Chuong 5 - Phuong Phap LOC SINH HOC g

TP.HCM, 9/2015

TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCMKHOA MÔI TRƯỜNG

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Chöông V.XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNGPHÖÔNG PHAÙP LOÏC SINH HOÏC

PGS.TS. Tôn Thất Lãng

5.1. XLNT BẰNG PP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO5.1.1 Quá trình sinh học hiếu khí

Chöông V. XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP LỌC SINH HOÏC

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH HiẾU KHÍ (AERATION ATTACHED – GROWTH TREATMENT PROCESES)

Quá trình tăng trưởng hiếu khí bám dính được sử dụng để khử chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa: NH4

+ NO2- NO3

-

Các công trình sử dụng quá trình này bao gồm :

Lọc sinh học nhỏ giọt (trickling filter) Lọc sinh học cao tải (roughing filter) Bể sinh học tiếp xúc quay (rotating bilogical contactor- RBC) Bể nitrat hóa màng dính bám (fix- film nitrification reactor) Bể lọc sinh học ngập nước hiếu khí (Submerged aerated biofilter)

Các công trình này có thể chịu được tải trọng shock và sự thay đổi nhiệt độ.

Nước ra

Bùn

Nước vào

Khí Khí



5.1.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Nguyên lý hoạt động

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

BBỂ LỌỂ LỌC SINH C SINH HỌHỌCC

BBỂ Ể LLẮẮNG IING IIVàVàoo

TTớới xi xử lý bùử lý bùnnRaRa

VVậật lit liệệu u lọlọcc

sàsàn thu nn thu nướướcc


Bể lọc sinh học

GIÁ THỂ TRONG BỂ LỌC SINH HỌC

GIÁ THỂ TRONG BỂ LỌC SINH HỌC




Bể lọc Sinh học nhỏ giọt ứng dụng quá trình Sinh trưởng bám dính (STBD), nước thải được phân phối khắp diện tích bề mặt của bể chứa những giá thể.

Trong quá trình STBD, VSV bám dính (màng sinh học) trên các giá thể trơ sẽ chuyển hóa và khử hợp chất hữu cơ hoặc chất dinh dưỡng.

Những vật liệu cố định có thể bằng đá, sỏi, nhựa, xỉ than (60-100mm) được thiết kế sao cho chiếm khoảng 90-95% thể tích của bể gồm có những khe hở, có thể đặt ngập hoặc không đặt ngập trong nước .


Chöông V. XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC


Màng sinh học gồm có những VSV, cặn/hạt, và polymer ngoại bào bám dính và bao phủ bề mặt giá thể. Cấu trúc màng sinh học rất phức tạp, không đồng đều.

Độ dày màng sinh học = 100μm đến 10mm.

Nồng độ VSS của màng sinh học có thể từ 40-100 g/L.

Màng sinh học sẽ bị bong ra khỏi giá thể theo định kỳ, lắng lại ở bể lắng II

CẤU TẠO MÀNG VI SINH VẬT Màng vi sinh vật chia

làm 2 lớp:

- Lớp màng kị khíbên trong và

- Lớp màng hiếu khí ởbên ngoài.

Màng vi sinh luôntồn tại đồng thời visinh vật kị khí và visinh vật hiếu khí.

Oxy hòa tan trongnước chỉ khuếch tánvào gần bề mặtmàng.

Khử BOD và nitrat hóa có thể xảy ra trong lọc sinh họcnhỏ giọt giá thể tiếp xúc đá hoặc plastic ở tải trọng hữu cơthấp (Stenquist với cộng sự , 1974; Parker và Richards,1986).

Vi Khuẩn dị dưỡng cạnh tranh nhiều hơn vi khuẩn nitrathóa đối với khoảng trống trên giá thể. Do đó, nitrat hóa chỉxảy ra sau khi nồng BOD giảm đáng kể.

Bruce với cộng sự (1975) đã chứng minh rằng BOD đầu rathấp hơn 30mg/L thì nitrat hóa mới bắt đầu và BOD<15mg/L nitrat xảy ra hoàn toàn.

Harremoes (1982) đã xem xét kỹ BOD hòa tan, và đã kếtluận rằng nồng độ BOD<20mg/L cần để nitrat hóa xảy ra.

