GVBM: TS. Trần Hậu Vương
SVTH: Nguyễn Quang Vu

Trường đại học Tài gnuyên và Môi trường
TP Hồ Chí Minh.

BÁO CÁO MÔN
HỌC
Tính toán thiết bi


Mục lục

Giới thiệu bể Aerotank.

I.

Bể aerotank là các bể phản ứng sinh học hiếu khí bằng cách thổi khí và khuấy đảo
cơ học làm cho vi sinh vật tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng. Là công trình bê tông
cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục
khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan (DO) và tăng cường quá trình oxy
hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.

Cấu tạo bể Aerotank.

II.

Cấu tạo bể Aerotank thỏa mản 3 điều kiện:
-

Giữ được liều lượng bùn cao trong bể.

-

Cho phép vi sinh vật phát triển cao ở giai đoạn “bùn trẻ”.

-

Đảm bảo oxy cần thiết cho mọi điểm trong bể.

Bể cấu tạo đơn giản là một khối hình chữ nhật ở trong có bố trí hệ thống phân phối
khí( đĩa thổi khí, ống phân phối khí) nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan (DO trong
nước).
Bể aerotank có chiều cao từ 2,5m trở lên nhằm mục đích khi sục khí vào thì lượng
không khí kip hòa tan trong nước, nếu thấp thì sẽ bùng lên hết không có oxy hòa tan.
Nếu ở nơi nào có diện tích nhỏ thì bên trong bể được bố trí thêm giá thể vi sinh,
hiện nay trên thi trường cung cấp rất nhiều giá thể dạng tấm,dạng cầu.


Ưu điểm bể Aerotank.

III.

Một số bể cung sử dụng công nghệ xử lý hiếu khí tương tự như bể Aerotank như
mương oxy hóa, bể SBR, hồ sinh học hiếu khí – hồ thổi khí (AERATED LAGOON)
nhưng bể Aerotank có ưu điểm vượt trội:
-

Hiệu quả xử lý cao và hiệu quả.

-


Loại bỏ triệt để các chất hữu cơ.

-

Giảm thiểu tối đa mùi hôi.

-

Nhu cầu oxy sinh hóa lớn (BOD) loại bỏ ô nhiễm cung cấp một dòng nước
chất lượng tốt.

-

Quá trình oxy hóa và nitrat hóa đạt được.

-

Nitrat hóa sinh học mà không cần thêm hóa chất.

-

Loại bỏ được phốt pho sinh học.

-

Môi trường xử lý hiếu khí loại bỏ rất nhiều mầm bệnh chứa trong nước thải
nông nghiệp.

-


Ổn đinh bùn.

-

Khả năng loại bỏ ~ 97% chất rắn lơ lửng.

-

Quá trình xử lý nước thải sử dụng rộng rãi nhất.

-

Thích hợp nhiều loại nước thải.

-

Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích
bể.

IV.

Phạm vi áp dụng.

Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân
cư, bệnh viện, thủy sản…
Yếu tố quan trọng bậc nhất của bể Aerotank là hàm lượng DO cấp vào. Do vậy
cung cần phải tốn thêm năng lượng cho máy thổi khí. Tiếp đến là tỷ lệ BOD:COD ≥ 0,5;
BOD: N: P = 100:5:1, cung không thể không nhắc đến nhiệt độ khoảng từ 25 – 37 oC hoặc



từ 20 – 80oC, pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6,5 – 8,5, và hàm lượng chất độc, BOD toàn
phần

≤ 1000 (mg/l)
Bể Aerotank được sử dụng nhiều trong các ngành có hàm lượng chất hữu cơ cao

trong nước thải như bia, giấy, thủy sản,…
Xu hướng hiện nay của ngành môi trường là xử lý bằng vi sinh vật nên bể
Aerotank cung được quan tâm và nghiên cứu.

V.

Nguyên lý hoạt động của bể Aerotank.

Nguyên lý hoạt động của bể Aerotank được diễn ra với 3 quy trình cơ bản như sau:
1. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.
Quá trình náy có thể diễn giải bằng phương trình sau:
CXHYOZ + O2 + NH3  CO2 + H2O + AH (xúc tác enzim)
Trong giai đoạn này bùn hoạt tính được hình thành và phát triển nhanh chóng. Tốc
độ oxy hóa càng cao thì tốc độ tiêu thụ khí oxy diễn ra càng nhanh. Ở thời điểm này,
lượng chất dinh dưỡng trong các chất thải cao nên tốc độ sinh trưởng phát triển của vi
sinh vật lớn. Cung vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ oxy trong bể Aerotank rất lớn.
2. Quá trình tổng hợp tế bào mới.
CXHYOZ + O2  Sinh khối vi khuẩn + CO2 + H2O +C5H7NO2 - ∆H (xúc tác
enzim)
Ở quán trình này, các vi sinh vật đã phát triển ổn đinh và nhu cầu tiêu thụ oxy của
chúng cung không có sự thay đổi quá nhiều. Cung tại đây, các chất hưu cơ được phân hủy
nhiều nhất. Đồng thời, hoạt lực của Enzim trong bùn hoạt tính cung đạt mức cực đại.
3. Quá trình phân hủy nội bào.

