nghiên cứu, xây dựng, biên soạn tài liệu về quy trình công nghệ xử lý môi trường trong công nghiệp thực phẩm

bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi















b¸o c¸o ®Ò tμi:
nghiªn cøu, x©y dùng, biªn so¹n tμi liÖu vÒ c¸c qui tr×nh
c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm
m∙ sè: b2002 - 28 - 28 - §tmt

hμ néi 2004
2
Mục lục

Trang

I
Mở đầu
3

II
Giải quyết vấn đề
4

1
Tổng quan về nớc thải
4

2 Phơng pháp xử lý nớc thải 4


Các mô hình xử lý nớc thải hoá học.
Các mô hình xử lý nớc thải sinh học

7
7

Tính toán songchắn rác
8

Tính toánthiết bị trung hoà & thiết bị tạo hỗn hợp
8

Tính toán thiết bị lắng
9

Tính toán bể lọc
11

Tính toán thiết bị tuyển nổi
11

Tính toán thiết bị sinh học
Tính toánthiết bịlọc nhỏ giọt
Tính toán thiết bị hấp phụ
Thiết bị khử trùng
Thiết bị làm khô bùn
12
16
17
17
17

III

Kết luận
18

IV Tài liệu tham khảo 18

















3
Mở đầu:

Môi trờng l một khái niệm chung để chỉ ton bộ các yếu tố của tự nhiên xung quanh
ta bao gồm các hoạt động ( sinh sống, ăn, ở, lao động sản xuất v.v. ) con ngời cũng nh
các qui luật sinh tồn của tự nhiên hợp thnh. Cũng nh các phạm trù vật chất khác, môi
trờng luôn vận động, thay đổi theo những qui luật chung của tự nhiên nh tính chu
trình: Sinh ra, phát triển v chuyển hoá thnh dạng khác ( mất đi ).

Tuy nhiên, do nhu cầu tồn tại của con ngời, tự nhiên dần dần mất đi cái bản tính vốn có
của nó do: Cây cối bị chặt nhiều hơn trồng lại; Ti nguyên mỏ cũng nh ti nguyên
nớc thiên nhiên bị khai thác trên diện rộng. Trình độ cũng nh qui mô sản xuất hng
hoá ngy cng phát triển mạnh cả về chiều rộng v chiều sâu. Hng hoá sản xuất nhiều
đồng nghĩa với việc tăng các loại chất thải vo môi trờng tự nhiên. Chất thải nói chung
bao gồm:

1. Chất thải công nghiệp: L các loại chất thải phát sinh trong quá trình hoạt động sản
xuất, kinh doanh của các cơ sở sản xuất công nghiệp sinh ra.
2. Chất thải nông nghiệp: L các loại chất thải phát sinh trong quá trình hoạt động sản
xuất, kinh doanh của các cơ sở sản xuất công nghiệp sinh ra.
3. Chất thải sinh hoạt: L các loại chất thải phát sinh trong quá trình hoạt động sống
của con ngời v xã hội sinh ra.
4. Các loại chất thải khác: Do các hoạt động còn lại của tự nhiên v
xã hội sinh ra.

Các loại chất thải nói chung l rất đa dạng v phong phú nhng chung qui lại ở ba thể
loại:

Chất thải rắn: L các loại chất thải ở điều kiện bình thờng l các chất rắn.
Chất thải lỏng: L các loại chất thải ở điều kiện bình thờng l các chất rắn.
Chất thải khí: L các loại chất thải ở điều kiện bình thờng l các chất khí.

Chính các yếu tố ny đã lm môi trờng ngy cng kiệt quệ v mức độ ô nhiễm ngy
cng cao. Các qui luật tự nhiên không còn tuân theo các qui luật vốn có của chúng nữa.
Hiện tợng Nino, hiệu ứng nh kính, thuỷ triều đỏ, tuyết giữa mùa hè rồi thủng tầng
ôzôn, lụt lội, thuỷ, hải sản chết hng loạt v.v. lm cho vấn đề xử lý ô nhiễm môi trờng
trở thnh vấn đề tiên phong của bất kỳ một Quốc gia, một tổ chức quốc tế no.

Nớc thải trong nghnh Công nghiệp Thực phẩm cũng không nằm ngoi các đặc tính

trên. Tuy nhiên chúng có một số đặc thù riêng đặc trng cho tính chất của ngnh nh:
Nớc thải ít chứa các nguyên tố độc hại nhất l các nguyên tố kim loại nặng.
Nớc thải luôn chứa các hợp chất hữu cơ v các hợp chất dễ phân huỷ cao.
Các chất thải rắn đa phần l các loại dễ phân huỷ v thối rữa. .v.v.

Vấn đề xử lý chất thải l một trong những vấn đề quan trọng của công tác bảo vệ môi
trờng.



4
Chơng I
Tổng quan về chất thải v chất thải trong nghnh Công
nghiệp Thực phẩm

1. Nớc thải:
1.1. Nớc thải nói chung:
Nớc thải l một trong ba yếu tố chính tác dụng trực tiếp lên môi trờng. Nớc thải có
thể có nguồn gốc từ tự nhiên, từ các cơ sở sản xuất có sử dụng nớc, từ các lò hơi, nớc
ngng hoặc nớc tuần hon v.v. nhng nói chung ta thờng quan tâm đến:

1. Các chất hữu cơ có khả năng tan sẽ lm giảm lợng ôxy ho tan trong nớc.
2. Các chất rắn lơ lửng l các chất ở điều kiện thờng l các chất không tan.
3. Xác vi sinh vật.
4. Kim loại nặng. Cyanua v các chất hữu cơ độc hại.
5. Các chất mu v các chất gây đục.
6. Các chất họ Nitro v Phosphor.
7. Các chất không bị phân huỷ vi sinh.
8. Dầu mỡ v kim loại dạng bọt.
9. Kim loại dễ bị ôxy hoá.

Các đặc tính cơ bản nhất đặc trng cho mỗi loại n
ớc thải bao gồm:
Chỉ số pH - Độ kiềm hoặc acid của nớc.
COD - Tính đến tổng nhu cầu ôxy cho phản ứng phân huỷ hoá học.
BOD - Tính đến tổng nhu cầu ôxy cho phản ứng phân huỷ sinh học.
SS - Tổng chất rắn lơ lửng.
Tổng số Nitơ, Phosphor, Lu huỳnh, Phenol, Dầu mỡ.v.v.
Các nguyên tố độc hại.
Tổng Coliform.

Có nhiều phơng pháp cho phép xác định đợc giá trị các thông số trên, các phơng
pháp xác định thờng xử dụng cho mỗi laọi thnh phần l:
1. Xác định hm lợng các chất hữu cơ: Các chất hữu cơ có thể xác định đợc bằng
một trong bốn phép thử sau:
Kiểm tra BOD.
Kiểm tra COD.
Kiểm tra TOC l tổng số CO
2
v các loại Carbon hữu cơ.
Kiểm tra TOD l lợng Carbon hữu cơ v Nitơ, Sulphua không bị ôxy hoá.
2. Xác định lợng các chất không tan: Có thể bằng phơng pháp cân - sấy - lọc hoặc so
mu.
3. Kim loại nặng: Có thể xác định bằng phơng pháp hoá ( với một vi nguyên tố )
hoặc phơng pháp khối phổ, so mu .v.v.
4. Các thnh phần khác đợc xác định bằng những phơng pháp đặc trng riêng.

