Bài tiểu luận kỹ thuật xử lý nước thải bể sinh bùn hoạt tính hiếu khí aerotank

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÀI TIỂU LUẬN
KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
ĐỀ TÀI:
BỂ SINH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ
AEROTANK
i
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Aerotank Bể bùn hoạt tính hiếu khí
BOD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
COD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
F/M Food/ Microorganism
Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật
MLSS Mixed Liquor Recycled
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn
ii
DANH MỤC HÌNH
Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
Hình 1.2 : Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý
nước thải
Hình 1. 3: Quá trình khử nito
Hình 1.4 : Quá trình khử phospho

Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống)
Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc
Hình 2.3 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang
Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc
Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn
Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài
Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh.
Nguồn: [3] : Th.S Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng kỹ thuật xử lý nước
thải
iii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank
Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD
Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng:
iv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH
HỌC HIẾU KHÍ
I. Nguyên tắc
Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các
chất hữu trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp. Quá trình
phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:
(CHO)
n
NS + O
2
 CO
2
+ H
2
O + NH

4
+ H
2
S + Tế bào vi sinh vật + … aH
Trong điều kiện hiếu khí NH
4
+
và H
2
S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat
hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH
4
+
+ 2O
2
 NO
3
-
+ 2H
+
H
2
O + aH; H
2
S + 2O
2
 SO
4
+

+ 2H
+
+ aH
Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử
dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim lọai để xây
dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa
các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO
2
hoặc
tạo ra các chất khí khác.
II. Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí:
 Ưu điểm:
So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá
trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn. Công nghệ hiếu khí
không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý.
 Nhược điểm:
Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn và chiếm
nhiều mặt bằng hơn. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn. Chi phí
vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao. Không có khả năng
thu hồi năng lượng. Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau
khi xử lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về
chi phí đầu tư để xử lý bùn. Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp
kỵ khí.
III. Mô tả quá trình sinh học hiếu khí:
Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình
lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO
2
, H
2
O, NO

3
-
và
1
SO
4
2-
. Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất
béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin,
các axit béo, các axit hữu cơ, các đương đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua
màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế
bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO
2
và H
2
O. Cơ chế
quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn :
1.Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu
cầu năng lượng của tế bào:
C
x
H
y
O
z
N

+ (x+ y/4 + z/3 + ¾) O
2
men > xCO

2
+ [ (y-3)/2] H
2
O + NH
3
Trong các bể xử lý sinh học các xi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó
chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn
hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt
buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi
khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea,
Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại
vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như
Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn
các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như
các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch
hơn về mặt vi sinh.
Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn
trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một
mẻ cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó
cho thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát
triển cảu các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:
 Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn
của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thich
nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.
 Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn
tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào
thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường.
 Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một
2
số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết

cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra
bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị.
 Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi
nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai
đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của
môi trường.
Hinh 1.1 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế
trong xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dặng
nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai
đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như
pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật
chủ đâọ trong bể xử lý được biểu diễn theo hình 1.1. Khi thiết kế và vận hành hệ thống
xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “
hộp đen” với những vi sinh vật bí mật.
3
Hình 1.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể
xử lý nước thải
Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đống một vai trò quan trọng hàng đầu. Do
đó trong các bể này chúng ta phải duy . Trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với
lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết
kế và vận hành.Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian
lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có
thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng
trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều
chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn.
2. Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất:
+ Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa):
C
x

H
y
O
z
N + NH
3
+ O
2
men > xCO
2
+ C
5
H
7
NO
2
+ Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa):
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2
men > xCO
2
+H
2
O

