Bể Aerotank – Cấu Tạo, Nguyên Lý, Thiết Kế Và Vận Hành

Bể Aerotank là công trình xử lý sinh học hiếu khí sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng để chuyển hóa chất hữu cơ và, trong điều kiện thiết kế phù hợp, hỗ trợ quá trình nitrat hóa amoni. Hiệu quả của Aerotank phụ thuộc đồng thời vào tải lượng BOD/COD, lượng sinh khối, oxy hòa tan, thời gian lưu, tuổi bùn, pH, nhiệt độ và khả năng tách bùn phía sau. Vì vậy, thiết kế bể không nên chỉ dựa trên số m³ nước thải mỗi ngày mà cần tính theo tải lượng ô nhiễm và các thông số sinh học của toàn bộ hệ thống.

[HÌNH ẢNH 01 – BỂ AEROTANK]
Vị trí: Sau sapo.
Tên file:be-aerotank.webp
ALT: Bể Aerotank xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính
Chú thích: Aerotank sử dụng bùn hoạt tính và hệ thống cấp khí để xử lý chất hữu cơ trong nước thải.
Nội dung ảnh: Mặt cắt bể Aerotank có blower, diffuser, bùn hoạt tính, nước vào, nước ra và đường tuần hoàn bùn.

Bể Aerotank là gì?

Aerotank là một dạng bể xử lý nước thải sinh học hiếu khí.

Trong bể tồn tại hỗn hợp gồm:

Nước thải;

Bùn hoạt tính;

Vi sinh vật;

Chất hữu cơ;

Oxy hòa tan;

Chất dinh dưỡng.

Không khí được cấp liên tục hoặc theo chế độ vận hành phù hợp thông qua máy thổi khí và hệ thống phân phối khí.

Vi sinh sử dụng chất hữu cơ trong nước làm nguồn carbon và năng lượng, qua đó giúp giảm tải ô nhiễm.

Sau Aerotank, hỗn hợp nước và bùn thường được chuyển sang công trình tách bùn.

Một cấu hình cơ bản:

Nước thải → Aerotank → Bể lắng sinh học → Nước sau lắng

Đồng thời:

Bùn lắng → Một phần tuần hoàn về Aerotank + Một phần xả bỏ

Aerotank thuộc công nghệ gì?

Aerotank thuộc nhóm công nghệ bùn hoạt tính – Activated Sludge Process.

Điểm đặc trưng là phần lớn sinh khối được duy trì ở trạng thái lơ lửng trong nước.

Điều này khác với MBBR, nơi một lượng sinh khối đáng kể phát triển thành màng trên giá thể.

Aerotank không chỉ là một bể chứa nước có sục khí

Một bể có máy thổi khí chưa chắc đã là Aerotank đúng nghĩa.

Để quá trình bùn hoạt tính hoạt động ổn định cần đồng thời kiểm soát:

Sinh khối;

Cơ chất;

Oxy;

Tuần hoàn bùn;

Xả bùn;

Tuổi bùn;

Khả năng lắng;

Dinh dưỡng;

Môi trường.

Đây chính là điểm phân biệt giữa việc “sục khí vào nước” và vận hành một quá trình bùn hoạt tính.

Bể Aerotank xử lý được những gì?

Aerotank đặc biệt phù hợp với phần chất ô nhiễm có khả năng phân hủy sinh học.

BOD

Vi sinh dị dưỡng sử dụng chất hữu cơ dễ phân hủy làm nguồn thức ăn.

Do đó, Aerotank thường có vai trò quan trọng trong giảm BOD.

COD

Một phần COD có khả năng phân hủy sinh học cũng có thể được xử lý.

Tuy nhiên:

COD tổng ≠ COD có thể xử lý hoàn toàn bằng Aerotank.

Nếu nước chứa nhiều hợp chất khó phân hủy, hiệu quả COD có thể bị giới hạn.

Amoni

Khi hệ thống duy trì điều kiện phù hợp, các nhóm vi sinh nitrat hóa có thể chuyển hóa amoni.

Khái quát:

NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻

Nitơ tổng

Aerotank đơn lẻ chủ yếu hỗ trợ nitrat hóa.

Muốn loại bỏ nitơ khỏi nước thường cần kết hợp vùng thiếu khí để khử nitrate.

Ví dụ:

Anoxic → Aerotank → Lắng → Tuần hoàn nitrate

[HÌNH ẢNH 02 – CƠ CHẾ AEROTANK]
Tên file:nguyen-ly-be-aerotank.webp
ALT: Nguyên lý hoạt động của bể Aerotank
Chú thích: Chất hữu cơ, oxy và bùn hoạt tính tương tác trong Aerotank để tạo quá trình xử lý sinh học.

Cấu tạo bể Aerotank

Một bể Aerotank không có cấu tạo quá phức tạp về mặt hình học, nhưng hệ thống phụ trợ phải được tính đồng bộ.