5
I. Phơng pháp xử lý nớc thải.
Về cơ bản, việc xử lý nớc thải thờng đợc thực hiện theo sơ đồ tổng quát sau:
Hoá chất Lắng

Axit hoặc kiềm
Lọc nhỏ giọt ôzôn hoặc giavel
Lọc
Nớc

Thải 1
Tuyển nổi
Lọc kỵ khí



Thiết bị khử
trùng
Song Thiết bị Thiết bị Thiết bị
chắn rác Trung ho tạo hỗn hợp hấp thụ




Lắng sơ bộ Bùn tách nớc
Thiết bị ôxy hoá

Nớc thải loại 2 Chứa kim loại nặng Thiết bị
Lọc sinh học lm khô bùn

Aeroten

Hồ sinh học




Song Bùn hoạt tính
Chắn rác

Nớc thải loại 3 Lắng sơ bộ
Chứa hữu cơ cao


Hình1: Sơ đồ khối hệ thống xử lý nớc thải

Trong quá trình sản xuất v
sinh hoạt, nớc thải thờng đợc phân thnh ba loại chính:

6

1. Nớc thải có thnh phần các chất vô cơ v hữu cơ dễ phân lập cao.
2. Nớc thải có chứa hm lợng kim loại nặng, cao.
3. Nớc thải có chứa hm lợng chất hữu cơ khó tách cao.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Nớc thải loại 1 qua song chắn rác ( tách các tạp chất có kích thớc lớn ) rồi qua thiết bị
trung ho sử dụng axit hoặc baze tuỳ theo tính chất của nớc thải đầu rồi qua bể tạo hỗn
hợp. Hoá chất cho xử lý bao gồm: Hoá chất keo tụ, trợ keo tụ ( dùng cho nớc sử dụng
bể lắng ); Hoá chất tuyển ( dùng cho nớc sử dụng thiết bị tuyển nổi ); Hoá chất trợ lọc
tụ
( dùng cho nớc sử dụng thiết bị lọc ).

Nớc thải loại 2 có chứa nhiều kim loại nặng sau khi qua song chắn rác đợc đa vo
thiết bị tạo môi trờng ( Sử dụng axit hoặc base - thờng l (CaOH)
2
hoặc NaOH tơng
ứng ) kết hợp ôxy hoá rồi qua bể lắng sơ bộ.

Nớc thải loại 3 có chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân lập bằng các phơng pháp
thông thờng ( loại ny chủ yếu l nớc thải sinh hoạt hoặc của công nghệ sản xuất thực
phẩm ) sau khi qua song chắn rác sẽ đợc đa qua:
1. Thiết bị lọc sinh học rồi bể aeroten sau lọc sinh học.
2. Hoặc qua hồ sinh học có sử dụng bùn hoạt tính kết hợp lắng sơ bộ.

Qua thiết bị trung ho ( sử dụng axit hoặc baze ), thiết bị tạo hỗn hợp cùng các hoá chất
cần thiết rồi qua thiết bị Lắng, lọc, hoặc tuyển nổi thích ứng. Sau khi qua lọc kỵ khí
hoặc lọc nhỏ giọt, nớc thải đợc đa qua thiết bị hấp thụ ( sử dụng cho các loại nớc
thải có nhiều độc tố ), khử trùng (bằng giavel, ôzôn hoặc các loạihoá chất khử trùng
khác ) rồi thải ra ngoi hoặc đem sử dụng lai.

Bùn của tất cả các công đoạn đợc thu gom, qua thiết bị lm khô ( ép, lọc, Ly tâm, tạo
tấm .v.v. ). Bùn khô đợc đem đi chôn hoặc lm nguyên liệu cho sản xuất phân hữu cơ,
nớc tách đợc đa tuần hon trở lại dòng ban đầu trớc xử lý.

Ngoi ra còn một vi dạng nớc thải ( chẳng hạn cho sản xuất kim loại, hạt nhân )

thờng sử dụng trao đổi Ion cho xử lý nớc thải.

Các mô hình xử lý nớc thải hoá học th
ờng đợc sử dụng thích hợp với từng loại hình
nớc thải đợc cho trong bảng sau:










7
Bảng 1: Các mô hình xử lý nớc thải hoá học.

Phơng
pháp xử lý
Kiểu vận
hnh
Mức độ xử lý Nhận xét
Trao đổi Ion Lọc tuần hon
kết hợp hon
nguyên nhựa
Khử khoáng chất,
thu hồi nớc & sản
phẩm
Có thể trung ho & tách chất rắn từ việc

thu hồi.
Phản ứng &
xử lý sơ bộ
Xử lý liên tục
hoặc gián đoạn
Tách triệt để Crom &
kim loại nặng
Một ngy công suất cho xử lý gián đoạn;
3 giờ cho xử lý liên tục; Bùn có thể sử
dụng hoặc tách nớc.
Keo tụ Xử lý liên tục
hoặc gián đoạn
Tách triệt để các chất
rắn v chất keo.
Bể tuyển nổi v lắng hoặc khử bùn dạng
liên hợp; Có kiểm tra pH.
Hấp thụ Cột Carbon dạng
bột
Tách hon ton hoặc
đa phần hữu cơ.
Carbon dạng bột sử dụng cùng quá trình
hoạt tính bùn.
ôxy hoá hoá
học
O
3
hoặcH
2
O
2

Có xúc tác, liên
tục, gián đoạn
ôxy hoá hon ton
hoặc một phần
ôxy hoá từng phần theo hớng tách vi
sinh các chất hữu cơ

Bảng 2: Các mô hình xử lý nớc thải sinh học:

Phơng
pháp
xử lý
Kiểu vận
hnh
Mức độ xử
lý
đất yêu cầu Thiết bị Nhận xét
Hồ Gián đoạn
hoặc liên tục;
Ton diện
hoặc kỵ khí
Trung bình Thời gian lu 10 -
60 ngy
Kiểm tra vết
hoặc liên tục
Hồ
aeroten
Bể hỗn hợp
hon ton
hoặc liên tục

Cao về mùa
hè, thấp về
mùa đông
Bể có chiều sâu
2,44-4,88m, diện
tích riêng 8,55-
17,1m
2
/m
3
.ngy
Sục khí bề
mặt hoặc sâu
Tách bùn trong
hồ, vận chuyển
bùn & tách nớc
theo chu kỳ.
Bùn hoạt
tính
Tạo hỗn hợp
hon ton
hoặc dòng;
Hồi lu bùn
Tách hơn
90% chất hữu
cơ
Hồ hoặc bể Bêtông
có chiều sâu 3,66-
6,10 m; thể tích
riêng 0,561-

2,62m
3
/m
3
.ngy
Sục khí cơ khí
hoặc khuếch
tán; phân loại
bùn v hồi
lu
Bùn đợc tách
nớc.
Lọc nhỏ
giọt
Sử dụng liên
tục; Có thể sử
dụng dòng
tuần hon
Hiệu suất
trung bình
hoặc cao theo
tải lợng
Diện tích bề mặt
lọc 5,52 - 34,4
m
2
/10
3
m
3

.ngy
Thiết bị nhựa
cao 6,10
12,19 m.
Xử lý sơ bộ
trớc POTW
hoặc trạm bùn
hoạt tính
RBC Liên tục
nhiều giai
đoạn
Trung bình
hoặc cao
Đĩa Plastic Tách loại chất
rắn
Kỵ khí Tạo hỗn hợp
kết hợp tuần
hon; Lọc
dòng trên
hoặc dới
Trung bình Tách khí, xử
lý sơ bộ bằng
POTW hoặc
trạm bùn hoạt
tính

Phun
sơng
Gián đoạn Triệt để, lọc
nớc ngầm v

nớc tạo hơi
6,24.10
-7
- 4,68.10
-6

m
3
/m
2
.s
ống nhôm
hoặc đồng -
thiếc
Tách loại chất
rắn, muối trong
nớc.