NH
3
+ O
2
men > O
2
+ HNO
2
men > HNO
3
Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra
bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
4
3.Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho:
Hình 1. 3: Quá trình khử nito
Hình 1.4 : Quá trình khử phospho
5
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu
khí:
- Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc
vào chỉ số bù. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn
hoặc ngược lại.
- Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá
trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong
nước ra khỏi bể lắng đợt II >= 2 (mg/l).
- Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn
nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải =<
1000 (mg/l), còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải =<500 (mg/l).
- Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe,
Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl… thường có đủ tong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ

chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết
khác nhau. Thông thuờng cần duy trì các nguên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích
hợp:
BOD
toàn phần
: N: P = 100: 5: 1
- Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh
học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi
khuẩn dạng sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải
nằm trong giới hạn cho phép.
Yếu tố môi trường:
- pH : là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật. Phần lớn vi
sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất
tế bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Thông thường pH
tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 – 7,5.
- Nhiệt độ: cũng là yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật. Nước
thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25
o
C – 37
o
C hoặc từ 20 - 80
o
C hoặc từ 20 – 40
o
C ( tối ưu 25
o
C – 37
o
C).
- Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng

chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn
hữu cơ.
6
CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ AEROTANK
I. Khái niệm:
Bể Aerotank là công trình nhân tạo dùng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt
tính.
Bể Aerotank còn được gọi là bể bùn hoạt tính hiếu khí. Quy trình xử lý nước thải
bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914, đã được duy trì và phát
triển đến nay, với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thait sinh hoạt và nước thải
công nghiệp.
II. Quá trình bùn hoạt tính và phân loại bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank:
1. Quá trình bùn hoạt tính:
Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông
với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính có thể
đến 90% là chất rắn của rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng
bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí ỏe dạng bông hoặc
dạng hạt màu đen. Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào,
nấm men, nắm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng, dòi,
giun, đôi khi là ấu trùng sâu bọ. Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của
bùn hoạt tính là vi khuẩn, có thể chia ra làm 8 nhóm:
1. Alkaligenes- Achromobacter
2. Pseudomonas
3. Enterobacteriaceae
4. Athrobacter baccillus
5. Cytophaga- Flavobacteriaum
6. Pseudomonas- Vibrio aeromonas
7. Achrobacter
8. Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micococus

Trong nước thải có các tế bào của Zooglea có khả năng sinh ra bào nhầy xung
quanh tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng các chất màu
chất gây mùi… và phát triển thành các bông cặn. Các bông cặn này khi được khuấy
đảo và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh
7
vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí
hoặc khi các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống tạo ra bùn hoạt tính. Trong bùn
hoạt tính luôn có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện là Sarcodina, Mastigophara,
Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan hệ giữa động vật nguyên sinh
và vi khuẩn là quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ- vi khuẩn- động
vật nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm. Hoạt tính của
bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu
cơ. Phần lớn các vi sinh vật đều có khả năng xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn
khi có cơ chất, muối khoáng và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi
theo thành phần nước thải từ vàng xám đến nâu tối. Trên màng lọc sinh học có chứa
hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và một số động vật nguyên
sinh khác. Tuy nhiên khác với hệ quần thể sinh vật trong bùn hoạt tính thành phần loài
và số lượng các loài trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất. Công thức bùn hoạt
tính thường dùng trong tính toán là C
5
H
7
O
2
N.
2. Phân loại bể Aerotank theo sơ đồ vận hành
1. Bể Aerotank tải trọng thấp ( bể Aerotank truyền thống)
Hình 2.1: Bể Aerotank tải trong thấp ( bể Aerotank truyền thống)
Nước thải sau bể lắng đợt 1 được khuấy trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở
ngay đầu bể Aerotank. Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình,

lưu lượng tuần hoàn thường từ 20% - 30% lưu lượng nước thải đi vào. Dung tích bể
được thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệ
thống sục gió và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy cơ khí làm thoáng bề mặt.
8
Lượng gió cấp vào từ 55 m
3
/ kg BOD
5
đến 65 m
3
/l kg BOD
5
cần khử. Chỉ số thể
tích bùn SVI thương dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi bùn thường từ 3 đến 15 ngày.
Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc vào sự dao
động lưu lượng và nồng độ các chất độc ( kim loại nặng) do nước thải công nghiệp
chưa xử lý xả vào, thường đạt hiệu quả xử lý 80 – 95%.
2. Bể Aerotank tải trọng cao một bậc:
Hình 2.2 Bể aerotank tải trọng cao một bậc
3. Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc:
Hình 2.3 Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc ngang
BOD > 500 mg/l
Chất rắn lơ lửng pH= 6,5 – 9
t
0
= 6- 32
0
C
9
Hình 2.4 Bể aerotank tải trọng cao nhiều bậc dọc

