Trong xử lý kỵ khí nước thải sinh hoạt, thời gian lưu nước thải sinh hoạt được duy trì trên 2 giờ, thời gian lưu nước thiếu khí trên 2 giờ, thời gian lưu của bể hiếu khí trên 6 giờ. Có vẻ như thời gian lưu yếm khí và thiếu khí là để loại bỏ chất hữu cơ tốt hơn. Nếu hàm lượng chất hữu cơ thấp thì thời gian lưu có cần rút ngắn không? Và nếu hàm lượng chất hữu cơ cao thì thời gian lưu có cần kéo dài thêm không? Sẽ có tác động gì nếu thời gian lưu quá dài hoặc quá ngắn? Có vẻ như thời gian lưu giữ hiếu khí lâu hơn sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn nitrat hóa phát triển để loại bỏ nitơ amoniac hiệu quả hơn. Cảm ơn các chuyên gia vì (lời giải thích khoa học phổ biến)!
Thời gian lưu nước thủy lực (HRT) thường bị bỏ qua trong quản lý vận hành hàng ngày, tuy nhiên đây là một điểm dữ liệu tham khảo quan trọng, đặc biệt đối với các hệ thống loại bỏ nitơ và phốt pho!
1. Thời gian lưu thủy lực (HRT) là gì?
Thời gian lưu nước thủy lực (viết tắt là HRT) là thuật ngữ được sử dụng trong các quy trình xử lý nước. Nó đề cập đến thời gian trung bình mà nước thải cần xử lý vẫn còn trong lò phản ứng, tức là thời gian phản ứng trung bình giữa nước thải và vi sinh vật trong lò phản ứng sinh học.
Để xử lý sinh học, HRT phải đáp ứng các yêu cầu của quy trình cụ thể. Ngược lại, nếu HRT không đủ, các phản ứng sinh hóa sẽ không hoàn toàn, dẫn đến hiệu quả xử lý kém hơn. Ngược lại, HRT quá dài có thể gây ra hiện tượng lão hóa bùn trong hệ thống.
Bảng: HRT cho các quy trình xử lý nước thải khác nhau
Khi hiệu quả xử lý kém, giá trị HRT thiết kế có thể được sử dụng để xác minh. Khi xác minh HRT, tốc độ dòng chảy phải bao gồm dòng chảy trở lại của bùn. Nếu HRT quá nhỏ, tốc độ dòng nước thải phải giảm từ từ; nếu quá lớn thì tốc độ dòng nước thải phải tăng từ từ. Lưu ý rằng mọi thay đổi về tốc độ dòng nước thải phải được thực hiện dần dần để tránh gây sốc cho hệ thống. Do tính chất đầy thách thức của việc xử lý nước thải, việc giảm tốc độ dòng nước thải đầu vào không nên được thực hiện một cách dễ dàng; điều chỉnh chủ yếu nên được thực hiện đối với tốc độ dòng hồi lưu.
Trong quy trình bùn hoạt tính thông thường, HRT quyết định phần lớn mức độ xử lý nước thải vì nó quyết định thời gian lưu bùn. Tuy nhiên, trong quy trình MBR (Membrane Bioreactor), tác dụng phân tách của màng giữ lại hoàn toàn vi sinh vật trong bể phản ứng, nhờ đó đạt được sự phân tách hoàn toàn về thời gian lưu thủy lực và tuổi bùn!
2. Tính toán thời gian lưu thủy lực (HRT)
Thực tế có hai loại thời gian lưu thủy lực trong xử lý nước thải: một loại được gọi là Thời gian lưu thủy lực danh nghĩa, và loại còn lại là Thời gian lưu thủy lực thực tế!
1. Thời gian lưu nước danh nghĩa
Như tên cho thấy, đây là phép tính dựa trên định nghĩa: thời gian lưu thủy lực bằng thể tích hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải chia cho tốc độ dòng chảy vào.
Nếu thể tích hiệu dụng của hệ thống xử lý nước thải là V (m³) và Q là tốc độ dòng chảy vào theo giờ (m³/h), thì công thức tính thời gian lưu thủy lực là:
`HRT=V / Q`
2. Thời gian lưu nước thực tế
Thời gian lưu thủy lực thực tế đề cập đến lượng nước thải theo thời gian thực thực sự còn lại trong hệ thống xử lý và cần tính đến dòng bùn quay trở lại:
Nếu thể tích hiệu dụng của hệ thống xử lý nước thải là V (m³), Q là tốc độ dòng nước vào theo giờ (m³/h) và R là tỷ lệ tuần hoàn bùn thì công thức tính thời gian lưu thủy lực là:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Vì vậy, trong hệ thống loại bỏ nitơ, dòng tuần hoàn bên trong có được đưa vào tính toán thời gian lưu thủy lực thực tế cho bể anoxic không? Vấn đề này đã được tranh luận. Nói chung, dòng tuần hoàn bên trong không được đưa vào công thức tính HRT thực tế của bể anoxic. Các quy định thường chỉ cung cấp phạm vi cho bể anoxic HRT. Để tính toán HRT của bể anoxic, tỷ lệ tuần hoàn bên ngoài R được đưa vào mà không có tranh chấp; người ta thường chấp nhận rằng tốc độ dòng chảy vào hiệu quả là (1+R)Q.
