CHƯƠNG 4 (tt)

BỂ AEROTANK

1. Khái niệmBể Aerotank là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính.

2. Vị trí bể

AerotankBể lắng 1 Bể lắng 2

Nước thải

Bùn tuần hoàn

Xử lý bùn

Xả ra nguồn tiếp nhận

3. KẾT CẤU KẾT CẤU :

- Cấu trúc aerotank phải thỏa mãn 3 điều kiện:

+ Giữ được liều lượng bùn cao trong aerotank

+ Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn “bùn trẻ”

+ Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của aerotank.

Bùn trẻ

Cấu tạo bể

Mô hình mô phỏng

Các quá trình sinh hóa xảy ra trong Aerotank

1) Quá trình tăng sinh khối

2) Quá trình chuyển hóa cơ chất.

3) Quá trình khử Nitơ và Phospho

1) Quá trình tăng sinh khối

2) Quá trình chuyển hóa cơ chất

HH22OO

Oxi hoá và tổng hợp tế bào:

PhPhần không phân ần không phân hủy sinh họchủy sinh học

ChChất hcơất hcơ OO22COCO22

Dinh dDinh dưỡngưỡng(N,P)(N,P)

2) Quá trình chuyển hóa cơ chất

Phần không phân Phần không phân hủy sinh họchủy sinh học

Phân hủy nội bào:

HH22OO N,PN,POO22COCO22

Quá trình khử nito và nitrat hóaHợp chất hữu cơ chứa nito

NH4+

Sinh khối tế bào vi sinh vật

Tế bào sống và tế bào chết theo bùn

ra ngoài

Quá trình thủy phân bởi enzyme của vi khuẩn

Quá trình đồng hóa

Khử nito

N2 thoát vào không khí

NO3

NO2

O2

O2

Và quá trình khử

Quá trình nitrat hóa

Quá trình khử phospho

Hợp chất phospho Tham gia tổng hợp

ATP

Axit nucleic

phospholipic

Tế bào vi sinh vật

Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành

Aerotank tải trọng thấp(Aerotank truyền thống)

Bể lắng 1

Aerotank

Nước thải

Bể lắng 2

BOD < 400mg/l

Hiệu suất xử lý BOD đạt 80-95%

Xả bùn tươi

Xả ra nguồn tiếp nhận

Tuần hoàn bùn hoạt tính Bùn dư

Xử lý bùn

Aerotank tải trọng cao một bậc

Aerotank

Bùn tuần hoàn

Nước vào

Bùn cặn

Thu hồi và xử lý bùn

Nước ra

Không khí

Bể lắng 1 Bể lắng 2

• BOD cao > 500 mg/l• Thổi khí liên tục (6-8h)

Aerotank tải trọng cao nhiều bậcBể nhiều bậc ngang

• BOD > 500 mg/l• Chất rắn lơ lửng pH = 6,5 – 9• t0 = 6 - 320C

Bể lắng 1

Bể Aerotank

Bể lắng 2

Bùn hoạt tính

Xả bùn hoạt tính

Xả bùn tươi

Xả ra nguồn

tiếp nhận

Nước thải

Bể nhiều bậc dọc

Bể lắng 1 Bể lắng 2

Xả bùn tươi

Xả ra nguồn

tiếp nhận

Tuần hoàn bùn hoạt

Xả bùn hoạt tính

Bể Aerotank

Nước thải

Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn

Kk vào

Bùn thảiBùn tuần hoànBùn tuần hoàn

Thu hồi và xử lí bùn

Bể lắng 1 Bể lắng 2 Bể lắng 3

• Tải trọng BOD > 1,3kg BOD tính trên 1 kg chất thải hữu cơ trong ngày.

• Hiệu suất xử lý BOD 70 – 75%

Aerotank thông khí kéo dài

lưới chắn rác

bể aerotank thông khí kéo

dài

Bùn tuần hoàn

Bùn dư

bể lắng

2

nước ra

Aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Bùn tuần hoàn

Máy khuấy bề mặt Khí nén

xả bùn tươi Bùn dư

nước rabể lắng 1

bể lắng 2

Dựa trên nguyên lý làm việc của aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh người ta thay không khí nén bằng

cách sục oxi tinh khiết.

Khí thải Dòng ra

Bùn dư

Oxi tinh khiết

Dòng ra

Bùn dư

Oxi tuần hoàn

Khái niệm• Bùn hoạt tính là quá

trình xử lý sinh học nước thải trong đó vi sinh vật tăng sinh.

• Quá trình này về cơ bản bao gồm xử lý hiếu khí để ôxy hóa chất hữu cơ thành CO2 , và H2O, NH4 và sinh khối tế bào.