8
I.2. Nớc thải nghành Công nghiệp Thực phẩm:

Nghnh Công nghiệp thực phẩm nói chung bao gồm:
Công nghệ sản xuất bia, rợu, nớc giải khát.
Công nghệ chế biến rau quả.
Công nghệ chế biến thực phẩm (chế biến gia súc, chế biến tôm, cá)
Công nghệ giết mổ gia súc.
Công nghệ chế biến tinh bột, mía đờng, mì chính v.v.

Nói chung, nớc thải của nghnh Công nghiệp ny thờng thuộc vo nhóm nớc thải
loại 1 v loại 3 trong phân loại nớc thải nói chung.

Mô hình cho xử lý các loại nớc thải ny thờng l xử lý sinh học hoặc hoá học - sinh
học kết hợp nên chúng cũng mang đầy đủ các đặc trng của mô hình xử lý nớc thải
bằng hoá học cũng nh mô hình xử lý nớc thải bằng sinh học nói chung.

2. Các loại hình chất thải rắn:

Các loại hình chất thải rắn nói chung v chất thải rắn của Nghnh Công nghệ chế biến
Thực phẩm nói chung thờng bao gồm các loại chất thải sau:

Chất thải rắn dạng vô cơ dễ phân huỷ: Nó thờng l các loại chất thải dễ tan trong
nớc ( thờng l các loại muối, acid hoặc base vô cơ ) v dễ dng bị phân lập bằng
các hoá chất khác. Phơng pháp xử lý các loại chất thải dạng ny thờng l phơng
pháp hoá học với việc sử dụng các loại hoá chất tạo với chất thải các chất rắn không
tan hoặc bay hơi v dễ dng tách khỏi nớc thải.
Chất thải rắn dạng hữu cơ dễ phân huỷ: Chúng thờng l các loại chất hữu cơ có
phân tử lợng không lớn, dễ tan trong nớc v dễ dng bị vi sinh vật phân huỷ hoặc
chuyển hoá thnh dạng ít độc hại. Các hợp chất dạng ny thờng l các acid, base
hữu cơ phân tử lợng thấp hoặc các loại đờng, tinh bột .v.v. Phơng pháp xử lý các
loại chất thải ny thờng l phơng pháp hồ sinh học ( yếm, hay a khí ) hoặc lọc
sinh học.
Các chất thải rắn dạng vô cơ khó phân huỷ: Chúng thờng l các loại bụi đất, vôi
vữa, mẩu kim loại v.v Giải pháp tốt nhất cho xử lý các chất thải dạng ny l thu
gom, phân loại cho tái sử dụng v lm vật liệu cho san lấp hoặc lm nguyên liệu tái
tạo cho sản xuất các loại vật liệu xây dựng.
Các loại chất thải hữu cơ khó phân lập: Chúng thờng l các loại đầu mẩu ( thực
phẩm cũng nh cây quả ) thừa, da, lông động vật cũng nh các loại chất thải của
đọng vật v.v. Giải pháp hữu hiệu nhất cho xử lý các loại chất thải dạng ny l thu
gom rồi sử dụng lm nguyên liệu cho sản xuất phân vi sinh hoặc xử lý trong hồ yếm
khí để tạo khí gas ( Biogas ) hoặc xử dụng phơng pháp chôn lấp v.v.
Các loại chất thải dạng hữu cơ rất khó phân huỷ: Loại ny thờng bao gồm các loại

bao gói nylông, nhựa tổng hợp hay nh các loại chất thải dạng sừng .v.v. : Giải pháp
tối u cho loại hình chất thải ny l thu gom v sử dụng lm nguyên liệu cho tái chế.

3. Các loại hình chất thải khí:
Chất thải khí nói chung, chất thải khí trong Công nghiệp chế biến Thực phẩm nói riêng
thờng bao gồm các loại bụi, khí độc hại nh: CO, SO
x
, N
x
O
y
, khí thải các lò đốt có
chứa Phenol v.v. cần đợc xử lý trớc khi thải ra môi trờng.


9
Chơng II
Phân loại các thiết bị cho xử lý nớc thải:

1. Song chắn rác:

Song chắn rác l một loại lới đợc lm bằng kim loại, hợp kim hoặc chất dẻo với kích
thớc từ một vi mm đến vi chục mm tuỳ theo kích thớc trung bình của các loại rác.
Song chắn rác có loại cố định v loại di động, chúng đợc đặt ngiêng một góc = 60-
90
o
so với dòng chảy. Chúng đợc sử dụng để tách các loại chất thải có kích thớc cồng
kềnh, dễ tách ra khỏi nớc thải.

Cơ sở của việc tính toán song chắn rác bao gồm:

Tính số lợng các khe hở n đợc xác định theo công thức sau:
n = qK
z
/bH
1
v
tt


Trong đó:
q - Lu lợng nớc thải lớn nhất, m
3
/h.
K
z
- Hệ số nén dòng do các thiết bị vớt rác, thờng K
z
= 1,05.
H
1
- Chiều sâu lớp nớc trớc song chắn rác, m.
V
tt
- Vậntốc trung bình qua các khe hở, thờng V
tt
= 0,8 - 1 m/s.

Tính chiều rộng ton bộ song chắn rác:
B

s
= d( n - 1 ) + bn
Trong đó:
d - Bề dy hay đờng kính các song chắn rác, m.
b - Khoảng cách giữa hai thanh hoặc đờng kính lỗ của song, m.

Chiều cao song chắn rác:

Thờng đợc lựa chọn tuỳ theo chiều sâu của máng dẫn; Thờng một song chắn rác có
chiều cao bằng 85 - 90% chiều sâu rãnh.

2. Tính toán thiết bị trung hoà và thiết bị tạo hỗn hợp:

Thiết bị trung ho v thiết bị tạo hỗn hợp l hai thiết bị hầu nh không thể thiếu trong
mỗi hệ thống xử lý nớc nói chung, xử lý nớc thải nói riêng.

Các thiết bị tạo hốn hợp thờng đợc sử dụng cho các mục đích lm đồng đều các tác
nhân có giá trị cho xử lý nớc thải với nớc. Các tác nhân có thể l axit, kiềm, chất keo
tụ hay ch các chất trợ keo tụ, chất khử trùng v.v.

Về nguyên lý v tính chất hoạt động, các thiết bị trung ho v thiết bị tạo hỗn hợp l
tơng đơng nhau v về bản chất rất gần với các thiết bị khuấy trộn nên chúng đều có
thể tính đợc theo nguyên tắc tính toán các thiết bị khuấy trộn.


10
Một thiết bị tạo hỗn hợp có thể đợc thiết kế ở dạng tự khuấy trộn hoặc l khuấy trộn
cỡng bức - có sử dụng thiết bị khuấy trộn riêng biệt. Trong đa số các trờng hợp, để
kinh tế, dễ lắp đặt cũng nh chế tạo, thớng sử dụng loại thiết bị tự khuấy trộn.
Thiết bị tạo hỗn hợp v trung ho dạng tự khuấy trộn thờng ở ba dạng: Dạng trộn đứng;

Dạng nằm ngang v dạng tầng ( bậc thang ).

Tính toán thiết bị dạng đứng:

Thờng dùng cho các hệ thống xử lý có công suất 1.500 m
3
/h. Thờng có dạng:

Hỗn hợp ra






=30-45
o

Hoá chất


Nớc vo



Hình 2: Sơ đồ thiết bị khuấy trộn dạng đứng.

