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 MƠI TRƯỜNG

NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG
MƠ HÌNH HỐ Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
TRÊN THIẾT BỊ TỔ HỢP AEROTEN - BIOFILTER

VŨ PHƯƠNG THUYÊN

2006 - 2008
Hà
Nội
2008

Hà Nội 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MƠ HÌNH HỐ Q 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 hố hố học và chuyển hố sinh học. Việc
mơ hình hố các q trình này cho phép chúng ta linh hoạt hơn trong tính tốn
thiết kế các q trình xử lý nước thải, tối ưu hố q 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
cơng 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, cơng 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 khn khổ đề tài này, chúng tơi đã xây dựng mơ hình quá trình xử lý
nước thải sinh hoạt trên thiết bị tổ hợp Aeroten – Biofilter (BFA) nhằm tối ưu
hoá quá trình hồ tan oxy trên cơ sở tính tốn đồng bộ Biofilter và Aeroten
cao tải, nhằm giảm chi phí vận hành nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao.
Trong q trình thực hiện, chúng tơi khơng 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 hồn thiện mơ 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 mơi 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

Vũ Phương Thuyên

3

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 hố sinh hố hay q trình lên men bằng vi sinh vật. Các vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khống 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 khơng cịn
đủ cơ chất cho q trình sinh trưởng và phát triển của tế bào:
Men vi sinh vật

C5H7NO2 + 5 O2  x CO2 + NH3 + H2O + ΔH
Men vi sinh vật

(1.3)

Men vi sinh vật

NO3 + O2  HNO2 + O2  HNO3

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

(1.4)


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

4

Vũ Phương Thun

Như vậy q 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 hố 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 q trình oxy hố các
chất hữu cơ đó; nếu là q trình oxy hố hố học, người ta xác định nhu cầu
oxy hoá học (COD_Chemical Oxygen Demand); nếu là q trình oxy hố
sinh học, người ta xác định nhu cầu oxy sinh hố (BOD_ Biochemical
Oxygen Demand). Ngồi 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 q trình sinh hố 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 hồ tan là thành phần khơng thể thiếu trong q trình xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học hiếu khí, oxy duy trì q 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


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thun

5

Oxy là chất khí khó tan trong nước, độ hồ tan của nó phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như áp suất, nhiệt độ, đặc tính của nước, chế độ thuỷ lực, các q trình
hơ 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 hồ tan thường rất thấp do q trình oxy hố
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
q trình oxy hố Mn2+ thành Mn4+ trong mơi trường kiềm và Mn4+ lại có khả
năng oxy hố I- thành I2 tự do trong mơi trường axit. Lượng I2 tự do được giải
phóng sẽ tương đương với oxy hồ tan trong nước. [3]
- Nếu khơng 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 thơng số biểu thị cho nồng độ
các chất hữu cơ có trong nước thải mà có thể bị phân huỷ sinh học. Khi q
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 hố
hồn tồn 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 hồ tan trong mẫu pha lỗng ở ngày đầu và ngày thứ 5:
BOD5 =

DO1 -DO 2
mg/l
P

(1.8)

trong đó:
- DO1 : nồng độ oxy hồ tan của mẫu nước thải pha lỗng 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 lỗng
Phương trình động học của q trình oxy hố sinh học được mơ tả như sau:

dL t
= - K*L t
dt

(1.9)

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 hố ln tỷ lệ với
hằng số tốc độ phản ứng K, hay lượng chất hữu cơ có khả năng tham gia phản
ứng sinh hố 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 hố 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 ngồi q trình oxy hố sinh hố các chất hữu cơ cũng có
thể tồn tại song song q trình oxy hố 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 q trình nitrit hố.
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
hố rất chậm, trong khi đó cũng có một vài hợp chất vơ cơ lại bị oxy hố 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. Q trình phát triển của vi sinh vật trong môi trường nước thải
Nước thải khi mới thải ra mơi 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. Q 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 mơ 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

II

III

IV

Nồng độ sinh khối X, mg/l

I

Vũ Phương Thuyên

8

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 mơi 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:

rg
=

dX
=
dτ

µ. X

(1.11)

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
khơng 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 mơ tả cho q trình sinh trưởng của vi sinh vật người ta thường sử dụng
mơ hình động học Monod, đây là mơ hình phổ biến nhất hiện nay và được
xem là nền tảng để xây dựng các mơ hình xử lý bùn hoạt tính hiện đại.
Phương trình của mơ hình này có dạng:

µ = µo .