Quá trình hình thành bông bùn

Pha Lag (pha thích nghi)

Pha Log (pha tăng trưởng)

Pha tăng trưởng chậm

Pha hô hấp nội bào

Một số vi sinh vật trong bể Aerotank

Hệ vi sinh vật bao gồm:

Vi khuẩn Tảo Nấm Nguyên sinh động vật Trùng bánh xe Giun tròn Một số động vật không xương sống khác

Vi khuẩn• Zooglea, Pseudomonas,

Flavobacterium, Alcaligenes, Bacilus, Achromobacter, Corynebaterium, Comomonas, Brevibacterium, Acinetobacterium

Vai trò: oxi hóa các chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bông bùn

Zooglea

Các loài vi khuẩn dạng sợi đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bông bùn. Chúng là xương sống của hệ bùn hoạt tính

Pseudomonas

Bacilus

Achromobacter

Flavobacterium.

Acinetobacterium.

Vi khuẩn Chức năng

Pseudomonas Phân hủy hiđratcacbon, protein, phản nitrat hóa

Arthrobacter Phân hủy hiđratcacbon

Bacillus Phân hủy hiđratcacbon, protein, …

Cytophaga Phân hủy các polyme

Zooglea Tạo thành chất nhày (polysacarit), hình thành chât keo tụ

Nitrosomonas Nitrit hóa

Nitrobacter Nitrat hóa

Flavobacterium Phân hủy protein

Nitrococcus denitrificans Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N2)

Thiobacillus denitrificans Phản nitrat hóa

Acinetobacter Phản nitrat hóa

Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat

Vi sinh vật trong bùn bị bung

• Giữ vai trò chủ yếu là Nocardia trong sự cố bung bùn ở Hoa Kỳ

• Cyanobacterium, Schizothrix calcicola gây hiện tượng lên bùn nhiều lần trong nhà máy nước thải ở Ohio

• Vi khuẩn sợi phát triển trong môi trường ít cacbon hữu cơ

Sphaerotilus natans 2 loài Thiothrix

Thứ tự Vi sinh vật sợi % NM XLNT bị sự có bung bùn và VSV sơi chiếm ưu thế

12345678910111213141516171819

Nocardia spp

Type 1701

Type 021N

Type 0041

Thiothrix spp

Sphaerotilus natans

Microthix parvicella

Type 0092

Haliscomenbacter hydrosis

Type 0675

Type 0803

Nostocoida limicola

Type 1851

Type 0961

Type 0581

Begiatoa spp

Nam

Type 0914

Loai khac

3129191612121099766643<1<1<1<1

Nguồn Jenkins va Richard (1985)

Phần trăm trong 525 mẫu từ 270 nhà máy xử lý có vấn đề bun bùng tại Hoa kỳ

Nhiều VK Sợi Khó Ổn Định Sinh Khối

• Chuyển amon thành nitrit : Nitrosomonas, Nitrosopira, Nitrococcus

• Chuyển nitrit thành nitrat : Pseudomonas

• Quá trình nitrat sẽ chậm hơn do sự giảm nhiệt độ

Nitrobacter

Pseudomonas

Nấm

• Bùn họat tính không thuận lợi cho sự phát triển của nấm

• Geotrichum, Candida, Trichoderma Penicillium, Cepholosporium và Alternaria

Geotrichum

Tảo

• Bùn hoạt tính thường không ưu tiên cho sự phát triển của tảo

• Có thể thấy xuất hiện khá thường các loại tảo dạng sợi trong bông bùn ví dụ như các sợi tảo lamSợi tảo lam

Protozoa

• Trùng biến hình (trùng chân giả)

• Trùng roi

• Trùng tiên mao (trùng cỏ, trích trùng, mao trùng)

• Trùng bánh xe

• Các loài không xương sống cấp cao hơn

Trùng biến hình

• Rất phong phú, kích thước 10 – 200 m

• Chỉ thị nước thải có CHC dạng tinh bột

• Arcella trên vỏ cứng có các vân như hoa văn gọi là trùng biến hình có vỏ

Arcella megastoma

Arcella vulgaris

Trùng roi

• Kích thước 5 – 20m• Chỉ thị cho mức BOD

trong nước cao• Euglypha : amip có vỏ

cứng, cơ thể trong suốt. Số lượng thường tăng cùng tuối bùn.

• BOD : 0-50 mg/l.

• NH3 : 0-30 mg/l.