Trong thiết bị ny, góc tạo thnh giữa phần hình côn v phần hình trụ ( ) thờng l từ
30 - 45
0

.
Các phơng trình tính toán cơ bản:
+ Vận tốc nớc vo thiết bị thờng l v = 1 - 1,2 m/s.
+ Đờng kính ống dẫn nớc vo l d; d = ( 4q/v )
1/2
( diện tích mặt cắt ngang f = d
2
/4.
+ Vận tốc nớc trong thiết bị ( phần hình trụ trên ) thờng l v
b
= 1 mm/s
+ Diện tích phần hình trụ trên của thiết bị F = q/v
b

Trong đó:
F - Diện tích mặt cắt ngang phần hình trụ trên, F = D
2
/4;
D - Đờng kính phần trụ, m.
Q - Công suất thiết bị, m
3
.
Chiều cao phần hình trụ h
t
= Thể tích phần trụ / Tiết diện trụ = V
t
/F.
Chiều cao phần hình côn h
c
; h

c
= 1/2( D - d )ctg/2.
Thể tích phần tạo hỗn hợp hình côn l V
c
, V
c
= h
t
(F + f + (Ff)
1/2
)/3, m
3
.

Một dạng thiết bị tạo hỗn hợp ( trung ho ) khác thờng đợc sử dụng trong các dây
chuyền hệ thống xử lý nớc thải l thiết bị tạo hỗn hợp dạng bậc thang - thiết bị dạng
tầng ( hình 3 )





11
Thiết bị dạng bậc thang ( nhiều lỗ - tầng )

Dòng vo Hoá chất

h
H = 3h Dòng hỗn hợp ra

H


b
b
1


Hình 3: Thiết bị tạo hỗn hợp dạng bậc thang

Vận tốc dòng trong thiết bị thờng l v
0
= 1 m/s
Để đảm bảo không khí cũng nh tác nhân ho trộn tốt với nớc, chiều cao của các tấm
ngăn cần ngập sâu trong nớc từ 10 - 15 cm; trong trờng hợp thiết bị dạng tròn, đờng
kính các tấm ngăn l từ 20 - 120 mm.
Số các tấm ngăn ( n
0
) đợc xác định theo công thức sau:
4q
n
0
=
v
0
d
0
2

d

0
- Chiều cao tấm chắn, chọn.
q - Công suất thiết bị; m
3
/s.

Tốn thất áp suất trên tất cả các tấm ngăn l h
0
;
mv
0
2

h
0
=
2g
2

với:
m - Số các vách ngăn,
g - Gia tốc trọng trờng, g = 9,8 m/s
2
,
- Hệ số,
= 0,65 khi d
0
: = 2;
= 0,75 khi d
0

: = 1;
- chiều dy thnh thiết bị.
Độ chênh mức nớc h sau mỗi một ngăn đợc xác định theo công thức:
h
0

h =
m
Diện tích mặt cắt phía cuối thiết bị l f
c
;
f
c
= q: v
c
v
c
- Vận tốc dòng phía cuối thiết bị, m/s.
Thiết bị dạng nằm ngang:

Thiết bị dạng ny có sơ đồ thiết kế nh hình 4:

12



b
l

b

n



2b
l



0,13
0,13 0,13



Hình 4: Thiết bị tạo hỗn hợp dạng ngang

Một thiết bị dạng ny thờng có ba vách ngăn với tốc độ chuyển động của nớc trong
thiết bị thờng l v = 0,6 m/s.
Diện tích mặt cắt ngang của thiết bị l f;
f = q:v, m
2

Với q - năng suất thiết bị, m
3
/s.
Chiều cao lớp nớc ở cuối thiết bị l H; thờng H = 0,4 - 0,5 m.
Khi đó, chiều rộng thiết bị l b
l
; b
l

= f:H.
Tổn thất áp suất h
n
sau mỗi ngăn khi vận tốc dòng nớc l v
t
;
h
n
= v
2
/(
2
.2g).
Nếu số ngăn l n thì tổn thất áp suất tổng l n.h
n
( thờng n = 3 ).
Chiều rộng khe chảy của mỗi tấm ngăn l b
n
; b
n
= f
n
:H; f
n
= q:2v
t
.

3. Tính toán thiết bị lắng.
Quá trình lắng cặn đợc thực hiện trong các bể lắng. Đa số các hạt lơ lửng trong nớc

khi lắng đều tuân theo qui luật lắng với vận tốc lắng của các phần tử đợc xác định theo
công thức:
v = (4g(
s
-
l
)D/(3C
d

l
))
1/2

Trong đó:
v- Vận tốc lắng, m/s;
g - Gia tốc trọng trờng; m/s
2


s
- Tỷ trọng của rắn ; g/cm
3


l
- Tỷ trọng của chất lỏng; g/cm
3

D - Đờng kính hạt, m;
C

d
- Hệ số phụ thuộc chuẩn số Râylôn v dạng hạt rắn.
Khi chuẩn số Râylon 1 v C
d
= 24/N
Re
với N
Re
= vD
l
/.
v = (
s
-
l
)gD
2
/18.
Khi chuẩn số Rây lon lớn thì: C
d
= 18,5/N
Re
0,6

v v = Q/A với Q - Tỷ lệ dòng qua bể; A - Diện tích bề mặt bể, m
2
.

Thiết bị lắng trong thờng có ba dạng: Lắng đứng, lắng côn & lắng nằm ngang.

13
a. Tính toán thiết bị lắng đứng:

L loại thiết bị thờng đợc sử dụng nhất vì:
Năng suất lm việc cao;
Gọn, nhẹ, tốn ít diện tích sử dụng;
Dễ sản xuất v lắp đặt.

Một thiết bị lắng đứng thờng có dạng nh hình 5.

Dòng ra

Dòng vo 700

d H

D



Cửa lấy bùn

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý một thiết bị lắng đứng

Diện tích mặt cắt vùng lắng cặn l F, F đợc xác định theo công thức:
F = q/(3,6.v.N), m
2
.

Trong đó:
q - Công suất lắng, m
3
/h.
v - Vận tốc dòng nớc vo thiết bị, mm/s, thờng v = 0,5 - 0,6 mm/s.
N - Số bể lắng.
Đờng kính bể D = (( F + f )
4
/)
1/2
.
Với:
f - Diện tích camera tạo bông cặn;
f = d
2
/4 = qT/60HN
với T - Thời gian lm việc trong ngy, thờng T = 15 giờ.
H - Chiều cao camera, thờng H = 0,9 H
o
- Chiều cao ton bể.
N - Số bể lắng.

Khoảng thời gian giữa hai lần xả cặn l t,
t = W
oc
.N..r/q(C
cr
- m ) với:
Với:
W

oc
- Thể tích phần hình côn, m
3
.
- Nồng độ cặn trong nớc, g/m
3
.
C
cr
- Nồng độ chất lơ lửng trong nớc, mg/l.
Chiều cao phần hình côn l H
c
, H
c
đợc xác định theo công thức:
H
c
= (D - d)/2tg(90 - );
d - Đờng kính ống nớc vo, m.
- Góc tạo thnh giữa phần hình côn v phần hình trụ, chọn = 30 - 45
0
.

14
b. Tính toán bể lắng côn.