Thân bể

Có thể được xây dựng bằng:

Bê tông cốt thép;

Thép;

Composite;

Vật liệu phù hợp khác.

Với hệ thống lớn, bê tông cốt thép thường được sử dụng phổ biến.

Hệ thống cấp khí

Gồm:

Máy thổi khí;

Ống khí chính;

Ống nhánh;

Van;

Diffuser.

Hệ thống tuần hoàn bùn

Bùn sau lắng được bơm trở lại Aerotank để duy trì sinh khối.

Tuyến xả bùn

Một phần bùn cần được loại khỏi hệ thống để kiểm soát lượng sinh khối và tuổi bùn.

Thiết bị đo

Có thể sử dụng:

DO;

pH;

Nhiệt độ;

MLSS online trong một số hệ thống;

Các thiết bị giám sát khác.

[HÌNH ẢNH 03 – CẤU TẠO AEROTANK]
Tên file:cau-tao-be-aerotank.webp
ALT: Cấu tạo bể Aerotank và hệ thống cấp khí
Chú thích: Bể Aerotank gồm thân bể, hệ thống phân phối khí, bùn hoạt tính và tuyến tuần hoàn bùn.

Nguyên lý hoạt động của bể Aerotank

Nước sau tiền xử lý được đưa vào Aerotank và tiếp xúc với bùn hoạt tính.

Máy thổi khí cung cấp không khí qua diffuser.

Trong bể xảy ra đồng thời nhiều quá trình.

Oxy hòa tan vào nước

Oxy từ không khí được chuyển vào pha lỏng.

Vi sinh sử dụng oxy trong quá trình hô hấp.

Chất hữu cơ tiếp xúc với sinh khối

Một phần chất hữu cơ được:

Hấp phụ lên bông bùn;

Phân hủy;

Oxy hóa;

Chuyển hóa thành sinh khối mới.

Bùn tiếp tục sinh trưởng

Khi có thức ăn và điều kiện phù hợp, sinh khối tăng lên.

Vì vậy hệ thống phải xả bùn dư.

Hỗn hợp sang bể lắng

Sau Aerotank:

Mixed liquor → Bể lắng

Bùn lắng xuống.

Nước được tách phía trên.

Tuần hoàn bùn

Một phần bùn được đưa trở lại Aerotank.

Nếu không tuần hoàn trong hệ thống bùn hoạt tính truyền thống, sinh khối có thể bị cuốn khỏi hệ thống nhanh hơn khả năng sinh trưởng.

Bùn hoạt tính trong Aerotank là gì?

Bùn hoạt tính là tập hợp:

Vi khuẩn;

Vi sinh vật khác;

Chất hữu cơ;

Chất vô cơ;

Các hạt kết dính thành bông.

Bông bùn có khả năng tiếp xúc với chất hữu cơ trong Aerotank và sau đó được tách khỏi nước tại bể lắng.

Bông bùn tốt

Một hệ bùn ổn định thường có:

Khả năng tạo bông;

Khả năng lắng;

Độ nén bùn phù hợp;

Nước sau lắng tương đối trong.

Bùn không chỉ cần “nhiều”

Một Aerotank có MLSS cao chưa chắc hoạt động tốt.

Nếu bùn:

Già;

Lắng kém;

Thiếu oxy;

Chứa nhiều chất vô cơ;

Có vi khuẩn dạng sợi phát triển quá mức,

thì tăng MLSS không giải quyết được vấn đề.

MLSS trong bể Aerotank

MLSS – Mixed Liquor Suspended Solids là nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn – nước của Aerotank.

Đơn vị thường sử dụng:

mg/L

hoặc

g/L

MLSS dùng để làm gì?

MLSS giúp ước tính lượng chất rắn đang tồn tại trong bể.

Kết hợp với thể tích Aerotank, có thể xác định khối lượng chất rắn trong hệ thống.

Khái niệm:

Khối lượng MLSS = Nồng độ MLSS × Thể tích bể

sau khi quy đổi đơn vị phù hợp.

MLSS quá thấp

Có thể cho thấy sinh khối không đủ so với tải lượng.

MLSS quá cao

Có thể:

Tăng nhu cầu oxy;

Làm tăng tải bể lắng;

Gây khó khăn cho tách bùn;

Phản ánh xả bùn chưa phù hợp.

Không có một giá trị MLSS tối ưu duy nhất cho mọi Aerotank.

MLVSS trong bể Aerotank

MLVSS là phần chất rắn bay hơi trong hỗn hợp.

Thông số này thường được sử dụng để ước tính phần chất hữu cơ/sinh khối trong MLSS.

Tỷ lệ:

MLVSS / MLSS

có thể cung cấp thêm thông tin về thành phần bùn.

Nếu MLSS cao nhưng MLVSS tương đối thấp, một phần lớn chất rắn có thể là vật chất vô cơ.

