Cách tính toán Bể Aerotank chuẩn xác: Hướng dẫn chi tiết từ A-Z

Bể Aerotank là gì và tầm quan trọng của việc tính toán chuẩn xác?

Bể Aerotank (hay bể hiếu khí) là công trình xử lý nước thải hoạt động dựa trên phương pháp sinh học hiếu khí. Tại đây, quần thể vi sinh vật hiếu khí được cung cấp oxy liên tục để sinh trưởng và phát triển. Chúng sử dụng các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải (BOD5, COD) làm nguồn thức ăn, phân hủy chúng thành các chất đơn giản như CO2, nước và tạo ra sinh khối mới (bùn hoạt tính).

Tầm quan trọng của việc tính toán bể Aerotank đạt chuẩn là không thể bàn cãi:

• Đảm bảo hiệu quả xử lý ưu việt: Một bể được tính toán đúng sẽ tạo ra môi trường lý tưởng cho vi sinh vật hoạt động, giúp loại bỏ tối đa chất ô nhiễm, đảm bảo nước đầu ra đạt các tiêu chuẩn xả thải (QCVN 14:2008/BTNMT, QCVN 40:2011/BTNMT).
• Tối ưu hóa chi phí: Tính toán chính xác giúp xác định đúng thể tích bể, công suất máy thổi khí, và lượng hóa chất cần thiết, tránh lãng phí trong đầu tư ban đầu và tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành lâu dài.
• Vận hành ổn định, bền vững: Một thiết kế chuẩn sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định, giảm thiểu các sự cố như bùn nổi, bùn khó lắng, tạo bọt, kéo dài tuổi thọ của công trình.

Nguyên lý hoạt động của Bể Aerotank

Quá trình xử lý trong bể Aerotank diễn ra qua 3 giai đoạn chính:

1. Giai đoạn 1: Oxy hóa chất hữu cơ: Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan (O2) để phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành những sản phẩm đơn giản và năng lượng.
   • Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + Năng lượng
2. Giai đoạn 2: Tổng hợp tế bào mới: Một phần năng lượng và chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng để xây dựng và phát triển các tế bào mới, làm tăng sinh khối (bùn hoạt tính).
   • Chất hữu cơ + O2 + N + P → Tế bào mới (C5H7O2N)
3. Giai đoạn 3: Phân hủy nội bào : Khi nguồn “thức ăn” (chất hữu cơ) cạn kiệt, vi sinh vật bắt đầu tự phân hủy chính các tế bào của chúng để duy trì sự sống. Quá trình này giúp giảm lượng bùn dư sinh ra.

Các thông số thiết kế cơ bản cần nắm vững

Trước khi bắt tay vào các công thức phức tạp, bạn cần thu thập và xác định các thông số đầu vào sau. Chúng ta sẽ sử dụng bộ thông số cụ thể để tính toán:

• Lưu lượng nước thải (Q): 30 m³/ngày đêm. (giả định)
• Nồng độ BOD5 đầu vào (S0): 300 mg/L.
• Nồng độ BOD5 đầu ra yêu cầu (S): < 60 mg/L (để đảm bảo đầu ra cuối cùng đạt loại B).
• Nồng độ bùn hoạt tính trong bể (X hoặc MLVSS): 3,000 mg/L (MLVSS thường chiếm khoảng 70-80% MLSS).
• Thời gian lưu bùn hay tuổi bùn (θc hoặc SRT): 10 ngày.
• Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (Y): 0.5 mg VSS/mg BOD5.
• Hệ số phân hủy nội bào (Kd): 0.06 ngày⁻¹.
• Hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20 (f): 0.68.
• Tỷ lệ MLVSS/MLSS: 0.7.
• Nhiệt độ nước thải (t): 25 °C.

Hướng dẫn chi tiết các công thức tính toán bể Aerotank

Đây là phần cốt lõi của bài viết. Chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn tính toán từng thông số quan trọng một cách chi tiết.

Tính Toán Thể Tích Bể (V) và Thời Gian Lưu Nước (HRT)

Thể tích bể là thông số quan trọng nhất, quyết định khả năng chứa và thời gian xử lý của hệ thống.

Công thức tính thể tích bể:       V = [θc * Q * (S0 – S) * Y] / [X * (1 + Kd * θc)]

• Giải thích:
  • V: Thể tích bể Aerotank (m³)
  • Q: Lưu lượng nước thải (m³/ngày)
  • θc: Tuổi bùn (ngày)
  • S0, S: Nồng độ BOD5 đầu vào và đầu ra (mg/L)
  • Y: Hệ số năng suất (mg VSS/mg BOD5)
  • X: Nồng độ bùn hoạt tính (mg VSS/L)
  • Kd: Hệ số phân hủy nội bào (ngày⁻¹)
• Ví dụ áp dụng:
  V = [10 * 30 * (300 – 60) * 0.5] / [3,000 * (1 + 0.06 * 10)]
  V = [36,000] / [3,000 * 1.6] = 36,000 / 4,800 = 7.5 m³
• Kết luận: Để đảm bảo an toàn vận hành, ta chọn thể tích thực tế của bể là 10 m³.
• Thời gian lưu nước (HRT):
  HRT = V / Q = 10 m³ / 30 m³/ngày = 1/3 ngày = 8 giờ. (Đây là thời gian hợp lý cho bể Aerotank truyền thống).