Khi tính toán bể lắng côn ta sử dụng công thức sau:
p = ( M - M
o
).100/M

Trong đó:
M - Độ đục ban đầu của nớc, mg/lít.
M
o
- Độ đục của nớc sau xử lý, mg/lít.
p - Hiệu suất xử lý, %.
Khi đó, diện tích bề mặt lắng F = 0,21(q/u
o
)
1,07
+ f, m
2
.
q - Công suất xử lý, m
3
/h.
f - Diện tích bề mặt côn bên dới, m
2
.
u
o
- Tốc độ lắng của cặn, mm/s.
Bán kính bể lắng R = ( F/ )
1/2
.
C, Tính toán bể lắng ngang:

Diện tích bề mặt lắng F = q/3,6.u
o

Trong đó:
- Hệ số tính đến ảnh hởng của tốc độ lắng.
u
o
- Tốc độ lắng của cặn, mm/s.
q - Công suất xử lý.

Chiều rộng bể B = q/( 3,6.v
cp
.H.N )
H - chiều sâu trung bình của lớp nớc, m;
N - Số bể lắng;
v
cp
= 3 - 8 mm/s.
Chiều di bể L = F/BN

4. Tính toán bể lọc.

Diện tích bề mặt lọc thờng đợc xác định theo công thức:
F = q/( Tv
l
- 3,6nt
1
- nt
2
v
l
- nt
3

v
l
)
Trong đó:
Q - Công suất lọc, m
3
/h.
T - Thời gian lm việc của bể trong ngy, T = 24 h.
v
l
- Vận tốc lọc bình thờng, v
l
= 6 m/h.
n - Số lần rửa bể lọc trong ngy, thờng n = 2.
t
1
- Thời gian rửa bể, thờng t
1
= 0,1 h.
t
2
- Thời gian lọc sau rửa, thờng t
2
= 0,33 h.
t
3
- Thời gian tính cho phin lọc đầu tiên, thờng t
3
= 0,17 h.
Số bể lọc N = F

1/2
/2.
Các kích thớc về chiều rộng, chiều di v chiều sâu của bể cũng nh chiều dy lớp lọc
v kích thớc hạt lọc đợc cho trongcác sổ tay chuyên dụng về xử lý nớc.

5. Phơng pháp tuyển nổi

Phơng pháp tuyển nổi thờng đợc sử dụng để tách loại các chất rắn, chất lơ lửng cũng
nh l tách các phần tử dầu, mỡ ra khỏi nớc thải. Quá trình tuyển nổi l một quá trình
hoá lý phức tạp. Nguyên lý cơ bản của quá trình tuyển nổi l dựa trên khả năng dính kết

15
của các phần tử có bề mặt kỵ nớc vo các bọt khí v nổi lên trên mặt nớc v đợc tách
ra ngoi bằng các thiết bị chuyên dụng. Những phần tử no không có khả năng kỵ nớc
sẽ nằm lại trong nớc. Phơng pháp tuyển nổi thờng đợc sử dụng trong luyện kim,
thu hồi khoáng sản cũng nh cho xử lý nớc thải, nhất l nớc thải của ngnh sản xuất
giấy v công nghiệp tuyển khoáng.

Nguyên lý cơ bản của phơng pháp tuyển nổi l tốc độ nổi lên của các bọt khí trong
nớc chẩy tầng đợc tính theo phơng trình Stock:
V = g(
l
-
k
).d
2
/18
Trong đó:
G - Gia tốc trọng trờng, g = 9,8 m/s
2

l
- Tỷ trọng của chất lỏng, kg/m
3
.

k
- Tỷ trọng của chất khí, kg/m
3
.
D - Đờng kính bọt khí, m.
- Độ hớt động học của chất lỏng, St.
Thể tích tối thiểu của chất khí V
k
có tỷ trọng
s
có thể lm nổi một hạt có khối lợng l
S đợc xác định theo công thức:
V
k
/S = (
s
-
k
)/(
l
-
k
).

k

Việc tính toán, lựa chọn các kích thớc của một bể tuyển nổi trớc hết dựa trên loại hình
nớc thải đợc áp dụng phơng pháp tuyển nổi, dựa trên công suất xử lý, thời gian lu
của nớc cũng nh phơng pháp tuyển. Các số liệu cơ bản của phơng pháp tuyển nổi
thờng đợc sử dụng nh sau:

Phơng pháp Lu
lợng
khí, l/m
3

Kích
thớc bọt
khí, mm
Công suất
hấp thụ,
Wh/m
3

Thời gian
tiếp xúc lý
thuyết, phút
Tải thuỷ lực
riêng,
m/h
Tuyển nổi nhân tạo 100 - 400 2 - 5 5 - 10 5 - 15 10 - 30
Tuyển nổi cơ học 10.000 0,2 - 2 60 - 120 4 - 16
Tuyển nổi bằng khí
ho tan

15 - 50 0,045 -
0,04
40 - 80 20 - 40 3 - 10
Một hệ thống tuyển nổi thờng có dạng hình 6:
Bùn nổi
Cơ cấu gạt
Không khí

Nớc thải Valv áp lực Bể tuyển nổi


Bơm tạo áp Bình tích áp
Nớc sau xử lý

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý một bể tuyển nổi



16
6. Phơng pháp xử lý nớc thải bằng sinh học.

Các quá trình sinh học cơ bản thờng sử dụng cho xử lý nớc thải l: Quá trình bùn hoạt
tính; Lọc nhỏ giọt; Phân huỷ yếm khí; Hồ sinh học v.v Về cơ bản các quá trình đều
liên quan tới các loại thiết bị sử dụng, sự tiếp xúc giữa vi sinh vật với pha lỏng, mức độ
tạo hỗn hợp v.v.
Theo quan điểm sinh học, đa số các quá trình có thể đợc phân chia theo nhiều
cách, chẳng hạn: Theo dòng hồi lu; Theo mức độ lm giu vi sinh vật có đặc tính
xác định bằng các tính chất của nớc thải; Theo điều kiện môi trờng thiết kế v
vận hnh v.v.
Tuỳ theo mức độ phổ biến v hon thiện, các quá trình có thể đợc chia thnh: Quá

trình hiếu khí, yếm khí v quang hợp.
Kiến thức về tế bo học l cần thiết cho việc tính toán lợng nớc thải, nhu cầu ôxy,
lợng khí sinh ra cũng nh sự trao đổi chất giữa các loại vi sinh vật.
Kiến thức về hoá nhiệt sử dụng cho tính toán nhiệt độ có thể đạt đợc của quá trình.
Quan hệ động học cơ bản có thể đợc xác định. Nhiều phản ứng trong quá trình sinh
học l tự động v thờng đợc đợc giả định bằng quan hệ giữa nồng độ nớc thải v sự
sinh trởng của vi sinh vật. Việc xây dựng các quan hệ về tế bo học, nhiệt hoá v quan
hệ động học thờng liên quan tới các yếu tố môi trờng nh: pH, ánh sáng, môi trờng
ion hoá v.v.
Các phản ứng sinh học có thể đợc phân thnh: Phản ứng hiếu khí, yếm khí hoặc quang
hoá tuỳ theo loại vi sinh vật hoạt động, tuỳ theo quá trình sinh học sử dụng cho xử lý
nớc thải. Các quá trình hoạt động của vi sinh vật thờng đợc phân thnh:
Quá trình hoạt động của vi sinh vật trong điều kiện yếm khí.
Quá trình hoạt động của vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí.
Quá trình quang hoá.
Để đi sâu nghiên cứu động học quá trình tạo mng vi sinh vật trong xử lý nớc thải,
tr
ớc hết ta xét:

a. Màng lọc sinh học:
Phần lớn các vi sinh vật có khả năng xâm chiếm bề mặt của một vật rắn khi trong môi
trờng có các hợp chất hữu cơ, muối khoáng v ôxy. Việc cố định đợc thực hiện nhờ vi
sinh vật tiết ra một chất dạng keo có nguồn gốc từ exopolyme. Bên trong chất keo đó, vi
sinh vật vẫn có những chuyển động nhất định.
Việc xâm chiếm bề mặt ny lúc đầu đợc thực hiện ở một số điểm v phát triển dần đến
khi bao bọc ton bộ bề mặt vật rắn. Từ đó trở đi, các tế bo mới sinh ra sẽ bao phủ lên
các lớp ban đầu. Giữa các lớp tế bo có các lỗ xốp trống, vi sinh vật luôn chuyển động
v hình thnh lớp mng sinh học.

b. Các loại màng sinh học:

Trong tự nhiên, tồn tại ba dạng mng sinh học chủ yếu l:
Màng sinh học dạng hỗn tạp: Mng ny gồm hai lớp:

+ Lớp đầu tiên l một lớp mỏng ( khoảng 5 m ) hình thnh do các vi sinh vật bám vo
bề mặt vật rắn.


