1. Mô tả
Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) là một phương pháp xử lý nước thải sinh học vận hành theo mẻ. Các pha vận hành chính trong chu kỳ SBR gồm: Fill (nạp), React (phản ứng), Settle (lắng), Draw (rút nước) và Idle (chờ - tùy chọn). Trong đó, pha Fill và React là hai giai đoạn xảy ra phản ứng sinh học chính. Mô hình hóa các pha này bằng phương trình vi phân giúp dự đoán sự thay đổi nồng độ chất nền theo thời gian.
Có hai kiểu nạp phổ biến trong vận hành SBR:
Dump Fill: nạp nhanh trước pha phản ứng.
Slow Fill: nạp liên tục đồng thời với phản ứng.
Bài viết này sẽ trình bày và so sánh mô hình vi phân của hai trường hợp trên.
2. Tham số đặc trưng
| Ký hiệu | Diễn giải |
|---|---|
| \(C_S\) | Nồng độ chất nền (substrate) trong bể |
| \(C_{S,in}\) | Nồng độ chất nền trong nước thải đầu vào |
| \(r_{S,V}\) | Tốc độ phản ứng phân hủy chất nền |
| \(V_0\) | Thể tích còn lại sau khi rút nước |
| \(ΔV_f\) | Thể tích nước thải mới nạp vào |
| \(V_{max}\) | Tổng thể tích sau pha Fill: \(V_{max} = V_0 + ΔV_f\) |
| VER | Tỷ lệ trao đổi thể tích: VER = \(ΔV_f/V_{max}\) |
| \(\alpha\) | Tỷ lệ hồi lưu: \(\alpha = Q_{return}/Q\) |
| Q | Lưu lượng dòng vào |
| \(t_c\) | Tổng thời gian một chu kỳ |
3. SBR với Dump Fill (nạp nhanh, chỉ có phản ứng trong pha React)
3.1. Giả thiết
Nước thải mới (influent) được đổ vào đầu chu kỳ và trộn ngay với nước thải cũ (phần nước chưa rút ra từ chu kỳ trước).
Không xảy ra phản ứng trong các pha Fill, Settle, Draw, Idle.
Chỉ có phản ứng sinh học xảy ra trong pha React.
Tổng thể tích trong bể sau Fill là:
\[V_{\text{max}} = V_0 + \Delta V_f\]
Với:
\(V_0\): thể tích còn lại sau khi Draw
\(\Delta V_f\): thể tích nước mới nạp vào
\[\text{VER} = \frac{\Delta V_f}{V_{\text{max}}} \Rightarrow \Delta V_f = \text{VER} \cdot V_{\text{max}}\]
3.2. Mục tiêu
\[\frac{dC_S}{dt} = r_{S,V}\]
Tìm giá trị nồng độ ban đầu \(C_S(0)\) của chất nền ngay sau khi kết thúc Fill và bắt đầu pha React.
3.3. Bảo toàn khối lượn...