Nước từ bể lắng đợt 1 di vào bể Aerotank ở một số điểm dọc theo 50 – 65% chiều
dài tính từ đầu bể còn bùn tuần hoàn thì đi vào đầu bể. Nạp theo bậc có tác dụng làm
cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể và giảm độ thiếu hụt oxy ở đầu bể và lượng
oxy cần thiết được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, hiệu
quả xử lý đạt cao hơn.
4. Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn:
Hình 2.5 Bể Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn
Tải trọng BOD > 1,3 kg BOD tính trên 1 kg chất hữu cơ trong ngày.
Hiệu xuất xử lý BOD 70 – 75%
10
5. Bể Aerotank thông khí kéo dài:
Hình 2.6 Bể Aerotank thông khí kéo dài
Bể Aerotank thông khí kéo dài được thiết kế với trọng tải thấp, tỷ số F/M thấp,
thời gian làm thoáng lớn từ 20 – 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hô
hấp nội bào. Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn
3500 m
3
/ngày.
7. Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh.
Hình 2.7 Bể aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh.
Trong bể Aerotank có khuấy trộn hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa
tan được khuấy trộn đều tức thời sao cho nồng độ các chất được phân bố đều ở mọi
phần tử trong bể.
Ưu điểm của sơ đồ làm việc theo nguyên tắc khuấy trộn hoàn chỉnh là: pha loãng
ngay tức khắc nồng độ của các chất độc hại ( kim loại nặng) trong toàn thể tích bể,
không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp
cho loại nước thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng.
11
Chương 3: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ AEROTANK
I.Công thức tính toán và các chỉ tiêu thiết kế:

1. Khuấy trộn bùn hoạt tính tuần hoàn với nước thải cần xử lý:
Bước thứ nhất của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là cho các chát
hữu cơ có trong nước thải tiếp xúc với vi sinh có trong bùn hoạt tính bằng cách khuấy
trộn nhanh bùn hoạt tính tuần hoàn lại với nước thải ngay ở cửa vào bể Aerotank để
tạo thành hỗn hợp bùn hoạt tính.
2. Tiếp tục khuấy trộn bùn hoạt tính và nước thải bằng không khí hoặc máy
khuấy trộn làm thoáng bề mặt.
Bước thứ 2 thực hiện 3 chức năng cơ bản sau:
a. Khuấy trộn đều bùn hoạt tính với nước thải trong toàn bộ thể tích V của bể.
b. Giữ cho bùn hoạt tính luôn trong trạng thái lơ lửng.
c. Cấp đủ lượng oxy cần thiết cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong bể để đáp
ứng mức độ xử lý yêu cầu.
Tính toán xác định dung tích bể theo một trong các công thức sau:
1. Xác định dung tích bể theo tỷ số khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạt
tính F/M
)(
3
0
m
XF
QS
V
M
=
2. Xác định dung tích bể theo tốc độ sử dụng chất nền của 1 gam bùn hoạt tính
trong một đơn vị thời gian ( đo bằng ngày hoặc giờ):
)(
)(
)(
3

0
m
Za
SSQ
V
−
−
=
ρ
3. Xác định dung tích bể theo độ tuổi của cặn
c
θ
(Thời gian lưu giữ bùn hoạt tính
trong bể):
)(
)1(
)(
3
0
m
KX
SSQ
V
cd
c
θ
θ
+
−
=

4. Xác định dung tích bể theo tải trọng chất nền trên một đơn vị thể tích của
bể(BOD
5
/m
3
):
12
a
L
QS
V
0
=
Trong các công thức trên:
Q : Lưu lượng nước cần xử lý (m
3
/ ngày).
S
0
: Hàm lượng BOD
5
trong nước thải (mg/l).
X : Nồng độ bùn hoạt tính ( cặn hữu cơ bay hơi) (mg/l)
F/M: Tỷ lệ BOD
5
có trong nước thải nà bùn hoạt tính (mg BOD
5
/ mg bùn).
ρ
: Tốc độ sử dụng chất nền của 1 gram bùn hoạt tính trong 1 ngày (g BOB

5
/ 1g
bùn ngày).
100
)( EF
M
=
ρ
100
0
0
x
S
SS
E
−
=
a: nồng dộ bùn thực trong bể Aerotank (mg/l)
Z: Độ tro của cặn, thường là 0,3 mg/mg
c
θ
: Tuổi của bùn (ngày)
K
d
: Hệ số phân hủy nội bào (ngày
-1
).
Y: Hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính / mg BOD
5
tiêu thụ).

