Chương 9: Quá Trình và Tính Toán Xử Lý Nước Thải Bằng Công Nghệ Dính Bám

Công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám là một trong những phương pháp hiệu quả nhất hiện nay. 147 trang · 2023.

• Người hướng dẫn: Ks. Huỳnh Mạnh Phúc
• Trường học: Công Ty TNHH Thiết Bị Và Công Nghệ Môi Trường Không Gian Xanh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Xử Lý Nước Thải
• Đề tài: Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám
• Loại tài liệu: Chương
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 9. CHƯƠNG 9: ATTACHED GROWTH PROCESSES
• 9.1. Evolution of Attached Growth Processes
• 9.2. Mass Transfer Limitations
• 9.3. Trickling Filter Classification and Applications
• 9.4. Design of Physical Facilities
• 9.5. Process Design Considerations
• 9.6. Rotating Biological Contactors
• 9.7. Combined Aerobic Treatment Processes
• 9.8. Activated Sludge with Fixed-Film Packing
• 9.9. Submerged Attached Growth Processes
• 9.10. Attached Growth Denitrification Processes
• 9.11. Problems and Discussion Topics

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám

Công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám là một trong những phương pháp hiệu quả nhất hiện nay. Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật bám dính trên bề mặt vật liệu để xử lý nước thải. Các hệ thống này không chỉ giúp loại bỏ chất ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí và năng lượng. Việc áp dụng công nghệ này ngày càng trở nên phổ biến trong các nhà máy xử lý nước thải.

1.1. Khái Niệm Về Quá Trình Dính Bám Trong Xử Lý Nước Thải

Quá trình dính bám là một phương pháp trong đó vi sinh vật phát triển trên bề mặt vật liệu, tạo thành màng sinh học. Màng này giúp tăng cường khả năng xử lý nước thải, đặc biệt là trong việc loại bỏ các chất hữu cơ và dinh dưỡng.

1.2. Lợi Ích Của Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám

Công nghệ này mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu chi phí vận hành, tiết kiệm không gian và tăng hiệu quả xử lý. Hệ thống dính bám cũng dễ dàng bảo trì và có tuổi thọ cao.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Xử Lý Nước Thải

Mặc dù công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức. Các vấn đề như sự phát triển không đồng đều của màng sinh học, sự tích tụ chất rắn và khả năng kháng thuốc của vi sinh vật là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Sự Phát Triển Không Đồng Đều Của Màng Sinh Học

Màng sinh học có thể phát triển không đồng đều, dẫn đến hiệu suất xử lý không ổn định. Điều này có thể gây ra sự giảm hiệu quả trong việc loại bỏ chất ô nhiễm.

2.2. Tích Tụ Chất Rắn Trong Hệ Thống

Sự tích tụ chất rắn có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống xử lý. Cần có các biện pháp để kiểm soát và loại bỏ chất rắn này thường xuyên.

III. Phương Pháp Chính Trong Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám

Có nhiều phương pháp khác nhau trong công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám. Các phương pháp này bao gồm bộ lọc nhỏ giọt, bộ tiếp xúc sinh học quay và các quy trình kết hợp. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

3.1. Bộ Lọc Nhỏ Giọt Trong Xử Lý Nước Thải

Bộ lọc nhỏ giọt là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Nó sử dụng vật liệu lọc để tạo ra bề mặt cho vi sinh vật bám dính, giúp xử lý nước thải hiệu quả.

3.2. Bộ Tiếp Xúc Sinh Học Quay

Bộ tiếp xúc sinh học quay là một công nghệ tiên tiến, cho phép vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và không khí, tối ưu hóa quá trình xử lý.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

Công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Từ các nhà máy công nghiệp đến các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ này đã chứng minh được hiệu quả và tính khả thi.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Trong ngành công nghiệp, công nghệ này giúp xử lý nước thải từ các quy trình sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

4.2. Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt

Công nghệ dính bám cũng được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, giúp cải thiện chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

Công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình dính bám có tiềm năng lớn trong tương lai. Với sự phát triển của công nghệ và nghiên cứu, các phương pháp này sẽ ngày càng hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải ngày càng cao.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ

Xu hướng phát triển công nghệ xử lý nước thải sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Các nghiên cứu mới sẽ giúp tối ưu hóa quá trình dính bám.

