khử tiếp BOD5, COD và N-NH3 trong nước thải.

Phương án 2:
Sau khi qua xử lý sơ bộ lượng SS đã giảm gần như hoàn toàn, công đoạn xử lý
sinh học tiếp theo có nhiệm vụ khử tiếp BOD
5
, COD và N-NH
3
trong nước thải.
4.11 MƯƠNGY OXY HÓA
 Cấu tạo của mương oxy hóa
 Công suất xử lý nước thải 500m
3
/ngày < 2000m
3
/ngày nên chọn số đơn nguyên
là 1 mương oxy hoá và 1 bể lắng đặt sau mương.
 Mương oxy hoá có thể xây bằng bê tông cốt thép, hoặc bằng mương thành đất,
mặt trong ốp đá, láng xi măng hoặc nhựa đường. Nếu mương được làm bằng
vật liệu không phải là bê tông cốt thép thì tại chỗ đặt thiết bị làm thoáng cũng
phải xây bằng bê tông cốt thép để đảm bảo độ bền và độ ổn định.
 Mặt cắt ngang của mương có thể là hình chữ nhật (mương bê tông cốt thép),
hình thang (mương đất ốp đá), độ dốc mái taluy (m) 2 thành bên tuỳ thuộc và
độ bền của đất, thường m ≤ ½.
 Chiều sâu H của mương tuỳ thuộc vào công suất của thiết bị làm thoáng để đảm
bảo trộn đều bọt khí và tạo vận tốc tuần hoàn chảy dọc mương V ≥ 0,25 –
0,3m/s, có thể chọn H = 1 ÷ 4m. Vận tốc tuần hoàn chảy dọc mương là vận tốc
giới hạn để bùn không lắng.
 Chiều rộng trung bình của mương thường từ 2 ÷ 6m.
 Nếu không có đủ chiều dài, bố trí mương theo hình ziczac, tại khu vực hai đầu
mương khi dòng nước đổi chiều, tốc độ nước chảy nhanh phía ngoài, chậm ở
phía trong làm cho bùn lắng lại, giảm hiệu quả xử lý, do đó đối với mương rộng
phải xây các tường hướng dòng tại 2 đầu mương để tăng tốc độ nước ở phía

trong.
 Chỗ đưa nước thải vào nên gần máy thổi khí.
 Nồng độ bùn hoạt tính vào mùa hè 2000mg/l; vào mùa đông 3000 ÷ 4000mg/l.
1
Hình dạng mương càng phức tạp càng không có lợi vì làm tăng trở lực các khúc
quanh, khó phần bổ đồng đều dòng theo tiết diện, gây ra vùng lắng bùn hoạt tính cục
bộ và làm bẩn nước.
 Các thông số thiết kế
Áp dụng các công thức tính toán cho quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt
tính lơ lửng trong các bể phản ứng hiếu khí khi tính toán thiết kế mương oxy hoá.
Trong sơ đồ công nghệ lựa chọn, giai đoạn xử lý cơ bản gồn mương oxy hoá và bể
lắng đợt II.
Khoảng giá trị của các thông số khi lựa chọn thiết kế cho mương oxy hoá như sau
(Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)
 Tỷ số F/M (kg BOD
5
/kg bùn hoạt tính ngày): 0,04 – 0,1
 Tải trọng thể tích BOD
5
(kgBOD
5
/m
3
ngày): 0,08 – 0,24
 Nồng độ bùn hoạt tính X (mg/l): 2000 – 5000
 Hệ số tuần hoàn bùn α =
Q
Q
t
: 1 - 2

 Thời gian lưu bùn (ngày): 15 – 30
 Tốc độ nitrat hoá (mgN/mg bùn.ngày): 0,2 – 0,8
 Tốc độ khử nitrat (mgN/mg bùn.ngày ở 20
o
C): 0,1 – 0,4
 Vận tốc hỗn hợp của nước – bùn chảy trong mương (m/s): v ≥ 0,25 – 0,3m/s
 Độ tro của bùn: Z = 0,35
Vì trước mương oxy hoá đã thiết kể bể điều hoà trong điều kiện lưu lượng nước thải
dao động, nên công suất nước tính toán cho mương oxy hoá và bể lắng đợt II là công suất
ngày trung bình.
Bảng 4.18: Thông số đầu vào mương oxy hóa
Số TT Chỉ tiêu phân
tích
Đơn
vị
Kết quả TCVN(5945 –
2005 ) loại B
2
1 Mùi, màu - Màu trắng đục,
mùi hôi.
Không khó
chịu
2 pH - 7 5,5 – 9
3 BOD
5
Mg/l 591,44 50
4 COD Mg/l 747,32 80
5 N-NH
3
Mg/l 116 10