L
a
= Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử
lý (Kg BOD
5
/ 1 m
3
ngày.
Bảng 1: Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotank
Loại và chức
năng bể
Aerotank
c
θ
ngày
F/M (gBOD
5

bùn hoạt tính)
Tải trọng
BOD
5
trên
một đơn vị thể
tích (L
a
kg
BOD
5
/ m

3
/
ngày)
Nồng độ
bùn hoạt
tính lơ lửng
trong bể X
(mg/l)
Q
V
=
θ

(giờ)
Q
Q
T
=
α

(tỷ lệ tuần
hoàn)
Bể có dòng chảy
đều( Plug
Aerotank)
Trộn hoàn chỉnh
Nạp nước thải
vào bể theo cấp
3 – 15
0,75- 15

3-15
0,2 – 0,6
0,2 – 1,0
0,2 – 0,5
0,32- 0,64
0.80- 1,90
0,64 – 0,96
1000- 3000
800- 4000
1500- 3500
4- 8
3-5
3-5
0,25- 0,75
0,25-1,0
0,25-0,75
13
Khử BOD kết
hợp Nitrat hóa
Nitrat hóa bằng
bể riêng biệt
Cho nước thải
tiếp xúc với bùn
hoạt tính đã được
làm thoáng ổn
định
Làm thoáng kéo
dài
Mương oxy hóa
Xử lý theo mẻ kế

tiếp nhau
Làm thoáng kéo
dài theo mẻ kế
tiếp nhau
8- 20
15 – 100
5 -15
20 - 40
15 – 30
10 – 30
12 - 25
0,1 – 0,2 (0,02
-0,15)
0,05 – 0,2
(0,04 – 0,15)
0,2 – 0,6
Làm thoáng
ổn định
0.04 – 0,1
0.04 – 0,1
0.04 – 0,1
0.04 – 0,8
0,08 – 0,32
0,48– 0,140
0,95 – 1,20
0,08 -0,24
0,08 -0,24
0,08 -0,24
0,08 -0,24
1500- 3000

1500- 3000
1000-3000
4000-9000
2000-4000
2000-4000
2000-5000
2000-5000
6-15
3-6
0,5-1
3-6
18-36
8-36
12-50
20-40
0,50- 1,50
0,50-2,0
0,5-1,5
0,5-1,5
0,5-1,5
Nguồn : [2] TS. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,
2009, Nhà xuất bản Xây dựng.
5. Làm nước trong và tách bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng đợt 2
Chức năng của bể lắng đợt 2 là tách bùn hoạt tính chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng ra
khỏi hỗn hợp làm cho nước đủ độ trong để xả ra nguồn tiếp nhận, đồng thời cô đặc
bùn ở đáy bể đến nồng độ mong muốn để tuần hoàn một phần lại bể Aerotank. Bùn dư
hàng ngày được xả ra ngoài theo đường trích ra từ dong tuần hoàn. Đây là bước rất
quan trọng trong dây chuyền xử lý.
6. Tuần hoàn lại bùn hoạt tính:
Mục đích của việc tuần hoàn lại bùn là để duy trì nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng

trong bể Aerotank đáp ứng yêu cầu xử lý đã đặt ra.
14
Máy bơm bùn hoạt tính thường thiết kế với khoảng dao động lưu lượng đủ lớn từ
30% đến 100% lưu lượng nước xử lý để khắc phục các trường hợp khi bể lắng làm
việc không tốt nồng độ bù ở đáy bể thấp hơn tính toán khi lưu lượng nước đi vào xử lý
dao động cao hơn bình thường.
Xác định lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính
vào và ra khỏi bể:
XQQXQXQ
tvttv
)(
0
+=+
Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể X
0
không đáng kể,
ta có:
lXmglmgX
lmgX
Q
Q
tv
t
//
)/(
−
==
α
Trong đó:
α

