- MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN THIẾT BỊ TỔ HỢP AEROTEN - BIOFILTER. - MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH X Ử LÝ N ƯỚC TH ẢI SINH HO ẠT TRÊN THI ẾT B Ị T Ổ H ỢP AEROTEN - BIOFILTER. - Nh ư chúng ta đã bi ết , quá trình x ử lý n ước th ải là m ột quá trình ph ức t ạp bao g ồ m các quá trình v ật lý, chuy ển hoá hoá h ọc và chuy ển hoá sinh h ọc . - Vi ệc mô hình hoá các quá trình này cho phép chúng ta linh ho ạt h ơ n trong tính toán thi ết k ế các quá trình x ử lý n ước th ải , t ối ư u hoá quá trình nh ằm đạt hi ệu qu ả cao, đơ n gi ản hoá v ấn đề x ử lý n ước th ải trong công tác b ảo v ệ môi tr ường . - Trong khuôn kh ổ đề tài này, chúng tôi đã xây d ựng mô hình quá trình x ử lý n ước th ải sinh ho ạt trên thi ết b ị t ổ h ợp Aeroten – Biofilter (BFA) nh ằm t ối ư u hoá quá trình hoà tan oxy trên c ơ s ở tính toán đồng b ộ Biofilter và Aeroten cao t ải , nh ằm gi ảm chi phí v ận hành nh ư ng v ẫn đảm b ảo hi ệu qu ả x ử lý cao.. - Trong quá trình th ực hi ện , chúng tôi không tránh kh ỏi nh ững thi ếu sót. - Tổng quan về quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí. - B ản ch ất c ủa ph ươ ng pháp này là quá trình oxy hoá sinh hoá hay quá trình lên men b ằng vi sinh v ật . - S ản ph ẩ m t ạo thành c ủa quá trình lên men là sinh kh ối vi sinh v ật , các ch ất đơ n gi ản nh ư CO 2 , H 2 O, NH 3 ,…và n ă ng l ượng . - C ơ ch ế c ủa quá trình g ồm ba giai đ o ạn nh ư sau:. - đủ cơ chất cho quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào:. - Như vậy quá 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 hoá cũng như hoạt tính của vi sinh vật. - Các ch ỉ tiêu để đánh giá định l ượng n ồng độ các ch ất h ữu c ơ trong n ước th ải th ườn g được xác định thông qua l ượng oxy tiêu th ụ cho quá trình oxy hoá các ch ất h ữu c ơ đó . - n ếu là quá trình oxy hoá hoá h ọc , ng ười ta xác định nhu c ầu oxy hoá h ọc (COD_Chemical Oxygen Demand). - n ếu là quá trình oxy hoá sinh h ọc , ng ười ta xác định nhu c ầu oxy sinh hoá (BOD_ Biochemical Oxygen Demand). - M ột ch ỉ tiêu n ữa c ũng th ường được dùng để đánh giá m ức độ nhi ễm b ẩn h ữu c ơ là độ oxy hoà tan (DO_Dissolved Oxygen) do trong n ước th ải oxy được dùng nhi ều cho quá trình sinh hoá nên d ẫn đến hi ện t ượng gi ảm l ượng oxy hoà tan, đây c ũng là c ơ s ở để xác định nhu c ầu oxy hoá sinh h ọc BOD.. - Oxy hoà tan là thành ph ần không th ể thi ếu trong quá trình x ử lý n ước th ải b ằng ph ươ ng pháp sinh h ọc hi ếu khí, oxy duy trì quá trình trao đổi ch ất , sinh ra n ă ng l ượng cho s ự sinh tr ưởng , sinh s ản và tái s ản xu ất ở sinh v ật. - Trong n ước th ải , hàm l ượng oxy hoà tan th ường r ất th ấp do quá trình oxy hoá làm tiêu t ốn m ột l ượng oxy đáng k