1. Dòng nội tuần hoàn trong quá trình A/O

Trong sơ đồ A/O tiền khử nitrat (pre-denitrification):

• Q – lưu lượng nước thải sau lắng sơ cấp (primary effluent).

• Vùng thiếu khí (Anoxic): nhận Q và dòng nội tuần hoàn từ cuối vùng hiếu khí. Tại đây xảy ra khử nitrat.

• Vùng hiếu khí (Aerobic): nhận dòng ra của bể Anoxic (chính là dòng vào Aerotank). Tại đây xảy ra:

  • Oxy hóa NH4+ thành NO_x​−N (nitrification).

  • Oxy hóa chất hữu cơ còn lại, tổng hợp sinh khối.

• Clarifier thứ cấp: lắng bùn hoạt tính, cho ra effluent và RAS.

Các tỷ số lưu lượng quan trọng:

• \(IR = \dfrac{Q_{IR}}{Q}\)​​ – tỷ số nội tuần hoàn (internal recycle ratio).

• \(R = \dfrac{Q_R}{Q}\) – tỷ số bùn tuần hoàn (RAS recycle ratio).

Mục tiêu thiết kế: với nitrification hoàn toàn, chọn IR sao cho nồng độ NO_x​-N trong effluent, ký hiệu \(N_e\)​ đạt giá trị yêu cầu (thường 4–10 mg/L tùy tiêu chuẩn).

2. Cân bằng nitrat cho vùng hiếu khí

Xét riêng vùng hiếu khí thể tích \(V_a\)​, đặt:

• N(t): nồng độ NO_x​-N trong vùng hiếu khí tại thời điểm t (xấp xỉ nồng độ sau clarifier, vì clarifier không có phản ứng sinh – khử nitrat).

• Q(NO_x​): tốc độ sinh nitrat trong vùng hiếu khí do nitrification (kg/d).

• \(Q_a\)​: lưu lượng tổng rời khỏi vùng hiếu khí:

  \[Q_a = Q + Q_{IR} + Q_R = Q(1+IR+R)\]

Nếu coi vùng anoxic khử gần như hết nitrat hồi lưu, thì nồng độ NO_x ở dòng vào hiếu khí (ra anoxic) gần bằng 0. Khi đó, cân bằng khối lượng động cho nitrat trong vùng hiếu khí là:

hay:

Chia cho \(V_a\):

Ở trạng thái ổn định thiết kế:

\[\frac{dN}{dt} = 0,\qquad N(t) = N_e\]

suy ra:

\[\boxed{Q(NO_x) = N_e Q(1+IR+R)}\]

Đây là cân bằng khối lượng: “Khối lượng nitrat sinh ra trong vùng hiếu khí = khối lượng nitrat đi ra theo 3 dòng: effl...