4 BƯỚC TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHÍNH XÁC

Tính toán công suất xử lý nước thải là nền tảng quan trọng để thiết kế hệ thống hoạt động hiệu quả, tiết kiệm chi phí và đảm bảo chất lượng đầu ra đạt chuẩn. Bài viết này hướng dẫn chi tiết 4 bước tính toán, từ xác định lưu lượng m³/ngày, đến đánh giá tải lượng BOD, COD, giúp doanh nghiệp chủ động triển khai giải pháp xử lý phù hợp.

Nội dung bài viết

1. Giới thiệu về tính toán công suất xử lý nước thải

Trong thiết kế hệ thống xử lý, việc xác định đúng tính toán công suất xử lý nước thải có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả lâu dài. Nếu công suất tính toán thấp hơn thực tế, bể lắng và bể sinh học dễ quá tải, hiệu quả xử lý giảm dưới 70%. Ngược lại, nếu tính toán quá dư thừa, chi phí xây dựng và vận hành có thể tăng 20–30%.

Các chỉ số thường được phân tích bao gồm:

Lưu lượng m³/ngày: dao động theo giờ, ngày, mùa
Tải lượng BOD, COD: phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ
Nồng độ TSS, N-NH4+, P-PO43-: quyết định lựa chọn công nghệ sinh học hay hóa lý

Một hệ thống chuẩn quốc tế thường duy trì BOD5 sau xử lý < 30 mg/L, COD < 75 mg/L, TSS < 50 mg/L theo QCVN 40:2011/BTNMT. Để đạt được, tính toán công suất cần bám sát đặc tính nguồn thải thực tế.

2. Vai trò của việc tính toán công suất chính xác

Xác định đúng công suất mang lại ba lợi ích chính:

Ổn định vận hành: Lưu lượng thực tế khớp với thiết kế, bể không quá tải, vi sinh hoạt động hiệu quả, tuổi thọ hệ thống tăng thêm 25%.
Tối ưu chi phí: Đầu tư thiết bị, máy bơm, bể điều hòa đúng quy mô. Với hệ thống 1.000 m³/ngày, chênh lệch 20% công suất có thể làm tăng thêm hơn 1 tỷ đồng chi phí đầu tư ban đầu.
Đáp ứng tiêu chuẩn môi trường: Khi tải lượng BOD, COD được tính chính xác, hệ thống dễ dàng duy trì chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn loại A hoặc B tùy yêu cầu.

Nhiều dự án tại khu công nghiệp Đông Nam Á cho thấy, nhờ áp dụng đúng công thức tính toán công suất xử lý nước thải, tỷ lệ nước đầu ra đạt chuẩn tăng từ 80% lên 98%, giảm thiểu rủi ro bị phạt hành chính.

3. Nguyên tắc chung trong tính toán công suất

Khi thiết kế, kỹ sư cần bám theo các nguyên tắc:

Thu thập số liệu đầu vào đầy đủ: bao gồm sản lượng sản xuất, hệ số tiêu thụ nước, tỷ lệ nước thải trên nước cấp (0.7–0.9).
Tính theo lưu lượng cực đại: hệ số dao động ngày thường lấy 1.3–1.5 lần so với trung bình.
Đánh giá thành phần ô nhiễm: tải lượng BOD, COD thường biến thiên theo ca sản xuất, cần lấy mẫu ít nhất 3–5 ngày liên tiếp để đảm bảo độ tin cậy.
Áp dụng hệ số an toàn: thường cộng thêm 10–15% để tránh rủi ro.

Ví dụ: Một nhà máy thực phẩm thải 800 m³/ngày trung bình, nhưng giờ cao điểm có thể lên 1.100 m³/ngày. Nếu không cộng hệ số cực đại, hệ thống sẽ liên tục quá tải, hiệu quả giảm dưới 60%.

4. 4 bước tính toán công suất xử lý nước thải

Bước 1: Xác định lưu lượng m³/ngày

Lưu lượng được tính dựa trên:

Qtb (m³/ngày) = N × q × k
Trong đó:
N = số lao động hoặc sản lượng (tấn/ngày)
q = hệ số tiêu thụ nước (m³/người·ngày hoặc m³/tấn)
k = hệ số xả thải (0.7–0.9)
Qmax (m³/ngày) = Qtb × f
Trong đó f = hệ số dao động (1.3–1.5)

Ví dụ: Một nhà máy đồ uống có 500 công nhân, q = 0.15 m³/người·ngày, k = 0.8. Khi đó:
Qtb = 500 × 0.15 × 0.8 = 60 m³/ngày
Nếu f = 1.4 → Qmax = 84 m³/ngày

Kết quả này dùng để thiết kế bể điều hòa và lựa chọn bơm có lưu lượng phù hợp.

