BỂ BÙN HOẠT TÍNH

Để thiết kế bể bùn hoạt tính người ta phải chú ý đến loại bể, lưu lượng nạp, lượng bùn sinh ra, nhu cầu và khả năng chuyển hóa oxy, nhu cầu về dinh dưỡng cho vi khuẩn, đặc tính của nước thải đầu vào và đầu ra, điều kiện môi trường, giá thành, chi phí vận hành, bảo trì.

Xác định tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn F/M (food to microorganism)

trong đó

F/M: tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn d^-1
S₀: BOD hoặc COD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m³) [influent soluble BOD] Q: thời gian lưu tồn nước trong bể bùn hoạt tính = Vr/Q, d
Vr: Thể tích bể, Mgal (m³)
Q: Lưu lượng nước thải nạp vào bể, Mgal/d (m³/d)
X: hàm lượng vật chất rắn bay hơi (VSS) trong bể mg/L (g/m³)
Lưu ý các giá trị thực nghiệm cho thấy F/M nằm trong khoảng 0,05 ¸ 1,0

Với một hiệu suất sử dụng thức ăn U của vi khuẩn ta có công thức:

trong đó

E: hiệu suất của quá trình xử lý, %
E = [(S₀ – S)/S₀)] ´ 100
Thay vào phương trình trên ta có:

S: BOD hoặc COD của nước thải đầu ra, mg/L (g/m³) [ effluent soluble BOD] Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính được tính bằng công thức:

qs: thời gian lưu nước trong hệ thống
Vs: thể tích bể lắng thứ cấp

Xác định thời gian lưu trú trung bình của vi khuẩn trong bể

trong đó

qc: thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể theo thể tích bể, d
Vr: thể tích bể, Mgal (m³)
X: hàm lượng VSS trong bể, mg/L (g/m³)
Xw: hàm lượng VSS trong bùn thải bỏ, mg/L (g/m³) Qw: lưu lượng bùn thải bỏ, Mgal/d (m³/d)
Xe: hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra, mg/L (g/m³) Qe: Lưu lượng nước thải đầu ra, Mgal/d (m³/d )
Theo các số liệu của Mỹ qc = 3 ¸ 15 ngày cho hiệu quả xử lý và khả năng lắng của bùn tốt. Thời gian lưu tồn nước trong bể là 4 ¸ 8 giờ, lưu lượng nạp 3 ¸ 30 kg BOD₅/m³.d
Nếu hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra là không đáng kể ta có:

Nhu cầu về dưỡng chất nhằm bảo đảm sự phát triển của các vi khuẩn được thể hiện qua công thức:

trong đó

Rs: là lượng BOD₅ (hay chất nền) được sử dụng (hay loại bỏ)
Rs = Q(S₀ – S)
Rb: lượng sinh khối được sản sinh ra

trong đó

Y: sản lượng biomass tính bằng mgVSS/mg BOD₅
Ta có:

K_d = 0,48t ^-0,415(1,05)^t – 20

trong đó

Kd: tốc độ phân hủy
ts: tuổi trung bình của bùn đối với bể bùn hoạt tính (» q _C) Theo thực nghiệm thì tỉ lệ BOD₅ : N : P » 100 : 5 : 1

Một số hệ số động cho việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể bùn hoạt tính

Các bước để thiết kế một bể bùn hoạt tính:

1.      Chọn thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể. Các yếu tố cần biết:

BOD₅ của nước thải đầu ra

SS của nước thải đầu ra

Khả năng chịu đựng của bể đối với sự biến động lớn của nước thải đầu vào (lưu lượng, hàm lượng chất gây ô nhiễm)

Nhu cầu về năng lượng cho các thiết bị cung cấp khí

Nhu cầu về dưỡng chất

2.      Chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong bể. Các yếu tố cần biết:

Thích hợp cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm

Quá trình ổn định, không bị ảnh hưởng của các chất độc

Lượng MLSS được giữ ổn định

3.      Xác định thể tích bể lắng thứ cấp cần thiết. Các yếu tố cần biết:

Diện tích bề mặt của bể lắng

Diện tích cần thiết cho việc cô đặc bùn

Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể bùn hoạt tính (aeroten) theo công thức

>>>Bài liên quan: Vai trò của nồng độ oxy hòa tan (DO) trong bể bùn hoạt tính?

Sau đó nhân với hiệu suất của quá trình trao đổi khí để tính ra lượng oxy cần
thiết.

Lưu ý ở 1atm và 25^oC thì 1m³ không khí nặng khoảng 1,2 kg. Nên giữ trị số DO bằng 1,5 ¸ 4 mg/L (thông thường khoảng 2 mg/L ở tải trung bình và 0,5 mg/L ở tải đỉnh) ở mọi khu vực của bể, trên 4 mg/L không tăng được hiệu suất của quá trình mà còn tốn thêm điện. Đối với F/M lớn hơn 0,3 lượng không khí cần thiết là 30 ¸ 55 m³/kg BOD₅ được xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt lớn),
24 ¸ 36m³/kg BOD₅ (hệ thống xử lý tạo bọt mịn). Nếu F/M nhỏ hơn 0,3 lượng không khí cần thiết sẽ tăng lên. Thông thường khi sử dụng hệ thống bơm nén khí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,75 ¸ 15,0 m³ không khí/m³ nước thải. Đối với các thiết bị cơ khí khuấy đảo để sục khí cần 1,0 ¸ 1,5 kg O₂/kg BOD₅ được xử lý.

Mô tả các thiết bị thường được sử dụng để cung cấp khí cho các bể xử lý

Các thiết bị cung cấp khí cho bể xử lý thông dụng (p. 279)

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị khuếch tán khí

Chú ý: ft3/min x 0,0283 = m3 /min ft x 0,3048 = m

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị cơ khí khuấy đảo

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Người ta còn sử dụng oxy tinh khiết để hoàn thành quá trình sục khí. Khống chế các vi sinh vật hình sợi
Sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi tạo nên bùn khó lắng cho nên phải khống chế sự phát triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hoàn lưu, thay đổi DO trong bể, thay đổi điểm nạp để thay đổi F/M.

Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính

(Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 loài Thiothrix)

Chú ý trong quá trình đôi khi người ta cho bùn ở bể lắng thứ cấp hoàn lưu trở lại bể bùn hoạt tính nhằm tăng lượng bùn hoạt tính trong bể để bể đạt được hiệu suất cao.

Xử lý bùn thải đô thị: Bài toán chưa có lời giải
Công nghệ xử lý nước bằng thuỷ động lực học không hoá chất