• Chất lượng dòng nước : khác nhau.Euglypha

Trùng tiên mao• Nhóm bơi tự do và

nhóm bò :– Có dạng tròn hoặc

oval, kích thước 20 – 400 m

– Được tìm thấy điều kiện bông bùn hình thành tốt. Sự có mặt hay vắng mặt của chúng có thể chỉ thị cho chất độc hại

Trùng tiên mao

• Nhóm có cuốn– Thân thân thẳng

hoặc co rút cắm vào bông bùn

– Chỉ thị cho một khoảng thời gian lưu bùn khác nhau.Đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ Escheria coli

Escheria coli

Vorticella• Là ciliate có cuống• BOD : phụ thuộc vào

mỗi loài.• NH3 : khác nhau với

mỗi loài.• Chất lượng dòng nước:

tốt.Vorticella Convallaria

Paramecium

• Là ciliate bơi tự do thường thấy trong bùn hoạt tính

• BOD dòng chảy : 0-30 mg/l.

• NH3 dòng chảy : 0-20 mg/l.

• Chất lượng dòng nước : có thể thay đổi.

Paramecium

Chilodonella uncinata• Chilodonella uncinata là

loại cilia tự do

• Cho thấy nước thải chưa ổn định và bùn chưa đủ mạnh.

Chilodonella uncinata

Trùng bánh xe

• Kích thước lớn hơn các loài trên 50 – 500m. Hình dạng rất phong phú

• Trùng bánh xe có mặt ở nhiều thời gian lưu bùn khác nhau, một số loài có thể chỉ thị cho thời gian lưu bùn cao

Lecane sp. (Rotifer)

Euchlanis

• Là rotifer bơi được, chúng sử dụng chân và tiêm mao để di dộng. Euchlanis được thấy trong bùn hoạt tính khi chất lượng dòng nước tốt. Nó đòi hỏi cung cấp DO thường xuyên.

• BOD: 0-15 mg/l.• NH3 : 0-10 mg/l.• Chất lượng nước : trung

bình.Lecane sp. (Rotifer)

Loài không xương sống cấp cao hơn

• Nhóm này gồm bộ giun tròn

• Do tốc độ sinh trưởng chậm, giun tròn nói chung thường được nhìn thấy ở thời gian lưu bùn dài hơn

• Các loài còn lại chỉ xuất hiện ở các hệ bùn hoạt tính đang nitrat hóa, có thể do chúng dễ bị tổn thương bởi độ độc của ammoniaMacrobiotus

Macrobiotus blocki

Aeolosoma

• Loài giun đốt Aeleosoma sp. thường được nhìn thấy trong bùn hoạt tính với hình dạng khổng lồ khi nhìn dưới kính hiển vi và chúng thường gây ra các vệt màu đỏ trong bùn hoạt tính do các chấm đỏ cam trên cơ thể của chúng.

Arcella megastoma

Arcella vulgaris

Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Làm Sạch Nước Thải

Aerotank• Lượng oxi hoà tan trong nước• Thành phần dinh dưỡng đối với VSV• Nồng độ chất bẩn hữu cơ trong nước thải• Các chất độc tính có trong nước thải• pH của nước thải• Nhiệt độ• Nồng độ chất lơ lửng

Sự Cố Và Cách Khắc Phục

• Những vấn đề trong bùn hoạt tính

• Những vấn đề trong quá trình xử lí nước thải

Những vấn đề trong bùn hoạt tính

• Hiện tượng bung bùn : – Bung bùn có sợi– Bung bùn không có sợi

• Bông bùn điểm

• Hiện tượng lên bùn

• Hiện tượng tạo bọt và váng

• Hiện tượng bùn trương

Bung Bùn Có Sợi

Hiện Tượng Bọt Và Váng

Hiện Tượng Bọt Và Váng

TÓM TẮT NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ

CỦA NHỮNG SỰ CỐ TRONG BÙN HOẠT TÍNH

Sự cố Nguyên nhân Hậu quảBung bùn Những vi sinh vật bành

trướng khỏi bông bùn và cản trở việc nén và lắng của bùn

Chỉ số thể tích SVI cao, nước thải ra trong

Nhày: bung bùn có nhớt (cũng có thể gọi là việc bung bù không sơi)

Vi sinh vật hiện diện với số lương lớn trong lớp màng ngoại bào.

Giảm tính lắng và tốc độ nén. Trên thực tế không có việc phân tách trong những trường hợp nghiêm trọng, tạo nên chảy tràn của lớp bùn trong bể lắng đợt 2

Bông bùn điểm Những bông bùn nhỏ, chẵc, yếu, có cấu hình tạo thành lắng nhanh. Những khối tụ nhỏ hơn lắng chậm

Chỉ số thể tích bùn SVI thấp và nước thải ra đục

Sự phát triển phân tán Vi sinh vật không tạo thành bông nhưng khuếch tán, tạo thành những cụm nhỏ hay tế bào đơn lẻ.