NITRAT HÓA TRONG BỂ LỌC SINH HỌC




Khi màng vi sinh phát triển dày lớp màng vi sinh bên trong thiếu oxy và chất dinh dưỡng → giảm tốc độ sinh hóa → tế bào chết, mất khả năng bám dính màng bong ra.

Ưu khuyết điểm:

- Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí QL và VH thấp

- Khuyết điểm : Đòi hỏi có diện tích rộng, có mùi hôi.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt



5.1.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán

Tải trọng thủy lực hay tải trọng bề mặt (Hydraulic loading rate - HLR):

ngaymm

AQQ r

2

3

beDien tich thainuoc luongLuu mat be trongTai

Tỉ số tuần hoàn (Recirculation ratio):

QQR r

Tải trọng hữu cơ (Organic loading rate - OLR):

ngaymkgBOD

VSQ

30r

be tich Thê.Q BOD trongTaicohuu trongTai




Thông số Thấp tải Trung tải Cao tải (đá) Cao tải (nhựa)

Tải trọng thủy lực (m/d)

1 to 4 4 to 10 10 to 40 40 to 200

Tải trọng hữu cơ (kg BOD5/d m3)

0.08 to 0.32

0.24 to 0.48 0.32 to 1.0 0.8 to 6.0

Chiều sâu, (m) 1.5 to 3 1.5 to 2.5 1 to 2 4.5 to 12Tỉ số tuần hoàn 0 0 to 1 1 to 3 0 to 4

Vật liệu học Đá , xỉ Đá, xỉ Đá, xỉ, vật liệu tổng hợp

VL tổng hợp

Nhu cầu năng lượng (kW/103 m3)

2-4 2-8 6-10 10-20

Bong bùn Gián đọan

Thay đổi Liên tục Liên tục

Chất lượng nước đầu ra

Nitrate hóa tốt

Nitrate hóa trung bình

Nitrate hóa ở thấp tải

Nitrate hóa ở thấp tải

Hiệu quả, % 80 to 85 50 to 70 65 to 80 65 to 85

COLLW ta

l

ta LLCOq

0

Thể tích vật liệu lọc, tính cho 1m3 nước thải trong ngày đêm:

Trong đó:

La – Hàm lượng BOD trước xử lý, mg/l

Lt – Hàm lượng BOD sau xử lý, mg/l

CO – Công suất oxi hóa (tra bảng)

Tải trọng cho phép – lượng nước thải xử lý ngày đêm tính trên 1m3 vật liệu lọc:




Công suất oxi hóa có thể lấy theo bảng sau:

Nhiệt độ trung bình năm của không khí

Công suất oxi hóa (CO) (g/m3.ngđ)

6<tkk<10oC 250

tkk≥10oC 300

tkk 10oC (t1) CO = 300 x t1/10oC




0

.qQQWW t

HWF

Thể tích yêu cầu của lớp vật liệu lọc:

Diện tích bề mặt của bể lọc:

H – Chiều cao làm việc của bể, lấy đến 2m (tháp từ 6-9m)

Số lượng bể lọc nhỏ giọt lấy từ 2 – 8 cái

5.1.1. XLNT BẰNG PP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO5.1.1 Quá trình sinh học hiếu khí



thh LkL .BOD20 của nước thải đưa lên bể lọc:

Hệ số k có thể lấy theo bảng sau:

Nhiệt độ trung bình về mùa đông của nước thải,

oC

Giá trị k theo chiều cao làm việc của bể

2.0m 2.5m 3.0m 3.5m 4.0m

8 - 10 2.5 3.3 4.4 5.7 7.5

10 - 14 3.3 4.4 5.7 7.5 9.6

≥14 4.4 5.7 7.5 9.6 12.0



5.1.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán bể cao tải

thh

hha

LLLLn

NLnQF hh)1(

HFW .