5.2. Tác Động Đến Môi Trường

Công nghệ này không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước.

Nội dung chính

Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám (Attached Growth Biological Treatment Processes)

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Tài liệu "Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Quá Trình Dính Bám" được biên soạn dựa trên nội dung Chương 9 trong ấn phẩm học thuật Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (Ấn bản lần thứ tư, xuất bản năm 2004 bởi Metcalf & Eddy, INC.). Bản dịch và hiệu đính song ngữ Anh - Việt do Kỹ sư Huỳnh Mạnh Phúc (Công ty TNHH Thiết bị và Công nghệ Môi trường Không Gian Xanh) thực hiện vào tháng 02/2023. Trong chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Môi trường và Công nghệ Xử lý Nước cấp - Thoát nước ở bậc Đại học và Sau Đại học, học phần này thuộc khối kiến thức chuyên ngành cốt lõi về các công trình sinh học xử lý chất thải lỏng.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung vào việc trang bị cho người học:

• Cơ chế chuyển khối và động học màng sinh học (biofilm) trong điều kiện hiếu khí, thiếu khí (anoxic) và kỵ khí (anaerobic).
• Quy trình tính toán và thiết kế kỹ thuật cho các hệ thống xử lý sinh trưởng dính bám truyền thống và cải tiến.
• Phương pháp phân tích, lựa chọn cấu hình công nghệ phù hợp với từng loại nước thải đô thị và công nghiệp.

Cấu trúc tài liệu tiếp cận từ lịch sử tiến hóa của công nghệ, bản chất sinh hóa của quá trình khuếch tán chất nền, cấu tạo cơ sở vật chất, đến các mô hình toán học thực nghiệm và ví dụ tính toán chi tiết. Điểm đặc sắc của ấn phẩm là định dạng song ngữ đối chiếu trực tiếp, tích hợp hệ thống bảng biểu tiêu chuẩn (Bảng 9-1 đến Bảng 9-22), danh mục sơ đồ kỹ thuật (Hình 9-1 đến Hình 9-27) và 9 bài toán thiết kế mẫu (Example 9-1 đến Example 9-9).

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung tài liệu được tổ chức thành 7 phân mục chuyên đề và phần bài tập ứng dụng:

1. 9-1. Tổng quan và Tiến hóa của Quá trình Dính bám (Evolution of Attached Growth Processes & Mass Transfer Limitations): Phân tích 3 nhóm công nghệ chính gồm: quá trình dính bám không ngập nước (nonsubmerged), quá trình bùn hoạt tính có giá thể cố định hoặc lơ lửng, và quá trình dính bám ngập nước (submerged). Đánh giá tác động của hiện tượng giới hạn khuếch tán (diffusion limitations) đối với nồng độ oxy hòa tan (DO), tốc độ tiêu thụ cơ chất và chất nhận điện tử trong màng sinh học.
2. 9-2. Thiết bị Lọc Nhỏ Giọt (Trickling Filters): Phân loại theo tải trọng thủy lực và hữu cơ (bộ lọc tốc độ thấp, trung bình, cao, lọc thô - roughing filters, lọc 2 giai đoạn); cấu tạo cơ sở vật chất (giá thể đá, giá thể nhựa dòng chảy dọc/chảy chéo, hệ thống phân phối quay, hệ thống thu nước đáy và thông gió tự nhiên/cưỡng bức); mô hình tính toán thiết kế loại bỏ BOD và nitrat hóa (NRC, Schulze, Germain, Velz).
3. 9-3. Bộ Tiếp Xúc Sinh Học Quay (Rotating Biological Contactors - RBC): Nguyên lý chuyển khối khi đĩa quay trong bể, cấu tạo cơ khí (trục quay, đĩa bán ngập, đĩa ngập có cốc thu khí), sơ đồ bố trí dòng chảy (song song, vuông góc, cấp liệu theo bậc - step feed, dòng côn - tapered feed) và quy trình tính toán loại bỏ BOD/nitrat hóa.
4. 9-4. Các Quy Trình Xử Lý Hiếu Khí Kết Hợp (Combined Aerobic Treatment Processes): Cơ chế vận hành của các hệ thống lai ghép giữa lọc nhỏ giọt và bùn hoạt tính, bao gồm: Lọc nhỏ giọt/Tiếp xúc chất rắn (TF/SC), Lọc nhỏ giọt/Bùn hoạt tính (TF/AS), Lọc sinh học hoạt tính (ABF), Lọc sinh học/Bùn hoạt tính (BF/AS) và hệ thống nối tiếp có bể lắng trung gian.
5. 9-5. Bùn Hoạt Tính với Giá Thể Màng Cố Định và Lơ Lửng (Activated Sludge with Fixed-Film Packing): Ứng dụng giá thể màng lơ lửng trong bể sục khí như quy trình Captor®, Limpor®, Bể phản ứng màng sinh học di động (MBBR); và giá thể màng cố định như Ringlace®, Bio-2 Sludge®.
6. 9-6. Quá Trình Tăng Trưởng Dính Bám Ngập Nước (Submerged Attached Growth Processes): Bể phản ứng màng sinh học ngập nước dòng chảy xuống (Biocarbonc®), dòng chảy ngược (Biofor®, Biostyr®) và Bể phản ứng sinh học tầng sôi (Fluidized-Bed Bioreactors - FBBR).
7. 9-7. Quá Trình Khử Nitơ Dính Bám (Attached Growth Denitrification Processes): Cấu hình khử nitơ sau thiếu khí (postanoxic) dòng xuôi, dòng ngược, tầng sôi, RBC ngập nước; và cấu hình khử nitơ trước thiếu khí (preanoxic).
8. Chủ đề Thảo luận và Bài tập (Problems and Discussion Topics): Hệ thống câu hỏi phân tích thủy động lực học, cân bằng vật chất và giải thuật thiết kế công trình.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Động học màng sinh học và giới hạn khuếch tán: Nồng độ cơ chất và oxy suy giảm theo chiều sâu lớp màng sinh học (dày từ 0,1 mm đến 10 mm). Phân tầng vi sinh vật gồm lớp hiếu khí bên ngoài (0,1–0,2 mm), lớp thiếu khí/kỵ khí bên trong và lớp hô hấp nội sinh sát bề mặt giá thể.
• Hệ sinh thái vi sinh vật: Sự phân bố và vai trò của vi khuẩn dị dưỡng (Achromobacter, Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligenes), vi khuẩn dạng sợi (Sphaerotilus natans, Beggiatoa), vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng, nấm (Fusarium, Mucor, Penicillium, Geotrichum), tảo (Phormidium, Chlorella, Ulothrix), động vật nguyên sinh (Vorticella, Opercularia, Epistylis) và động vật bậc cao (giun, ốc sên, ấu trùng ruồi Psychoda).
• Cơ chế bong tróc màng sinh học (Sloughing): Mối quan hệ giữa vận tốc cắt thủy lực (hydraulic shear), tốc độ chuyển hóa hữu cơ và hiện tượng bong tróc tự nhiên theo mùa hoặc liên tục.
• Mô hình hóa toán học:

  • Phương trình NRC (Mohlman et al., 1946) cho bộ lọc đá 1 bậc và 2 bậc:

    $$E_1 = \frac{100}{1 + 0{,}4432 \sqrt{\frac{W_1}{V \cdot F}}}$$

    Hệ số tuần hoàn:

    $$F = \frac{1 + R}{(1 + R/10)^2}$$

  • Phương trình Germain (1966) và Schulze (1960) cho giá thể nhựa:

    $$\frac{S_e}{S_0} = \exp\left( -k \cdot D / q^n \right)$$

  • Phương trình Velz biến tính tích hợp diện tích bề mặt riêng ($A_s$) và tỷ lệ tuần hoàn ($R$).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán công nghệ: Xác định tải trọng thể tích ($\text{kg BOD/m}^3\cdot\text{d}$), tải trọng bề mặt ($\text{g TKN/m}^2\cdot\text{d}$), tải trọng thủy lực ($q = Q/A$, đơn vị $\text{m}^3/\text{m}^2\cdot\text{d}$ hoặc $\text{L/m}^2\cdot\text{min}$).
• Kỹ năng thiết kế hệ thống phụ trợ: Tính toán lưu lượng khí cấp thông gió cưỡng bức, độ sụt áp qua đệm nhựa dòng chảy chéo, áp suất lưu thông tự nhiên dựa trên chênh lệch nhiệt độ giữa nước thải và không khí.
• Kỹ năng tối ưu hóa vận hành: Kiểm soát tỷ lệ $\text{BOD/TKN}$ trong nước thải đầu vào (yêu cầu $\text{BOD} < 30\text{ mg/L}$ hoặc $\text{sBOD} < 20\text{ mg/L}$ để khởi động quá trình nitrat hóa), kiểm soát tốc độ quay của tay phân phối nước bằng động cơ điện để duy trì độ ẩm và hạn chế ấu trùng côn trùng.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Tài liệu được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật thực hành, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ sở và giải thuật thiết kế công trình. Quy trình học tập và giảng dạy được triển khai qua các cấu phần:

• Phương pháp diễn dịch kỹ thuật: Đi từ nguyên lý chuyển khối ở cấp độ vi mô trong màng sinh học (Chương 7) đến việc xác lập các phương trình thiết kế vĩ mô cho các công trình đơn vị.
• Phân tích dữ liệu thực nghiệm: Sử dụng các đường cong quan hệ thực nghiệm được chuẩn hóa từ các nghiên cứu pilot (như dữ liệu của Dow Chemical với hơn 140 nghiên cứu pilot cho đệm nhựa đứng diện tích bề mặt $90\text{ m}^2/\text{m}^3$, công trình của Parker et al., 1990 tại Central Valley và Zurich).
• Hệ thống ví dụ mẫu từng bước (Step-by-step examples):
  • Example 9-1: Tính toán lưu lượng gió thông gió cưỡng bức ($203\text{ m}^3/\text{min}$ ở điều kiện tiêu chuẩn, hiệu chỉnh nhiệt độ áp suất) và tổn thất áp lực ($P = 0{,}0018\text{ Pa}$) qua tháp lọc cao $6{,}1\text{ m}$.
  • Example 9-2: Xác định tải trọng BOD thể tích ($1{,}0\text{ kg/m}^3\cdot\text{d}$), tải trọng diện tích TKN ($2{,}3\text{ g/m}^2\cdot\text{d}$) và đánh giá điều kiện ức chế nitrat hóa.
  • Example 9-3: Tính toán kích thước bộ lọc đá 2 giai đoạn sử dụng phương trình NRC với công suất $7570\text{ m}^3/\text{d}$, xác định thể tích và đường kính bể lọc.
  • Example 9-4 đến 9-9: Quy trình thiết kế chi tiết đệm nhựa, nitrat hóa bậc ba, hệ đĩa quay RBC phân bậc, hệ kết hợp TF/SC và bể lọc khử nitơ dòng chảy xuống.
• Phương pháp đánh giá và tự học: Người học đối chiếu các bước tính toán công nghệ thông qua các bảng thông số thiết kế giới hạn (Bảng 9-5, Bảng 9-10, Bảng 9-15 đến Bảng 9-22). Mục câu hỏi thảo luận cuối chương giúp củng cố năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật khi vận hành hệ thống gặp sự cố tích tụ mùi hoặc bong tróc màng.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Tài liệu thể hiện bước chuyển dịch công nghệ trong xử lý nước thải sinh học qua các ấn bản:

• Chuyển đổi vật liệu đệm: Phân tích sự thay thế vật liệu lọc từ đá granit, xỉ lò cao (chiều sâu $0{,}9 - 2{,}5\text{ m}$) sang giá thể nhựa tổng hợp dòng chảy dọc, dòng chảy chéo, tháp lọc sinh học (biotower) với chiều sâu từ $4 - 12\text{ m}$. Sự chuyển đổi này giúp giảm diện tích đất xây dựng, tăng diện tích tiếp xúc riêng ($90 - 140\text{ m}^2/\text{m}^3$) và hạn chế tắc nghẽn.
• Tích hợp các quy trình màng sinh học tiên tiến: Cập nhật các công nghệ bản quyền như MBBR (Kaldnes Miljøteknologi), Bio-2 Sludge®, Biocarbonc®, Biofor®, Biostyr®, Ringlace®. Các công nghệ này cho phép vận hành ở tải trọng thể tích cao, diện tích mặt bằng chỉ bằng $1/5$ đến $1/3$ so với bể bùn hoạt tính truyền thống.
• So sánh hiệu quả năng lượng: Cung cấp số liệu tiêu thụ năng lượng định lượng giữa các phương án. Bộ lọc thô (roughing filter) tiêu tốn $2 - 4\text{ kg BOD}$ xử lý/$\text{kWh}$ so với $1{,}2 - 2{,}4\text{ kg BOD/kWh}$ của quá trình sục khí bùn hoạt tính truyền thống.
• Kiểm soát sinh khối và vận hành: Bổ sung phương pháp kiểm soát lượng tồn trữ chất rắn sinh học thông qua cơ cấu phân phối nước điều khiển bằng động cơ điện (Albertson, 1989), khắc phục nhược điểm mất kiểm soát bong tróc màng ở các thiết kế cổ điển.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Tài liệu được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong đào tạo và thực hành kỹ thuật:

