Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 2) - Lê Hoàng Nghiêm
BK
TPHCM
BAØI GIAÛNG
CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG
COÂNG NGHEÄ MOÂI TRÖÔØNG
Chöông IV: QUAÙ TRÌNH SINH TRÖÔÛNG BAÙM DÍNH - P2
(Attached-Growth Treatment Processes)
(Biofilm reactor)
GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm
Email: [email protected]
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
COÂNG THÖÙC NRC
BK
TPHCM
Hội đồng nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ (National Research Council -
NRC) đă xây dựng công thức tính toán dựa trên các số liệu vận hành
34 bể lọc sinh học sử dụng giá thể đá để xử lý nước thải từ các căn
cứ quân sự. Đối với hệ thống gồm 1 bể sinh học đơn, công thức tính
toán như sau:
1
E1 =
(4.21)
(4.22)
1+ 0,0561(W /VF)1/ 2
US:
1
E1 =
1+ 0,014(W /VF)1/ 2
SI:
E1 – hiệu suất xử lý BOD5 trong hệ thống bể lọc sinh học đơn và bể
lắng 2.
W – lượng BOD5 cần chuyển hóa trong bể loc̣ , lb/ngày (kg/ngày); không
bao gồm BOD5 của dòng tuần hoàn;
V – thê
tıch tổng cộng của bể lọc sinh học, 1000 ft3 (1000 m3);
̉
́
F – hệ số tuần hoàn
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
2
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
COÂNG THÖÙC NRC
BK
TPHCM
F – hê
̣
sô
́
tuần hoàn cho 1 bê
̉
được xác định theo
công thức:
1+ R
1−δ
F =
(4.23)
2
[
1+
(
)
R
]
R – Tỉ lê
lượng nước dòng vào bê
̣
tuần hoàn ( ti
̉
lê
̣
nước tuần hoàn so với
loc
̉
̣ )
δ – hệ số ti
̉
lệ tính đến lượng giảm cơ chất cho
mỗi lần tuần hoàn qua bê loc = 0,9;
̉
̣
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
3
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
COÂNG THÖÙC NRC
BK
TPHCM
Trong hệ thống gồm hai bể lọc sinh học thì hiệu quả của bể
1
thứ 2 tính theo công thức;
E2 =
(4.24)
1/ 2
⎡
⎤
W2
1+ 0,0561
Hệ đơn vị US:
⎢
⎥
⎦
V2F(1− E1)2
⎣
1
Hay E2 =
1/ 2
⎡
⎤
0,0561 W2
1− E1 V2F
1+
⎢
⎥
⎦
⎣
1
E2 =
(4.25)
1/ 2
Hệ đơn vị SI:
⎡
⎤
W2
1+ 0,014
⎢
⎣
⎥
⎦
V2 F(1− E1 )2
1
Hay E2 =
1/ 2
⎡
⎤
0,014 W2
1+
⎢
⎥
1− E1 V2 F
⎣
⎦
E2 – hiệu quả xử lý BOD5 qua bê
W2 – lượng BOD5 lọc được của bê
V2 – thê tıch của bê loc thư
hai, 1000 ft3;
̉
loc
̣
thư
́
hai;
̉
loc
̣
thư
́
2, lb/ngày;
̉
̉
̣
́
́
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
4
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
COÂNG THÖÙC NRC
BK
TPHCM
Nếu áp dụng phương trình NRC để thiết kế bể lọc thì các
công thức trên có thể được biến đổi để tính toán như sau:
2
2
⎛
⎞
(1+ 0,1R) E1
⎜
⎜
⎟
⎟
V = 0,0263QS0
(4.26)
1
1+ R 1− E1
⎝
⎠
V1 – thể
tıch bể lọc thứ 1, 1000 ft3;
́
Q – lưu lượng dòng vào, MGD;
S0 – nồng đô
̣
cơ chất đầu vào, mg/l;
2
(1+ 0,1R)2
E2
⎛
⎞
⎜
⎟
⎟
V2 = 0,0263QS1
(4.27)
⎜
1+ R (1− E1)(1− E2 )
⎝
⎠
S1 – nồng độ BOD5 đầu ra từ bể thứ nhất;
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
5
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
COÂNG THÖÙC NRC
BK
TPHCM
Ví dụ 4.2: Thiết kê
hai bê loc đê xư ly
MGD, nồng đô BOD5 là 400mg/l. Mỗi bê
chiều cao 8 ft va R = 4:1. Hiệu quả xư ly
tổng cộng theo yêu cầu là 90%.
́
hê
nước thải có lưu lượng là 2
loc có
BOD5
̣ thống bể lọc sinh học gồm
̉
̣
̉
̉
́
̣
̉
̣
̀
̉
́
1MGD*3,7854*103 = m3/ngày; 1ft = 0,3048 m
1 ft3 * 2,8317*10-2 = m3
1 mg/L = 8,34 lb/MG (million gallons)
1 m = 3,2808 ft; 1ft3 = 7,480 gal;
1 pound (lb) = 453,6 g; 1 kg = 2,2046 lb;
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
6
BAØI GIAÛI VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH
BK
TPHCM
HOÏC THEO COÂNG THÖÙC NRC
Hầu hết các thiết kê
giống nhau.