Hệ số tuần hoàn:

Tổng diện tích của bể lọc:

N – Tải trọng cho phép, khi t > 6oC, N = 3000g/m2

Thể tích tổng cộng của vật liệu lọc:H lấy như sau: Lt = 25 – 30mg/l → H = 2m

Lt = 20mg/l → H ≤ 3.0m

Lt = 15mg/l→ H ≤ 4.0m

Tải trọng thủy lực: q dao động trong khoảng 10 – 30 m3/m2.ngđ



5.1.1.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt – Tính toán bể lọc cao tải

Công thức thực nghiệm để tính toán bể lọc sinh học một bậc có tuần hoàn nước:

WVF

E4433,01100

Trong đó:

E : Hiệu quả khử BOD của bể lọc sinh học và bể lắng đợt 2 khi có tuần hoàn, ở 20oC, tính bằng phần trăm (%).W : Tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày)V : Thể tích vật liệu học (m3)F : Thông số tuần hoàn nứơc tính theo phương trình sau:

21011

R

RF

R : Hệ số tuần hoàn =

QT: Lưu lượng tuần hoàn (m3/h)Q : Lưu lượng nước đưa vào xử lý (m3/h)

QQT

Khi thiết kế hai bể lọc sinh học làm việc nối tiếp. Hiệu quả xử lý của bể lọc thứ 2 tính theo công thức:

'

1

4433,01

21

100WVFE

E

Trong đó:

E2: Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học thứ 2 khi có tuần hoàn nước ở 20oC tính bằng phần trăm (%).

E1: Hiệu quả xử lý của bể lọc đợt 1 (%)

W’ : Tải trọng BOD trong bể lọc đợt 2 (kg/ngày)

Chöông V. XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP LOÏC SINH HOÏC

NTNT LLắắngng11

Trickling Trickling FilterFilter

LLắắngng22

NT sau XLNT sau XL

BuønBuønDöï Döï phoøngphoøng

Tuaàn hoaøn nöôùcTuaàn hoaøn nöôùc

BuønBuøn Xaû Xaû buønbuøn

TF TF tảitải trọngtrọngthấpthấp


Nước Nước thảithải

NT NT sau XLsau XL

BùnBùn Tuần hoàn Tuần hoàn nướcnước

BùnBùnXả Xả bùnbùn

LắngLắng11 Trickling Trickling FilterFilter

LắngLắng22

TFTF tảitải trọngtrọngthấpthấp oror caocao


HT phaân phoái nöôùcHT phaân phoái nöôùc

-- SöûSöû duïngduïng nguyeânnguyeân taéctaéc phaûnphaûnlöïclöïc-- AÙpAÙp löïclöïc taïitaïi vòvò trítrí phunphun ~ ~ 00,,55--00,,7 7 mm--VaänVaän toáctoác quay ~quay ~ 1 1 voøngvoøng//10 10 phuùtphuùt-- KhKhỏỏangang caùchcaùch töøtöø VLL VLL voøivoøiphunphun ~ ~ 00,,22--00,,3 3 mm


HT phaân phoái nöôùcHT phaân phoái nöôùc

ToácToác ñoäñoä quay quay cuûacuûa daøndaøn phaânphaân phoáiphoái nöôùcnöôùc

-- n n làlà tốctốc độđộ quay (quay (vòngvòng//phútphút););-- q q làlà tảitải trọngtrọng thủythủy lựclực củacủa dòngdòng vàovào (m(m33/m/m22.h);.h);-- R R làlà tỷtỷ sốsố tuầntuần hoànhoàn;;-- A A sốsố đườngđường ốngống phânphân phốiphối củacủa HT HT phânphân phốiphối nướcnước;;-- DR DR làlà tốctốc độđộ tínhtính bằngbằng mm/mm/đườngđường ốngống phânphân phốiphối..


Saøn ÑôõSaøn Ñôõ -- SànSàn đỡđỡ đượcđược TK TK thuthunướcnước đềuđều;;-- KhoảngKhoảng cáchcách từtừ sànsànđếnđến đáyđáy ~ ~ 00,,66--00,,8 8 m;m;-- ĐáyĐáy bểbể dốcdốc 11--22% % vềvềmángmáng thuthu TT;TT;-- TườngTường giữagiữa đáyđáy & & sànsàn cócó cửacửa sổsổ thôngthônggiógió. . -- TổngTổng DT DT cửacửa sốsố ~ ~ 2020% DT % DT sànsàn


Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc

- Đĩa lọc là những tấm nhựa, gỗ, bằng polystyren hoặc polyvinylclorua (PVC )đường kính 2- 4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối 30 – 40mm

