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

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
+

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

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

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 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

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

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

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

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

3-15
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

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

: 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

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

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

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)

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

)./(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

−
=
−
=
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:

−
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:

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

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).

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