́ hiệu quả thì thể tıch của hai bể loc̣ phải
́
Đê xac định thê
gia
bê
bê
1. Quan hệ giữa E1 va
E1 + (1 – E1)E2 = Etotal
Thay Etotal = 0,9 va
̉
̉
tıch này, ta dùng phương pháp thư
̉
va
̀ sai để
́
́
̉
thuyết hiệu quả của bê
lắng thư hai va kết hợp tính thê
gần giống nhau, đó la thể tıch ta cần tính.
̉
lắng thư
́ nhất và tınh hiệu quả của
́
́
̉
́
̀
̉
tıch hai bể. Khi thể tıch hai
́
̉
̀
́
̀
E2 biểu diễn qua hiệu quả khử BOD5:
̀
E2 được tính như sau:
0,9 − E1
E2 =
1− E1
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
7
BAØI GIAÛI VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH
BK
TPHCM
HOÏC THEO COÂNG THÖÙC NRC
Tính toán thư
̉
dần lần thư
́
nhất
loc thứ nhất từ
Cho E1 = 0,8, ta tính thê
̉
tıch của bê
̉
̣
́
phương trình (4.26):
2
1+ (0,1)(4) 2
]
0,8
1− 0,8
⎛
⎜
⎞
⎟
V1 = (0,0263)(2)(400)
= 131,95 (1000 ft3 )
1+ 4
⎝
⎠
Tính gia
́
tri
̣
E2 rồi tư
̀
gia
́
tri
̣
nay va
̀
phương trình (4.27)
̀
ta tính được thê
̉
tıch V :
0,9 − 0,8
1− 0,8
́
2
E2 =
= 0,5
Do đó:
2
1+ (0,1)(4) 2
]
⎡
0,5
⎤
V2 = (400)(1− 0,8)(2)(0,0263)
= 41,23 (1000 ft3 )
⎢
⎥
1+ 4
(1− 0,8)(1− 0,5)
⎣
⎦
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
8
BAØI GIAÛI VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH
BK
TPHCM
HOÏC THEO COÂNG THÖÙC NRC
Tính toán thư
̉
dần lần thư
́
hai
loc thứ nhất từ
Cho E1 = 0,75 ta tính thê
̉
tıch của bê
̉
̣
́
phương trình (4.26):
2
1+ (0,1)(4) 2
]
0,75
1− 0,75
⎛
⎜
⎞
⎟
V1 = (0,0263)(2)(400)
= 74,22 (1000 ft3 )
1+ 4
⎝
⎠
0,9 − 0,75
1− 0,75
Tính gia
́
tri
̣
E2 và thể tıch V :
́
2
E2 =
= 0,6
2
1+ (0,1)(4) 2
]
⎡
0,6
⎤
V2 = (400)(1− 0,75)(2)(0,0263)
= 74,22 (1000 ft3 )
⎢
⎥
1+ 4
(1− 0,75)(1− 0,6)
⎣
⎦
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
9
BAØI GIAÛI VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH
BK
TPHCM
HOÏC THEO COÂNG THÖÙC NRC
Quá trình tính toán này cho ta hiệu quả của bê
nhất va thư hai lần lượt là E1 va E2. Va thê tıch bằng
74,22 là thê tıch được chọn thiết kê
̉ thứ
̀
́
̀
̀
̉
́
̉
́.
́
Tính đường kính của mỗi bể:
Ta có diện tích = thê
Bán kính bể lọc:
̉
tıch/đô
̣
sâu = 74330/8 = 9288 ft2
́
1/ 2
1/ 2
4A
⎛ ⎞ ⎡
(4)(9288)
⎤
D =
=
= 109 ft
⎜ ⎟
⎢
⎥
⎦
π
π
⎝ ⎠ ⎣
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
10
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
Velz Model
• In 1948 Velz postulated that the BOD removal per unit depth of trickling
filter was proportional to the BOD remaining.
D = the depth of the trickling filter, length, ft
LD = the BOD remaining in the effluent at depth D, mass/volume, mg/L
L0 = BOD of untreated wastewater, mass/volume, mg/L
L = applied BOD (mass/volume, mg/L) which is removable, not over 0.90 L0
Ke = rate of BOD removal, base e
K10 = rate of BOD removal, base 10
• When recirculation is used, the applied
BODL may be determined from Equation:
La = applied BOD (mass/volume, mg/L) after dilution by recirculation
Le = effluent BOD, mg/L
R = recirculation ratio = Qr/Q
Qr = recirculation flow rate, volume/time, MGD
Q = influent wastewater flow rate through the trickling filter, volume/time, MGD
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
11
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
Howland Models
In 1958 Howland proposed that the rate of BOD removal was a function of
contact time (t), giving the performance model
in which n, k′, and k′′ are constants. Therefore, the remaining BOD in the
effluent is obtained by:
in which kT is the reaction rate at the wastewater temperature T , and n was
determined to be 2/3.