S
S + Ks

(1.12)

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


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

10

rg = µo .

Vũ Phương Thun

X .S
S + Ks

(1.13)

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:

hay:

rg = - Y.rs

(1.14)

µo . X .S
Y .( S + K s )

(1.15)

rs = −

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 << S nên có thể bỏ qua số hạng đầu của (1.16), khi đó ta được:
S = So – k.X.t

(1.17)

Đây là phương trình động học phản ứng bậc 0 với hệ số k.
Thực tế quá trình xử lý nước thải thường sử dụng nhiều loại vi sinh vật khác
nhau, và trong hệ thống xử lý cũng thường xảy ra đồng thời nhiều q trình
chuyển hố với tốc độ khác nhau, do đó các mơ hình động học được đề cập
thường thu được các thơng số khơng mấy đặc trưng cho q trình phát triển
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

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 q trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, ngồi
các yếu tố chính ảnh hưởng tới q trình xử lý như nồng độ cơ chất, nồng độ
vi sinh vật, hàm lượng oxy hồ tan, cịn 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 q 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,
thơng thường từ 20 – 40oC, ngồi 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 hố, cũng như khả năng hồ tan của oxy. Khi nhiệt độ
tăng, tốc độ phản ứng oxy hoá sinh hố tăng, nhưng hàm lượng oxy hồ 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 khống 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
q trình chuyển hố sinh hố 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

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

12

Vũ Phương Thun

Ngồi 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 hố của bùn.

I.1.2. Mơ hình hố q trình xử lý nước thải
Mơ hình hố q trình xử lý nước thải là một phương pháp hiện đại để khảo
sát, điều khiển và tối ưu hố các q trình xử lý. Có hai loại mơ hình được sử
dụng rộng rãi là mơ hình vật lý và mơ hình tốn học.
Mơ hình vật lý là mơ hình được xây dựng trên cơ sở thực tế, từ quy mơ thí
nghiệm, chuyển sang quy mơ pilot và quy mơ sản xuất. Qua mơ hình này ta
có thể đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng tới q trình và qua đó có thể tính
tốn điều chỉnh các thơng số liên quan để q trình đạt hiệu quả xử lý cao.
Loại mơ hình thứ hai là mơ hình tốn học mơ phỏng các q trình xảy ra
trong hệ và mối liên hệ giữa các quá trình đó. Mơ hình tốn học thường mang
tính tổng qt và cho kết quả sâu sắc hơn mơ hình vật lý do có tính tới các
yếu tố khơng thể đo đếm được bằng thực nghiệm.
Để xây dựng mơ hình tốn 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 tốn 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 tốn học

mơ phỏng ứng với từng q trình. Từ các phương trình xây dựng được, người
ta mới hợp nhất lại để tạo thành mơ hình tốn chung cho tồn 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


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thun

13

Q 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 mơ tả như hình 1.3.
Dịng vào
Dịng ra
Lắng 1

Aeroten

Lắng 2

Bùn tuần hồn

Bùn
Khơng khí

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng thơng khí sinh học
Quá trình sinh học trong hệ thống xảy ra như sau: Dịng nước thải đi vào có
hàm lượng dinh dưỡng cao là mơi trường thích hợp để các vi sinh vật phát
triển, lúc này bùn hoạt tính bắt đầu hình thành nhưng lượng sinh khối cịn 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 q trình oxy hố các chất hữu cơ và các q trình sinh hố 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 hố xảy ra,
lượng tiêu thụ oxy giảm dần.
Đối với hệ thống xử lý bằng bể Aeroten, việc cung cấp khí đóng vai trị rất
quan trọng tới hiệu suất của q trình, thơng thường có hai loại thơng khí:
thơng khí cơ học và thơng khí bằng sục khí nén. Việc thơng khí phải đảm bảo
bề mặt tiếp xúc giữa khơng 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


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

14

Vũ Phương Thun

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
khơng tái sinh; hay theo q 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 hồn tồn.

I.2.2. Mơ hình hố q 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 thơng khí để đảm
bảo cung cấp đủ oxy cho q trình chuyển hố 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 hồ tan. Để mơ
hình hố 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. Q 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 mơ hình tốn của Aeroten, ta cần thiết lập được các
phương trình động học mơ phỏng q trình sử dụng cơ chất của vi sinh vật và
phương trình thuỷ động học trong thiết bị mơ phỏng q trình cấp khí. Dưới
đây là một số mơ hình tốn của Aeroten đã được cơng bố rộng rãi [1]:
I.2.2.1. Mơ 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

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thun

15

Để xây dựng mơ 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 hồ tan C.
dl

l + dl
(G +

G.S
F .D.

