1. Giới thiệu
Mô hình xử lý sinh học tăng trưởng lơ lửng được áp dụng phổ biến trong các hệ thống bùn hoạt tính để loại bỏ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải. Mục tiêu của mô hình là:
-
Xây dựng cân bằng sinh khối (biomass) và chất nền (substrate).
-
Dự đoán nồng độ chất rắn lơ lửng trong dòng ra.
-
Dự đoán nồng độ MLSS/MLVSS và lượng bùn sinh ra hàng ngày.
-
Tính toán nhu cầu oxy cho quá trình.
Mô hình thường xem xét bể phản ứng hoàn toàn trộn (Complete-Mix Reactor) có tuần hoàn bùn.
2. Cấu hình hệ thống
Hai phương án cấu hình chính:
-
(a) Xả bùn từ đáy bể lắng thứ cấp (sludge return line).
-
(b) Xả bùn trực tiếp từ bể aerotank.
Hệ thống bao gồm:
-
Bể aerotank: diễn ra quá trình sinh học (oxy hóa chất hữu cơ).
-
Bể lắng: tách bùn – nước.
-
Dòng tuần hoàn bùn: duy trì nồng độ vi sinh trong bể phản ứng.
3. Thời gian lưu bùn (Solids Retention Time – SRT)
SRT là thông số vận hành quan trọng, biểu thị thời gian trung bình mà bùn hoạt tính được lưu trong hệ thống. Công thức tổng quát:
\[SRT = \frac{V X}{(Q - Q_w) X_e + Q_w X_R}\]
Kết hợp với:
\[r_x = Y r_{su} - bX\]và:
\[r_{su} = \frac{Q(S_0 - S)}{V}\]ta có:
\[\frac{1}{SRT} = \frac{Y Q(S_o - S)}{X V} - b\]
Nồng độ sinh khối hoạt tính trong bể, g VSS/m³ (MLVSS)
\[X = \left( \frac{\mathrm{SRT}}{\tau} \right) \cdot \frac{Y \left( S_o - S \right)}{1 + b \cdot \mathrm{SRT}}\]
-
\(\tau = \frac{V}{Q}\): Thời gian lưu thủy lực
Trong đó:
-
\(V\) – Thể tích bể phản ứng (m³)
-
\(X\) – Nồng độ sinh khối trong bể (g VSS/m³)
-
\(Q\) – Lưu lượng vào (m³/d)
-
\(Q_w\) – Lưu lượng xả bùn (m³/d)
-
\(X_e\) – Nồng độ sinh khố...