DO trong bể Aerotank

DO – Dissolved Oxygen là một trong những thông số quan trọng nhất khi vận hành Aerotank.

DO quá thấp

Có thể:

Hạn chế xử lý BOD;

Ảnh hưởng nitrat hóa;

Làm thay đổi quần thể vi sinh;

Gây điều kiện không mong muốn.

DO quá cao

Không có nghĩa hiệu quả xử lý tăng tương ứng.

Máy thổi khí thường tiêu thụ nhiều điện nên cấp khí quá mức làm tăng chi phí vận hành.

DO không đồng đều

Một điểm đo DO tốt chưa chắc toàn bể đều đủ oxy.

Cần xem xét:

Vị trí cảm biến;

Phân bố diffuser;

Hình dạng bể;

Mật độ bùn;

Dòng chảy.

[HÌNH ẢNH 04 – DO AEROTANK]
Tên file:do-trong-be-aerotank.webp
ALT: Kiểm soát DO trong bể Aerotank
Chú thích: DO cần được kiểm soát theo tải lượng và mục tiêu xử lý thay vì cấp khí cố định.

F/M trong bể Aerotank

F/M – Food to Microorganism Ratio thể hiện tương quan giữa lượng cơ chất và lượng sinh khối.

Có thể biểu diễn khái niệm:

F/M = Tải lượng cơ chất đưa vào / Khối lượng sinh khối trong Aerotank

Trong tính toán cụ thể, cơ chất thường được biểu diễn bằng BOD hoặc thông số phù hợp với mô hình thiết kế.

F/M cao

Có nghĩa lượng “thức ăn” lớn so với lượng sinh khối.

Có thể gặp khi:

Hệ thống mới;

Tải BOD tăng;

MLSS thấp;

Bùn bị mất.

F/M thấp

Lượng cơ chất tương đối thấp so với sinh khối.

Có thể gặp khi:

MLSS cao;

Tải đầu vào giảm;

Bùn già.

Vì sao F/M quan trọng?

F/M ảnh hưởng đến:

Tốc độ sinh trưởng;

Đặc tính bùn;

Nhu cầu oxy;

Lượng bùn sinh ra;

Khả năng lắng.

SRT – tuổi bùn trong Aerotank

SRT – Solids Retention Time là thời gian trung bình sinh khối/chất rắn sinh học được giữ trong hệ thống.

Đây là thông số đặc biệt quan trọng.

SRT và vi sinh nitrat hóa

Các nhóm nitrat hóa sinh trưởng tương đối chậm.

Nếu tuổi bùn quá thấp, chúng có thể bị rửa trôi khỏi hệ thống.

Kiểm soát SRT bằng xả bùn

Lượng bùn dư được xả có ảnh hưởng trực tiếp đến SRT.

Xả nhiều → SRT giảm

Xả ít → SRT tăng

Tuy nhiên, cần tính trên toàn bộ lượng chất rắn ra khỏi hệ thống chứ không chỉ nhìn vào lưu lượng bơm xả bùn.

HRT – thời gian lưu nước trong Aerotank

HRT là thời gian trung bình nước lưu trong bể.

Khái niệm:

HRT = V / Q

Trong đó:

V: thể tích hữu dụng;

Q: lưu lượng.

HRT có quyết định kích thước Aerotank không?

Có ảnh hưởng nhưng không phải thông số duy nhất.

Hai hệ thống cùng Q và HRT nhưng:

BOD khác;

MLSS khác;

SRT khác;

Mục tiêu nitrat hóa khác

thì hiệu quả có thể hoàn toàn khác nhau.

Vì vậy không nên thiết kế Aerotank chỉ bằng công thức:

V = Q × HRT

Tải trọng hữu cơ bể Aerotank

Thiết kế cần biết lượng chất hữu cơ thực sự đi vào bể.

Ví dụ với BOD:

L_BOD = Q × C_BOD / 1.000

Trong đó:

L_BOD: kg BOD/ngày;

Q: m³/ngày;

C_BOD: mg/L.

Ví dụ

Nếu:

Q = 500 m³/ngày;

BOD vào Aerotank = 300 mg/L;

thì:

L_BOD = 500 × 300 / 1.000 = 150 kg BOD/ngày

Đây là thông tin có ý nghĩa thiết kế hơn việc chỉ biết hệ thống có công suất 500 m³/ngày.

Nhu cầu oxy của bể Aerotank

Oxy được sử dụng cho nhiều quá trình.

Hai nhóm lớn gồm:

Oxy hóa chất hữu cơ

Vi sinh cần oxy để chuyển hóa phần hữu cơ.

Nitrat hóa

Nếu hệ thống cần chuyển hóa amoni, quá trình nitrat hóa tạo thêm nhu cầu oxy đáng kể.

Vì vậy, tính khí cần xem xét:

Tải BOD/COD sinh học;

Tải amoni;

Sinh khối;

Hiệu suất truyền oxy;

Độ sâu bể;

Nhiệt độ;

Đặc tính nước thải.