Nước ra đục, không có vùng lắng trong bùn.

Lên bùn Việc khử nitrat trong bể lắng đợt 2 tạo ra những bóng khí Nito, bám dính với những bông bùn hoạt tính và nổi lên trên bề mặt bể lắng 2

Lớp váng của bùn hoạt tính được tạo thành trên mặt của bể lắng đợt 2

Sự tạo thành bọt và váng

Những chất hoạt diện bề mặt không bị thoái hóa và sự hiện diện của những loài Nocardia, đôi khi bởi sự hiện diện cả Microthrix parvicella

Lượng lớn bùn nổi của chất rắn trong bùn hoạt tính tới bề mặt của đơn vị xử lý. Bọt được tích lũy và có thể bị thối. Chất rắn có thể chảy tràn vào bể lắng 2

Những vấn đề trong quá trình xử lí nước thải

• Công trình bị quá tải

• Lượng nước thải đột xuất trở nên quá lớn

• Nguồn cấp điện bị mất

• Không kịp sửa chữa, đại tu

• Cán bộ, công nhân không theo nguyên tắc quản lý kĩ thuật an tòan

Cách khắc phục

Hiện tượng bung bùn :

– Xử lý bằng chất oxy hoá mạnh

– Xử lý bằng chất keo tụ

– Điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn

Hiện tượng lên bùn

• Tăng tỷ lệ bùn tuần hoàn từ bể lắng về bể Aerotank để giảm thời gian lưu bùn trong bể lắng.

• Tăng nhanh tốc độ rút bùn dư ở bể lắng

• Giảm thời gian lưu bùn để tránh quá trình nitrat hóa

Hiện tượng bọt và váng

• Có thể khắc phục hiện tượng bọt và váng bằng cách : dùng chlorine phun lên trên bề mặt hay sử dụng các cation polymer để kiểm soát

Hiện tượng bùn trương

• Tăng cường sục khí• Xả bùn dư• Tạm thời giảm tải trọng thủy lực của bể• Pha loãng nước thải bằng nước sông, hồ

Vấn đề trong chế độ làm việc của các quá trình xử lí nước thải

Cách khắc phục• Nước thải sản xuất có lưu lượng và nồng độ dao

động lớn trong ngày và đêm, thì chỉ được phép xả vào mạng lưới thoát nước đô thị sau khi đã qua xử lí cục bộ trong xí nghiệp công nghiệp.

• Điều chỉnh chế độ bơm cho phù hợp với công suất của bể xử lí.

• Tiến hành tẩy rửa kênh mương đều đặn.• Cần dùng 2 nguồn điện độc lập để tránh bị tắt điện

đột ngột.• Cần nâng cao trình độ quản lí kĩ thuật cho các cán

bộ trong quá trình điều hành các công trình xử lí.

Tính toán bể

1. Các chỉ tiêu thiết kế

2. Lập mô hình tính toán bể

1. Các chỉ tiêu thiết kế

1. Các thông số đầu vào

2. Xác định hiệu quả xử lý Hiệu quả xử lý theo COD Hiệu quả xử lý theo BOD5

Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ

3. Thể tích bể

1. Xác định thể tích bể (V)

a. Xác định theo tỷ số khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạt tính F/M

V = QSo

X. F/M

Q: Lưu lượng nước cần xử lý (m3/ngày)

So: Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào (mg/l)

X: Nồng độ bùn hoạt tính (mg/l)

F/M:Tỉ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính (mg BOD5/mg bùn)

b. Xác định theo tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong 1đơn vị thời gian

V =Q (So – S)

ρ (a – Z)

ρ : Tốc độ sử dụng chất nền của 1 gram bùn hoạt tính trong 1 ngày (g BOD5/1 g bùn ngày)

a: Nồng độ bùn thực trong bể Aerotank (mg/l)

Z: Độ tro của cặn, thường là 0,3 mg/mg

Xác định thể tích bể (V)

c. Xác định theo tuổi của cặn θc (thời gian lưu giữ bùn hoạt tính trong bể)

V = θc(So – S) Y

X (1+Kd θc)

θc: Tuổi của bùn (ngày)

Kd : Hệ số phân hủy nội bào (ngày-1)

S: Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu ra (mg/l)

Xác định thể tích bể (V)

d. Xác định theo tải trọng chất nền trên một đơn vị thể tích của bể (kg BOD5/m3)