F .D.

dS
dl

(G +

G.X
F .D.

dX

dl

G.C
F .D.

dC
dl

l=0
S0 .v 1 (l).dl

dG
dC
dl )(C +
dl )
dl
dl

d
dS
(S +
dl )
dl
dl

dG
dX
dl )( X +
dl )
dl

dl

dV
F .D.
(G +

d
dX
(X +
dl )
dl
dl

dG
dC
dl )(C +
dl )
dl
dl

F .D.

d
dC
(C +
dl )
dl
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
dl+S0 v1 (l)dl-FD
-GS
2
dl
dl
dl
dS
dG
dG dS 2
-G
dl-S
dldl -W1 (S,X,C)Fdl=0
dl
dl

dl dl

dX
d2X
dX
GX+FD
+FD
dl+X
v
(l)dl-FD
-GX
0
2
dl
dl 2
dl
dX
dG
dG dX 2
-G
dl-X
dldl -W2 (S,X,C)Fdl=0
dl
dl
dl dl
ds
d 2C
dC
GC+FD
+FD

dl+KC0 v3 (l)dl-FD
-GC
2
dl
dl
dl
dC
dG
dG dC 2
-G
dl-C
dldl -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

Rút gọn các số hạng giống nhau, bỏ qua các số hạng

dG dS 2
dl ,

dl dl

dG dX 2 dG dC 2
dl , chia tất cả các số hạng cho Fdl, đặt u = G/F: gọi là
dl ,
dl dl
dl dl

vận tốc tuyến tính của dịng trong aeroten (m/s), ta được mơ hình tốn của
aeroten có dạng như sau:

v (l)
d 2S
dS
dU
D 2 dl + S0 1 - u
- S dl - W1 (S,X,C) = 0
dl
F
dl
dl
v (l)
d2X
dX
dU
D 2 dl + X 0 2
-u
-X
dl - W2 (S,X,C) = 0
dl

F
dl
dl

(1.18)

v (l)
d 2C
dC
dU
D 2 dl + KC0 3
-u
-C
dl - W3 (S,X,C) = 0
dl
F
dl
dl

Với các điều kiện biên:
Khi l = 0 thì

Khi l = L thì

D

dS
= u(S - S0 )
dl

D

dX
= u(X - X 0 )
dl

D

dC
= u(C - C0 )
dl

dS
dX
dC
=
=
=0
dl
dl
dl

Đại lượng D đặc trưng cho khuấy trộn (m2/h) là thông số cần xác định của mơ
hình.
I.2.2.2. Mơ hình đẩy lý tưởng
Mơ hình (1.18) là mơ hình aeroten ở dạng tổng qt với tổ chức dịng như
hình 1.5a. Tổ chức dịng trong mơ 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
NT
BHT

Vũ Phương Thuyên

17

S0 , G1
X0 , G2

G12
G22

G13

G23

G24

G14

G1n

G25

G2n

G21

Sr, Xr

AEROTEN

G11

NĐXL

Cr, G4
G42

G4n
KK

G31

C0 , G3

G32

G33

G41
G3n

Hình 1.5a: Aeroten dạng tổ chức dịng tổng quát
S0 , G1

NT

AEROTEN
X0 , G2

BHT

KK

C0 , G3

Sr, Xr
NĐXL
Cr, G4

G31 G32 G33

G3n

Hình 1.5b: Aeroten dạng cấp tập trung nước thải
và bùn hoạt tính
NT

S0 , Cn , G1
G11

G12

G13

G1n

=

BHT

X0 , Cb

Sr, Xr
NĐXL
Cr, G4

AEROTEN

Sb, G2

KK

C0 , G3

G31

G32

G3n

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
BHT

Vũ Phương Thuyên

18

X0 , Cb, Sb, G2
G21
S0 , C n

NT

G22

G23

G2n
Sr, Xr
NĐXL
Cr, G4

AEROTEN

G1

KK

C0 , G3

G31

G32

G3n

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: khơng khí; S0: BOD5 trong nước thải
dịng vào, g/m3; X0: lượng bùn hoạt tính dịng vào aeroten, g/m3; C0: lượng
oxy khơng khí dịng 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 khơng khí dịng
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 khơng khí cấp vào và lượng
nước thải đã xử lý ở điểm thứ i, g/m3.
Trong mơ hình (1.18), khi D = v1(l) = v2(l) = 0 mơ hình chuyển thành dạng
mơ hình tốn của aeroten với chế độ đẩy lý tưởng, cấp tập trung nước thải và
bùn hoạt tính (hình 1.6).
u

dS
- W1 (S,X,C) = 0
dl

u

dX
- W2 (S,X,C) = 0
dl

u

KC0 v3 (l)
dC
- 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

(1.19)