Máy thổi khí cho bể Aerotank

Blower là một trong những thiết bị xử lý nước thải quan trọng nhất của Aerotank.

Không chọn blower theo HP

Cần xác định tối thiểu:

Lưu lượng khí;

Áp suất;

Độ sâu bể;

Tổn thất đường ống;

Tổn thất diffuser;

Chế độ vận hành.

Các loại blower

Có thể gồm:

Roots;

Trục vít;

Turbo;

Side channel cho một số hệ nhỏ.

Cấu hình dự phòng

Với hệ thống quan trọng có thể cân nhắc:

N+1

hoặc cấu hình dự phòng phù hợp.

Nếu chỉ có một blower và thiết bị hỏng, Aerotank có nguy cơ mất cấp khí hoàn toàn.

Đĩa phân phối khí trong bể Aerotank

Diffuser đưa không khí từ blower vào nước.

Bọt mịn

Diffuser bọt mịn có thể tạo diện tích tiếp xúc khí – nước lớn, hỗ trợ truyền oxy.

Bố trí diffuser

Cần xem xét:

Mật độ;

Phân bố;

Lưu lượng khí/diffuser;

Diện tích bể;

Khả năng khuấy trộn.

Diffuser bị tắc

Có thể làm:

Áp suất blower tăng;

Phân phối khí không đều;

DO cục bộ thấp;

Điện năng tăng.

Do đó cần thiết kế để có khả năng kiểm tra và bảo trì.

Bể lắng sau Aerotank

Aerotank và bể lắng thứ cấp có quan hệ rất chặt.

Một Aerotank xử lý BOD tốt nhưng bùn không lắng được thì TSS và COD nước đầu ra vẫn có thể cao.

Nhiệm vụ bể lắng

Tách bùn;

Làm trong nước;

Tạo nguồn bùn tuần hoàn;

Tạo bùn dư để xả.

Tải trọng bùn

Khi MLSS tăng, lượng chất rắn đưa sang bể lắng cũng tăng.

Do đó không thể tăng MLSS vô hạn mà không xem xét năng lực bể lắng.

[HÌNH ẢNH 05 – AEROTANK VÀ BỂ LẮNG]
Tên file:be-aerotank-va-be-lang.webp
ALT: Sơ đồ Aerotank bể lắng và tuần hoàn bùn
Chú thích: Bể lắng tách sinh khối và cung cấp bùn tuần hoàn trở lại Aerotank.

Tuần hoàn bùn Aerotank

Bùn lắng được bơm trở lại Aerotank.

Dòng này thường được gọi là bùn tuần hoàn.

Tại sao phải tuần hoàn?

Nếu bùn liên tục theo nước ra khỏi Aerotank nhưng không được đưa trở lại, lượng sinh khối trong hệ thống sẽ giảm.

Tuần hoàn quá thấp

Có thể làm:

Bùn tích tụ tại bể lắng;

MLSS Aerotank giảm;

Tăng nguy cơ mất sinh khối.

Tuần hoàn quá cao

Không phải lúc nào cũng tốt.

Nó có thể:

Tăng tải thủy lực;

Tăng điện bơm;

Ảnh hưởng điều kiện bể lắng.

Tỷ lệ tuần hoàn cần được xác định theo trạng thái bùn và thiết kế.

Xả bùn dư trong Aerotank

Sinh khối liên tục được tạo ra nên hệ thống cần xả bùn.

Nếu không xả bùn

Có thể dẫn đến:

MLSS tăng;

SRT tăng;

Bùn già;

Tăng tải bể lắng;

Tăng chất rắn đầu ra.

Nếu xả quá nhiều

Có thể:

MLSS giảm;

SRT giảm;

Mất vi sinh nitrat hóa;

Hiệu quả xử lý suy giảm.

Vì vậy xả bùn nên dựa trên mục tiêu SRT/MLSS và dữ liệu vận hành thay vì xả theo cảm tính.

SV30 trong vận hành Aerotank

SV30 là thể tích bùn lắng sau 30 phút trong phép thử lắng.

Mẫu hỗn hợp từ Aerotank được cho vào ống hoặc bình đo phù hợp và để lắng.

Quan sát được gì?

Có thể theo dõi:

Tốc độ lắng;

Mức độ nén;

Bùn nổi;

Nước phía trên;

Hình dạng lớp bùn.

SV30 đặc biệt hữu ích khi theo dõi xu hướng hàng ngày.

SVI của bùn Aerotank

SVI kết hợp SV30 và MLSS để đánh giá khả năng lắng.

Công thức thường dùng:

SVI = SV30 / MLSS

với đơn vị được quy đổi phù hợp để kết quả thường biểu diễn bằng mL/g.

SVI cao

Có thể liên quan đến bùn lắng kém.