Tính Toán Tỷ Số F/M

• Tỷ số F/M : là tỷ lệ lượng “thức ăn” (BOD5) cung cấp mỗi ngày so với lượng vi sinh vật (MLVSS) có trong bể.

Công thức: F/M = (Q * S0) / (V * X)

• • Ví dụ áp dụng:
    F/M = (30 m³/ngày * 300 g/m³) / (10 m³ * 3,000 g/m³)
    F/M = 9,000 / 30,000 = 0.3 kg BOD5 / kg MLVSS.ngày
  • Kiểm tra: Giá trị 0.3 nằm trong khoảng cho phép của bể Aerotank khuấy trộn hoàn toàn (0.2 – 0.6), cho thấy thiết kế là phù hợp.

Tính Toán Lượng Bùn Dư Thải Ra Hằng Ngày (Px)

Bùn dư là lượng sinh khối mới được tạo ra và cần được loại bỏ khỏi hệ thống để duy trì nồng độ MLSS ổn định.

• Hệ số sản lượng bùn quan sát được (Yobs):
  Yobs = Y / (1 + Kd * θc) = 0.5 / (1 + 0.06 * 10) = 0.3125 mg VSS/mg BOD5
• Lượng bùn dư (VSS) sinh ra mỗi ngày (Px,vss):
  Px,vss = Yobs * Q * (S0 – S)
  Px,vss = 0.3125 * 30 * (300 – 60) * 10⁻³ = 2.25 kg VSS/ngày
• Tổng lượng bùn dư (SS) sinh ra mỗi ngày (Px,ss):
  Px,ss = Px,vss / (tỷ lệ MLVSS/MLSS) = 2.25 / 0.7 ≈ 3.21 kg SS/ngày

Lượng bùn này sẽ được đưa đến bể chứa bùn hoặc các công trình xử lý bùn khác.

Ứng dụng đa dạng của Bể Aerotank trong xử lý nước thải

Nhờ tính linh hoạt và hiệu quả cao, bể Aerotank được ứng dụng rộng rãi để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau:

• Nước thải sinh hoạt: Từ các khu dân cư, tòa nhà, khách sạn.
• Nước thải công nghiệp: Các ngành dệt nhuộm, thực phẩm, chế biến thủy sản, sản xuất giấy, cao su…
• Nước thải y tế: Từ bệnh viện, phòng khám (sau khi đã được khử trùng sơ bộ).

Lưu ý rằng, mỗi loại nước thải có đặc tính riêng, do đó các thông số thiết kế như tuổi bùn (θc), tỷ số F/M cần được điều chỉnh cho phù hợp.

Lưu ý quan trọng khi vận hành Bể Aerotank

Tính toán thiết kế chuẩn là bước khởi đầu. Để bể hoạt động hiệu quả lâu dài, việc vận hành đúng cách là vô cùng quan trọng:

• Kiểm tra thường xuyên: Theo dõi hàng ngày các chỉ số như DO, pH, nhiệt độ, MLSS, SVI.
• Quan sát cảm quan: Màu sắc và mùi của bùn hoạt tính có thể cho biết “sức khỏe” của hệ vi sinh. Bùn có màu nâu sáng và mùi đất là dấu hiệu tốt.
• Phòng tránh sự cố: Chủ động phòng ngừa các vấn đề thường gặp như bùn nổi do khử nitrat, bùn trương nở do vi khuẩn dạng sợi, hay hiện tượng tạo bọt. Để tìm hiểu sâu hơn, bạn có thể tham khảo bài viết của chúng tôi về cách vận hành hệ thống xử lý nước thải hiệu quả.

Tính toán bể Aerotank là một công việc đòi hỏi sự chính xác, kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế. Một thiết kế đúng ngay từ đầu sẽ là nền tảng vững chắc cho một hệ thống xử lý nước thải hoạt động hiệu quả, tiết kiệm và bền vững. Nếu bạn đang có nhu cầu thiết kế, thi công, cải tạo hay cần tư vấn vận hành hệ thống xử lý nước thải, đừng ngần ngại liên hệ với đơn vị xử lý nước thải Hi-Tech Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, chúng tôi cam kết mang đến cho bạn những giải pháp tối ưu và hiệu quả nhất.