17
+ Lớp thứ hai l do các vi sinh vật dính kết với nhau nhờ hợp chất keo exopolyme do vi
sinh vật tiết ra v bao quanh các vi sinh vật thuộc lớp thứ nhất ( lớp ny thờng dy
khoảng 100 m ).

Màng sinh học hình nấm: Mng ny đợc tạo thnh từ các quần thể vi sinh vật bó
kết lại với nhau thnh hình dạng giống nh cây nấm.

Màng sinh học nhiều lớp: Mng ny đợc hình thnh từ nhiều lớp vi sinh vật chồng
lên nhau.

c. Cơ chế hoạt động của màng sinh học:

Các chất dinh dỡng có thể đồng hoá đợc cùng với ôxy trong nớc cần xử lý sẽ vận
chuyển v khuếch tán qua bề dy lớp mng sinh học cho đến chừng no m các đám tế
bo ở vùng sâu nhất không tiếp xúc đợc với chất dinh dỡng v ôxy nữa. Sau một thời
gian sẽ xuất hiện sự phân tầng vi sinh vật:

Ngoi cùng l các lớp a khí: ở đây có sự khuếch tán ôxy - Vi sinh vật hiếu khí hoạt
động.
Lớp sau l lớp kỵ khí: ở đây không có sự khuếch tán ôxy - Vi sinh vật kỵ khí hoạt
động.

Sự hình thnh v mức độ tồn tại các lớp ny thay đổi theo loại chất phản ứng ( dinh
dỡng ) v chất nền.

Về cơ bản, các phản ứng sinh học chủ yếu trong xử lý nớc thải đợc thể hiện theo sơ
đồ hình 1:


C, O, H, N, P, S, Các vi sinh vật
Khoáng chất, Vitamin

kết tủa vi sinh vật

Vi sinh vật ADP ATP
Hoá chất hoặc ánh sáng Phân huỷ vi sinh
Nhng không mang nhiệt
Hô hấp
Chất nhận Hidro Vật liệu hữu cơ hốn hợp Sản phẩm thải
( O
2
, SO
4
-2
, NO
2
-
,
Nhiệt Chất
không
NO
3

-
, CO
2
, v,v, ) phân huỷ
CO
2
, H
2
O, NH
4
+
, SO
4
-2
,
NO
3
-
, CO
2
, NO
2
-
, PO
4
-3
, S
H
2
, N

2
, H
2
S, O
2
, CH
4
,
acid hữu cơ, ancol, amin v.v.

Hình 7: Các phản ứng sinh học chủ yếu trong xử lý nớc thải

18
Với sơ đồ trên, các chất có trong nớc thải nh: Carbon, Oxy, Hidro, Nitơ v Photphor
cũng nh các chất vô, hữu cơ khác, ban đầu sẽ đợc vận chuyển đến lớp lọc ở dạng ho
tan. Tỷ lệ ho tan hoặc việc chuyển khối trong lớp lọc có thể lm hạn chế mức độ của
các phản ứng trên.

Các chất nhận Hidro có thể l các vi sinh vật hiếu khí sử dụng ôxy cho mục đích ny,
còn các vi sinh vật yếm khí sẽ sử dụng các nguồn Sulphat, Nitrat, Carbon diocid hoặc
các hợp chất hữu cơ. Năng lợng chỉ đợc cung cấp ở dạng năng lợng có trong các hợp
chất hoá học hoặc nhờ gradient nhiệt do ánh sáng. Phần năng lợng ny đợc sử dụng
cho phản ứng tổng hợp để sinh khối, phần còn lại tiêu tán do phát nhiệt. Hiệu ứng nhiệt
trong thiết bị thờng có thể bỏ qua khi nồng độ chất hữu cơ trong nớc thải l nhỏ.

Các dạng sản phẩm thải cũng khác nhau tuỳ theo loại vi sinh v điều kiện môi trờng.
Trong đó chủ yếu l các loại khí nh: Carbondiocid, Nitơ, Oxy hoặc Methane v một số
khí khác nh: HidroSulphua, Amoniắc, Mercaptan v.v. Một yêu cầu đặc biệt cho nhiều
quá trình sinh học sử dụng trong xử lý nớc thải l việc tạo ra các vi sinh vật trôi nổi
có thể dễ dng tách loại ra khỏi nớc bằng các quá trình hoá học nh lắng, lọc v.v. Theo

quan điểm kiểm soát môi trờng thì các vi sinh vật sinh ra cũng có thể đợc xem nh l
một sản phẩm thải, chúng có thể lm tăng ô nhiễm nguồn nớc. Một điều quan trọng
đối với các vi sinh vật sử dụng cho xử lý nớc thải l
chúng phải dễ dng phân lập đợc
khỏi pha lỏng hoặc phân huỷ đợc bằng quá trình tự ôxy hoá.

Tại ranh giới pha lỏng, các phản ứng sinh học cũng có thể đợc coi l các phản ứng hoá
học.

Cũng theo các nh nghiên cứu thì: Các phản ứng sinh học chịu ảnh hởng mạnh của các
loại vi sinh vật có trong môi trờng xẩy ra phản ứng. Các quá trình hiếu khí, kỵ khí v
quang tổng hợp có thể biểu thị nh sau:

Hiếu khí:
Vi sinh vật hiếu khí
Chất hữu cơ + O
2
Vi sinh vật hiếu khí + CO
2
+ H
2
O
Lm xúc tác

Yếm khí:
Vi sinh vật yếm khí
Chất hữu cơ + O
2
Vi sinh vật yếm khí + CO
2

+ H
2
O + CH
4

Lm xúc tác

Quang tổng hợp:
Vi sinh vật quang tổng hợp
H
2
O + CO
2
Vi sinh vật quang tổng hợp + O
2

Lm xúc tác

Có thể xẩy ra cả ba loại phản ứng trên trong cùng một thiết bị, chẳng hạn trong hồ thì
phản ứng quang tổng hợp, hiếu khí v yếm khí cùng xẩy ra tơng ứng trên mặt hồ, giữa
hồ v dới đáy. Nhợc điểm của phản ứng quang tổng hợp so với các phản ứng khác l
Carbon vô cơ có thể chuyển thnh Carbon hữu cơ - nguồn ô nhiễm


19
Một ví dụ cho quá trình hiếu khí l chất hữu cơ ( gluco chẳng hạn ) đợc chuyển hoá
nh sau:
Quá trình hô hấp ( hấp thụ Ô
2
):

C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O
Tổng hợp:
5C
6
H
12
O
6
+ 6NH
4
+
6 C
5
H
7
NO
2
+ 18H

2
O + 6H
+


Giả sử rằng có tỷ lệ 0,5 mol vi sinh vật/ 01 mol Gluco thì:
C
6
H
12
O
6
+ 0,5NH
4
+
+ 3,5O
2
0,5 C
5
H
7
NO
2
+ 3,5CO
2
+ 5H
2
O + 0,5H
+

( C
5
H
7
NO
2
- Ký hiệu thành phần vi sinh vật ).
Một phơng trình tự ôxy hoá của vi sinh vật phổ biến trong nhiều quá trình sinh học sử
dụng cho xử lý nớc thải l quá trình phân rã vi sinh vật::
5C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2
+ H
+
NH
4
+
+ 5CO
2
+ 2 H
2
O.
Về mặt toán học, quan hệ về lợng giữa chất hữu cơ bị phân huỷ v lợng vi sinh vật
sinh ra thờng theo phơng trình:
dX/dt = -YdS/dt

Trong đó:

X - Nồng độ vi sinh vật.
S - Nồng độ chất.
T - Thời gian.