Nhưng nguyên nhân cần tiếp tục phân tích.

SVI thấp

Có thể cho thấy bùn lắng nhanh, nhưng quá thấp cũng cần xem xét cấu trúc bông và trạng thái sinh khối.

Không nên dùng một ngưỡng SVI duy nhất để chẩn đoán mọi hệ thống.

Bể Aerotank có cần bổ sung vi sinh không?

Khi khởi động, Aerotank cần nguồn sinh khối.

Có thể sử dụng:

Bùn hoạt tính từ hệ thống phù hợp;

Nguồn sinh khối khác được đánh giá;

Chế phẩm vi sinh xử lý nước thải khi cần.

Sau khi hệ thống ổn định, vi sinh có khả năng sinh trưởng và tự duy trì nếu môi trường phù hợp.

Do đó không nhất thiết phải bổ sung men định kỳ.

Nếu hệ thống liên tục phải bổ sung vi sinh để duy trì hiệu quả, cần kiểm tra nguyên nhân vận hành.

Bể Aerotank có cần bổ sung dinh dưỡng không?

Phụ thuộc nước thải.

Nước thải sinh hoạt

Thông thường có tương đối đầy đủ carbon, nitơ và photpho.

Nước thải công nghiệp

Một số nguồn có nhiều carbon nhưng thiếu N/P.

Khi đó có thể phải bổ sung dinh dưỡng.

Tuy nhiên cần dựa trên phân tích tải lượng.

Bổ sung quá mức có thể làm tăng nitơ hoặc photpho nước đầu ra.

pH phù hợp với Aerotank

Vi sinh bùn hoạt tính cần môi trường pH tương đối ổn định.

Nước quá axit hoặc quá kiềm có thể gây ức chế sinh học.

Đặc biệt với nước thải công nghiệp, nên kiểm soát pH trước Aerotank.

pH và nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa có thể làm tiêu hao độ kiềm.

Nếu độ kiềm không đủ, pH có thể giảm và quá trình nitrat hóa tiếp tục bị ảnh hưởng.

Do đó với hệ thống xử lý amoni cao, cần quan tâm cả pH và alkalinity.

Nhiệt độ ảnh hưởng Aerotank như thế nào?

Nhiệt độ ảnh hưởng đến:

Tốc độ phản ứng;

Sinh trưởng vi sinh;

Nitrat hóa;

Khả năng hòa tan oxy.

Nước nóng từ sản xuất không nên được đưa thẳng vào bể nếu nhiệt độ vượt vùng vận hành phù hợp.

Bể điều hòa có thể hỗ trợ giảm biến động.

Các dạng bể Aerotank

Aerotank có nhiều cấu hình.

Aerotank dòng chảy truyền thống

Nước di chuyển qua bể và được cấp khí trong quá trình xử lý.

Complete Mix

Nước đầu vào được trộn nhanh với hỗn hợp trong bể nhằm tạo trạng thái tương đối đồng đều.

Plug Flow

Dòng nước di chuyển dọc theo chiều dài bể và điều kiện có thể thay đổi từ đầu đến cuối.

Step Feed

Nước đầu vào được phân phối tại nhiều vị trí thay vì chỉ một đầu.

Extended Aeration

Thường vận hành với tuổi bùn dài hơn và tải F/M thấp hơn so với một số cấu hình bùn hoạt tính truyền thống.

Việc lựa chọn cấu hình cần dựa trên mục tiêu xử lý chứ không chỉ tên gọi.

So sánh Aerotank và MBBR

Không nên kết luận MBBR luôn tốt hơn Aerotank hoặc ngược lại.

Hai công nghệ phù hợp với những điều kiện khác nhau.

So sánh Aerotank và SBR

Aerotank truyền thống vận hành theo dòng liên tục, trong khi SBR tổ chức các giai đoạn theo chu kỳ.

Aerotank

Thường có:

Aerotank riêng → Bể lắng riêng

SBR

Có thể thực hiện:

Nạp → Phản ứng → Lắng → Rút nước

trong cùng một bể theo thời gian.

SBR có lợi thế trong một số dự án nhưng yêu cầu điều khiển chu kỳ phù hợp.

So sánh Aerotank và MBR

MBR vẫn có quá trình sinh học hiếu khí tương tự về nhiều nguyên lý, nhưng sử dụng màng để tách sinh khối.

Aerotank + lắng

Tách bùn dựa nhiều vào khả năng lắng.

MBR

Màng giữ chất rắn và sinh khối.

MBR có thể cho chất lượng nước tách tốt nhưng đổi lại:

Chi phí đầu tư cao hơn;

Có fouling;

Cần vệ sinh màng;

Tiêu thụ năng lượng;

Phải quản lý tuổi thọ màng.

Bể Aerotank trong xử lý nước thải sinh hoạt

Aerotank được ứng dụng rộng trong xử lý nước thải sinh hoạt nhờ thành phần hữu cơ thường có khả năng phân hủy sinh học tương đối tốt.