: tỷ lệ tuần hoàn
Q
v
: lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý (m
3
/h).
Q
t
: lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m
3
/h).
X: Nồng độ bùn hoạt tính muốn duy trì trong bể Aerotank (mg/l).
X
t
: nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp tuần hoàn hay nồng độ bùn hoạt tính sau
khi lắng ở đáy bể lắng đợt 2 (mg/l)
Số bơm tuần hoàn cặn bố trí đủ để có thể vận hành với lưu lượng tuần hoàn từ
0,07
t
đến 0,07
t
đến 2,00
t
.
7. Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn:
Lượng bùn dư phải xả liên tục để duy trì nồng độ bùn hoạt tính X trong bể
Aerotank theo tính toán.
Lượng bùn dư có thể xả trực tiếp từ bể Aerotank hoặc từ đường dẫn hoàn lại vào
thiết bị cô đặc bùn.
Lưu lượng bùn xả vào các coogn trình xử lý bùn có thể rút ra từ phương trình cân

bằng khối lượng bùn để đảm bảo thời gian lưu bùn trong hệ
c
θ
( tuổi của bùn):
raratxa
c
XQXQ
XV
+
=
.
θ
15
Rút ra:
ct
crara
xa
X
XQVX
Q
θ
θ
−
=
Trong đó:
Q
xả
: Dung dịch bùn xả ra (m
3
/ ngày)

V: Thể tích Aerotank (m
3
)
X
t
: Nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch tuần hoàn (cũng là nồng độ bùn hoạt
tính trong dung dịch bùn xả ra ngoài) (mg/l)
X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/l).
X
ra
: Nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng (mg/l).
Q
ra
: Lưu lượng nước đá xử lý đi ra khỏi bể lắng (m
3
/ngày)
c
θ
: Thời gian lưu bùn trong công trình (ngày).
8. Lượng bùn tạo ra hàng ngày:
Khi thiết kế và trong quá trình xử lý phải xác định lượng bùn sản ra hàng ngày để
tính toán và vận hành các công trình xử lý bùn. Lượng bùn sản ra phụ thuộc vào đặc
tính nước thải, vào tuổi của bùn
c
θ
và vào hệ số phân hủy nội bào K
d
.
Hệ số tính lượng bùn sản ra từ việc khử BOD:
cd

b
K
Y
y
θ
+
=
1
Bảng 2: Hệ số sinh bùn tính theo COD
(Graw(1992), Artan (1994) và Burton(1991))
Quy trình xử lý Thời gian lưu

bùn
Hệ số K
Đã qua bể lắng
đợt 1
Không có bể lắng
đợt 1
Bể Aerotank tải trọng cao
Bể Aerotank bình thường
Bể aerotank tải trọng thấp
0,7 – 2
3- 8
> 15
0,5 – 0,8
0,4 – 0,6
0,3 – 0,5
0,6 – 0,9
0,5 – 0,8
0,5 – 0,7

Nguồn : [2] TS. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,
2009, Nhà xuất bản Xây dựng.
Theo tiêu chuẩn của Nga và tiêu chuẩn ngành Việt Nam, tổng lượng bùn sản sinh
tính theo công thức:
G
bùn
= 0,8(SS)+ 0,3 (BOD
5
)
Khi làm thoáng kéo dài G
bùn
= 0,7(SS)+ 0,3 (BOD
5
)
16
Trong đó :
SS:Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải ( Kg/ngày)
BOD
5
: Hàm lượng BOD
5
tính theo (Kg/ngày)
Tương đương với độ to Z = 0,3
9. Tính bể lắng 2:
Bảng 3: Các thông số thiết kế cho bể lắng 2 chọn theo bảng:
Loại xử lý Tải trọng bề mặt
m
3
/m
2

