Bài giảng Các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường - Chương 5: Đồng hồ sinh học và các hệ thống xử lý tự nhiên

1BAØI GIAÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC TRONG KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG CHÖÔNG 5: HOÀ SINH HOÏC VAØ CAÙC HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ TÖÏ NHIEÂN GVHD: TS. Leâ Hoaøng Nghieâm Email: hoangnghiem72@gmail.com hoangnghiem72@yahoo.com 2XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN 3HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI ™ Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi là hồ sinh học) là các hồ nhân tạo lớn, không sâu, thường là hình chữ nhật sử dụng để xử lý nước thải. ™ Hồ sinh học được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và Nam Mỹ, đây là loại công trình xử lý nước thải phù hợp với các nước đang phát triển ở vùng khí hậu nóng. ™ Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ cao và giàu ánh sáng mặt trời có khả năng thúc đẩy sự phát triển nhanh của các loại vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn và vi tảo) ™ Hồ sinh học có khả năng xử lý các chất hữu cơ (BOD) trong nước thải theo cả hai cách hiếu khí và kỵ khí. ™ Các quá trình chuyển hoá sinh học diễn ra trong hồ là các chu trình tự nhiên và liên tục. 4HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI ™ Quá trình XLNT thường diễn ra trong hai hoặc nhiều hồ. Sự xắp xếp bố trí và kích thước, độ sâu thiết kế của hồ có thể tạo ra các điều kiện hiếu khí ở hồ này hoặc kỵ khí ở hồ khác. ™ Dòng nước thải ra khỏi hồ thường giàu dinh dưỡng do nồng độ tảo lớn. ™ Số lượng các vi sinh vật gây bệnh và các vi sinh vật nguồn gốc từ chất thải sinh họat trong dòng ra khỏi hồ sinh học giảm đáng kể [Mara và cs., 1992; Mara và Pearson, 1987; U.S. EPA, 1977a]. ™ Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải dễ xây dựng, giá thành thấp, tính đệm lớn và hiệu quả xử lý cao. 5HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI Ưu điểm của hồ sinh học ™ Dễ xây dựng: công tác xây dựng chủ yếu là đào đất, ngoài ra cũng có thể tận dụng các ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh học. ™ Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải là loại công trình rẻ nhất so với các công trình XLNT khác. ™ Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải có thể chịu được hàm lượng kim loại nặng cao (đến khoảng 30mg/l). Hồ còn có thể tự điều tiết được các hiện tượng sốc hữu cơ hoặc thuỷ lực không ổn định của dòng nước thải đầu vào [Mara & Pearson, 1986]. ™ Hiệu quả cao: Các hệ thống hồ được thiết kế đúng có thể đạt hiệu suất xử lý theo BOD > 90%, nitơ từ 70 ÷ 90% và phôtpho là 30 ÷ 50%. ™ HSH có khả năng xử lý các loại sinh vật gây bệnh cao mà không cần sử dụng các biện pháp xử lý bậc cao khác như clo hoá, ozon hoá, UV, có thể diệt được vi khuẩn gây bệnh và có thể đáp ứng được các quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với chất lượng nước tưới cây [WHO, 2006; WHO,1989]. ™ Kết hợp nuôi cá, trồng tảo mang hiệu quả kinh tế cao. 6HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI Nhược điểm của hồ sinh học ™ Hàm lượng các chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi hồ cao hơn so với các công trình xử lý sinh học khác do sự xuất hiện tảo trong dòng nước thải ra khỏi hồ. ™ Thời gian lưu thuỷ lực lâu đi đôi với thể tích hồ lớn để XLNT có thể là yếu tố hạn chế đối với quá trình này do yêu cầu diện tích và chi phí đất sử dụng cao. ™ Phát sinh mùi hôi ™ Khó kiểm soát quá trình 7HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI ™ Có 3 loại HSH: • Hồ kỵ khí • Hồ tuỳ tiện • Hồ hiếu khí/ Hồ xử lý triệt để. ™ Chức năng của hồ kỵ khí và hồ tùy tiện là xử lý BOD cà hồ xử lý triệt để là tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh (chỉ tiêu faecal coliform thường được sử dụng để chỉ thị cho quá trình xử lý). ™ Hồ sinh học kỵ khí có ưu điểm chính là xử lý được nước thải ô nhiễm hữu cơ cao có hàm lượng chất lơ lửng lớn. ™ Hồ sinh học tuỳ tiện và HSH hiếu khí có quần thể tảo lớn. Tảo đóng vai trò chú yếu trong quá trình ổn định nước thải. Các hồ này đôi khi còn được gọi là HSH quang hợp hay là HSH làm thoáng tự nhiên. 8HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI Các quá trình lên men kỵ khí và oxy hoá hiếu khí: Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn: ™ Giai đoạn thứ nhất là sự thối rữa chất hữu cơ, tại đây vi khuẩn sẽ lên men để tạo thành sinh khối mới và hình thành các sản phẩm trung gian khác la axit hữu cơ. vi khuẩn Chất hữu cơ → tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit hữu cơ ™ Giai đoạn thứ hai là phân huỷ các CHC hình thành giai đoạn một nhờ các loại vi khuẩn mêtan tạo thành khí mêtan và các sản phẩm đơn giản khác. Vi khuẩn Hỗn hợp axit hữu cơ → tế bào VK mới + CH4 + CO2 + H2 O + NH3 , v.v 9HOÀ OÅN ÑÒNH CHAÁT THAÛI ™Oxy hoá hiếu khí có thể biểu diễn bằng các quá trình đơn giản như saU: Vi khuẩn Chất hữu cơ + O2 → tế bào VK mới + H2 O + CO2 + PO43- + NH3 , v.v ™Một lượng lớn oxy được cung cấp nhờ quá trình quang hợp của tảo: Vi khuẩn H2 O + CO2 → tế bào tảo mới + H2 O + O2 10 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ KỴ KHÍ ™HSH kỵ khí thường sâu từ 2 đến 5 m (có thể lên đến 9 m). Hồ tiếp nhận nước thải thô có tải lượng hữu cơ cao 220 – 560 kg BOD5/ha.ngày. Hồ được sử dụng như một bể tự hoại hở để xử lý sơ cấp nước thải ô nhiễm hữu cơ nặng. ™Các loại cặn trong nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn, tại đây quá trình lên men kỵ khí nhờ các loại VK tạo axit, VK tạo axetat và VK tạo mêtan thực hiện trong điều kiện nhiệt độ trên 15oC. ™HSH kỵ khí hoạt động rất tốt đối với vùng khí hậu ấm. BOD được xử lý đạt hiệu suất cao, từ khoảng 40% ở 10oC hoặc thấp hơn cho đến trên 60% ở > 20oC. ™Các lớp váng thường được hình thành trên bề mặt, các loại ruồi muỗi có thể phát triển trên bề mặt trong mùa hè. Vì vậy cần có các biện pháp xử lý thích hợp như phun nước sạch, nước sau xử lý hoặc một số trường hợp đặc biệt có thể phun các hoá chất diệt muỗi phù hợp, dễ phân huỷ sinh học. 11 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ KỴ KHÍ Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong hò kỵ khí. 12 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ KỴ KHÍ ™Sự xuất hiện mùi (phần lớn là hydrô sunfua) là