• Sinh viên đại học năm thứ 3 và năm thứ 4: Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Công nghệ Hóa học. Tài liệu là tài liệu học tập cho các học phần Xử lý Nước thải, Đồ án môn học Công nghệ Xử lý Nước thải.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh: Sử dụng để nghiên cứu sâu về động học chuyển khối màng sinh học, mô hình hóa toán học các quá trình sinh học ngập nước và các hệ thống khử nitơ tiên tiến.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Hóa học Môi trường, Vi sinh vật học Môi trường, Thủy lực học, Cơ học Chất lỏng và Cơ sở các quá trình sinh học (tương đương kiến thức Chương 7 trong giáo trình gốc của Metcalf & Eddy).
• Giảng viên và kỹ sư thiết kế: Làm tài liệu tham khảo để xây dựng bài giảng, lập bảng tính toán công nghệ thực tế cho các trạm xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu phù hợp cho sinh viên, học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường, giảng viên chuyên ngành Cấp thoát nước, cùng các kỹ sư thiết kế công nghệ xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững lý thuyết vi sinh vật học môi trường, thủy lực học dòng chảy trong môi trường xốp, động học phản ứng sinh hóa và nguyên lý chuyển khối cơ bản (nội dung Chương 7 của Metcalf & Eddy).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu cung cấp đầy đủ các phương trình thiết kế kinh nghiệm (NRC, Germain, Velz) đi kèm dữ liệu thực nghiệm chuẩn hóa, các bảng tiêu chuẩn thiết kế từ WEF/EPA và hệ thống bài giải mẫu hoàn chỉnh cho từng công trình cụ thể.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên đọc song song bản dịch tiếng Việt và thuật ngữ gốc tiếng Anh; nghiên cứu lý thuyết chuyển khối trước khi áp dụng các công thức tính toán ở các mục 9-2 đến 9-7; sau đó giải lại các bài tập ví dụ (Example 9-1 đến Example 9-9) để nắm vững giải thuật thiết kế.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu được xây dựng liên kết với Chương 7 (Cơ sở các quá trình sinh học xử lý nước thải) và Phần 15-3 của Chương 15 (Kiểm soát mùi hôi bằng bộ lọc sinh học dính bám) trong bộ sách Wastewater Engineering: Treatment and Reuse.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và chính xác về công nghệ xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng dính bám. Thông qua việc phân tích từ lý thuyết chuyển khối, cấu tạo cơ sở vật chất đến các mô hình tính toán định lượng (NRC, Germain, Velz), tài liệu đáp ứng yêu cầu đào tạo chuyên sâu và thực hành thiết kế kỹ thuật.

Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc hiểu rõ cơ chế khuếch tán cơ chất trong màng sinh học, tiếp cận thiết kế các công trình truyền thống (bộ lọc nhỏ giọt, đĩa quay RBC), sau đó mở rộng sang các hệ thống lai ghép (TF/SC, MBBR) và hệ thống màng ngập nước khử nitơ (Biofor®, Biostyr®). Nguồn tài liệu đối chiếu từ Metcalf & Eddy (2004) cùng các tiêu chuẩn WEF, EPA cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho công tác nghiên cứu và triển khai dự án xử lý nước thải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG GIAN XANH Treatment and Reuse PHỐ XANH Fourth Edition CHƯƠNG Cover by: Ks. HUỲNH MẠNH PHÚC Đơn vị công tác: CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG GIAN XANH Địa chỉ: Số 409/3/9, Nguyễn Oanh, Phường 17, Q. HCM Tháng 02/2023 LỜI NÓI ĐẦU Chào các bạn đọc giả đã và đang đọc phần tài liệu này! Đây là chương số chín (9) trong cuốn sách Wastewater Engineering Treatment and Reuse ấn bản lần thứ tư của Metcalf & Eddy, INC xuất bản năm 2004. Đây là một cuốn sách khá là hay về Công nghệ xử lý nước và nước thải.