ể. - Khi quá trình oxy hoá x ảy ra, các vi sinh v ật s ử d ụng oxy và các ch ất h ữu c ơ có trong n ước th ải làm ngu ồn n ă ng l ượng và ngu ồn cacbon để sinh t ổng h ợp các sinh ch ất và t ạo thành t ế bào m ới. - Ph ươ ng trình động h ọc c ủa quá trình oxy hoá sinh h ọc được mô t ả nh ư sau:. - Do v ậy, để xác định BOD, ng ười ta c ũng c ần ph ả i xác định l ượng oxy tiêu th ụ cho quá trình nitrit hoá.. - Nhu c ầu oxy hoá h ọc COD là ch ỉ s ố bi ểu th ị cho hàm l ượng ch ất h ữu c ơ có trong n ước th ải , là l ượng oxy c ần thi ết cho quá trình oxy hoá hoá h ọc các h ợp ch ất h ữu c ơ nh ờ s ự xúc tác c ủa m ột tác nhân oxy hoá m ạnh . - Quá trình phát triển của vi sinh vật trong môi trường nước thải. - Nh ư v ậy trong quá trình sinh tr ưởng v à phát tri ể n c ủa mình, vi sinh v ật đã làm tiêu hao các c ơ ch ất có trong n ước th ả i, đồng th ời t ạo ra sinh kh ố i vi sinh v ật hay bùn ho ạt tính. - Quá trình sinh tr ưởng c ủa vi sinh v ật trong môi tr ường n ước th ải th ường được nh ận bi ết qua kh ối l ượng t ă ng sinh kh ối vi sinh v ật , bao g ồm c ả kh ối l ượn g vi sinh v ật đã ch ết và các t ạp ch ất khác. - Quá trình này được chia thành các giai đ o ạn mô t ả nh ư hình 1.1.. - Để mô tả cho quá trình sinh trưởng c ủa vi sinh v ật ng ười ta th ường s ử d ụng mô hình động h ọc Monod, đâ y là mô hình ph ổ bi ến nh ất hi ện nay và được xem là n ề n t ả ng để xây d ựng các mô hình x ử lý bùn ho ạt tính hi ện đại . - T ừ ph ươ ng trình (1.15) cho th ấy , trong quá trình x ử lý n ước th ải b ằng ph ươ ng pháp sinh h ọc , hi ệu xu ất x ử lý hay t ốc độ tiêu hao c ơ ch ất trong n ước th ải s ẽ t ỷ l ệ thu ận v ới t ốc độ t ă ng tr ưởng riêng hay ho ạt tính c ủa vi sinh v ật , v ới m ật độ vi sinh v ật trong n ước th ải , v ới n ồn g độ c ơ ch ất và hi ệu su ất tạo th ành sinh kh ối. - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí.. - Đối v ớ i quá trình x ử lý n ước th ải b ằng ph ươ ng pháp sinh h ọc hi ếu khí, ngoài các y ếu t ố chính ảnh h ưởng t ới quá trình x ử lý nh ư n ồng độ c ơ ch ất , n ồng độ vi sinh v ật , hàm l ượng oxy hoà tan, còn có các y ếu t ố khác có ảnh h ưởng đáng k ể t ới hi ệu xu ất x ử lý c ủa h ệ th ố ng có th ể k ể đến nh ư là nhi ệt độ , pH, các nguyên t ố khoáng, kim lo ại , ch ế độ thu ỷ l ực c ủa h ệ th ống . - Các y ếu t ố này có ảnh h ưởng t ới quá trình phát tri ể n c ủa vi sinh v ật và qua đó làm ảnh h ưởng t ới hi ệu qu ả c ủa quá trình x ử lý tiêu hao c ơ ch ất trong n ước th ải. - Đâ y là các nguyên t ố c ần thi ết cho quá trình chuy ể n hoá sinh hoá c ủa vi sinh v ật . - Mô hình hoá quá trình x ử lý nước thải. - Mô hình hoá quá trình x ử lý n ước th ải là m ột ph ươ ng pháp hi ện đại để kh ảo sát, đ i ều khi ể n và t ối ư u hoá các quá trình