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thuyên

19

- Khi l = 0 thì S = Sv , X = Xv , C = Cv ; trong đó Sv , Xv , Cv là nồng độ

đầu vào của nước thải, bùn hoạt tính, và oxy trong aeroten. Sv ,Xv ,Cv
được tính như sau:
Sv =

( S0 G1 +Sb G 2 )
( G1 +G 2 )

Xv =

X 0G 2
( G1 +G 2 )

Cv =

(1.20)

( G1Cn +G 2Cb )
( G1 +G 2 )

Trong đó: Sb là nồng độ cơ chất còn lại trong khối bùn (g/m3)
Cn là nồng độ oxy trong nước thải (g/m3)
Cb là nồng độ oxy trong bùn (g/m3).
S0 , Cn , G1
NT
Sv , Cv , G, Xv

AEROTEN

Sr, Xr
Cr, G4

NĐXL

X0 , Cb

BHT

Sb, G2
C0 , G3

G31

G32 ..... G3n

KK

Hình 1.6: Aeroten với chế độ đẩy lý tưởng
I.2.2.3. Mơ hình aeroten với chế độ cấp phân tán nước thải.
NT

BHT

S0 , Cn , G1

X0 , Cb

G11

G12

G13

1

2

3

G1i

n -2 n - 1

i

Sb, G2

KK

C0 , G3

G31

G32 G33

G1n- 2 G1n- 1 G1n

G3i

n

Sr, Xr
NĐXL
Cr, G4

G3n- 2 G3n- 1 G3n

Hình 1.7: Sơ đồ aeroten cấp phân tán 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

20

Vũ Phương Thuyên

Tại từng điểm cấp nước thải vào của thiết bị có sự thay đổi một cách rời rạc
tốc độ tuyến tính u, hay do sự pha loãng dẫn đến sự thay đổi về nồng độ cơ
chất, nồng độ bùn hoạt tính và nồng độ oxy. Giả thiết aeroten được cấu tạo từ
n ngăn, tương ứng với n điểm cấp nước thải vào, chiều dài mỗi ngăn là l =
L/n; chiều rộng và chiều cao mỗi ngăn bằng chiều rộng B và chiều cao H của
aeroten. Khi tốc độ khuấy trộn đủ mạnh có thể giả thiết trạng thái thuỷ động ở
từng ngăn tương ứng với chế độ trộn lý tưởng. Giữa các ngăn có sự trao đổi
dịng do tốc độ tuyến tính u của dịng và khuấy trộn dọc thiết bị.
Cân bằng vật liệu theo nồng độ cơ chất ta có:

G 2Sb + G11S0 - Q1S1 + DF

S2 - S1

- v1W1 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0
l

….

QiSi - 1 + G1iS0 - QiSi + DF

Si - 1 - 2Si +Si + 1
- vi W1 (Si ,X i ,Ci ) = 0
l

(1.21)

….

Q n - 1Sn - 1 + G1n S0 - Q n Sn +DF

Sn - 1 - Sn
- v n W1 (Sn ,X n ,Cn ) = 0
l

i

trong đó Qi = ∑ G1j +G 2 ; j = 1, 2, 3, …., n.
j=1

Tương tự, cân bằng vật liệu theo nồng độ bùn hoạt tính ta được:

G 2 X 0 - Q1X1 + DF

X 2 - X1
- v1W2 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0
l

….

Qi - 1X i - 1 - Qi X i + DF

X i - 1 - 2X i +X i + 1
- vi W2 (Si ,X i ,Ci ) = 0
l

….

Q n - 1X n - 1 - Q n X n + DF

Xn - 1 - Xn
- v n W2 (Sn ,X n ,Cn ) = 0
l

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

(1.22)


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thun

21

Hay nếu giả thiết khơng khí cấp phân tán dọc theo chiều dài của aeroten, và
oxy hồ tan theo dịng nước thải và bùn hoạt tính cấp vào ta cũng có thể thiết
lập cân bằng vật liệu theo lượng oxy:

G 2 Cb + G11Cn + G 31KC0 - Q1C1 + DF

C2 - C1
l
- v1W3 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0

….