.ngày
Tải trọng bùn kg/m
2
.h Chiều sâu

tổng cộng
m
Trung
bình
Lớn
nhất
Trung bình Lớn nhất
Bùn hoạt tính 16- 32 40- 48 3,9 – 5,8 9,7 3,7 – 6,0
Sinh học tăng cường 8-16 24- 32 0,98 – 4,9 6,8 3,7 – 6,0
Nguồn : [4] Th.S Lê Quang Huy, Giáo trình xử lý nước thải, Khoa môi trường-
Đại học Đà Lạt
II. Ví dụ tính toán công nghệ hệ thống xử lý:
Lưu lượng nước thải: 1500m
3
/ngày đêm.
Lưu lượng BOD
5
đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (giảm 60%):
)/(2,305
100
40763
lmg
x
=
Tỷ lệ BOD

5
/COD = 305,2/460 = 0,66
Nhiệt độ nước thải t = 30
o
C
Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30mg/l)
Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD ≤ 100 mg/l (70mg/l)
Hàm lượng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hữu cơ.
Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể X
o
= 0.
Thông số vận hành như sau :
1. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể : X = 3000 mg/l (cặn bay hơi).
2. Độ tro của cặn Z= 0,3- nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồng độ
cặn tuần hoàn 10.000 mg/l.
3. Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình Ɵ
c
= 10 ngày
4. Chế độ xáo trộn hoàn toàn.
5. Giá trị của thông số động học : Y = 0,46
6. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 )(70% lượng cặn bay hơi)
17
7. Nước thải điều chỉnh sao cho : BOD
5
: N : P = 100 : 5 : 1
a. Xác định hiệu quả xử lý :
Lượng cặn hữu cơ trong nước thải ra khỏi bể lắng ( phần cặn sinh học dễ bị phân
hủy là) :
65% x 50 = 32,5 mg/l
Lượng cặn hữu cơ tính theo COD : 1,42 x 32,5 x 0,7 = 32,305 (mg/l)

Lượng BOD
5
trong cặn khỏi bể lắng: 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l)
Lượng BOD
5
hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD
5
cho phép ở đầu ra trừ lượng
BOD
5
có trong cặn lơ lửng : 30 – 21,3213 = 8.6787 (mg/l)
Hiệu quả xử lý COD :
%8,91
460
)305,3270(460
=
−−
=E
Hiệu quả xử lý tính theo BOD
5
hòa tan :
%15,97100
2,305
6787,82,305
=
−
= xE
Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ :
%2,90100
2,305

302,305
=
−
= xE
b. Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có :
)(25,426
4800
97,2045996
)1006,01(3000
)6787,82,305(46,0500.1
)1(
)(
3
0
m
x
xx
xKX
SSQxYx
V
cd
c
==
+
−
=
+
−
=
θ

θ
Thời gian nước lưu lại trong bể:
)(248,0)(82,624
1500
25,426
ngàyhx
Q
V
====
θ
c. Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD
5
đến 97,15%:
Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức :
2875,0
46,0101
46,0
1
=
+
=
+
=
xxk
Y
Y
dc
b
θ
Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày:

)./(875,127
8106,127874
)6787,82,305(15002875,0)(
ngàykg
g
xxSSxQYP
obx
=
=
−=−=
Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn z = 0,3
18
)./(68,182
7,0
875,127
1
1
ngàykg
Z
P
P
x
x
==
−
=
Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi:
)/(68,1071050150068,1821050
33
1

ngàykgxxxQxPP
xxa
=−=−=
−−
Tính lưu lượng xả bùn Q
xả
theo công thức:
rrTxa
xa
xXQxXQ
VxY
+
=
θ
(Giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai).
Suy ra:
)/(4,13393,13
7000
1075,221500300025,426
3
ngàym
x
xxx
xX
xXQVxX
Q
ccT
xaxar
xa
==