Bước 2: Tính toán tải lượng BOD

Trong tính toán công suất xử lý nước thải, việc xác định tải lượng BOD là yếu tố quan trọng nhất. Chỉ số BOD5 (Biochemical Oxygen Demand sau 5 ngày, đơn vị mg/L) phản ánh nhu cầu oxy sinh học để vi sinh phân hủy các hợp chất hữu cơ. Nếu tính thiếu, hệ thống vi sinh dễ bị sốc tải; nếu tính dư, chi phí xây dựng tăng cao.

Công thức tính tải lượng BOD

LBOD (kg/ngày) = Q × CBOD / 1.000
Trong đó:
Q = Lưu lượng nước thải (m³/ngày)
CBOD = Nồng độ BOD5 trong nước thải đầu vào (mg/L)

Ví dụ: Một cơ sở chế biến thủy sản có Q = 1.200 m³/ngày, CBOD = 600 mg/L.
LBOD = 1.200 × 600 / 1.000 = 720 kg/ngày.

Ứng dụng trong thiết kế

Với tải lượng 720 kg BOD/ngày, nếu áp dụng công nghệ bùn hoạt tính, yêu cầu thể tích bể hiếu khí phải đủ để duy trì tải trọng thể tích khoảng 0.3–0.6 kg BOD/m³·ngày.
Như vậy, dung tích bể tối thiểu = 720 / 0.5 = 1.440 m³.

Hệ số an toàn

Trong thực tế, cần cộng thêm 10–20% để dự phòng dao động sản xuất. Nếu hệ số an toàn 1.15, tải lượng thiết kế = 828 kg/ngày.

Ví dụ thực tế

Một nhà máy bia tại Đông Nam Á từng thiết kế hệ thống theo tải lượng BOD trung bình 450 kg/ngày, trong khi thực tế dao động lên 650–700 kg/ngày. Hậu quả là sau 6 tháng, bể aerotank luôn quá tải, DO < 1 mg/L, vi sinh chết hàng loạt. Sau khi tính lại với tải lượng thực và mở rộng bể thêm 300 m³, hiệu quả xử lý BOD đầu ra tăng từ 60% lên 95%, đảm bảo BOD < 30 mg/L.

Bước 3: Tính toán tải lượng COD

Bên cạnh BOD, tải lượng COD (Chemical Oxygen Demand) thể hiện tổng lượng oxy cần để oxy hóa cả hợp chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy. Chỉ số COD thường cao hơn BOD khoảng 1.5–2 lần, tùy đặc tính nước thải.

Công thức tính tải lượng COD

LCOD (kg/ngày) = Q × CCOD / 1.000
Trong đó:
Q = Lưu lượng nước thải (m³/ngày)
CCOD = Nồng độ COD đầu vào (mg/L)

Ví dụ: Với Q = 1.200 m³/ngày, CCOD = 1.000 mg/L.
LCOD = 1.200 × 1.000 / 1.000 = 1.200 kg/ngày.

Ý nghĩa trong thiết kế

COD cao thể hiện có nhiều hợp chất khó phân hủy sinh học. Nếu tỷ lệ COD/BOD > 2.5, chỉ áp dụng công nghệ sinh học là chưa đủ, cần bổ sung quá trình hóa lý (keo tụ – tạo bông) hoặc oxy hóa nâng cao (Fenton, Ozone).
Tải lượng COD quyết định kích thước bể UASB, MBBR hoặc FBR.

Mối liên hệ BOD – COD

COD/BOD < 2 → nước thải dễ xử lý sinh học.
COD/BOD từ 2–3 → cần kết hợp tiền xử lý hóa lý.
COD/BOD > 3 → bắt buộc phải có giai đoạn oxy hóa hóa học trước khi sinh học.

Ví dụ thực tế

Một nhà máy dệt nhuộm tại Trung Đông có Q = 2.500 m³/ngày, CBOD = 350 mg/L, CCOD = 1.100 mg/L.

LBOD = 875 kg/ngày.
LCOD = 2.750 kg/ngày.
Tỷ lệ COD/BOD = 3.14.
Ban đầu hệ thống chỉ có bể aerotank, hiệu suất xử lý COD đạt dưới 50%. Sau khi bổ sung bể keo tụ – Fenton (dùng H2O2 + FeSO4), hiệu suất COD tăng lên 85%, COD sau xử lý còn 120 mg/L, đáp ứng chuẩn QCVN loại A.

Bước 4: Xác định công suất xử lý cuối cùng

Sau khi đã có lưu lượng m³/ngày, tải lượng BOD và tải lượng COD, bước cuối cùng là xác định công suất xử lý tổng hợp. Đây là chỉ số then chốt quyết định quy mô bể, lựa chọn công nghệ, công suất bơm khí, công suất máy thổi khí và tổng mức đầu tư.

4.1. Công thức tính công suất xử lý tổng hợp

Công suất xử lý thường được xác định bằng tải lượng ô nhiễm hữu cơ tương đương (kg O₂/ngày).

Công suất xử lý (kg O₂/ngày) = LBOD × α + (LCOD – LBOD) × β

Trong đó:

LBOD: Tải lượng BOD (kg/ngày)
LCOD: Tải lượng COD (kg/ngày)
α: Hệ số xử lý sinh học (0.9–1.0)
β: Hệ số xử lý hóa lý (0.4–0.7, tùy công nghệ)

Ví dụ: Một nhà máy thực phẩm có LBOD = 500 kg/ngày, LCOD = 950 kg/ngày.

Công suất xử lý = 500 × 0.95 + (950 – 500) × 0.6 = 475 + 270 = 745 kg O₂/ngày.

Chỉ số này là cơ sở để tính dung tích bể sinh học, công suất máy thổi khí, lượng hóa chất keo tụ, và chi phí điện năng.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế hệ thống

Khi đã có công suất xử lý, kỹ sư sẽ:

Xác định kích thước bể sinh học: dựa trên tải trọng thể tích (0.3–0.6 kg BOD/m³·ngày đối với aerotank truyền thống; 0.6–1.0 kg đối với MBBR).
Tính công suất máy thổi khí: theo nhu cầu oxy thực tế (1 kg BOD cần 1–1.5 kg O₂).
Tính lượng bùn phát sinh: 1 kg BOD loại bỏ sinh ra 0.3–0.4 kg MLSS (bùn khô).
Chọn công nghệ xử lý: UASB, MBR, MBBR, SBR tùy theo tải lượng ô nhiễm và diện tích đất.

4.3. Ví dụ tổng hợp theo ngành

Để hình dung rõ hơn, dưới đây là các ví dụ thực tế:

a) Ngành chế biến thủy sản

Lưu lượng: 1.200 m³/ngày
BOD: 600 mg/L → LBOD = 720 kg/ngày
COD: 1.000 mg/L → LCOD = 1.200 kg/ngày
Công suất xử lý = 720 × 0.95 + (1.200 – 720) × 0.6 = 684 + 288 = 972 kg O₂/ngày
→ Cần bể aerotank 1.620 m³ (tải trọng 0.6 kg/m³·ngày).

b) Ngành dệt nhuộm

Lưu lượng: 2.500 m³/ngày
BOD: 350 mg/L → LBOD = 875 kg/ngày
COD: 1.100 mg/L → LCOD = 2.750 kg/ngày
Công suất xử lý = 875 × 0.9 + (2.750 – 875) × 0.5 = 787.5 + 937.5 = 1.725 kg O₂/ngày
→ Cần bổ sung keo tụ – Fenton trước bể sinh học.

c) Ngành y tế – bệnh viện

Lưu lượng: 600 m³/ngày
BOD: 250 mg/L → LBOD = 150 kg/ngày
COD: 420 mg/L → LCOD = 252 kg/ngày
Công suất xử lý = 150 × 0.95 + (252 – 150) × 0.5 = 142.5 + 51 = 193.5 kg O₂/ngày
→ Có thể dùng công nghệ MBR (membrane bioreactor) để tiết kiệm diện tích.

d) Ngành sản xuất bia – đồ uống

Lưu lượng: 1.000 m³/ngày
BOD: 500 mg/L → LBOD = 500 kg/ngày
COD: 900 mg/L → LCOD = 900 kg/ngày
Công suất xử lý = 500 × 0.95 + (900 – 500) × 0.6 = 475 + 240 = 715 kg O₂/ngày
→ Sử dụng bể UASB kết hợp MBBR sẽ tối ưu chi phí.

4.4. Bảng tính công suất xử lý tham khảo

Ngành nghề	Q (m³/ngày)	BOD (mg/L)	COD (mg/L)	LBOD (kg/ngày)	LCOD (kg/ngày)	Công suất xử lý (kg O₂/ngày)	Công nghệ khuyến nghị
Thủy sản	1.200	600	1.000	720	1.200	972	Aerotank + MBBR
Dệt nhuộm	2.500	350	1.100	875	2.750	1.725	Keo tụ + Fenton + Aerotank
Y tế	600	250	420	150	252	193.5	MBR
Bia – đồ uống	1.000	500	900	500	900	715	UASB + MBBR

4.5. Checklist kỹ thuật khi tính công suất

Để đảm bảo kết quả chính xác, kỹ sư cần thực hiện theo checklist sau:

Lấy mẫu nước thải ít nhất 5 ngày liên tiếp, cả ca ngày và ca đêm.
Đo các chỉ số pH, TSS, BOD, COD, N-NH4+, P-PO43-.
Xác định lưu lượng trung bình và cực đại, kiểm tra hệ số dao động ≥ 1.3.
So sánh tỷ lệ COD/BOD để lựa chọn công nghệ phù hợp.
Áp dụng hệ số an toàn 10–15% khi xác định công suất xử lý cuối cùng.
Kiểm chứng bằng thí nghiệm pilot (nếu dự án > 2.000 m³/ngày).

4.6. Ý nghĩa của việc xác định công suất chính xác

Giảm 20–25% chi phí vận hành điện và hóa chất.
Đảm bảo BOD sau xử lý < 30 mg/L, COD < 75 mg/L theo QCVN.
Tuổi thọ trung bình bể sinh học tăng thêm 30% do không quá tải.
Tạo cơ sở khoa học để thẩm định và phê duyệt dự án nhanh hơn.

Ví dụ: Một nhà máy chế biến sữa ở Nam Á sau khi áp dụng phương pháp tính toán công suất xử lý nước thải chuẩn, chi phí vận hành giảm từ 45 triệu đồng/tháng xuống còn 32 triệu đồng/tháng, đồng thời nước thải đầu ra ổn định ở BOD 20 mg/L, COD 65 mg/L.

5. TẠI SAO CHỌN ETEK TRONG TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Trong lĩnh vực tính toán công suất xử lý nước thải, việc lựa chọn đối tác giàu kinh nghiệm là yếu tố then chốt. ETEK không chỉ cung cấp giải pháp kỹ thuật trong nước mà còn có năng lực triển khai ở nhiều khu vực quốc tế, đảm bảo mọi dự án đạt chuẩn quốc tế về hiệu quả và an toàn.

Kinh nghiệm và năng lực kỹ thuật vượt trội

Hơn 15 năm kinh nghiệm trong thiết kế và vận hành hệ thống xử lý với công suất từ 500 đến 20.000 m³/ngày.
Đã triển khai thành công trên 250 dự án trong các ngành: thủy sản, dệt nhuộm, y tế, thực phẩm, đồ uống.
Đội ngũ kỹ sư chuyên ngành môi trường – hóa sinh – cơ điện tử, được đào tạo theo chuẩn ISO, TCVN và WHO.
Ứng dụng phần mềm BioWin, GPS-X để mô phỏng chính xác lưu lượng m³/ngày, tải lượng BOD, COD và dự báo hiệu quả xử lý.

Ví dụ: tại một khu công nghiệp ở Đông Nam Á, ETEK đã thiết kế hệ thống 8.000 m³/ngày, tính toán sai số công suất < 5%, giúp doanh nghiệp tiết kiệm 12% chi phí đầu tư.

Dịch vụ toàn diện theo chuẩn quốc tế

ETEK không chỉ thực hiện tính toán mà còn cung cấp trọn gói dịch vụ:

Khảo sát và lấy mẫu: đo đạc lưu lượng, phân tích BOD, COD, TSS, N, P.
Mô phỏng công suất xử lý: chạy thử pilot để xác định tải lượng tối ưu.
Thiết kế chi tiết: lựa chọn công nghệ MBR, MBBR, UASB hoặc SBR tùy loại hình sản xuất.
Đào tạo nhân sự: hướng dẫn vận hành, kiểm soát DO, MLSS, F/M ratio.
Bảo trì định kỳ: kiểm tra hệ số an toàn, dự báo tải lượng cực đại, điều chỉnh công suất bơm khí.

Nhờ đó, nhiều doanh nghiệp đã giảm tới 25% chi phí vận hành hằng năm khi áp dụng dịch vụ toàn diện của ETEK.

Năng lực triển khai quốc tế

ETEK có khả năng thực hiện các dự án ở nước ngoài, minh chứng qua nhiều công trình thành công:

Đông Nam Á: nhà máy chế biến thủy sản, công suất 5.000 m³/ngày, sau cải tạo đạt hiệu suất xử lý BOD 96%, COD 90%.
Nam Á: bệnh viện 1.200 giường, hệ thống xử lý 1.500 m³/ngày, sau khi thiết kế lại công suất, nước thải đầu ra đạt chuẩn WHO < 20 mg/L BOD.
Trung Đông: nhà máy dệt nhuộm công suất 10.000 m³/ngày, nhờ tính toán lại công suất xử lý nước thải, tỷ lệ COD giảm từ 1.000 mg/L xuống còn 95 mg/L.

Những dự án này chứng minh ETEK có khả năng đáp ứng các điều kiện môi trường khắc nghiệt và tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt.

Cam kết an toàn và tuân thủ tiêu chuẩn

ETEK áp dụng hệ thống quản lý an toàn và chất lượng nghiêm ngặt:

An toàn điện: kiểm tra tiếp đất < 2 Ω theo IEC 60364.
An toàn hóa chất: quản lý PAC, polymer, H₂O₂ theo chuẩn OSHA, kiểm soát VOC < 50 ppm.
An toàn cơ khí: duy trì rung động máy thổi khí < 2.5 mm/s RMS, nhiệt độ motor < 75°C.
Tiêu chuẩn môi trường: QCVN 40:2011/BTNMT, ISO 14001, WHO.

Nhờ đó, hệ thống vận hành ổn định, tỷ lệ downtime < 2%/tháng, kéo dài tuổi thọ bể sinh học thêm 20–25%.

Xu hướng công nghệ xử lý hiện đại

ETEK cập nhật các giải pháp Công nghiệp 4.0 vào tính toán công suất:

IoT & SCADA: giám sát online lưu lượng, DO, pH, ORP, BOD tương đương.
AI phân tích dữ liệu: dự báo dao động lưu lượng và tải lượng BOD/COD theo mùa vụ.
Digital Twin: mô phỏng song song bể sinh học, dự báo sự cố sốc tải trước 48 giờ.
CMMS: quản lý bảo trì tập trung, nhắc lịch vệ sinh bể và kiểm tra bơm khí.

Ví dụ: một dự án tại Trung Đông sau khi áp dụng IoT giám sát online, lượng điện tiêu thụ máy thổi khí giảm 18%, đồng thời BOD đầu ra ổn định < 25 mg/L.

Lý do nên chọn ETEK

Kinh nghiệm quốc tế và am hiểu thị trường nội địa.
Năng lực xử lý đa ngành: thủy sản, dệt nhuộm, y tế, thực phẩm, bia – đồ uống.
Ứng dụng công nghệ mô phỏng, đảm bảo tính toán chính xác tính toán công suất xử lý nước thải.
Dịch vụ trọn gói: khảo sát – thiết kế – đào tạo – bảo trì.
Đội ngũ kỹ sư sẵn sàng hỗ trợ 24/7, cả trực tuyến và tại chỗ.

Nhờ vậy, ETEK được nhiều doanh nghiệp xem là đối tác chiến lược lâu dài trong lĩnh vực xử lý nước thải.

6. Tổng kết

Qua 4 bước:

Xác định lưu lượng m³/ngày
Tính toán tải lượng BOD
Tính toán tải lượng COD
Xác định công suất xử lý tổng hợp

Doanh nghiệp có thể thiết kế hệ thống phù hợp, tối ưu chi phí và đảm bảo chất lượng nước đầu ra. Với kinh nghiệm và năng lực quốc tế, ETEK là lựa chọn đáng tin cậy cho mọi dự án trong và ngoài nước.

BÀI VIẾT LIÊN QUAN:

Tư vấn các hệ thống xử lý nước thải

Thị trường quốc tế