Có thể áp dụng tại:

Khu dân cư;

Chung cư;

Khách sạn;

Trường học;

Văn phòng;

Khu công nghiệp;

Công trình dịch vụ.

Khi cần xử lý nitơ, Aerotank thường được kết hợp với vùng Anoxic.

Bể Aerotank trong xử lý nước thải công nghiệp

Aerotank cũng được sử dụng trong nhiều hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, nhưng cần tiền xử lý phù hợp.

Thực phẩm

Có thể có BOD/COD cao và tương đối dễ phân hủy.

Thủy sản

Cần kiểm soát:

TSS;

Dầu mỡ;

Protein;

Nitơ.

Dệt nhuộm

Cần chú ý:

Màu;

Hóa chất;

pH;

COD khó phân hủy.

Xi mạ

Các dòng kim loại và hóa chất đặc thù thường phải được xử lý trước khi xem xét đưa sang sinh học.

Aerotank không nên được sử dụng như công trình nhận trực tiếp mọi loại nước công nghiệp chưa qua phân dòng.

Thiết kế bể Aerotank cần những dữ liệu nào?

Trước khi tính bể cần có dữ liệu đầu vào.

Lưu lượng

Cần xác định:

Trung bình;

Cực đại;

Theo giờ;

Theo ca.

Chất lượng nước vào Aerotank

Không chỉ nước thải thô.

Cần biết nước sau các công đoạn tiền xử lý có:

BOD;

COD;

TSS;

NH₄-N;

TN;

TP;

pH;

Nhiệt độ.

Yêu cầu nước đầu ra

Mục tiêu chỉ giảm BOD khác với mục tiêu đồng thời xử lý amoni và nitơ.

Sinh khối thiết kế

Cần xác định:

MLSS;

MLVSS;

F/M;

SRT.

Khả năng bể lắng

Aerotank không thể được thiết kế tách rời bể lắng thứ cấp.

[HÌNH ẢNH 06 – THIẾT KẾ AEROTANK]
Tên file:thiet-ke-be-aerotank.webp
ALT: Các thông số thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải
Chú thích: Thiết kế Aerotank cần kết hợp lưu lượng, tải BOD, MLSS, F/M, SRT, oxy và năng lực bể lắng.

Quy trình tính toán bể Aerotank

Một trình tự kỹ thuật tổng quát có thể đi theo:

Q → BOD/COD → Tải lượng → Mục tiêu xử lý → SRT → Sinh khối → Thể tích → Nhu cầu oxy → Lưu lượng khí → Bùn sinh ra → Tuần hoàn → Xả bùn → Kiểm tra bể lắng

Bước 1: Xác định tải BOD

L = Q × BOD / 1.000

Bước 2: Xác định mục tiêu sinh học

Cần biết chỉ xử lý carbon hay có nitrat hóa.

Bước 3: Chọn điều kiện vận hành

Xác định vùng:

MLSS;

SRT;

F/M;

DO

theo công nghệ và dữ liệu thiết kế.

Bước 4: Xác định thể tích

Thể tích được xác định từ tải lượng và mô hình thiết kế, sau đó kiểm tra HRT.

Bước 5: Tính oxy

Bao gồm nhu cầu cho:

Oxy hóa hữu cơ;

Nitrat hóa nếu có.

Bước 6: Chọn blower và diffuser

Quy đổi nhu cầu oxy thành nhu cầu cấp khí theo điều kiện thực tế.

Bước 7: Kiểm tra bùn

Tính:

Bùn sinh ra;

Bùn xả;

Tuần hoàn;

Tải chất rắn sang bể lắng.

Đây là cách tiếp cận tốt hơn nhiều so với việc lấy một HRT cố định rồi nhân với Q.

Những sự cố thường gặp ở bể Aerotank

Bùn nổi

Có thể liên quan đến:

Khử nitrate tại bể lắng;

Bùn lưu lâu;

Sinh khí;

Điều kiện bùn bất thường.

Bùn lắng chậm

Có thể do:

Vi khuẩn dạng sợi;

Tải lượng;

DO;

F/M;

SRT;

Thành phần nước.

Bông bùn nhỏ

Có thể làm nước sau lắng đục.

Cần đánh giá tải, tuổi bùn, chất độc và điều kiện sinh học.

Bọt trắng

Có thể xuất hiện khi:

Hệ thống mới;

MLSS thấp;

Có chất hoạt động bề mặt.

Bọt nâu

Có thể liên quan đến tuổi bùn, dầu mỡ hoặc quần thể vi sinh đặc thù.

Mùi hôi

Có thể xuất hiện khi:

Thiếu khí tại vùng không mong muốn;

Bể quá tải;

Hệ thống cấp khí gặp sự cố;

Bùn tích tụ.