6 SS Mg/l 62,4 100
Lưu lương: Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m
3
/s
 Lượng BOD
5
đầu vào 591,44 mg/l. BOD
5
/BOD
20
=0,68.
 Lượng BOD
5
đầu ra 50 mg/L
 Nhiệt độ nước thải t =20
0
 Cặn lơ lửng ở đầu ra : SS
ra
= 30 mg/L gồm có 65% là cặn có thể phân hủy sinh học.
 Áp dụng các điều kiện vận hành cho quá trình khuấy trộn hoàn chỉnh bùn hoạt tính
 Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào ở mương X
o
= 0 mg/l
 Nồng độ bùn hoạt tính trong mương : MLVSS = X = 3500 mg/l

 Nồng độ cặn tuần hoàn MLSS = 10000 mg/l (trong bể lắng II)
 Nước thải có đủ chất dinh dưỡng và điều kiện cho vi sinh vật phát triển (đã
được điều chỉnh ở bể trung hoà kết hợp bổ sung chất dinh dưỡng) BOD
5
: N : P
= 100 : 5 : 1, pH = 7,2.
 Độ tro của cặn là Z = 0,35.
 Chọn thời gian lưu bùn đối với cả vi khuẩn nitrat và vi khuẩn dị dưỡng θ
c
= 20
ngày.
 Lượng BOD
5
hòa tan sau xử lý
BOD
5
ở đầu ra = BOD
5
hoà tan + BOD
5
chứa trong cặn lơ lửng
BOD
5
chứa trong 30 mg/l cặn lơ lửng đầu ra :
 Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra:
0,65 × 30 mg/l = 19,5mg/l
3
 Phương trình phản ứng:
C
5

H
7
O
2
N + 5O
2
→ 5CO
2
+ 2 H
2
0 + NH
3
+ Năng lượng
113 mg/L 160 mg/L
1mg/L 1,42 mg/L
 BOD
20
bị oxy hóa hết thành cặn tăng lên 1,42 lần (1mg BOD
20
tiêu thụ 1,42 mgO
2
)
1,42 × 19,5 mg/l = 27,69 mg/l
 Lượng BOD
5
chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:
27,69× 0,68 =18,83 mg/l
 Lượng BOD
5
hòa tan khi ra khỏi bể lắng: 50 – 18,83 = 31,17 mg/l

 Hiệu quả xử lý tính theo BOD
5
tan:
591,44 31,17
94,73%
591,44
o
o
S S
E
S
−
−
= = =
 Hiệu quả xử lý tính theo BOD
5
đầu ra:
E =
591,44 50
100 91,55%
591,44
−
× =
 Thể tích của mương oxy hóa khi chưa có dòng tuần hoàn
Thể tích mương gồm: thể tích vùng hiếu khí (oxic) (V
1
) để khử BOD
5
và oxi hoá NH
4

+
thành NO
3-
, thể tích vùng thiếu khí (anoxic) (V
2
) để khử NO
3-
thành N
2
.
 Xác định thể tích vùng hiếu khí
 Tính toán thể tích vùng hiếu khí theo điều kiện khử BOD
5
5
3
0
500 591,44
845
0,1 3500
BOD
QS
V m
F
X
M
×
= = =
×
 
×

 ÷
 
- Chọn tỷ số F/M = 0,1 gBOD
5
/g bùn hoạt tính
- Nồng độ bùn hoạt tính X = 3500 mg/l
 Tính toán thể tích vùng hiếu khí theo điều kiện nitrat hoá
4
Xác định tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn nitrat hoá trong điều kiện mương
oxy hoá vận hành ổn định ở 20
o
C
( )
( )
[ ]
pHe
DOK
DO
NK
N
T
ON
NN
−−