Tuy nhiên vì phiên bản PDF quá là mờ và cũ kỹ, nên tôi đã dành một ít thời gian trong mỗi ngày sau những giờ làm việc để cover và biên soạn lại, bên cạnh đó tôi còn sử dụng số vố Anh ngữ ít ỏi của mình kèm theo các công nghệ dịch thuật để biên soạn phần tài liệu này sang tiếng Việt và đi kèm song song theo nguyên tác tiếng Anh để tiện cho những bạn trẻ có đam mê về các hoạt động bảo vệ môi trường được tiện tham khảo. Tôi xin chân thành cảm ơn các tác giả của ấn phẩm gốc. Tôi xin được sử dụng ấn phẩm gốc để truyền tải các kiến thức quý báo của quý vị đến với nhiều người hơn nhằm tạo nên những giá trị vượt thượng hơn. Tuy tôi đã dành khá nhiềm tâm huyết để biên soạn và dịch thuật lại nó, nhưng với sự hạn hẹp về vốn từ cũng như các kỹ năng Anh ngữ, cho nên việc sai sót trong phần tài liệu này thực sự là khó tránh khỏi.

Tôi rất mong muốn các bạn đọc giúp tôi chỉnh sửa để hoàn thiện thêm nhằm để nó trở thành một tài liệu hữu ích cho mọi người. Mọi đóng góp vui lòng gởi vào Email: huynhmanhphuc. Xin chân thành cảm ơn!!! 9-1. 1 Evolution of Attached Growth Processes/.

1 Mass Transfer Limitations/. 5 Trickling Filter Classification and Applications/. 9 Design of Physical Facilities/. 12 Process Design Considerations/.

47 9-3 ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS/. 58 Process Design Considerations/. 60 Physical Facilities for RBC Process/. 66 RBC Process Design/.

68 9-4 COMBINED AEROBIC TREATMENT PROCESSES/. 72 Trickling Filter/Solids Contact and Trickling Filter/Activated-Sludge Processes/. 73 Activated Biofilter and Biofilter Activated-Sludge Processes/. 78 Series Trickling Filter-Activated-Sludge Process/.

80 Design Considerations for Combined Trickling Filter Activated-Sludge Systems/. 80 9-5 ACTIVATED SLUDGE WITH FIXED-FILM PACKING/. 89 Processes with Internal Suspended Packing for Attacked Growth/. 90 Processes with Internal Fixed Packing for Attached Growth/.

95 9-6 SUBMERGED ATTACHED GROWTH PROCESSES/. 97 Downflow Submerged Attached Growth Processes/. 98 Upflow Submerged Attached Growth Processes/. 100 Fluidized-Bed Bioreactors (FBBR)/.

103 9-7 ATTACHED GROWTH DENITRIFICATION PROCESSES/. 104 Downflow Packed-Bed Postanoxic Denitrification Processes/. 105 Upflow Packed-Bed Postanoxic Denitrification Reactors/. 110 Fluidized-Bed Reactors for Postanoxic Denitrification/.

110 Submerged Rotating Biological Contactors/. 112 Attached Growth Preanoxic Denitrification Processes/. 113 PROBLEMS AND DISCUSSION TOPICS/. 124 FIGURE MENU Figure 9- 1 Typical examples of trickling filters: (a) conventional shallow-depth rock trickling filter, (b) seven-sided trickling filter (older design) with rock replaced by random plastic packing, (c) intermediate-depth trickling filter converted to tower trickling filter, and (d) one of four tower trickling filters 10 m high and 50 m in diameter with plastic packing.