COD đầu ra Aerotank cao

Đây là sự cố thường bị xử lý sai bằng cách bổ sung thêm vi sinh.

Cần kiểm tra theo thứ tự:

COD đầu vào có tăng? → COD có dễ phân hủy? → DO? → pH? → MLSS? → SRT? → Có chất độc? → Bùn có lắng?

COD khó phân hủy

Nếu COD chủ yếu là phần khó phân hủy, Aerotank có thể đã đạt giới hạn sinh học.

Khi đó cần xem xét công nghệ khác thay vì tiếp tục tăng MLSS.

Amoni đầu ra cao

Cần kiểm tra:

SRT;

DO;

pH;

Độ kiềm;

Nhiệt độ;

Tải amoni;

Chất ức chế.

Vi sinh nitrat hóa phát triển chậm nên hệ thống có thể xử lý BOD tốt nhưng amoni vẫn cao nếu điều kiện không phù hợp.

DO thấp dù blower vẫn chạy

Có thể do:

Blower thiếu lưu lượng;

Diffuser tắc;

Đường khí rò;

Van sai vị trí;

Tải hữu cơ tăng;

MLSS tăng;

Cảm biến DO sai;

Nhiệt độ thay đổi;

Phân bố khí không đều.

Không nên kết luận ngay rằng phải mua blower lớn hơn.

MLSS liên tục tăng

Nguyên nhân phổ biến có thể là lượng bùn sinh ra lớn hơn lượng bùn được xả.

Cần kiểm tra:

Xả bùn;

SRT;

Tải hữu cơ;

TSS đầu vào;

Chất rắn vô cơ.

Nếu chỉ xả thêm bùn mà không tính SRT, hệ thống có thể chuyển từ MLSS quá cao sang mất sinh khối.

Bùn Aerotank lắng kém

Trình tự kiểm tra nên gồm:

SV30 → SVI → MLSS → DO → pH → F/M → SRT → Kính hiển vi → Nước đầu vào

Không nên sử dụng polymer trực tiếp trong bùn hoạt tính như một giải pháp vận hành thường xuyên nếu chưa xác định nguyên nhân.

Polymer có thể làm bùn lắng tạm thời nhưng không sửa được vấn đề sinh học gốc.

Cách khởi động bể Aerotank

Kiểm tra thiết bị

Trước khi cấy bùn cần chạy thử:

Blower;

Diffuser;

Bơm;

Van;

Cảm biến.

Bổ sung sinh khối

Có thể sử dụng bùn hoạt tính phù hợp.

Cấp nước theo tải tăng dần

Không nên mặc định đưa ngay 100% tải thiết kế vào hệ thống mới.

Theo dõi hàng ngày

Nên kiểm tra:

DO;

pH;

SV30;

MLSS;

Bọt;

Màu;

Mùi;

COD/BOD;

Amoni nếu cần.

Tăng tải

Chỉ tăng khi sinh khối đã thích nghi và chất lượng nước thể hiện xu hướng ổn định.

Vận hành bể Aerotank hằng ngày

Một bảng theo dõi có thể gồm:

Dữ liệu nên được ghi thành xu hướng thay vì chỉ đo khi xảy ra sự cố.

Tối ưu điện năng cho bể Aerotank

Aerotank có thể là một trong những công đoạn tiêu thụ điện lớn nhất của trạm.

Nguyên nhân chính thường là hệ thống cấp khí.

Điều khiển blower theo DO

Có thể sử dụng:

DO → PLC → VFD → Blower

để điều chỉnh lượng khí theo nhu cầu.

Kiểm tra diffuser

Diffuser bẩn hoặc tắc làm tăng áp suất và giảm hiệu quả truyền oxy.

Tránh cấp khí dư

Nếu DO liên tục cao hơn nhiều mức cần thiết, hệ thống có thể đang lãng phí năng lượng.

Phân vùng khí

Với bể dài, nhu cầu oxy ở đầu và cuối bể có thể khác nhau.

Phân phối khí phù hợp giúp sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.

Cải tạo bể Aerotank bị quá tải

Không nên lập tức xây thêm bể.

Cần audit:

Tải đầu vào

Có thực sự tăng hay do tiền xử lý kém?

Oxy

Bể có thể đủ thể tích nhưng thiếu khả năng cấp oxy.

MLSS

Sinh khối có đủ không?

Bể lắng

Nút thắt có thể nằm ở bể lắng chứ không phải Aerotank.

Nitrat hóa

Nếu chỉ amoni không đạt, vấn đề có thể liên quan SRT hoặc alkalinity.

Bổ sung MBBR

Trong một số dự án, giá thể có thể được xem xét để tăng lượng sinh khối trong thể tích hiện hữu.

Nhưng cần kiểm tra:

Hệ thống khí;

Lưới chắn giá thể;

Thủy lực;

Bể lắng;

Tải lượng.