x ử lý. - T ừ các ph ươ ng trình xây d ựng được , ng ười ta m ới h ợp nh ất l ại để tạo th ành mô hình toán chung cho toàn b ộ quá trình x ử lý.. - Quá trình x ử lý n ước th ải trong thi ết b ị Aeroten I.2.1. - Quá trình trong thi ết bị aeroten. - Quá trình x ử lý n ước th ải trong thi ết b ị Aeroten là m ột d ạng c ủa quá trình x ử lý hi ếu khí trong đó các vi sinh v ật sinh tr ưởng ở tr ạng thái huy ền phù hay còn g ọi là bùn ho ạt tính, ở n ồn g độ cao và được khu ấy tr ộn đều v ới n ước th ải . - Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng thông khí sinh học Quá trình sinh h ọc trong h ệ th ống x ả y ra nh ư sau: Dòng n ước th ải đ i vào có hàm l ượng dinh d ưỡng cao là môi tr ường thích h ợp để các vi sinh v ật phát tri ể n, lúc này bùn ho ạt tính b ắt đầu hình thành nh ư ng l ượng sinh kh ối còn r ất ít. - Sau m ột th ời gian, các vi sinh v ật d ần thích nghi v ới môi tr ường n ước th ải , phát tri ể n lu ỹ ti ến , sinh kh ối bùn t ă ng m ạnh , l ượng tiêu th ụ oxy t ă ng d ần do tham gia vào quá trình oxy hoá các ch ất h ữu c ơ và các quá trình sinh hoá trao đổi ch ất c ủa vi sinh v ật . - Khi vi sinh v ật phát tri ển ổn định chính là lúc quá trình phân hu ỷ các ch ất h ữu c ơ đạt hi ệu qu ả cao nh ất , l ượng tiêu th ụ oxy g ần nh ư không đổi . - Khi các ch ất h ữu c ơ c ạn ki ệt thì quá trình nitrat hoá x ảy ra, l ượng tiêu th ụ oxy gi ảm d ần. - Vi ệc thông khí ph ả i đảm b ảo b ề m ặt ti ếp xúc gi ữa không khí, n ước th ải và bùn ho ạt tính ph ải l ớn thì hi ệu qu ả c ủa quá trình m ớ i cao.. - Mô hình hoá quá trình x ử lý nước thải trong thiết bị Aeroten Nh ư đã trình bày ở trên, Aeroten là m ột thi ết b ị làm s ạch n ước th ải b ằng bùn ho ạt tính ở d ạng huy ền phù, trong đó có s ử d ụng h ệ th ống thông khí để đảm b ảo cung c ấp đủ oxy cho quá trình chuy ển hoá c ơ ch ất c ủa vi sinh v ật và tr ạng thái l ơ l ửng , phân b ố đồng đều c ủa các bông bùn. - Hi ệu qu ả c ủa quá trình x ử lý ph ụ thu ộc vào nhi ều y ếu t ố , nh ư ng ch ủ y ếu là do ba y ếu t ố chính: n ồng độ c ơ ch ất , n ồng độ và ho ạt tính c ủa vi sinh v ật , n ồng độ oxy hoà tan. - Quá trình x ảy ra trong h ệ là quá trình oxy hoá sinh h ọc , các vi sinh v ật s ử d ụng c ơ ch ất và oxy hoà tan trong n ước th ải để t ạo ra n ă ng l ượng và sinh t ổng h ợp t ế bào m ới . - T ổng quát l ại có th ể xem h ệ th ống Aeroten là t ổng h ợp c ủa hai quá trình: quá trình s ử d ụng c ơ ch ất c ủa vi sinh v ật và quá trình c ấp khí.. - Nh ư v ậy , để xây d ựng mô hình toán c ủa Aeroten, ta c ầ n thi ết l ập được các ph ươ ng trình động h ọc mô ph ỏng quá trình s ử d ụng c ơ ch ất c ủa vi sinh v ật và ph ươ ng trình thu ỷ động h ọc trong thi ết b ị mô ph ỏng quá trình c ấp khí. - Dòng n ước th ải ch ảy qua l