một trong những nhược điểm chính của HSH kỵ khí. ™Các loại VK khử sunfat như Desulfovibrio khử sunfat thành hydro sunfua có mùi khó chịu như mùi trứng thối. Một phần hydro sunfua hoà tan trong nước sẽ tham gia một loạt các phản ứng hoá học. Đó là các phản ứng phân ly phân tử H2S thành ion bisunfua (HS-) và phân ly ion bisunfua thành ion sunfua (S2-). ™Sự phân bố hàm lượng H2S, HS- và S2- trong nước phụ thuộc vào pH trong HSH kỵ khí cao sẽ làm giảm mức độ bốc mùi hôi thối. ™Mùi sinh ra không phải là vấn đề lớn nếu như thông số thiết kế theo tải lượng BOD cho phép được chọn đúng và nồng độ SO42- trong nước thải đầu vào không vượt quá 500 mg/L [Mara và cs., 1992]. ™Đôi khi trong HSH kỵ khí xuất hiện các vẫn bùn màu đỏ sẫm hoặc màu đỏ tía. Đây là các dạng VK quang hợp oxy hoá sunfua kỵ khí. Sự xuất hiện của chúng có lợi và có thể giảm được sự tạo mùi hydro sunfua [Mara & Pearson, 1987]. 13 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN ™Có hai dạng hồ sinh học tùy tiện: ™ Hồ sinh học tùy tiện sơ cấp thu nhận trực tiếp nước thải từ nguồn thải; ™ Hồ sinh học thứ cấp thu nhận nước thải sau khi xử lý một phần (thường sau hồ sinh học kỵ khí, bể tự hoại, hồ sinh học tùy tiện sơ cấp). ™Các hồ tùy tiện thường có độ sâu từ 1 đến 2m (trung bình là 1,5 m). ™HSH tuỳ tiện được thiết kế để xử lý tải trọng BOD bề mặt tương đối nhỏ (100 ÷ 400 kg BOD/ha.ngđ) nhằm thúc đẩy sự phát triển của tảo. ™Lượng oxy hoà tan cung cấp cho các loại VK trong hồ để xử lý BOD do các hoạt động quang hợp của tảo cung cấp Ö hoạt động của HSH tuỳ tiện dựa vào sự phát triển tự nhiên của tảo. ™HSH tuỳ tiện thường có màu lam thẫm do mật độ đậm đặc của tảo, các loại tảo lam (Chlamydomonas và Euglena) chiếm ưu thế hơn so với tảo lục (Chlorella). 14 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN ™Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mara và Pearson, 1987]: • Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan. • VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí. • Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm. • Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK. ™Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes). Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện cung cấp. ™Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải. 15 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN Hoà tuyø tieän ™ Toàn taïi 03 vuøng: 9 (1) ôû beà maët, vi khuaån vaø taûo soáng coäng sinh; 9 (2) ñaùy hoà, tích luõy caën laéng vaø caën naøy bò phaân huûy nhôø vi khuaån kî khí; 9 (3) khu vöïc trung gian, chaát höõu cô chòu söï phaân huûy cuûa vi khuaån tuøy tieän. ™ Söû duïng maùy khuaáy taïo ñieàu kieän hieáu khí treân beà maët khi taûi troïng cao. 16 CÔ CHEÁ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA HOÀ TUØY TIEÄNÁ Ï Ä Û À Ø Ä 17 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN ™Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mara và Pearson, 1987]: • Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan. • VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí. • Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm. • Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK. ™Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes). Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện cung cấp. ™Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải. 18 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC TÙY TIỆN ™Đối với HSH tuỳ tiện sơ cấp có hai cơ chế xử lý BOD như sau [Mara và Pearson, 1987]: • Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trong nước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan. • VK hiếu khí oxy hoá các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũng như sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí. • Lượng oxy cần thiết cho quá trình này một phần được tạo thành từ quá trình quang hợp của vi tảo. Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có màu xanh thẫm. • Tảo hấp thụ được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùng của VK. ™Trong HSH tùy tiện thứ cấp, Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn lại không lắng được oxy hoá bởi các loại VK dị dưỡng (Pseudomonas, Flavobacter và Alcaligenes). Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt động quang hợp của vi tảo trong HSH tuỳ tiện cung cấp. ™Gió tác động quan trọng trong hoạt động của HSH tuỳ tiện vì nó làm tăng sự khuyếch tán oxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ. Sự xáo trộn này tạo điều kiện phân bố đồng nhất BOD, oxy hoà tan, VK, tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải. 19 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ ™ Coù dieän tích roäng, noâng. ™ Chaát höõu cô ñöôïc xöû lyù nhôø söï coäng sinh giöõa taûo vaø vi khuaån döôùi daïng lô löûng. ™ OÂxy cung caáp cho vi khuaån nhôø söï khueách taùn qua beà maët vaø quang hôïp cuûa taûo. Chaát dinh döôõng vaø CO2 sinh ra ñöôïc taûo söû duïng. ™ Hoà hieáu khí coù hai daïng: (1) toái öu saûn löôïng taûo, chieàu saâu hoà caïn 0,15 – 0,45 m; (2) toái öu löôïng oâxy cung caáp cho vi khuaån, chieàu saâu hoà 1,5m. ™ Taêng cöôøng cung caáp oâxy baèng caùch thoåi khí nhaân taïo. ™ Hồ hiếu khí có chức năng chính là xử lý BOD và diệt các loại VK gây bệnh. Ngoài ra hồ có thể tách được một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng ra khỏi nước. 20 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ ™ Cơ chế chính của quá trình khuẩn feacal coliform trong HSH tuỳ tiện và HSH xử lý triệt để như sau: • Thời gian và nhiệt độ; • pH cao (>9) cùng với ánh sáng mặt trời; • Cường độ bức xạ ánh sáng lớn kết hợp với nồng độ oxy hoà tan cao. ™ Giá trị pH cao (khoảng 9) trong nước hồ do quá trình quang hợp của tảo diễn ra mạnh, đó là sự tiêu thụ CO2 nhanh hơn so với sự hình thành từ quá trình hô hấp của VK. Kết quả là: 2HCO3- → CO32- + H2 O + CO2 (4.1) CO32- + H2 O → 2OH- + CO2 (4.2) ™ Sự cố định CO2 của tảo tích luỹ ion hydroxyl trong nước thường làm cho giá trị pH tăng lên đến 9. 