Chi phí xây dựng và vận hành bể Aerotank

Chi phí đầu tư phụ thuộc:

Thể tích;

Vật liệu;

Blower;

Diffuser;

Đường khí;

Cảm biến;

Bơm tuần hoàn;

Tủ điện.

Chi phí vận hành

Thường gồm:

Điện blower;

Điện bơm;

Bảo trì;

Bùn dư;

Dinh dưỡng/hóa chất nếu cần;

Nhân công.

Trong đó, cấp khí thường là hạng mục đáng ưu tiên khi tối ưu OPEX.

Khi nào nên chọn bể Aerotank?

Aerotank có thể phù hợp khi:

Nước có phần hữu cơ dễ phân hủy;

Có khả năng duy trì bùn hoạt tính;

Có diện tích phù hợp;

Nhân sự có khả năng vận hành;

Yêu cầu đầu ra phù hợp với cấu hình công nghệ.

Không nên chọn chỉ vì phổ biến

Nếu:

Mặt bằng rất hạn chế;

Tải biến động cực lớn;

Nước chứa nhiều chất độc;

COD khó phân hủy chiếm tỷ lệ cao;

Yêu cầu nước tái sử dụng rất cao,

cần so sánh với các giải pháp khác trước khi quyết định.

Quy trình lựa chọn và thiết kế Aerotank

Có thể đi theo chuỗi:

Nguồn nước → Phân tích mẫu → Tiền xử lý → BOD/COD sinh học → NH₄-N → Tải lượng → Mục tiêu đầu ra → SRT → F/M → MLSS → Thể tích → Oxy → Blower → Bể lắng → Tuần hoàn → Xả bùn → OPEX

Cách tiếp cận này đặt Aerotank trong toàn bộ hệ thống thay vì xem nó như một bể độc lập.

Câu hỏi thường gặp về bể Aerotank

Bể Aerotank dùng để làm gì?

Aerotank sử dụng bùn hoạt tính hiếu khí để xử lý chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và có thể hỗ trợ nitrat hóa khi điều kiện phù hợp.

Aerotank có phải bể hiếu khí không?

Có. Aerotank là một dạng công trình sinh học hiếu khí, nhưng “bể hiếu khí” là khái niệm rộng hơn.

Bể Aerotank có cần máy thổi khí không?

Có. Quá trình cần nguồn oxy và khuấy trộn phù hợp, thường được cung cấp bởi blower kết hợp diffuser.

DO trong Aerotank bao nhiêu là tốt?

Không nên áp dụng một con số cố định cho mọi hệ thống. DO cần được xác định theo tải lượng, mục tiêu xử lý, cấu hình và điều kiện vận hành.

MLSS càng cao càng tốt phải không?

Không. MLSS quá cao có thể tăng nhu cầu oxy và tải bể lắng. Cần duy trì theo thiết kế và trạng thái hệ thống.

Aerotank có xử lý được amoni không?

Có thể khi hệ thống duy trì đủ sinh khối nitrat hóa, tuổi bùn, oxy, pH, độ kiềm và nhiệt độ phù hợp.

Vì sao bùn Aerotank nổi?

Có nhiều nguyên nhân như khử nitrate trong bể lắng, lưu bùn lâu hoặc đặc tính bùn bất thường. Cần kiểm tra trước khi xử lý.

Aerotank có cần bổ sung men vi sinh thường xuyên không?

Không nhất thiết. Hệ bùn hoạt tính ổn định có khả năng duy trì sinh khối thông qua sinh trưởng và tuần hoàn bùn.

Aerotank khác MBBR thế nào?

Aerotank chủ yếu duy trì sinh khối lơ lửng, còn MBBR sử dụng giá thể để phát triển màng vi sinh.

Aerotank bị quá tải có phải xây thêm bể không?

Chưa chắc. Cần kiểm tra tải đầu vào, oxy, MLSS, SRT, bể lắng và tiền xử lý trước khi quyết định mở rộng.

Kết luận

Bể Aerotank là một trong những công trình sinh học quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải. Công nghệ sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng và oxy để chuyển hóa BOD, phần COD có khả năng phân hủy sinh học và hỗ trợ nitrat hóa khi được thiết kế đúng điều kiện.

Hiệu quả của Aerotank không được quyết định bởi riêng thể tích bể hay công suất máy thổi khí. Các thông số tải BOD, MLSS, MLVSS, F/M, SRT, HRT, DO, pH, nhiệt độ, tuần hoàn bùn, xả bùn và khả năng lắng có quan hệ chặt chẽ với nhau.

Vì vậy, khi thiết kế hoặc cải tạo Aerotank cần đánh giá toàn bộ chuỗi nước đầu vào → tải lượng → sinh khối → oxy → bể lắng → bùn tuần hoàn → bùn dư → nước đầu ra. Cách tiếp cận này giúp khai thác đúng khả năng của bùn hoạt tính, giảm sự cố và tối ưu chi phí vận hành lâu dài.