Y - Hệ số, Y l hm của lợng vi sinh vật, loại chất cần phân huỷ v điều kiện môi
trờng. Thờng với quá trình xử lý nớc thải bằng sinh học thì lấy Y l hằng số. Các
yếu tố lm tăng Y thờng l các chất họ glucogen v polyhidroxibutyrat, các chất cung
cấp năng lợng cho duy trì v chuyển đổi các vi sinh vật.

d. Các quan hệ động học cơ bản:

Giản đồ sinh trởng của vi sinh vật đợc thiết lập trong điều kiện nhiệt độ, pH v.v. l
hằng số nh sau:
Mật độ vi sinh vật

I II III IV
Hệ số Hệ số Phân rã
nhỏ Hệ số sinh trởng
Sinh T. giảm
ổn định





0 Thời gian

Hình 8: Giản đồ sinh trởng của vi sinh vật

20
Giai đoạn 1- Giai đoạn tiềm tàng:

Trong giai đoạn ny, tế bo tổng hợp các enzym cần thiết cho sự chuyển hoá chất nền.
Giai đoạn ny l rất quan trọng đối với việc xử lý các loại nớc m không đợc cấy vi
sinh vật trớc. Trong giai đoạn ny không có sự tái tạo tế bo.
X = X
0
= C
X
0
- Mật độ tế bo ở thời điểm t = 0.
C - Hằng số.
Nh vậy, tốc độ sinh trởng tế bo dX/dt = 0.
Giai đoạn 2 - Giai đoạn hệ số sinh trởng ổn định:
Giai đoạn ny đạt đợc khi tỷ lệ tái tạo tế bo ở mức cao nhất v giữ không đổi với nồng
độ không hạn chế của chất nền. Trong giai đoạn ny, tốc độ sinh trởng dX/dt tăng tỷ lệ
với X v (1/X)dX/dt =
max


Giai đoạn 3 - Giai đoạn hệ số sinh trởng giảm:
Giai đoạn ny ứng với sự cạn kiệt dần của môi trờng nuôi cấy với sự biến mất của một
hoặc nhiều phần tử cần thiết cho sự sinh trởng của vi sinh vật.

Giai đoạn 4 - Giai đoạn phân rã:
Mật độ các tế bo giảm xuống vì tỷ lệ các tế bo chết tăng lên.

Tổng quát, quá trình đợc biểu thị bằng phơng trình:
dX/dt = X
Trong đó:

- Hệ số phát triển đặc trng.

Theo Michaelis - Menton thì =
max
( S/( K
S
+ S ))


max
- Hệ số phát triển đặc trng lớn nhất.

K
S
= a - hằng số bão ho, khi nồng độ Nitơ l giới hạn thì K
S
=
max
/2.
Quan hệ giữa nồng độ Nitơ ngng tụ v hệ số phát triển đợc biểu diễn qua đồ thị:

Hệ số phát triển đặc trng,

max
/2


Nồng độ Nitơ ngng tụ

Hình 9: Đồ thị quan hệ giữa nồng độ Nitơ giới hạn và hệ số phát triển đặc trng

21
Các nghiên cứu chỉ rõ, quan hệ ny liên quan chặt chẽ với quá trình hấp phụ, vận
chuyển v phân huỷ enzym của tất cả các thiết bị phản ứng.

Khi sử dụng mô hình Monod ( mô hình cổ điển nhất nhng cũng l mô hình quen thuộc
nhất; Mô hình kinh nghiệm rất gần với định luật Michaelis - Menten ) để nghiên cứu
quá trình xử lý sinh học thì điều quan tâm lại l hm lợng S cũng nh tỷ lệ Nitơ tối
thiểu trong nớc.

Khi xác định hm lợng các chất có chứa Carbon ( nguồn năng lợng cho sự sinh trởng
v phát triển của vi sinh vật ) cũng nh việc xác định COD, BOD thờng phải quan tâm
đến lợng Nitơ nhỏ nhất có trong quá trình sinh học hiếu khí.

Khả năng xử lý nớc thải của vi sinh vật đợc thể hiện thông qua việc tách loại BOD
của nớc cũng nh việc thay đổi tỷ lệ vi sinh vật có trong nớc thải., Việc kiểm tra độ
tăng tỷ lệ vi sinh vật có thể thực hiện đợc thông qua nhiều chất nh Amôni, Phosphat,
Sulphat, Fe, ánh sáng, CO
2
, v.v.

Việc kiểm tra bằng Amônni hoặc Phosphat thờng đợc sử dụng trong xử lý nớc thải
công nghiệp có chứa nhiều các chất dạng ny.

Sự phát triển của tảo trong quá trình sinh tổng hợp cũng có thể đợc kiểm tra bằng ánh
sáng hoặc CO
2
.

Việc kiểm tra quá trình cũng có thể thực hiện đợc bằng việc tính toán các quá trình
chuyển khối trong thiết bị cũng nh bằng phản ứng hoá học của các chất có nồng độ rất
nhỏ bên trong thiết bị.

Atkison v Daoud ( B, Atkison and I. S. Daoud, Trans. Inst. Chem. Engrs - England ),
Baillod v Boyle ( C. R. Baillod and W. C. Boyle, J. Sanit. Eng. Div., Proc. Amer. Soc.
Civil Engrs ) đã giải thích v diễn tả quá trình sinh học xử lý nớc thải bằng các phơng
trình chuyển khối. Còn theo Kornegay v Andrews ( B. H. Kornegay and J. F.
Andrews, Characteristics and kinetics of biological fixed film reactor, Environ. Syst.
Eng. Dept., Clemon University, Clemon, S. C. 1970 ) thì có thể sử dụng K
s
l một đại
lợng thay đổi. Một điều quan trọng của quá trình chuyển khối trong các quá trình sinh
học xử lý nớc thải l giá trị K
s
thờng lớn hơn.

Trong nhiều quá trình sinh học sử dụng cho xử lý nớc thải, các vi sinh vật thờng đợc
lu lại lâu di tại vùng m ở đó các phản ứng tự ôxy hoá v phân rã l chủ yếu. Khi đó,
yếu tố đặc trng lại l hệ số phân huỷ vi sinh vật v phơng trình dX/dt = X có thể
đợc viết nh sau:

dX/dt = ( - K
d
)X

K
d
- Hệ số phân huỷ vi sinh vật.

Các loại mô hình sử dụng cho xử lý nớc thải bằng sinh học thờng l:




22
e. Mô hình điều kiện ổn định

Mô hình toán học điều kiện ổn định trong các loại thiết bị sinh học khác nhau có thể
đợc phát triển thông qua các cân bằng vật chất trong thiết bị v sử dụng các quan hệ đã
thiết lập trên.