Do đó, bể thiếu khí HRT thường được coi là HRT=V / [(1 + R) Q].
Về việc liệu lưu lượng tuần hoàn bên trong có nên được tính cho bể anoxic HRT hay không, từ góc độ vĩ mô, nếu tỷ lệ tuần hoàn bên trong r=4 hoặc N, chúng tôi coi rằng nước được tuần hoàn 4 hoặc N lần. Vì vậy, mặc dù thời gian lưu trên mỗi lượt là ngắn, tổng thời gian trên 4 hoặc N lượt cộng lại là tương đương, bù đắp một cách hiệu quả ảnh hưởng của tuần hoàn bên trong.
Do đó, dòng tuần hoàn nội bộ không được đưa vào công thức.
3. Vai trò của thời gian lưu thủy lực (HRT)
Tác dụng của HRT trong việc loại bỏ nitơ
Trong quy trình A2/O, trong điều kiện HRT đủ dài, NH₃-N sẽ có hiệu suất loại bỏ tốt. Nếu HRT quá ngắn, các quần thể vi sinh vật khác nhau trong bể phản ứng không có đủ thời gian để phát triển, bùn bị rửa trôi quá nhanh và cả phản ứng nitrat hóa và khử nitrat đều không diễn ra hoàn toàn. Khi HRT đạt đến một giá trị nhất định, đủ để các phản ứng trong mỗi lò phản ứng diễn ra hoàn toàn, việc tăng thêm HRT chỉ làm tăng thêm gánh nặng kinh tế mà không mang lại sự cải thiện đáng kể hơn trong việc loại bỏ nitơ.
Tuy nhiên, nghiên cứu về quy trình MBR lai đã chỉ ra rằng trong phạm vi HRT được thử nghiệm (4,97 giờ - 8.70h), hiệu suất loại bỏ TN của hệ thống đã tăng lên khi HRT giảm. Điều này là do trong điều kiện HRT kéo dài, tốc độ tải hữu cơ của hệ thống giảm, điều này có thể tăng cường quá trình hô hấp nội sinh của sinh khối, ảnh hưởng đến hoạt động của bùn và cuối cùng làm giảm hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm của hệ thống. Việc giảm HRT có thể làm tăng tốc độ tải hữu cơ của hệ thống, từ đó nâng cao khả năng khử nitrat của hệ thống và cuối cùng là cải thiện hiệu suất loại bỏ nitơ.
Tác dụng của HRT trong việc loại bỏ phốt pho
Trong quy trình SBR, HRT có tác động tương đối nhỏ đến hiệu quả loại bỏ PO₄³⁻-P; quá trình này không hiển thị mức độ loại bỏ đáng kể đối với PO₄³⁻-P. Điều này có thể là do vi khuẩn khử nitrat và sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO) đều dị dưỡng. Vi khuẩn khử nitrat có thể hấp thu và sử dụng VFA trước PAO để khử nitrat và PAO có yêu cầu khắt khe hơn đối với nguồn carbon so với vi khuẩn khử nitrat - chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học được ưu tiên sử dụng bởi vi khuẩn khử nitrat. Điều này dẫn đến nguồn carbon bị PAO hấp phụ ít hơn, tương ứng là ít VFA hơn, dẫn đến tạo ra ít PHB (poly- -hydroxybutyrate) hơn trong điều kiện kỵ khí. Do đó, năng lượng cần thiết để giải phóng phốt pho tương đối giảm.
Nghiên cứu về quy trình A2/O cho thấy khi HRT tăng, hiệu quả loại bỏ TP không nhất thiết phải tăng liên tục mà có xu hướng lúc đầu tăng rồi giảm. Khi HRT là 8h, hiệu suất loại bỏ TP là cao nhất, cho thấy hiệu suất loại bỏ tốt nhất. Khi HRT tăng lên 12h, hiệu quả loại bỏ TP có xu hướng giảm và hiệu suất loại bỏ phốt pho giảm sút. Điều này chỉ ra rằng HRT đủ dài có lợi cho việc loại bỏ TP. Tuy nhiên, khi HRT tăng hơn nữa, tốc độ loại bỏ TP giảm dần, điều này có thể có tác động xấu đến việc loại bỏ phốt pho. Điều này có thể là do nếu HRT quá lớn có thể dẫn đến hiện tượng cặn