ớp màng này s ẽ th ực hi ện m ột lo ạ t các quá trình chuy ển kh ối và oxy hoá sinh h ọc để lo ại b ỏ các thành ph ần ô nhi ễm . - Th ực ch ất quá trình l ọc sinh h ọc trong h ệ thống l à quá trình y ếm khí - hi ếu khí.. - Hình 1.10: Quá trình lọc sinh học. - Các quá trình c ơ bản trong lọc sinh học. - Tốc độ của hầu hết các quá trình chuyển khối rất chậm, đặc biệt là quá trình động học xử lý nước thải. - Các quá trình chính cần được quan tâm là: chuyển khối qua màng thủy lực, chuyển khối qua màng vi sinh.. - Hình 1.12 m ô tả quá trình chuyển khối qua lớp màng thuỷ lực.. - Quá trình trong màng sinh học. - Trong trường hợ p này quá trình phản ứng bị khống chế bởi quá trình khuyếch tán.. - Quá trình khuyếch tán có thể mô tả qua định luật khuyếch tán Fick I.. - Quá trình xảy ra ở trạng thái ổn định.. - điểm khác là nồng độ trong màng thấp hơn do bị hạn chế bởi quá trình khuyếch tán.. - Phản ứng bị hạn chế bởi quá trình khuyếch tán thì bậc của phản ứng là 0,5.. - Quá trình xử lý tạp chất trong màng vi sinh vật cũng giống như trong kỹ thuật phản ứng dạng huyền phù. - Trong một hệ đơn giản nhất là oxy hoá chất hữu cơ thì ít nhất đã có hai quá trình khuyếch tán xảy ra trong màng vi sinh: chất oxy hoá (oxy phân tử) và chất khử (hữu cơ). - Quá trình động học trong cột lọc sinh học. - Khi phân tích một quá trình lọc sinh học cần phải tiến hành hai bước sau:. - Xác định yếu tố oxy hóa cơ chất có vai trò kiểm soát quá trình phản ứng.. - N ếu b ỏ qua quá trình chuy ể n kh ố i trong màng thu ỷ l ực , cân b ằng v ật li ệu ta có:. - Trong h ệ th ống không s ử d ụng quá trình tu ần hoàn n ước . - Quá trình l ọc ng ập n ước có kh ả n ă ng x ử lý đồng th ời c ả BOD và ammoniac. - Các y ếu t ố ảnh h ưởng t ới hi ệu qu ả c ủa quá trình l ọc là chi ều dày c ủa màng vi sinh và ch ế độ c ấp oxy cho b ể l ọc . - Nh ư đã trình bày ở ph ần trên, có th ể th ấy r ằng các mô hình toán quá trình x ử lý n ước th ải b ằng ph ươ ng pháp sinh h ọc hi ếu khí nói riêng và ph ươ ng pháp sinh h ọc nói chung m ới đ ang ch ỉ d ừng ở m ức độ nghiên c ứu riêng bi ệt cho t ừng k ỹ thu ật , ho ặc đánh giá chung thô ng qua động h ọc sinh tr ưởng c ủa vi sinh v ật . - Gi ả thi ết các quá trình x ảy ra trong biofilter và aeroten đạt t ối ư u và dòng vào luôn ổn định , khi đó hàm l ượng ch ất h ữu c ơ và hàm l ượng oxy hoà tan trong n ước th ải dòng vào aeroten có th ể được xác định. - DO: hàm lượng oxy hoà tan duy trì trong bể (mg/l) K N , K O2 : các hệ số động học của quá trình. - Y N : h ệ s ố c ủa quá trình Nitrat hoá (mg bùn ho ạt tính/mg NH 4. - f N : t ỷ l ệ h ợp ch ất h ữu c ơ b ị nitrat hoá trong quá trình kh ử BOD.. - Thí nghiệm nghiên cứu quá trình hoà tan oxy trong thiết b ị tổ hợp A eroten-Biofilter (BFA). - Nghiên c ứu