Cân bằng vật liệu cho các vi sinh, cân bằng vật chất, sản phẩm hoặc các cấu tử khác của
hệ. Các dạng cơ bản của cân bằng vật liệu l:

Mật độ dòng vật liệu vo thiết bị + Mật độ bề mặt hoặc sự phân rã của vật liệu vo
thiết bị = Mật độ dòng vật liệu ra khỏi thiết bị+ Mật độ tổng vật liệu trong thiết bị.

Mỗi một thuật ngữ có thể bao gồm nhiều cấu tử. Sơ đồ tổng quát của quá trình nh
sau:

F, X
0
, S
0
V F, X
1
, S
1


X
1
, S
1


Hình 10: Mô hình dòng liên tục, thiết bị tạo hỗn hợp
Trong đó:

V - Thể tích thiết bị; lít.
F - Mật độ dòng; lít/m
2
.phút.
X
0
- Nồng độ vi sinh vật trong dòng vo; mg/l.
X
1
- Nồng độ vi sinh vật trong dòng ra; mg/l.
S

0
- Nồng độ chất trong dòng vo; mg/l.
X
0
- Nồng độ chất trong dòng ra; mg/l.

Cân bằng vi sinh vật v vật chất trong thiết bị đợc xác định theo phơng trình:

Cân bằng vi sinh vật: FX
0
+
max
( S
1
/ (K
s
+S
1
))X
1
V = FX
1
+ VdX
1
/dt

Cân bằng vật chất : FS
0
-
max

( S
1
/ (K
s
+S
1
))X
1
V/Y = FS
1
+ VdS
1
/dt


Thờng thì cân bằng vi sinh vật tại thời điểm đầu l 0. Tại thời điểm ổn định, sự tích luỹ
cũng l 0, các phơng trình khác nó đợc tính bằng đại số. Nồng độ vật chất v vi sinh
vật trong thiết bị đợc xác định nh sau:
Nồng độ vật chất : S
1
= K
s
/(
max
- 1 )

Nồng độ vi sinh vật: X
1
= Y( S
0

- S
1
)
Trong đó:

- Thời gian chất lỏng trong thiết bị.
Quan hệ giữa nồng độ vật chất, vi sinh vật v thời gian lu đợc cho trong giản đồ sau:



23
Nồng độ chất & vi sinh vật dòng ra S
1
, X
1



Nồng độ vi sinh vật X
1





Nồng độ vật chất S
1

Thời gian lu

Hình11: Quan hệ giữa nồng độ vật chất, vi sinh vật và thời gian lu

Thể tích thiết bị sẽ qui định tỷ lệ dòng v khi có sự hồi lu của vi sinh vật thì mô hình
đợc mô tả nh hình 6:

Thiết bị
Thiết bị phân loại Rắn - lỏn
g

F V F

X
0
, S
0
X
1
, S
1
X
2
, S
1



Hình 12: Sơ đồ mô hình thiết bị sinh học có hồi lu
Trong đó:

Nồng độ vật chất : S
1
= K
s
/( R
max
- 1 )
Nồng độ vi sinh vật : X
1
= RY( S
0
- S
1
)
R - Yếu tố nồng độ : R = X
1
/X
2
v luôn > 1.
X
1
- Nồng độ vi sinh vật bên trong thiết bị phân loại rắn - lỏng.
X
2
- Nồng độ vi sinh vật trong dòng ra của thiết bị phân loại rắn - lỏng.
S
0
- Nồng độ chất trong dòng vo thiết bị.
S
1

- Nồng độ chất trong dòng ra thiết bị.
Quan hệ giữa thể tích thiết bị v nồng độ chất đợc biểu diễn theo hình 7:
Tỷ lệ chất đối với thể tích thiết bị







R=2
R=4 R=1

Thời gian lu
Hình13: Hiệu quả của việc tái sinh vi sinh vật đến tỷ lệ điều chỉnh chất

24
Trong thực tế, dòng vo của nhiều quá trình sinh học sử dụng cho xử lý nớc thải l rất
khác nhau v độ dao động của BOD có thể dao động từ 15 đến 250%. Việc xem xét hiệu
quả của các phơng án sinh học l rất cần thiết.

f. Mô hình động học cho một thiết bị yếm khí.

Sự phát triển mô hình động học đợc thể hiện rõ nét nhất thông qua ví dụ về một thiết bị
yếm khí đợc lựa chọn cho các ứng dụng ny. Quá trình ny đợc sử dụng rộng rãi cho
việc ôxy hoá tách loại các chất rắn hữu cơ trong nớc thải đô thị v xử lý nớc thải công
nghiệp có hm lợng các chất hữu cơ cao. Quá trình có nhiều u điểm khi lấy bùn thải,
tiết kiệm nhiên liệu khi vận hnh v sinh ra methane. Mô hình một quá trình yếm khí
đợc mô tả theo sơ đồ hình 8:

Chất hữu cơ không tan

k
1
Enzym ngoại bo

Chất hữu cơ ho tan

k
2
Khuẩn tạo acid

Vi khuẩn Acid dễ bay hơi Các sản phẩm khác
CO
2
+ H
2


k
3
Khuẩn tạo Methane

CH
4
+ CO
2

Khối khuẩn

Hình14: Sơ đồ yếm khí cho xử lý chất hữu cơ

Trong thực tế sẽ có nhiều loại vi khuẩn khác nhau hoạt động trong quá trình yếm khí
ny. Mặt khác, một số loại khuẩn methane lại có tỷ lệ tăng trởng lớn hơn nhiều so với
khuẩn tạo acid. Khi đó, ton bộ các sản phẩm trung gian, các acid dễ bay hơi, methane
v carbon dioxid thờng đợc xem xét một cách giới hạn v chúng chỉ đợc xem nh
sản phẩm của một phản ứng hoá học.

Các nh khoa học còn cho rằchaa: Tỷ lệ sinh trởng vi sinh vật trong phản ứng ny
không chịu ảnh hởng của nồng độ chất có trong nớc thải vì các acid dễ bay hơi cũng
nh các chất sau phân huỷ sẽ ngăn cản sự tạo thnh methane.
Khi đó: =
max
( 1 + /( K
S+
/S + S/K
i
)) với K
i
- Hệ số ngăn cản.

Quan hệ giữa hm Monod v hm ngăn cản đợc biểu thị theo giản đồ hình 9:





25
Hệ số phát triển đặc trng

Hm Monod




Hm ngăn cản


Nồng độ chất S

Hình 15: Giản đồ quan hệ giữa hàm Monod và hàm ngăn cản

Giản đồ cho thấy, với mỗi giá trị của hệ số phát triển đặc trng ở điểm max sẽ có hai giá
trị nồng độ chất tơng ứng. Đây l một luận điểm quan trọng vì qua đó có thể biết đợc
l điều kiện có ổn định hay không?.

Một yếu tố khác đợc quan tâm đến trong quá trình yếm khí l acid dễ bay hơi có thể
đợc tách ra ở hai dạng: S
-
hoặc HS. Số liệu thực nghịêm cho thấy: ở pH > 6, lợng HS
có thể đợc tính theo công thức:
HS = ( H
+
)(S)/K
a

Trong đó:
HS - Nồng độ acid không bị ion hoá.
H

+
- Nồng độ ion Hydro
S - Nồng độ acid tổng.
K
a
- Hằng số ion hoá.

Giá trị của HS còn có thể đợc tính theo hm ngăn cản:

=
max
/( 1 + K
S
K
a
/(S)(H
+
) + (S)(H
+
)/K
i
K
a
)