V =QSo

La

La : Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử lý (kg BOD5/l m3 ngày)

Xác định thể tích bể (V)

4. Thời gian lưu nước

5. Lượng bùn hữu cơ lơ lửng khi sử dụng BOD5

Tốc độ tăng trưởng của bùn Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày Tổng bùn dư Lượng cặn dư hằng ngày xả ra Lưu lượng xả bùn

6. Thời gian tích lũy cặn (tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu

7. Lượng bùn hữu cơ xả ra hằng ngày

8. Xác định lưu lượng tuần hoàn

9. Tỷ lệ F/M

10.Lượng khí cần thiết Lượng oxy cần thiết Lượng oxy thực tế

11. Lượng không khí cần thiết

12. Áp lực khí máy nén

13. Áp lực khí

14. Công suất máy nén

15. Chọn kích thước, bố trí phân phối khí

2. Lập mô hình tính toán bể

1. Thể tích bể (V)

2. Lưu lượng nước đầu vào ( Qv)

3. Lưu lượng nước đầu ra ( Qr)

4. Thời gian lưu nước (Ɵ)

5. Lượng oxi cần thiết (Ok)

6. Tốc độ sử dụng chất nền (rd)

7. Tốc dộ tăng trưởng vi sinh vật (rt)

8. Lượng bùn có trong bể (Xo)

9. Lượng bùn xả ra (Xr)

10. Lượng bùn sinh ra (Vrt’)

Xác định hiểu quả xử lý

Xác định hiệu quả xử lý

• Hiệu quả xử lý theo COD

E1 =CODvào – (CODra – c)

CODvào

• Hiệu quả xử lý theo COD

E2 =BOD5 vào – S

BOD5 vào

C: lượng căn theo COD

S: lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng

Xác định hiệu quả xử lý

• Hiệu quả xử lý toàn bộ

E =BOD5 vào – BOD5 ra

BOD5 vào

- Trong đó: Xác định hàm lượng BOD5 tan trong nước đầu ra

BOD5 ra = BOD5 hòa tan + BOD5 lơ lơ lửng

Lưu lượng nước đầu vào (Qv)

Qv = Qr

Lưu lượng nước đầu ra (Qr)

Thể tích bể

V =Q . Y . (So – S) . θc

X ( 1 + Kd . θc)

• Q: lưu lượng bùn trung bình ngày (m3/ngày.đêm)• Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại

(mg/mg)• θc: thời gian lưu bùn (ngày)• So: chất nền trong nước thải (mg/l)• S: nồng độ chất nền còn lại sau khi ra khỏi bể (mg/l)• X: nồng độ bùn hoạt tính sau khi hòa trộn (mg/l)• Kd: hệ số phân hủy nội bào

(m3)

Thể tích bể

• Thể tích thực của bể:

Vthực = B . L . H (m3)

B, L, H : kích thước bể (m)

Thời gian lưu nước (Ɵ)

• V: thể tích bể (m3)

• Q: lưu lượng bùn trung bình ngày (m3/ngày.đêm)

θ =V

Q(h)

Lượng oxi cần thiết (Ok)

• Lượng oxi cần thiết

OCo =

Q. (So – S)

1000 . f- 1.42. Px +

4.57 ( No – N)

1000

No: tổng nito ban đầu ( sau khi bổ sung dinh dưỡng)N: tổng nito ra ( 5 – 6 mg/l)

• Lượng oxi thực tế

OCt = OCo +Cs

Cs + C

1

1.024(T - 20)

1

α

• Cs: oxy bão hoà trong nước (9,08 mg/l).

• C: lượng oxy cần duy trì trong bể (2-3 mg/l)

• α: 0,6-0,94.

• OCTB = OCt/24 (kg/h)

• OCt max = 1,5.OCt TB

• OCt min = 0,8.OCt TB

Lượng oxi không khí cần thiết

• OU: công suất hoà tan thiết bị: OU = Ou . h

• Ou: phụ thuộc hệ thống phân phối khí (g O2/m3.m)

• h: độ ngập nước (< hbể)

Ok =OCt

OUfan toàn

Ok thực tế = 2Ok

Tốc độ sử dụng chất nền (rd)

• rd: tốc độ sử dụng chất nền (g/m3.s).• Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại

(mg/mg).• μm: tốc độ tăng trưởng riêng max.• S: nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm

tăng trưởng bị hạn chế (lúc số lượng chất nền chỉ có giới hạn).(nồng độ còn lại trong nước thải)

• Ks: hằng số bán tốc độ (nói lên sự ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm

• X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3)

rd =μm . X . S

Y (Ks + S)=

K . X . S

Ks + S