21 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ - Diệt VK gây bệnh ™ Các yếu tố chính tác động đến quá trình diệt khuẩn gây bệnh là cường độ ánh sáng, nhiệt độ, pH và thời gian lưu nước. ™ Mức độ diệt khuẩn tăng lên trong điều kiện nhiệt độ cao, pH lớn, thời gian lưu nước lâu và cường độ bức xạ ánh sáng mạnh [Mara và cs, 1992]. ™ Trong HSH ổn định nước thải, VK faecal (với trường hợp cá biệt là VK tả Vibrio cholerae) chết rất nhanh khi pH lớn hơn 9 [Pearson và cs, 1987]. ™ Năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các loại VK gây bệnh: Giữ ấm → cung cấp đầy đủ năng lượng để thúc đẩy quá trình quang hợp của tảo → tăng pH và hình thành oxy với nồng độ lớn → bù đắp cho sự oxy hoá quang hoá. ™ Quá trình lắng đọng bùn cặn kéo theo các loài động vật nguyên sinh và trứng giun sán xuống đáy hồ. ™ Thời gian lưu nước trên 11 ngày hầu như không có các loài động vật phù du gây bệnh và trứng giun sán trong nước thải đầu ra. 22 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN HỒ SINH HỌC HIẾU KHÍ - Diệt VK gây bệnh ™ Các yếu tố chính tác động đến quá trình diệt khuẩn gây bệnh là cường độ ánh sáng, nhiệt độ, pH và thời gian lưu nước. ™ Mức độ diệt khuẩn tăng lên trong điều kiện nhiệt độ cao, pH lớn, thời gian lưu nước lâu và cường độ bức xạ ánh sáng mạnh [Mara và cs, 1992]. ™ Trong HSH ổn định nước thải, VK faecal (với trường hợp cá biệt là VK tả Vibrio cholerae) chết rất nhanh khi pH lớn hơn 9 [Pearson và cs, 1987]. ™ Năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các loại VK gây bệnh: Giữ ấm → cung cấp đầy đủ năng lượng để thúc đẩy quá trình quang hợp của tảo → tăng pH và hình thành oxy với nồng độ lớn → bù đắp cho sự oxy hoá quang hoá. ™ Quá trình lắng đọng bùn cặn kéo theo các loài động vật nguyên sinh và trứng giun sán xuống đáy hồ. ™ Thời gian lưu nước trên 11 ngày hầu như không có các loài động vật phù du gây bệnh và trứng giun sán trong nước thải đầu ra. 23 HOÀ SINH HOÏC TÖÏ NHIEÂN Hoà xöû lí boå sung ™Aùp duïng sau xöû lyù sinh hoïc (aeroten, beå loïc sinh hoïc hoaëc sau hoà sinh hoïc hieáu khí, tuøy tieän) ™Khöû nitô vaø xöû lyù trieät ñeå chaát oâ nhieãm ™Thôøi gian löu nöôùc:18 – 20 ngaøy. ™Taûi troïng thích hôïp 67 – 200 kg BOD5/ha ngaøy. 24 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC 1. Diện tích hồ sinh học tính theo công thức: A = L/Ls (5.1) A – diện tích cần thiết của hồ (ha) L – tổng BOD trong dòng vào (chất hòa tan và các hạt) (kg BOD5 /ngày) Ls – tải trọng bề mặt (kg BOD5 /ha.ngày) 9 Vùng có mùa đông ấm và nhiều nắng: Ls = 240 đến 350 kgBOD5/ha.ngày 9 Vùng có mùa đông ôn hòa và có nắng: Ls = 120 đến 240 kgBOD5/ha.ngày 9 Vùng có mùa đông lạnh và ít nắng: Ls = 100 đến 180 kgBOD5/ha.ngày 2. Thể tích hồ sinh học tính theoo công thức: V = L/Lv (5.2) V – thể tích cần thiết của hồ (m3) L – tổng tải trọng dòng vào (chất hòa tan và các hạt) BOD (kg BOD5 /ngày) Lv – tải trọng thể tích (kg BOD5 /m3.ngày) 25 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Chế độ thủy lực Công thức tính S Dòng chảy pittong KteSS −= 0 (5.3) Khuấy trộn hoàn toàn (bể đơn) Kt S S += 1 0 (5.4) Khuấy trộn hoàn toàn (chuỗi nhiều bể phản ứng) nnKt S S )/1( 0 += (5.5) Dòng chảy phân tán dtKa eaea aeSS dada d ..41 )1()1( 4. 