C5H7NO2  CO2 H2O + NH3 ± ∆H (xúc tác enzim)
Trong giai đoạn này, tốc độ tiêu thụ oxy trong bể lại tiếp tục tăng cao. Theo
nguyên lý làm việc của bể Aerotank thì giai đoạn này là lúc Nitrat hóa các muối Amoni.
Ngay sau đó tiêu thụ oxy lại tiếp tục giảm xuống.


VI.

Tính toán thiết kế bể Aerotank.

Tính bể Aerotank với các thông số thiết kế:
+ Lưu lượng nước thải: Q = 150 m3/ngày đêm.
+ Nhiệt độ nước thải: t = 25oC.
+ Hàm lượng BOD5 đầu vào = hàm lượng BOD5 đầu ra của bể lắng I:
So =673 mg/l.
+ Hàm lượng CODđầu vào= hàm lượng COD đầu ra của bể lắng I:
CODvào = 1160 mg/l.
Đầu ra: nước thải sau xử lý đạt TCVN 6980 - 2001
+ BOD5 đầu ra = S < 40 mg/l, chọn BOD5 đầu ra = 20 mg/l.
+ CODđầu ra < 70 mg/l, chọn CODra = 50 mg/l.
+ Cặn lơ lửng: SSra < 50 mg/l, chọn SSra = 30 mg/l.
Các thông số vận hành:
+ Cặn hữu cơ: a = 75%.
+ Độ tro: z = 0,3 (tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải – Trinh Xuân
Lai).
+ Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể: Xo = 0.
+ Nồng độ bùn hoạt tính: X = 2500 ÷ 4000 mg/l, chọn X = 3000 mg/l.
+ Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng II:
XT = 8000 mg/l.
+ Chế độ xáo trộn hoàn toàn.

+ Thời gian lưu bùn trong công trình: θc = 5 ÷ 15 ngày, chọn θc = 10 ngày.
+ Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0,06 ngày -1 .
+ Hệ số sản lượng bùn: Y = 0,4 ÷ 0,8 mgVSS/mgBOD5
chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 .


1. Xác định hiệu quả xủa lý.
Hiệu quả xủa lý tính theo BOD5 :

Hiệu quả xử lý COD:

2. Kích thước bể Aerotank.
-

Thể tích bể.

Trong đó:

Q: lưu lượng nước thải, Q = 150 (m3/ngày đêm).
Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 ÷ 0,8( mgVSS/mgBOD5) .
So Hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào, So = 637 (mg/l).
S: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra, S = 40 (mg/l).
X: Nồng độ bùn hoạt tính, X = 3000 (mg/l).
Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 (ngày-1).
θc: Thời gian lưu bùn trong công trình, θc = 10 (ngày).

-

Chọn chiều cao bể:
H = Hi + Hbv = 3 + 0,5 = 3,5 (m)

Trong đó:

-

Hi: chiều cao hữu ích, chọn Hi = 3 (m)
Hbv: chiều cao bảo vệ, chọn Hbv = 0,5 (m)
Diện tích mặt bằng bể.

-

Chọn chiều rộng bể: B = 5 (m)
Chọn chiều dài bể: D = 7,8 (m)
Thể tích thực của bể:

3. Thời gian lưu nước.


4. Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày.
-

Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức:

-

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 :

-

= 34,7 (Kg/ngày đêm)
Tổng lượng cặn sinh ra trong 1 ngày:


-

Lượng cặn xả ra hàng ngày:

Với:
)
-

Lưu lượng bùn xả:

Trong đó:
XT: nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn

XT: nồng độ VSS ra khỏi bể lắng:

5. Hệ số tuần hoàn bùn.
Sơ đồ làm việc bể Aerotank

Q, Xo

Bể Aerotank

(Q + Q), X

Bể lắng II

Q, X r

Q t, Xt


Q x, Xt


Phương trình cân bằng vật chất đối với bể Aerotank:

Trong đó:

Q: lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 m3/ngày.
Qt: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày.
X: nồng độ VSS trong bể, X = 3000 mg/l.
Xo: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, Xo = 0.
Xt: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 mg/l.