+








+
=
−
2,708331
)15(098,0
max
2
µµ

Trong đó: - Nhiệt độ T = 20
o
C
-
maxN
µ
= 0,45/ngày ở 15
o
C; DO = 2mg/l; K
O2

= 1,3mg/l; pH = 7,2
- Hằng số bán bão hòa đối với nitơ ở 20
o
C
-
0,051 1,158 0,051 20 1,158
10 10 0,728
T
N
K
× − × −
= = =
- e
0,098(T-15)
: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ tại T
o
C, e
0,098(20-15)
=1,6323
- Hệ số hiệu chỉnh pH [1 – 0,833(7,2 – 7,2)] = 1 đối với pH = 7,2
( )
( )
0,098(20 15)
116 2
0,45 1 0,833 7,2 7,2
0,728 116 1,3 2
N
e
µ
−

  
 
= × − −
 ÷ ÷
 
+ +
  
= 0,442/ngày
 Xác định hiệu suất nitrat hoá theo điều kiện các thông số động học của quá trình
nitrat
Bảng 4.18: Các hệ số động học của quá trình nitrat hoá trong môi trường bùn
hoạt tính lơ lửng ở nhiệt độ 20
o
C
Hệ số Đơn vị Khoảng dao động Giá trị điển hình
max
N
µ
1/ngày 0,4 – 2 0,9
K
N
NH
+
4
, N, mg/l 0,2 – 3 0,5
Y
N
mg bùn hoạt tính/mgNH
+
4

0,1 – 0,3 0,16
K
DN
1/ngày 0,03 – 0,06 0,04
(Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)
 Tra bảng:
- Thời gian lưu bùn:
c
θ
= 20 ngày (đã chọn)
- Chọn hệ số năng suất sử dụng chất nền: Y
N
= 0,16 mgVSS/mg NH
+
4
ngày
5
- Hệ số phân huỷ nội bào: K
d
= 0,04/ngày
 Thời gian lưu bùn để khử nitrat tính theo công thức:
C
θ
1
= Y
N
ρ
N
- K
d

(4.45)
 Tốc độ sử dụng chất nền riêng cần thiết:
1
d
c
N
N
K
Y
θ
ρ
+
=
=
16,0
04,0
20
1
+
= 0,5625 mgVSS/mg NH
+
4
ngày
 Tốc độ sử dụng chất nền riêng cực đại
K =
N
N
Y
µ
=

16,0
442,0
= 2,7625/ngày (4.46)
 Tốc độ sử dụng chất nền NH
+
4
tính cho một đơn vị khối lượng vi khuẩn nitrat hoá
trong một đơn vị thời gian:
ρ
N
=
NK
KN
N
+
= 0,5625 mgNH
+
4
/mg bùn.ngày (4.47)
 Suy ra, N-NH
3
sau xử lý là:
N =
N
NN
K
K
ρ
ρ
−

=
0,5625 0,728
2,7625 0,5625
×
−
= 0,19 mg/l
 Xác định thành phần hoạt tính của vi khuẩn nitrat hoá trong bùn hoạt tính
X
N
= f
N
X vói f
N
được xác định theo công thức:

0
0 0
0,16 ( )
0,6 ( ) 0,16 ( )
N
N N
f
S S N N
× −
=
× − − × −
(4.48)
f
N
=

0,16 (116 0,19)
0,052
0,6 (591,44 31,17) 0,16 (116 0,19)
× −
=
× − + × −
X
N
= 0,052
×
3500 = 182 mg/l
 Thể tích cần thiết để khử nitrat hoá tính theo công thức:

3
0
NO
N N
N N
V
X
ρ
−
=
×
(4.49)
6
Trong đó:
Q = 500 m
3
/ngày

N
o
= 116 mg/l ;
N = 0,19 mg/l
N
ρ

= 0,5625 mgNH
+
4
/mg bùn.ngày ;
X
N
= 182 mg/l
V
3
NO
=
3
500 (116 0,19)
565,62
0,5625 182
m
× −
=
×
- So sánh giá trị thể tích cần thiết để khử BOD
5
và thể tích khử nitrat.
V