2/2/22 2/1 0 += −−+= − (5.6) Trong đó: So – tổng nồng độ BOD đầu ra (mg/l); S – nồng độ BOD đầu ra (mg/l) K – hệ sô xử lý BOD (ngày-1); t – tổng thời gian lưu trong hệ thống (ngày) ; n – số bể trong hệ thống; d – số khuếch tán Công thức tính nồng đô ̣ BOD5 hòa tan đầu ra (S) 26 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Giá trị K Hồ K (200C) Hồ sơ cấp (nhận nước thải thô) Hồ thứ cấp (nhận nước thải từ một cái hồ trước đó) 0,3 – 0,4 ngày-1 0,25 – 0,32 ngày-1 Theo Arceivala (1981): K = 0,132 . (log10Ls ) – 0,146 (5.7) Theo Vidal (1983): K = 0,091 + 2,05.10-4.Ls (5.8) 27 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Số khuếch tán d Hệ số khuếch tán d được xác định bởi công thức sau: d = D/U.L = D.t/L2 (5.9) Trong đó: d –số khuếch tán D – hệ số khuếch tán theo chiều dọc (m2/ngày) U – vận tốc trung bình theo chiều dọc của phản ứng (m/ngày). L – Độ dài di chuyển của phân tử theo chiều dọc (m); 28 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Số khuếch tán d ™ Agunwamba (1992), công thức đơn giản theo cách truyền thống: ™ Yanez (1993) ™ Von Sperling (1999) L – chiều dài của hồ (m); B – chiều rộng của hồ (m); H – chiều sâu của hồ (m); t – thời gian lưu (ngày); ν – hệ số nhớt động học của nước (m2/ngày) Hệ số nhớt động học của nước là một hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ: Cho T = 10 đến 300C, R2 = 0,986 ).(.. ... .)..(., )/.,,(, 105 4 231020 38519810410 BH B H L H HBL tHBd +−− ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += ν ).( )/.(,)/.(,, )/( 115 014125402610 2BLBL BLd ++−= ).( )/( 1251 BL d = ).(., , 1353250 450−= Tν 29 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Số khuếch tán d Bảng: Khoảng giá trị của hệ số khuếch tán d, sử dụng các công thức của Agunwamba (1992), Yanez (1993) and von Sperling (1999) Công thức Chiều dài (m) Chiều cao (m) L/B = 1 L/B = 2 – 4 L/B = 5 – 10 Agunwamba L ≤ 100 1,5 2,5 0,4 – 0,7 0,5 – 0,9 0,1 – 0,4 0,1 – 0,5 0,03 – 0,17 0,02 – 0,22 L > 100 1,5 2,5 0,6 – 1,1 0,7 – 1,3 0,2 – 0,5 0,2 – 0,7 0,07 – 0,23 0,1 – 0,3 Yanez - - 1 0,24 – 0,46 0,1 – 0,2 Von Sperling - - 1 0,25 – 0,5 0,1 – 0,2 30 THIẾT KẾ HỒ SINH HỌC Bảng: Các thông sô ́ thiết kế đặc trưng cho hê ̣ thống hồ ổn định Thông số thiết kế Kỵ khí Tùy tiện Tùy tiện – thổi khí Thổi khí hòa trộn hoàn toàn Lắng Kỵ khí bổ sung Thời gian lưu t (ngày) Tải trọng bề mặt Ls (kg BOD5 /ha.ngày) Tải trọng thể tı ́ch Lv (kgBOD5 /m3.ngày) Độ sâu H (m) Tỉ số L/B 3 – 6 - 0,1 – 0,35 3 – 5 1 – 3 15 – 45 100 – 350 - 1,5 – 2 2 – 4 5 – 10 - - 2,5 – 4 2-4 2 – 4 - - 2,5 – 4 1 – 2 ~2 - - 3 – 4 - (*) - - 0,8 – 1,2 (**) Hiệu quả xử lý BOD K(trộn hoàn toàn, 200C, 1/ngày) Hệ số nhiệt độ (khuấy trộn hoàn toàn) - - 0,25 – 0,4 1,05 – 1,085 0,6 – 0,8 1,035 1 – 1,5 1,035 - - - - Hiệu quả xử lý BOD K(dòng chảy phân tán, 200C, 1/ngày) Hệ số nhiệt độ (dòng chảy phân tán ) - - 0,13 – 0,17 1,035 - - - - - - - - Số phân tán d (L/B = 1) Số phân tán d (L/B = 2 – 4 ) Số phân tán d (L/B = ≥ 5) - - - 0,4 – 1,3 0,1 – 0,7 0,02 – 0,3 - - - - - - - - - 0,4 – 1,1 0,1 – 0,5 0,03 – 0,23 BOD đầu ra (mg BOD5 /mgSS) - 0,3 – 0,4 0,3 – 0,4 0,3 – 0,6 - - O2 cần thiết (kgO2 /kgBOD5 xử lý) Mức năng lượng (W/m3) - - - - 0,8 – 1,2 < 2 1,1 – 1,4 ≥ 3 - - - - Hệ số xử lý Coliform Kb (trộn hoàn toàn, 200C,1/ngày) Hệ số nhiệt độ (khuấy trộn hoàn toàn) - - 0,4 – 5 1,07 - - - - - - 0,6 – 1,2 (***) 1,07 Hệ số xử lý Colifor