Chia hai vế phương trình cho Q, đặt là tỉ số tuần hoàn bùn:

Suy ra:

-

Lưu lượng bùn tuần hoàn:
Ta có:
Suy ra:

6. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank:
-

Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:

F/M = 0,28 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn:

F/M = 0,2 ÷ 0,6 KgBOD5/KgMLVSS.ngày

La = 0,8237 nằm trong giới hạn cho phép đối với Aerotank xáo trộn hoàn toàn: L a
= 0,8 ÷ 1,9 KgBOD/m3.ngày (theo tài liệu Thoát nước của PGS.TS Hoàng Văn
Huệ).
7. Tính lượng oxy cần thiết.
-

Lượng oxy cần thiết trong điều kiên chuẩn (không cần xử lý nitơ)


m
-

1. Lượng oxy cần thiết.
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn (không cần xử lý Nitơ)
đêm

Trong đó:

f: hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20,
1,42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
Px: lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày, Px = 33,6 kg/ngàyđêm

-

Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

Trong đó:


Cs: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20oC, Cs ≈ 9,08 (mg/l)
C: Nồng độ ôxy cần duy trì trong bể, C = 1,5 ÷ 2 (mg/l) (Tính toán

thiết kế các công trình xử lý nước thải- Trinh Xuân Lai)
Chọn C = 2 (mg/l)
T = 25oC, nhiệt độ nước thải
α : Hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng
của hàm lựơng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = 0,6 ÷ 0,94, chọn α = 0,7

-

Lượng không khí cần thiết:

Trong đó:

fa là hệ số an toàn, f a = 1,5 ÷ 2, chọn fa = 1,5 (Tính toán thiết kế các

công trình xử lý nước thải- Trinh Xuân Lai)
OU: công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bi phân phối tính theo gam oxy
cho 1m3 không khí.

Với: Ou: Phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ
và min, (tra bảng 7-1 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trinh Xuân
Lai).


Bảng công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và
mịn
Điều kiện thí nghiệm


Điều kiện tối
ưu

Điều kiện trung
bình

Ou = grO2/m3.m

Ou = grO2/m3.m

Nước sạch T= 20oC

12

10

Nước thải
T=20oC,α=0,8

8,5

7

→ Ou= 7 grO2/m3.m
h: độ ngập nước của thiết bi phân phối khí, chọn h = 2,8 m
→ OU = 7 × 2,8 = 19,6 gO2/m3

8. Tính áp lực máy nén.
-


Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén:
Hd = hd + hc + hf +H
Trong đó:
hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên
đường ống dẫn, (m)
hc: tổn thất cục bộ (m)
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 (m)
hf: tổn thất qua thiết bi phân phối (m)
Tổn thất hf không quá 0,5 (m)
H: chiều sâu hữu ích của bể, H = 3 (m)

-

Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hd = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 (m)
Áp lực không khí là:

-

Công suất máy nén khí là:

Trong đó:

qk: lưu lượng không khí,


n: hiệu suất máy nén khí, chọn n=0,75
9. Bố trí hệ thống sục khí.
Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi
ống là 7,8 m, đặt cách nhau 1 m.
-


Đường kính ống dẫn khí:
→ D = ø 120 mm
Trong đó:
V tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới
trong ống phân phối khí, V=10 ÷ 15 (m/s), chọn V = 10 (m/s) (Tính toán

-

thiết kế các công trình xử lý nước thải- Ts.Trinh Xuân Lai)
Đường kính ống nhánh dẫn khí:

-

→ Chọn Dn = ø 60 mm
Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt
F = 0,02 (m2), cường độ khí 200 l/phút.đĩa = 3,3 (l/s).
Số đĩa phân phối khí trong bể là:

-

→ Chọn số đĩa thổi khí là N = 36 đĩa
Số lượng đĩa là 36 cái, chia làm 4 hàng,mỗi hàng 9 đĩa phân bố cách sàn bể

-

0,2 m và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,78 m.
Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

-


→ Chọn Db = ø 34
Trong đó:
Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn Qth = 90 m3/ngày đêm.
Vb: vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện:
Vb = 1 ÷ 2 m/s
→ Chọn Vb = 1,5 m/s
Các thông số thiết kế bể Aerotank
ST
T

Tên thông số

Số liệu dùng thiết kế

Đơn vị

1

Chiều dài bể (L)

7,8

m

2

Chiều rộng bể (B)

5


m

3

Chiều cao bể (H)

3,5

m

4

Thời gian lưu nước (θ)

18,55

giờ

5

Thời gian lưu bùn (θc )

10

ngày

6

Đường kính ống dẫn chính


120

mm


7

Đường kính ống dẫn khí
nhánh

60

mm

8

Công suất máy nén khí

5,02

KW/h

9

Số lượng đĩa thổi khí

36

đĩa