- Đĩa lọc được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể chứa nước thải

- Vận tốc quay của đĩa từ 1 – 2 vòng/phút



5.1.1.4 Đĩa lọc sinh học – Nguyên lý làm việc

BỂ SINH HỌC TIẾP XÚC QUAY (RBC)

Thông số Đơn vị Mức xử lýKhử BOD Khử BOD và

nitrat hóaNitrat hóa tách

riêngTải trọng thủy

lựcm3/m2.ngày 0.08-0.16 0.03-0.08 0.04-0.1

Tải trọng hữu cơ

Kg BOD/m2.ngàyKg BOD/m2.ngày

4-108-20

2.5-85-16

0.5-1.0

Tải trọng hữu cơ bậc 1 tối đa

Kg BOD/m2.ngàyKg BOD/m2.ngày

12-1524-30 12-15

24-30

1-2

Tải trọng NH3 gN/m2.ngày 0.75-1.5Thời gian lưu

nướcGiờ 0.7-1.5 1.5-4

BOD đầu ra Mg/l 15-30 7-15 7-15NH4-N đầu ra Mg/l <2 1-2

THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ SINH HỌC TIẾP XÚC QUAY (RBC)



5.1.1.4 Đĩa lọc sinh học – Nguyên lý làm việc

Các đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm. Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa.

Khi đĩa quay, lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ oxy.

Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí.

Đặc tính Giá trị

Tải trọng thủy lực q, m3/m2 bề mặt đĩa.ngày 0.03 – 0.16

Vận tốc quay của đĩa, m/s 0.3

Tỉ lệ thể tích bể chứa/diện tích bề mặt đĩa, m3/m2 0.005

Phần diện tích bề mặt đĩa ngập nước, % 40

Số dãy đĩa 4

Khe hở giữa các đĩa, cm 2 - 3

Đường kính đĩa, m 1 - 4


5.1.1.4 Đĩa lọc sinh học – Đặc tính kỹ thuật của đĩa lọc


Tổng diện tích bề mặt đĩa lọc được xác định theo công thức sau:

2,mqQA

Trong đó:

Q – Lưu lượng nước thải, m3/ngày

q – Tải trọng thủy lực, m3/m2 bề mặt đĩa.ngày: 0.03 – 0.16


5.1.1.4 Đĩa lọc sinh học – Tính toán


CaùcCaùc thieátthieát bòbò côcô khíkhí cuûacuûa RBCRBC

TB TB truyeàntruyeàn ñoängñoäng

-- MotorMotor-- MaùyMaùy neùnneùn khíkhí+ Quay + Quay ñóañóa+ + CungCung caápcaáp oxyoxy

Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc



BeåBeå chöùachöùa ñóañóa

-- V = 45,42 mV = 45,42 m3 3 chocho9.290 m9.290 m22 ñóañóa SHSH-- Q = 0,08 mQ = 0,08 m33/m/m22.d, .d, hhnöôùcnöôùc = 1,52 m, = 1,52 m, 40% 40% dieändieän tíchtích ñóañóa

ngaäpngaäp trongtrong NT NT Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc



MaùiMaùi cheche

-- BằngBằng tấmtấm sợisợi thủythủy tinhtinh, , -- BảoBảo vệvệ đĩađĩa SH SH khỏikhỏi bịbị hưhư hạihại bởibởi tiatia UV UV & & cáccác táctác nhânnhân vậtvật lýlý kháckhác, ,

-- GiữGiữ nhiệtnhiệt cầncần thiếtthiết chocho quáquá trìnhtrình, , -- KhốngKhống chếchế sựsự phátphát triểntriển củacủa tảotảo..


THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ LỌC SINH HỌCThông số Thấp tải Trung tải Cao tải (đá) Cao tải

(nhựa)

Tải trọng thủy lực m3/m2.ngày 0,08-0,16 0,03 – 0,08 0,04 -0,1

Tải trọng hữu cơ g sBOD/m2.ngàygBOD/m2.ngày

4 –108-20

2,5-85-16

0,5-1,0

Tải trọng hữu bậc 1 tối đa

g sBOD/m2.ngàygBOD/m2.ngày

12-1524-30

12-1524-30

1-2

Tải trọng NH3. gN/m2.ngày 0,75-1,5 0 to 4

Thời gian lưu nước

Giờ 0,7 -1,5 1,5-4 1,2-3

BOD đầu ra mg/l 15-30 7-15 7-15

NH4-N đầu ra mg/l < 2 1-2


BÀI TẬP THIẾT KẾ BỂ LỌC SINH HỌC

1. Tính bể lọc sinh học để xử lý nước thải, biết rằng:

- Công suất Q = 400m3/d- BOD5 đầu vào = 150mg/L- Vật liệu lọc: sỏi có kích thước d = 60-100mm- Chiều dày lớp lọc: H = 2m- Hệ số tuần hoàn: R = 1, Q= Qr- Nhiệt độ nước thải = 20oC

Xác định đường kính bể lọc, tải trọng thủy lực, tải trọng BODtrên một đơn vị thể tích vật liệu lọc để đạt hiệu quả xử lý BODđầu ra E = 90%


BÀI TẬP THIẾT KẾ BỂ LỌC SINH HỌC

Chöông VI. XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC

2. Thiết kế bể lọc sinh học 2 bậc nối tiếp để xử lý nước thải, biết rằng:

- Công suất Q = 600m3/d- BOD5 đầu vào = 500mg/L- Vật liệu lọc: đá có kích thước d = 60 x 60 – 100 x 100 mm- Chiều dày lớp lọc: H1 = 2m, H2 = 6m- Hệ số tuần hoàn: R = 2- Nhiệt độ nước thải = 20oCXác định thể tích khối vật liệu lọc, tải trọng thủy lực, tải trọngBOD trên một đơn vị thể tích vật liệu lọc để đạt hiệu quả xử lýBOD đầu ra E = 96%

5.1.1.6 MBBR (moving bed biofilm reactor)

MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằngbùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm)

Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trêngiá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng bể phản ứng. Những giáthể này chuyển động trong chất lỏng nhờ hệ thống sục khí

Bể MBBR gồm 2 loại : bể hiếu khí và bể thiếu khí.

Giá thể động Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có

lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt.

Hiện tại trên thị trường có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, Natrix và Biofin Chip M. Các loại giá thể được trình bày trong bảng sau:

MBBR (moving bed biofilm reactor)

STT

Loại giá thể Chất liệu Kích thước (DxL)

Diện tích hữu dụng (m2/m3)

1 K1 Polyetylen 10mmx7mm 5002 K2 Polyetylen 15mmx15mm 3503 K3 Polyetylen 25mmx10mm 3504 Natrix Polyetylen 60mmx60mm 3105 Biolin Chip M Polyetylen 345mmx7mm 900

Ưu điểm của MBBR Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao, vì vậy

tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn. Mặt bằng MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lý hiếu khí

bùn hoạt tính đối với nước thải đô thị và công nghiệp. Hiệu quả xử lý cao. Dễ vận hành.


Bảng các giá trị thiết kế điển hình của bể MBBR

a. Organic loads based on BOD7, which is unconventional BOD7 approx equals 1.17 x BOD5 (rusten et al. 1994)

b. Unit refers to surface area of biofilm surfacec. Volume refers to total reactor volumed. Odegaard et al.1994


Purpose Treatment achieved % removal

Design loading rate g.m2db

Design loading rate kg/m3dc at 67% fill

BOD-removalHigh –rateNormal rateLow rate

70-80 BOD785-90 BOD790-95 BOD7

25 BOD715 BOD77.5 BOD7

8 BOD75 BOD72.5 BOD7

Nitrification (O2>5mg/l)BOD-removal stage (O2>3mg/l)NH4-N>3mg/lNH4-N<3mg/l

90-95 BOD7

90 NH4-N90 NH4-N

6 BOD7

1.00 NH4-N0.45 NH4-N

2.0 BOD7

0.35 NH4-N0.15 NH4-N

Denitrification Per-DN (C/N>4)(gBOD7/NO3-N equiv)Post-DN (C/N>3)(gBOD7/NO3-N equiv)

70 NO3-N

90 NO3-N

0.90 NO3-N

2.0 NO3-N

0.3 NO3-N

0.7 NO3-N

Documents

Chuong 5 - Phuong Phap LOC SINH HOC g