Blowers, used to provide air for biological treatment, are located in the enclosures shown at the bottom left and right-hand side of the tower filter. 9-4 for examples of the rotary distributors used to apply wastewater to the top of the filter packing./ Ví dụ điển hình về bộ lọc nhỏ giọt: (a) bộ lọc nhỏ giọt theo chiều sâu thông thường, (b) bộ lọc nhỏ giọt bảy cạnh (thiết kế cũ hơn) với đá được thay thế bằng giá thể nhựa ngẫu nhiên, (c) bộ lọc nhỏ giọt độ sâu trung gian được chuyển đổi thành bộ lọc nhỏ giọt dạng tháp, và (d) một trong bốn bộ lọc nhỏ giọt dạng tháp cao 10 m và đường kính 50 m có giá thể bằng nhựa. Quạt gió, được sử dụng để cung cấp không khí cho quá trình xử lý sinh học, được đặt trong vỏ bọc được hiển thị ở phía dưới bên trái và bên phải của bộ lọc tháp, Xem Hình 9-4 để biết ví dụ về các bộ phân phối quay được sử dụng để đưa nước thải lên phía trên của giá thể bộ lọc. 6 Figure 9- 2 Typical trickling filter process flow diagrams; (a) single stage and (b) two-stage./ Sơ đồ quy trình lọc nhỏ giọt điển hình; (a) một giai đoạn và (b) hai giai đoạn Where used, the most common flow diagrams are the first two of each series./ Khi được sử dụng, các sơ đồ dòng phổ biến nhất là hai sơ đồ đầu tiên của mỗi loạt.

14 Figure 9- 3 Typical packing material for trickling fillers: (a) rock, (b) and (c) plastic vertical-flow, (d) plastic cross-flow, (e) redwood horizontal, and (f) random pack./ Vật liệu tiếp xúc điển hình cho chất độn nhỏ giọt: (a) đá, (b) và (c) nhựa chảy dọc, (d) nhựa chảy chéo, (e) gỗ đỏ nằm ngang, và (f) gói ngẫu nhiên, [Figs, (c) and (d) from American Surfpac Corp., (e) from Neptune Microfloc, and (f) from Jaeger Products, Inc.]/ [Hình, (c) ) và (d) từ American Surfpac Corp., (e) từ Neptune Microfloc, và (f) từ Jaeger Products, Inc.] Note: the random pack material is often used in air stripping towers./ Lưu ý: vật liệu tiếp xúc ngẫu nhiên thường được sử dụng trong tháp tách khí. 15 Figure 9- 4 Typical distributors used to apply wastewater to trickling filter packing; (a) view of conventional rock Filter with two-arm rotary distributor, (b) view of early (circa 1920) rock filter with a fixed distribution system (Library of Congress), and (c) view of top of tower trickling filter with four-arm rotary distributor./ Các hệ phân phối điển hình đã từng áp dụng nước thải để lọc nhỏ giọt; (a) minh họa bộ lọc đá thông thường với bộ phân phối quay hai cánh tay, (b) minh họa bộ lọc đá sớm (khoảng năm 1920) với hệ thống phân phối cố định (Thư viện Quốc hội Mỹ), và (c) minh họa đỉnh tháp lọc nhỏ giọt với bộ phân phối quay bốn cánh tay. 20 Figure 9- 5 Typical underdrain for rock filter: (a) fiberglass grating and (b) vitrified clay block./ Hệ thống thoát nước ngầm điển hình cho bộ lọc đá: (a) lưới sợi thủy tinh và (b) khối đất sét đã được thủy tinh hóa. 22 Figure 9- 6 Typical under-drain system for tower filter./ Hệ thống thoát nước dưới điển hình cho bộ lọc tháp.

22 Figure 9- 7 Recommended trickling filter clarifier overflow rates as a function of the clarifier sidewall depth. (Adapted from WEF, 2000)/ Tỷ lệ tràn bộ lọc nhỏ giọt được khuyến nghị như là một hàm của độ sâu thành bên của bể lắng. 28 Figure 9- 8 Example of trickling filter performance at 20oC./ Ví dụ về hiệu suất lọc nhỏ giọt ở 20oC. Effect of BOD loading removal efficiency for plastic media filter/ Ảnh hưởng của hiệu quả loại bỏ tải BOD đối với bộ lọc phương tiện nhựa.