Ci - 1 - 2Ci +Ci + 1
l
- vi W3 (Si ,X i ,Ci ) = 0

Qi - 1Ci - 1 + G1i Cn + G 3i KC0 - Qi Ci + DF

( 1.23)

….
Q n - 1C n - 1 + G1n C n +G 3n KC0 - Q n C n +DF

Cn - 1 - Cn
l
- v n W1 (Sn ,X n ,Cn ) = 0

trong đó K: là hệ số hấp thụ oxy của chất lỏng trong aeroten.

Kết hợp các hệ phương trình (1.21), (1.22), (1.23) ta được mơ hình tốn của
aeroten trong trường hợp cấp phân tán nước thải, cấp tập trung bùn hoạt tính
và cấp phân tán khơng khí:

G 2Sb + G11S0 - Q1S1 + DF

S2 - S1
- v1W1 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0
l

….

QiSi - 1 + G1iS0 - QiSi + DF

Si - 1 - 2Si +Si + 1
- vi W1 (Si ,X i ,Ci ) = 0
l

….

Q n - 1Sn - 1 + G1n S0 - Q n Sn +DF

G 2 X 0 - Q1X1 + DF

Sn - 1 - Sn
- v n W1 (Sn ,X n ,Cn ) = 0
l

X 2 - X1
- v1W2 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0

l

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

(1.24)


KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thuyên

22

….

Qi - 1X i - 1 - Qi X i + DF

X i - 1 - 2X i +X i + 1
- vi W2 (Si ,X i ,Ci ) = 0
l

….

Q n - 1X n - 1 - Q n X n + DF

Xn - 1 - Xn
- v n W2 (Sn ,X n ,Cn ) = 0
l

G 2 Cb + G11Cn + G 31KC0 - Q1C1 + DF

C2 - C1
l
- v1W3 (S1 ,X1 ,C1 ) = 0

( 1.24)

….

Ci - 1 - 2Ci +Ci + 1
l
- vi W3 (Si ,X i ,Ci ) = 0

Qi - 1Ci - 1 + G1i Cn + G 3i KC0 - Qi Ci + DF

….
Q n - 1C n - 1 + G1n C n +G 3n KC0 - Q n C n +DF

Cn - 1 - Cn
l
- v n W1 (Sn ,X n ,Cn ) = 0

I.3. Lọc sinh học
Khác với hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính ở trạng thái huyền phù,
lọc sinh học là một kiểu thiết bị mà trong đó các vi sinh vật sinh trưởng và
phát triển cố định trên các vật liệu đệm tạo thành một lớp màng sinh học.
Dòng nước thải chảy qua lớp màng này sẽ thực hiện một loạt các q trình
chuyển khối và oxy hố sinh học để loại bỏ các thành phần ô nhiễm. Thực
chất quá trình lọc sinh học trong hệ thống là quá trình yếm khí - hiếu khí.

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

Vũ Phương Thun

23

Yếm khí

Hiếu
khí

Chất hữu
cơ
Khơng khí

Vật
liệu
lọc

DO

Sản phẩm
cuối
Lớp sinh học

Dịng nước
thải

Màng
chất lỏng

Hình 1.10: Q trình lọc sinh học
Trong hệ lọc sinh học, nồng độ chất hữu cơ và nồng độ oxy hoà tan trong
nước thải sẽ giảm dần theo chiều cao từ trên xuống của lớp vật liệu đệm.
Hiệu suất làm sạch nước thải của hệ thống phụ thuộc vào bản chất và nồng độ
của các chất hữu cơ trong nước thải, hoạt tính của vi sinh vật, chiều dày của
lớp màng sinh học, chế độ thuỷ lực của hệ (chế độ chảy dòng qua lớp vật liệu,
chế độ phân phối nước, lưu lượng tuần hoàn), chế độ thơng khí, đặc tính của
loại vật liệu đệm ( kích thước, độ rỗng, độ xốp, bề mặt riêng, cấu hình các
phần tử), khả năng thấm ướt của màng sinh học, nhiệt độ môi trường.
Sơ đồ một số hệ thống xử lý bằng lọc sinh học được trình bày như hình 1.5
Nước tuần hoàn

Nước
thải vào

Bể lắng
đợt 1

Bể lọc
sinh học

Bể lắng
đợt 2

Xả cặn

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC _ VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Xả ra
nguồn
tiếp
nhận