T is the wastewater temperature, in degrees Celsius; k20 is the reaction rate at
20◦C:and θ = 1.035 according to Howland (31). The value of θ = 1.020 - 1.072
by Eckenfelder
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
12
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
Eckenfelder Models
Le = BOD remaining, mass/volume, mg/L
Lo = BOD in raw wastewater, mass/volume, mg/L
k = removal rate constant
Xv = volatile biological solids concentration, mass/volume
t = residence time, time
• In a trickling filter, the mean residence time is defined as
D = trickling filter depth, length, ft
q = hydraulic loading, volume/area/time, mgad
C,m, n = constants which are a function of the filter media and specific surface
m = 1 or 2 in most applications
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
13
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
Galler and Gotaas Model
La = applied BOD (mass/volume, mg/L) after dilution by recirculation
Q = influent wastewater flow rate through the trickling filter, volume/time, MGD
Qr = recirculation flow rate, volume/time, MGD
A = trickling filter area, ac.
D = trickling filter depth, length, ft
T = wastewater temperature, ◦C
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
14
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
US Army Design Formulas
For design of the plastic media trickling filters:
D = depth of filter, ft; q = hydraulic loading, gpm/ft2;
Le = desired effluent BOD5, mg/L; R = recirculation ratio = Qr/Q;
Lo = influent BOD5, mg/L; a = specific surface area of the media, ft2/ft3;
n = media factor, determined from laboratory;
Kace = reaction rate constant ranging from 0.0015 to 0.003.
A = surface area of the filter, ft2; and Q = average daily wastewater flow, MGD.
V = volume of filter media, ft3; Ps = sludge produced, lb/d; Lo = influent BOD5, mg/L;
and Fs = sludge production factor, lb solids/lb BOD5. Fs value ranges from 0.42 to
0.65 lb solids/lb BOD5.
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
15
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
US Environmental Protection Agency Model
V = attached-growth media volume, ft3
Q = wastewater design flow excluding recycle flow, MGD
Le = reactor effluent BOD5, mg/L
Lo = reactor influent BOD5, mg/L
Kp = performance measurement parameter
qw = wastewater surface application rate (wetting rate), gpm/ft2
The values of the performance measurement parameter (Kp)
and the applicable wetting rates are presented below:
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
16
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC THEO
US Environmental Protection Agency Model
The values of the performance measurement parameter (Kp) and the applicable
wetting rates are presented below:
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
17
BK
TPHCM
TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ BEÅ LOÏC SINH HOÏC
ÊM
18
BK
BỂ SINH HỌC TIẾP XÚC QUAY (RBC)
TPHCM
Ñóa sinh hoïc goàm haøng loaït ñóa troøn, phaúng, baèng polystyren
hoaëc polyvinylclorua (PVC) ñöôøng kính 3-3.5m laép treân moät truïc.
Caùc ñóa ñöôïc ñaët ngaäp trong nöôùc moät phaàn vaø quay chaäm.
Trong quaù trình vaän haønh, vi sinh vaät sinh tröôûng, phaùt trieån treân beà
maët ñóa hình thaønh moät lôùp maøng moûng baùm treân beà maët ñóa.
Khi ñóa quay, lôùp maøng sinh hoïc seõ tieáp xuùc vôùi chaát höõu cô trong
nöôùc thaûi vaø vôùi khí quyeån ñeå haáp thuï oxy.
Ñóa quay seõ aûnh höôûng ñeán söï vaän chuyeån oxy vaø ñaûm baûo cho
vi sinh vaät toàn taïi trong ñieàu kieän hieáu khí.
Maøng vi sinh vaät
Ñóa quay
ÊM
19
Nöôùc thaûi
BK
TPHCM
BỂ SINH HỌC TIẾP XÚC QUAY (RBC)
RBC
LẮNG II
Vào
ra
Ống cấp khi
́
́
Tới xử lý bun
̉ ́
̀
̀
Màng VS bám dính trên bê
đĩa nhúng trong NT va lấy oxy khi đĩa trên mặt nước
Khi màng VS phát triển màng VS dày va tach ra khỏi đĩa, vào bê
chứa va tach khỏi NT ở bê lắng II.
Ứng dụng: Thích hợp ở những nơi có diện tích hạn chê
nồng đô hữu cơ thấp.
̀ mặt VL, hấp phụ và phân hủy CHCơ khi
̀
̀
̉
́
̀
̉
́
́
và NT có
̣
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM
20
Tải về để xem bản đầy đủ
52 trang
12140
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 4: Quá trình sinh trưởng bám dính (Phần 2) - Lê Hoàng Nghiêm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cac_qua_trinh_sinh_hoc_trong_ky_thuat_moi_truong_c.pdf