dòng ch ất l ỏng – khí trong mô hình thi ết b ị t ổ h ợp BFA - Đánh giá các thông s ố thi ết k ế ảnh h ưởng t ới quá trình hoà tan oxy. - Để khảo sát quá trình hoà tan oxy trong thiết bị, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm như sau:. - Thay đổi chi ều dày l ớp v ật li ệu đệm và đ ánh giá ảnh h ưởng c ủa l ớ p v ật li ệu đệm t ới quá trình hoà tan oxy.. - Đ i ều ch ỉnh nhi ệt độ để đánh giá ảnh h ưởng c ủa nhi ệt t ới quá trình hoà tan oxy.. - Trong quá trình “ đ i lên” c ủa các b ọt khí này v ẫn có quá trình hoà tan oxy vào môi tr ường n ước th ải , tuy nhiên hi ệu qu ả c ủa quá trình hoà tan oxy này r ấ t th ấp. - toán thi ết k ế các h ệ th ống x ử lý khác nhau, nh ằm làm gi ảm chi phí v ận hành cho quá trình x ử lý.. - Công ngh ệ x ử lý n ước th ải k ết h ợp các quá trình y ếm khí, thi ếu khí và hi ếu khí (anaerobic, anoxic và oxic_ AAO) hi ện nay đ ang được áp d ụng r ộ ng rãi để x ử lý n ước th ải sinh ho ạt và n ước th ả i công nghi ệp . - S ơ đồ công ngh ệ c ủa quá trình được mô t ả nh ư hình 2.8:. - Lượng oxy cần thiết theo lý thuyết cho quá trình xử lý kết hợp khử BOD và NH 4. - Trong đó γ ) là l ượng oxy t ận d ụng được t ừ quá trình kh ử NO 3. - Tính toán chí phí cho quá trình xử lý nước thải bệnh viện với công suất xử lý từ 100 – 500 m 3 /ngày. - Tính toán chí phí cho quá trình xử lý nước thải đô thị với công suất xử lý từ m 3 /ngày. - Tính toán chí phí cho quá trình xử lý nước thải tập trung các khu công nghiệp với công suất xử lý từ m 3 /ngày. - Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2003), Lý thuyết và mô hình hoá quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB KHKT, Hà Nội.. - K ết qu ả sau tính toán cho th ấy , vi ệc s ử d ụng công ngh ệ AAO – Biofilter cho phép gi ả m chi phí v ận hành quá trình x ử lý tới 3, 4 l ần . - Do v ậy chúng tôi xin ki ến ngh ị được ứng d ụng mô hình trong công ngh ệ x ử lý n ước th ải k ết h ợp các quá trình y ếm khí, thi ếu khí, hi ếu khí và l ọc sinh h ọc (AAO – Biofilter) để t ối ư u hoá quá trình tính toán thi ết k ế trong các h ệ th ống x ử lý th ực t ế. - Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải. - Quá trình xử lý nước thải trong thiết bị Aeroten. - Quá trình trong thiết bị aeroten. - Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải trong thiết bị Aeroten. - Các quá trình cơ bản trong lọc sinh học. - Mô hình toán của quá trình xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học. - PH ẦN II: THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG OXY HOÀ TAN VÀ TỐI Ư U HOÁ QUÁ TRÌNH HOÀ TAN OXY TRONG HỆ XỬ LÝ AEROT EN-BIOFILTER. - Thí nghiệm nghiên cứu quá trình hoà tan oxy trong thiết bị tổ hợp Aeroten-Biofilter (BFA
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt