Bất kỳ một trạm xử lý nước thải nào, dù lớn hay nhỏ, hoạt động không hiệu quả, tốn kém chi phí vận hành hay thường xuyên gặp sự cố, phần lớn đều bắt nguồn từ một khâu cốt lõi: tính toán thiết kế ban đầu sai lầm. Một bản thiết kế không chỉ là những bản vẽ kỹ thuật, nó là bộ não, là nền tảng quyết định toàn bộ hiệu quả xử lý, chi phí đầu tư và sự bền vững của cả một công trình môi trường.
Vậy, làm thế nào để tính toán một hệ thống xử lý nước thải một cách chính xác? Bài viết này, dưới góc độ của một kỹ sư thiết kế trưởng tại Môi Trường Xanh ARES, sẽ là một cẩm nang kỹ thuật chi tiết, cung cấp các công thức tính toán cốt lõi và một ví dụ minh họa đầy đủ, giúp các kỹ sư, chủ đầu tư có thể nắm vững phương pháp thiết kế các công trình đơn vị quan trọng nhất.
Các Thông Số Đầu Vào Cần Xác Định Trước Khi Tính Toán
Trước khi bắt đầu bất kỳ một phép tính nào, một kỹ sư thiết kế phải thu thập và xác định rõ ràng các dữ liệu đầu vào. Đây là cơ sở để mọi công thức trở nên có ý nghĩa. Các thông số bắt buộc bao gồm:
- Lưu lượng nước thải (): Được tính bằng đơn vị m³/ngày. Đây là thông số quyết định quy mô của toàn bộ hệ thống. Cần xác định cả lưu lượng trung bình và lưu lượng đỉnh giờ để thiết kế bể điều hòa và hệ thống bơm.
- Nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào:
- BOD₅ (Nhu cầu oxy sinh hóa): Chỉ số quan trọng nhất để tính toán các công trình xử lý sinh học.
- COD (Nhu cầu oxy hóa học): Phản ánh tổng lượng chất hữu cơ.
- TSS (Tổng chất rắn lơ lửng): Ảnh hưởng đến thiết kế bể lắng và xử lý bùn.
- Tổng Nitơ (T-N) và Tổng Photpho (T-P): Các thông số quan trọng nếu cần xử lý dinh dưỡng triệt để.
- Yêu cầu chất lượng nước đầu ra: Phải tuân thủ theo các quy chuẩn hiện hành như QCVN 14:2025/BTNMT đối với nước thải sinh hoạt hoặc QCVN 40:2025/BTNMT đối với nước thải công nghiệp. Cần xác định rõ mục tiêu xử lý là đạt cột A hay cột B.
Hướng Dẫn Tính Toán Chi Tiết 3 Công Trình Đơn Vị Cốt Lõi
Để bài viết không bị dàn trải, chúng ta sẽ tập trung vào việc tính toán hệ thống xử lý nước thải với 3 công trình đơn vị phổ biến và quan trọng nhất: Bể điều hòa, Bể hiếu khí Aerotank và Bể lắng ly tâm.
1. Tính Toán Bể Điều Hòa
Bể điều hòa đóng vai trò như một “trái tim” bơm máu cho toàn hệ thống. Nó có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, tạo ra một dòng chảy ổn định vào các công trình xử lý phía sau, giúp chúng hoạt động hiệu quả và tránh bị “sốc tải”.
Công thức tính thể tích bể điều hòa: Vđh=Qtb×t
Trong đó:
- : Thể tích hữu ích của bể điều hòa (m³).
- : Lưu lượng nước thải trung bình ngày (m³/ngày).
- : Thời gian lưu nước cần thiết (ngày). Thời gian lưu thường được chọn từ 6 đến 12 giờ (tương đương ngày), tùy thuộc vào mức độ dao động của lưu lượng và nồng độ nước thải.
Tính toán công suất máy thổi khí khuấy trộn: Để ngăn ngừa lắng cặn và các quá trình phân hủy kỵ khí gây mùi, bể điều hòa cần được khuấy trộn bằng máy thổi khí. Công suất được tính toán dựa trên yêu cầu cấp khí từ 0.012 – 0.02 m³ khí/phút cho mỗi m³ thể tích bể.
2. Tính Toán Bể Hiếu Khí (Aerotank)
Đây là công trình trung tâm của quá trình xử lý sinh học, nơi các vi sinh vật hiếu khí thực hiện nhiệm vụ phân hủy các chất hữu cơ. Việc tính toán bể aerotank chính xác sẽ quyết định hiệu quả xử lý BOD, COD của toàn hệ thống.
Công thức tính thể tích bể theo tải trọng hữu cơ ():
Trong đó:
- : Thể tích bể hiếu khí (m³).
- : Lưu lượng nước thải (m³/ngày).
- : Nồng độ BOD₅ đầu vào và đầu ra yêu cầu của bể (mg/L hoặc g/m³).
- : Tải trọng hữu cơ của bể (kg BOD₅/m³.ngày). Đây là thông số thiết kế quan trọng, thể hiện lượng BOD mà 1m³ thể tích bể có thể xử lý trong một ngày. Đối với nước thải sinh hoạt, thường được chọn trong khoảng 0.3 – 0.8 kg BOD₅/m³.ngày.
Công thức tính lượng oxy cần thiết (AOR): Vi sinh vật hiếu khí cần oxy để sống và làm việc. Lượng oxy thực tế cần cung cấp (Actual Oxygen Requirement – AOR) được tính như sau:
Trong đó:
- : Lượng oxy cần thiết (kg O₂/ngày).
- : Lượng bùn hoạt tính sinh ra mỗi ngày (kg/ngày), được tính toán dựa trên các hệ số sinh trưởng của vi sinh vật.
Tính toán lượng không khí cần cung cấp: Từ AOR, ta có thể tính được lưu lượng không khí cần thiết từ máy thổi khí, có xét đến hiệu suất truyền oxy của thiết bị phân phối khí (thường là đĩa hoặc ống).
3. Tính Toán Bể Lắng Ly Tâm (Bể Lắng Đứng)
Sau khi xử lý ở bể Aerotank, hỗn hợp nước và bùn hoạt tính sẽ được dẫn sang bể lắng để tách bùn ra khỏi nước.
Công thức tính toán đường kính bể: Việc tính toán bể lắng dựa trên tải trọng bề mặt, hay còn gọi là vận tốc lắng.
Trong đó:
- : Đường kính vùng lắng của bể (m).
- : Lưu lượng nước thải giờ lớn nhất (m³/h).
- : Vận tốc dòng chảy dâng lên trong vùng lắng (m/h). Thông số này thường được chọn trong khoảng 0.5 – 1.2 m/h đối với bể lắng thứ cấp cho nước thải sinh hoạt.
Kiểm tra lại theo thời gian lưu nước: Sau khi có đường kính và chọn chiều cao vùng lắng (thường từ 2.5 – 4m), cần tính lại thể tích và kiểm tra thời gian lưu nước (). Thời gian lưu trong bể lắng thứ cấp phải đảm bảo lớn hơn 1.5 – 2 giờ.
Ví Dụ Minh Họa: Tính Toán Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Công Suất 200 m³/ngày
Để dễ hình dung, chúng ta sẽ cùng áp dụng các công thức trên vào một bài toán thực tế.
Đề bài: Thiết kế một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho một khu dân cư với các thông số sau:
- Lưu lượng trung bình ngày: m³/ngày.
- Lưu lượng giờ lớn nhất: m³/h.
- Nồng độ BOD₅ đầu vào: mg/L.
- Yêu cầu nồng độ BOD₅ đầu ra: mg/L (đạt cột A, QCVN 14:2025/BTNMT).
Bài giải chi tiết:
1. Tính toán Bể Điều Hòa:
- Chọn thời gian lưu nước giờ = ngày.
- Thể tích bể điều hòa cần thiết:
-> Chọn thể tích thực tế của bể là 70 m³.
2. Tính toán Bể Hiếu Khí (Aerotank):
- Chọn tải trọng hữu cơ kg BOD₅/m³.ngày (giá trị an toàn cho hệ thống hoạt động ổn định).
- Thể tích bể Aerotank cần thiết:
-> Chọn thể tích thực tế của bể là 95 m³.
- Tính lượng oxy cần thiết (tính toán đơn giản hóa, bỏ qua lượng bùn dư):
- Lượng không khí cần cấp (giả sử hiệu suất truyền oxy là 15%, không khí chứa 23.2% oxy theo trọng lượng, khối lượng riêng không khí là 1.2 kg/m³):
-> Chọn máy thổi khí có công suất phù hợp.
3. Tính toán Bể Lắng Ly Tâm:
- Chọn vận tốc lắng (tốc độ dòng dâng) m/h.
- Đường kính vùng lắng của bể:
-> Chọn đường kính bể thực tế là D = 5.0 m.
- Kiểm tra thời gian lưu:
- Chọn chiều cao vùng lắng m.
- Thể tích vùng lắng:
- Thời gian lưu trung bình:
-> Thời gian lưu > 2 giờ, đạt yêu cầu.
Xem thêm: Tổng hợp các dịch vụ xử lý nước thải Môi Trường Xanh ARES
Lưu Ý Từ Chuyên Gia ARES: Công Thức Là Nền Tảng, Kinh Nghiệm Là Chìa Khóa
Qua ví dụ trên, có thể thấy việc tính toán hệ thống xử lý nước thải về cơ bản là áp dụng các công thức. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là: Tại sao lại chọn thời gian lưu bể điều hòa là 8 giờ mà không phải 6 giờ? Tại sao chọn tải trọng hữu cơ mà không phải 0.8? Tại sao chọn vận tốc lắng m/h?
Đây chính là lúc kinh nghiệm thực chiến của người kỹ sư lên tiếng. Việc lựa chọn các hệ số, các thông số thiết kế này không phải là tùy ý. Nó phải dựa trên sự am hiểu sâu sắc về:
- Đặc tính của từng loại nước thải (sinh hoạt khác thực phẩm, thực phẩm khác dệt nhuộm).
- Sự biến thiên thực tế của dòng thải.
- Khả năng chịu sốc tải của từng công nghệ.
- Mục tiêu tối ưu hóa chi phí vận hành cho chủ đầu tư.
Một kỹ sư giỏi không chỉ thuộc công thức, mà còn biết cách lựa chọn các thông số thiết kế một cách thông minh để hệ thống vừa hoạt động hiệu quả, vừa có chi phí hợp lý nhất. Đây chính là giá trị cốt lõi mà đội ngũ thiết kế của Môi Trường Xanh ARES luôn mang lại cho mỗi dự án.
Xem thêm: Hướng dẫn tính toán lượng bùn sinh ra trong hệ thống xử lý nước thải
Cần Một Bản Thiết Kế Được Tính Toán Chuyên Nghiệp và Chính Xác?
Một bản thiết kế tốt là nền tảng cho một công trình thành công. Nếu bạn cần một giải pháp xử lý nước thải được tính toán và thiết kế một cách bài bản, dựa trên cả nền tảng khoa học vững chắc và kinh nghiệm thực tiễn từ hơn 300 dự án, hãy liên hệ với Môi Trường Xanh ARES.
- Hotline: 0909 939 108
- Email: info@aresen.vn
- Website: www.aresen.vn | www.moitruongxanh.vn