33 Figure 9- 9 Effect of temperature on nitrification rates for tower trickling filters. (Adapted from Parker et al, 1990.)/ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỷ lệ nitrat hóa đối với các bộ lọc nhỏ giọt tháp. 34 Figure 9- 10 Effect of influent wastewater BOD/TKN ratio on nitrification rate in trickling filters with plastic packing used for both BOD removal ond nitrification, [Adapted from Okey and Albertson, WEF /2000.)]/ Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/TKN của nước thải đầu vào đến tốc độ nitrat hóa trong các bộ lọc nhỏ giọt có đệm nhựa được sử dụng cho cả loại bỏ BOD và nitrat hóa, [Phỏng theo Okey và Albertson, WEF /2000. 50 Figure 9- 11 Typical RBC units: (a) conventional RBC with mechanical drive and optional air input, (b) conventional RBC in enclosed reactor, (c) submerged-type RBC equipped with air capture cups (air is used both to rotate and to aerate the biodisks), and (d) typical submerged RBC equipped with air capture cups.

(From Envirex Inc.)/ Các đơn vị RBC điển hình: (a) RBC thông thường với truyền động cơ học và đầu vào không khí tùy chọn, (b) RBC thông thường trong bể phản ứng kín, (c) RBC kiểu chìm được trang bị cốc thu khí (không khí được sử dụng để quay và sục khí cho các đĩa sinh học và (d) RBC chìm điển hình được trang bị cốc thu khí. (Từ Envirex Inc. 60 Figure 9- 12 Typical RBC staging arrangements: (a) flow parallel to shaft, (b) flow perpendicular to shaft, (c) view of RBCs with flow perpendicular to shaft, (d) step feed flow, and (e) tapered feed flow parallel to shaft./ Sắp xếp dàn hồng cầu điển hình: (a) dòng chảy song song với trục, (b) dòng chảy vuông góc với trục, (c) hình minh họa RBC với dòng chảy vuông góc với trục, (d) dòng cấp liệu theo bậc và (e) dòng cấp liệu hình côn song song với trục. 65 Figure 9- 13 Combined trickling filter/activated-sludge processes: (a) schematic flow diagram of trickling filter/solids contact (TF/SC) process, (b) schematic flow diagram of trickling filter/activated- sludge (TF/AS) process, (c) view of trickling filter/solids contact (TF/SC) process, and (d) view of solids contact unit shown on the right-hand side of photo in (c)./ Kết hợp quy trình lọc nhỏ giọt/quy trình bùn hoạt tính: (a) sơ đồ quy trình lọc nhỏ giọt/quy trình tiếp xúc với chất rắn (TF/SC), (b) sơ đồ quy trình quy trình lọc nhỏ giọt/quy trình bùn hoạt tính (TF/AS), (c) ) hình minh họa quy trình bộ lọc nhỏ giọt/tiếp xúc với chất rắn (TF/SC) và (d) hình minh họa bộ phận tiếp xúc với chất rắn được hiển thị ở phía bên phải của ảnh trong (c).

75 Figure 9- 14 Combined trickling filter/activoted-sludge process with return sludge recycle to trickling filter: (a) schematic flow diagram of activated biofilter (ABF) and (b) schematic flow diagram of biofilter/ activated sludge (BF/AS)./ Kết hợp quá trình lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính với tuần hoàn bùn trở lại bộ lọc nhỏ giọt: (a) sơ đồ dòng chảy của bộ lọc sinh học hoạt tính (ABF) và (b) sơ đồ dòng chảy của lọc sinh học/bùn hoạt tính (BF/AS). 79 Figure 9-15 Schematic flow diagram of combined trickling filter activated-sludge process with intermediate clarifier./ Sơ đồ quy trình xử lý bùn hoạt tính lọc nhỏ giọt kết hợp với bể lắng trung gian. 81 Figure 9- 16 Equivalent SRT for biosolids in a trickling filter as a function of the BOD loading. (Adapted from WEF, 2000/ SRT tương đương cho chất rắn sinh học trong bộ lọc nhỏ giọt như là một chức năng của tải lượng BOD.

(Phỏng theo WEF, 2000. 82 Figure 9- 17 Approximate amount of particulate BOD degraded in a trickling filter as a function of organic loading.)/ Lượng BOD dạng hạt gần đúng bị phân hủy trong bộ lọc nhỏ giọt như là .) một hàm của tải trọng hữu cơ. 83 Figure 9- 18 View of suspended packing in activated- sludge aeration tank with proper mixing. Without proper mixing the suspended packing tends to accumulate on the surface of the reactor./ Hình ảnh vật liệu tiếp xúc lơ lửng trong bể sục khí bùn hoạt tính với sự khuấy trộn thích hợp.