−
=
−
=
θθ
θ
Trong đó:
V= Thể tích – 426,25(m
3
)
Q
R
= Q
V
= 1500(m
3
/ngày)
X = 3000 (mg/l)
=
c
θ
10 ngày
X
t
= 0,7x10.000 = 7000 (mg/l)
X
r
= 32,5xo,7 = 22075 (0,7 là tỉ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ,
cặn không tro).
d. Thời gian tích lũy cặn ( Tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu:

ngày
x
P
VxX
T
x
33,33
8106,127874
1000025,426
===
Thực tế sẽ dài hơn 3-4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong hiệu quả xử lý ở thời
gian đầu sẽ thấp và bùn sinh ra ít hơn P
x
.
e. Sau hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày:
ngàykgngàygxmgxQB
xa
/134/134000000.104,13/000.10
3
====
Trong đó cặn bay hơi:
kgxB 8,931347,0
'
==
Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể
RR
xXQ
)/(125,341075,221500
3''
ngàykgxxB ==

−
Tổng cặn hữu cơ sinh ra:
19
x
PkgkgBB ===+=+ 128925,127125,348,93
'''
f. Xác định lưu lượng tuần hoàn: Q
T
:
Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị : X=3000 mg/l,Ta có:
75,0
30007000
3000
=
−
=
−
=
XX
X
Q
Q
TV
T
)/(1125150075,0
3
ngàymxQ
T
==
g. Tỷ số F/M:

ngaymgbun
mgBOD
lmgx
lmgBOD
xX
S
M
F
.
358,0
)/(3000284,0
/3,305
50
===
θ
h.Tính luợng khí cần thiết:
Tính lượng oxy cần thiết theo công thức:
)/(
1000
)(57,4
42,1
1000
)(
00
0
ngàykg
NN
P
f
SSQ

OC
x
−
+−
−
=
Trong đó:
Q = 1500 m
3
/ngày
S
0
= 305,2 mg/l
S = 8,6787 mg/l
N
0
= Tổng hàm lượng N đầu vào : 15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh dưỡng)
N = Tổng hàm lượng đầu ra: 5 (mg/l) ( tiêu chuẩn là 6 mg/l)
P
x
= 127,875 (mg/l)
f = BOD/COD = 0,66
Vậy:
)/(4,492
1000
)526,15(75,4
875,12742,1
66,01000
)6787,82,305(1500
0

ngàykgx
x
OC =
−
+−
−
=
Lượng oxy thực tế cần theo công thức:
)/(
1
024,1
1
)20(
0
ngàykgxx
CC
C
xOCOC
T
s
s
t
α
−
−
=
Trong đó:
C
s
: Lượng oxy bão hào trong mức 9,08 mg/l.

C: Lượng oxy cần duy trì trong bể 2 mg/l
α
: hệ số từ 0,6 – 0,94. Chọn 0,7
Vậy:
20
)/(4,713
7,0
1
024,1
1
208,9
08,9
4,492
)2030(
ngàykgxxxOC
t
=
−
=
−
OC
trung bình
= 29,7 (kg O
2
/h).
OC
max
= 29,7x1,5 = 44,55 (kg O
2
/h).

OC
min
= 29,7xo,8 = 23,97 (kg O
2
/h).
i. Tính lượng không khí cần thiết:
Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 (Tính toán thiết kế các công
trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Ta có
mmgOO
u
./7
3
2
=
.
Bể sâu h
1
= 3,5 m: độ ngập nước h = 3m
Công suất hào tan thiết bị:
3
2
/2137 mgOxxhOOU
u
===
.
Lượng không khí cần thiết:
)/(59,0)/(509575,1
1021
4,713
33

3
smngàymx
x
xf
OU
OC
O
t
k
====
−
.
Trong đó:
OC
t
: Lượng oxy thực tế cần.
OU: Công suất hào tan thiết bị.
f: Hệ số an toàn. Chọn 1,5.
Q
ktb
= 2123,2 m=3/h
Q
kmax
= 1,5x3184,8 m
3
/h.
Q
kmin
= 0,8x 1698,56 m
3

/h.
Lương không khí cần thiế để chon máy nén khí :
)/(18,159,02
3
smx =
.
k. Ap lực khí máy nén :
Vận tốc khí thoát ra khỏi khe hở : 5- 10 m/s.
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức :
HhhhH
fcdd
+++=
Trong đó :
h
d
: Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài trên đường ống dẫn (m).
h
c
: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m).
h
f
: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này không vượt quá 0,5m.
Tổng tổn thất h
d
và h
c
không vượt quá 0,4 m.
21