BOD5
= 845 m
3
> V
3
NO
= 565,62 m
3
Chọn dung tích vùng hiếu khí khi chưa tuần hoàn là V
BOD5
vì khi khử hết toàn bộ
BOD
5
theo yêu cầu thì toàn bộ NH
+
4
sẽ được oxy hoá thành NO
3
-
:
V
HK
= 845m
3

 Xác định thể tích vùng thiếu khí để khử nitrat hóa
 Thể tích vùng thiếu khí khử nitrat hoá tính theo công thức
V
TK
=

X
NONO
DN
rv
ρ
)(
33
−−
−

 Tốc độ khử nitrat ρ
DN
= 0,1 mgNO
3
/mg bùn.ngày ở 20
o
C,
(Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)
- Nồng độ bùn hoạt tính X = 3500mg/l
- Lượng NO
3
-
sinh ra do nitrat hoá NH
3
ở vùng hiếu khí tính theo N:
116 – 0,19 = 115,81 mg/l
- Lượng NO
3
-
đầu ra = Tổng nitơ cho phép đầu ra – N-NH

4
+
cho phép
30 – 10 = 20 mg/l
Trong đó: tổng nitơ cho phép đầu ra loại B (TCVN 5945 – 2005 ): 30mg/l
7
N-NH
4
+
cho phép đầu ra loại B (TCVN 5945 – 2005 ): 10mg/l
 Thể tích vùng thiếu khí:
V
TK
=
3
(115,81 20) 500
136,87
0,1 3500
m
− ×
=
×
 Tổng thể tích mương oxy hoá khi chưa có dòng tuần hoàn
V = V
HK
+ V
TK
= 845 + 136,87 = 981,87 m
3
.

 Cân bằng vật chất cho mương oxy hóa và bể lắng đợt II khi có dòng tuần hoàn bùn hoạt
tính
 Phương trình cân bằng vật chất cho bể lắng đợt hai:
(Q
o
+ Q
t
)X = Q
r
X
r
+ (Q
t
+ Q
w
)X
t
Trong đó:
Q
o
: lưu lượng nước thải đầu vào, m
3
/ngày
Q
t
: lưu lượng bùn tuần hoàn, m
3
/ngày
Q
r

: lưu lượng nước ra khỏi bể lắng, m
3
/ngày
Q
w
: lưu lượng bùn xả, m
3
/ngày
S
o
: nồng độ cơ chất đầu vào tính theo BOD
5
, mg/l
S : nồng độ cơ chất trong nước ra khỏi bể lắng theo BOD
5
, mg/l
X : nồng độ bùn hoạt tính trong mương oxy hoá, mg/l
X
t
: nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, mg/l
8
X
r
: nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng, mg/l
 Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể.
 Xác định lưu lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt
tính đi vào và đi ra bể.
Q.X
0
+ Q

r
.X
r
= (Q + Q
r
).X
Q.X
0
+ Q
r
.X
r
= Q.X + Q
r
. X
Q
r
(X
r
– X) = Q.( X - X
0
)

3500
0,54
10000 3500
r
r
Q X
Q X X

α
= = = =
− −
Trong đó :
α : Tỷ lệ tuần hoàn
Q: lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý(m
3
/ngày.đêm).
Q = 500(m
3
/ngày.đêm).
Q
r
: lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m
3
/ngày.đêm)
X

: Nồng độ chất rắn bay hơi trong mương, mg/l.X = 3500mg/l
X
r
: nồng độ bùn tuần hoàn, mg/l. X= 10000mg/l
X
0
: hàm lượng bùn hoạt tính ở đầu vào., X
0
=0
 Lưu lượng bùn tuần hoàn:
Q
r

= αQ=0,54
×
500 =270 (m
3
/ngày.đêm)
 Thời gian lưu nước:
t =
981,87
1,96
500
V
Q
= =
ngày = 47 h
 Tính toán kích thước mương oxy hóa
 Thể tích tính toán V = 981,87 m
3
.
 Chọn chiều sâu làm việc của mương oxy hoá h
1
= 1,2 m, tiết diện ngang là hình
chữ nhật:
9