/L (g/m
3
)

Qe: Lưu lượng nước thải đầu ra, Mgal/d (m
3
/d )
Theo các số liệu của Mỹ qc = 3 ÷ 15 ngày cho hiệu quả xử lý và khả năng lắng của bùn tốt. Thời
gian lưu tồn nước trong bể là 4 ÷ 8 giờ, lưu lượng nạp 3 ÷ 30 kg BOD
5
/m
3
.d
Nếu hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra là không đáng kể ta có:
Nhu cầu về dưỡng chất nhằm bảo đảm sự phát triển của các vi khuẩn được thể hiện qua công
thức:

trong đó
Rs: là lượng BOD
5
(hay chất nền) được sử dụng (hay loại bỏ)
Rs = Q(S
0
- S)
Rb: lượng sinh khối được sản sinh ra
trong đó
Y: sản lượng biomass tính bằng mgVSS/mg BOD
5

Ta có:
K
d
= 0,48t
S

-0,415
(1,05)
t - 20
trong đó
Kd: tốc độ phân hủy
ts:

tuổi trung bình của bùn đối với bể bùn hoạt tính (≈ θ
C
)
Theo thực nghiệm thì tỉ lệ BOD
5
: N : P ≈ 100 : 5 : 1
Một số hệ số động cho việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể bùn hoạt tính

Hệ số Đơn vị Giá Trị
Khoảng biến thiên Tiêu biểu
k d
-1
2 ÷ 10
5
K
s
mg/L BOD
5
25 ÷ 100
60

mg/L COD
17 ÷ 50

40
Y mg VSS/mg BOD
5
0,4 ÷ 0,8
0,6
K
c
d
-1
0,025 ÷ 0,075
0,06
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Các bước để thiết kế một bể bùn hoạt tính:
1. Chọn thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể. Các yếu tố cần biết:
BOD
5
của nước thải đầu ra
SS của nước thải đầu ra
Khả năng chịu đựng của bể đối với sự biến động lớn của nước thải đầu vào (lưu lượng,
hàm lượng chất gây ô nhiễm)
Nhu cầu về năng lượng cho các thiết bị cung cấp khí
Nhu cầu về dưỡng chất
2. Chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong bể. Các yếu tố cần biết:
Thích hợp cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm
Quá trình ổn định, không bị ảnh hưởng của các chất độc
Lượng MLSS được giữ ổn định
3. Xác định thể tích bể lắng thứ cấp cần thiết. Các yếu tố cần biết:
Diện tích bề mặt của bể lắng
Diện tích cần thiết cho việc cô đặc bùn
4. Xác định công suất thiết bị sục khí. Các yếu tố cần biết:

Xác định nhu cầu về oxy
Xác định nhu cầu điện năng để duy trì các chất rắn ở dạng lơ lửng.
5. Chọn tỉ lệ hoàn lưu bùn
6. Ước tính lượng bùn thải bỏ

Các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành bể bùn hoạt tính và nguyên nhân

Sự cố Nguyên nhân
Hiệu suất loại BOD hoà tan thấp

1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá ngắn
2. Thiếu N và P
pH quá cao hoặc quá thấp
Trong nước thải đầu vào có chứa độc tố
Sục khí chưa đủ
Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn
mạch

Nước thải chứa nhiều chất rắn

1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu
2. Quá trình khử nitơ diễn ra ở bể lắng
Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi
(trong điều kiện thời gian cư trú của vi khuẩn
ngắn, thiếu N và P, sục khí không đủ)
Tỉ lệ hoàn lưu bùn quá thấp

1. Sục khí không đủ
2. Quá trình yếm khí xảy ra ở bể lắng
Cách hiệu chỉnh các sự cố

Sự cố Cách hiệu chỉnh
Thời gian cư trú của VK
Quá thấp Giảm bớt lượng bùn thải
Xây thêm bể điều lưu

Quá cao Tăng lượng bùn thải
Thiếu dưỡng chất N và P Cung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vào
pH quá cao hoặc quá thấp Xây thêm bể điều lưu
Trung hòa nước thải đầu vào
Nước thải đầu vào có chứa
độc tố
Xây thêm bể điều lưu
Loại bỏ các chất độc trong nước thải đầu vào
Sục khí không đủ Tăng công suất thiết bị sục
Phân bố lại các ống phân phối khí trong bể
Khuấy đảo không đủ,
"mạch ngắn"
Tăng mức độ sục khí
Gắn thêm các đập phân phối nước
Quá trình khử nitơ ở bể Giảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ hoàn lưu
lắng
Gắn thêm gàu múc bùn
Tăng lượng bùn thải
Quá trình yếm khí ở bể
lắng
Các phương pháp tương tự phương pháp áp dụng để tránh quá trình
khử nitơ của bể lắng

Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể bùn hoạt tính (aeroten) theo công thức:
trong đó

f: hệ số biến đổi BOD
5
sang BOD cuối cùng (0,68)
Px: lượng bùn sản xuất ròng trong một ngày của bể bùn hoạt tính tính bằng VSS
kg/ngày
Sau đó nhân với hiệu suất của quá trình trao đổi khí để tính ra lượng oxy cần thiết.
Lưu ý ở 1atm và 25
oC
thì 1m
3
không khí nặng khoảng 1,2 kg. Nên giữ trị số DO bằng
1,5 ÷ 4 mg/L (thông thường khoảng 2 mg/L ở tải trung bình và 0,5 mg/L ở tải đỉnh) ở
mọi khu vực của bể, trên 4 mg/L không tăng được hiệu suất của quá trình mà còn tốn
thêm điện. Đối với F/M lớn hơn 0,3 lượng không khí cần thiết là 30 ÷ 55 m
3
/kg BOD
5

được xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt lớn), 24 ÷ 36m
3
/kg BOD
5
(hệ thống xử lý tạo bọt
mịn). Nếu F/M nhỏ hơn 0,3 lượng không khí cần thiết sẽ tăng lên. Thông thường khi sử
dụng hệ thống bơm nén khí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,75 ÷ 15,0 m
3

không khí/m
3
nước thải. Đối với các thiết bị cơ khí khuấy đảo để sục khí cần 1,0 ÷ 1,5

kg O
2
/kg BOD
5
được xử lý.
Mô tả các thiết bị thường được sử dụng để cung cấp khí cho các bể xử lý
Phân loại Mô tả Ứng dụng
Khuếch tán khí đặt
ngầm

Đục lổ
(bọt khí
nhỏ)
Các bọt khí thoát ra từ các đĩa hình phẳng, vòm hay
ống có đục lổ làm bằng sứ, thủy tinh hoặc nhựa.
Tất cả các loại bể bùn
hoạt tính.
Đục lổ
(bọt khí
trung bình)
Các bọt khí thóat ra từ các màng có lổ hoặc các ống
nhựa
Tất cả các loại bể bùn
hoạt tính.
Không
đục lổ (bọt
khí lớn)
Bọt khí được thóat ra trực tiếp từ đầu ra của các thiết bị
cung cấp khí.
Tất cả các loại bể bùn

hoạt tính.
Ống khuấy tĩnh Các ống ngắn, đặt thẳng đứng, bên trong có các vách
ngăn để làm chậm sự thóat các bóng khí lên mặt bể.
Không khí được đưa vào bể từ phía dưới các ống này,
khi thóat lên trên bề mặt bể nó tiếp xúc với nước thải
Ao thông khí, và bể
bùn hoạt tính.
trong ống.
Turbine phân phối
khí
Bao gồm một turbine có vận tốc chậm và một bơm nén
khí.
Tất cả các loại bể bùn
hoạt tính.
Thiết bị phun tia Khí nén được đưa vào nước thải khi nó được bơm với
áp suất cao vào các thiết bị phun tia.
Tất cả các loại bể bùn
hoạt tính.
Thiết bị khuấy bề
mặt

Turbine
vận tốc
chậm
Turbine có đường kính lớn, khi quay nó bắn các giọt
nước lên khí quyển để tiếp xúc với không khí.
Các bể bùn hoạt tính
cổ điển và các ao
thông khí
Turbine

vận tốc
nhanh
Turbine có đường kính nhỏ, khi quay nó bắn các giọt
nước lên khí quyển để tiếp xúc với không khí.
Ao thông khí
Rotor răng lược Các cánh khuấy được gắn lên trục trung tâm như một
cái lược. Khi rotor quay oxy được đưa vào nước thải
bởi việc bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc
với không khí
Mương oxy hóa, kênh
thông khí hay ao
thông khí.
Thác nước Nước thải được cho chảy xuống bên dưới kiểu như thác
nước
Nâng DO của nước
thải sau xử lý.

Các thiết bị cung cấp khí cho bể xử lý thông dụng (p. 279)
Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị khuếch tán khí

Loại thiết bị, cách lắp đặt Công suất thổi khí
(ft
3
/min.đầu thổi)
Hiệu suất cung cấp khí (%) ở
độ sâu 15 ft » 4.6 m
Đĩa sứ đục lổ - đặt thành hàng thẳng 0,4 ¸ 3,4 25 ¸ 40
Đĩa sứ hình vòm đục lổ - đặt hàng thẳng 0,5 ¸ 2,5 27 ¸ 39
Đĩa sứ phẳng đục lổ - đặt hàng thẳng 2,0 ¸ 5,0 26 ¸ 33
Ống plastic cứng đục lổ

Hàng thẳng 2,4 ¸ 4,0 28 ¸ 32
Xoắn ốc đôi 3,0 ¸ 11,0 17 ¸ 28
Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 12,0 13 ¸ 25
Ống plastic mềm đục lổ
Hàng thẳng 1,0 ¸ 7,0 26 ¸ 36
Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 7,0 19 ¸ 27
Ống châm lổ
Hàng thẳng 1,0 ¸ 4,0 22 ¸ 29
Đặt ở 4 góc bể 2,0 ¸ 6,0 19 ¸ 24
Xoắn ốc đơn 2,0 ¸ 6,0 15 ¸ 19
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Chú ý: ft3/min x 0,0283 = m3 /min ft x 0,3048 = m

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị cơ khí khuấy đảo

Loại thiết bị Hiệu suất cung cấp khí lb O
2
/hp.h
Tiêu chuẩn Thực nghiệm
Khuấy đảo bề mặt vận tốc chậm
2,0 ÷ 5,0 1,2 ÷ 2,4
Khuấy đảo bề mặt vận tốc nhanh
2,0 ÷ 3,6 1,2 ÷ 2,0
Khuấy ngầm

2,0 ÷ 4,0 1,2 ÷ 1,8
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Người ta còn sử dụng oxy tinh khiết để hoàn thành quá trình sục khí.
Khống chế các vi sinh vật hình sợi
Sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi tạo nên bùn khó lắng cho nên phải khống chế sự phát

triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hoàn lưu, thay đổi DO trong bể,
thay đổi điểm nạp để thay đổi F/M.



Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính
(Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 loài Thiothrix)
Chú ý trong quá trình đôi khi người ta cho bùn ở bể lắng thứ cấp hoàn lưu trở lại bể bùn hoạt tính
nhằm tăng lượng bùn hoạt tính trong bể để bể đạt được hiệu suất cao.

Sơ đồ bể bùn hoạt tính (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu)
Ảnh chụp bể bùn hoạt tính (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu)
Ảnh chụp một số thiết bị sục khí (lưu ý file lớn bạn phải chờ lâu)