Nghiên cứu mô hình bể lọc sinh học ứng dụng xử lí nước thải bệnh viện krôngnăng - Đăklăk

Nghiên cứu Mô Hình Bể Lọc Sinh Học Ứng Dụng Xử Lí Nước Thải Bệnh Viện KrôngNăng - ĐăkLăk Tên đề tài : “Nghiên Cứu Mô Hình Bể Lọc Sinh Học Ứng Dụng Xử Lí Nước Thải Bệnh Viện Huyện KrôngNăng - ĐăkLăk”. Chuyên ngành: Công nghệ môi trường Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Dũng. Lớp:08Mt2 Cán bộ hướng dẫn: Th.s Trần Phước Cường MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, đời sống người dân được nâng cao. Từ đó, người dân quan tâm đến sức khỏe hơn và nhu cầu khám chữa bệnh của người dân tăng.Vì vậy để đáp ứng được nhu cầu khám và chữa bệnh của người dân, nhiều công trình xây dựng mới, nâng cấp và mở rộng bệnh viện được thực hiện. Trong quá trình khám chữa bệnh, bệnh viện phát sinh một lượng nước thải đáng kể . Nếu không xử lí thì nó sẽ gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt trong nước thải bệnh viện chứa số lượng lớn các loại vi khuẩn gây bệnh ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người. Do đó nước thải cần được xử lí đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bệnh viện đa khoa huyện Krông Năng là một cơ sở y tế cấp huyện.Tuy bệnh viện có qui mô nhỏ nhưng với số lượng bệnh nhân ngày càng tăng, thiết bị y tế thiếu thốn dẫn đến tình trạng bệnh viện thường xuyên quá tải. Lượng nước thải phát sinh ngày càng nhiều mà chưa có giải pháp xử lí cụ thể. Hàng ngày bệnh viện Krông Năng thải ra 100m3 nước thải, không chỉ làm mất cảnh quan tại khu vực trên mà còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe bệnh nhân đến khám tại đây.Từ những lí luận và thực tiễn trên tôi tiến hành chọn đề tài : “Nghiên cứu mô hình bể lọc sinh học ứng dụng xử lí nước thải bệnh viện huyện Krông Năng - Đăklăk” nhằm mục đích xử lí nước thải bệnh viện đạt tiêu chuẩn trước khi đưa ra môi trường. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan về bệnh viện huyện Krông Năng [13] Huyện Krông Năng là huyện có nhiều xã, thôn buôn thuộc vùng sâu vùng xa của tỉnh Đăk Lăk.Trong những năm qua, được sự quan tâm của các các cấp chính quyền ngành y tế huyện đã hoàn thành tốt nhiệm vụ khám chữa bệnh cho người dân tại khu vực thị trấn và khu vực lân cận. Vị trí địa lí bệnh viện [1] Bệnh viện đa khoa Krông Năng hiện là bệnh viện tuyến huyện toạ lạc trên khu đất có diện tích 10.894 m2, tại thị trấn Krông Năng huyện Krông Năng, tỉnh Đăk Lăk .Có vị trí địa lí như sau: Phía bắc giáp đường giao thông nội thị. Phía nam giáp đất trồng cà phê thị trấn Krông Năng. Phía đông giáp đất trồng cà phê thị trấn Krông Năng. Phía Tây giáp đường giao thông nội thị. 1.1.2. Qui mô bệnh viện Hiện nay, huyện Krông Năng có 1 bệnh viện đa khoa và 12 trạm y tế cấp xã.Trong đó bệnh viện đa khoa Krông Năng là bệnh viện tuyến huyện có qui mô 100 giường bệnh đảm bảo theo quyết định 40/2005/QĐ –BYT. Quy mô bệnh viện đa khoa Krông Năng được mô tả ở bảng dưới đây: Bảng 1.1.2.1: Cơ cấu giường bệnh các khoa điều trị nội trú TÊN KHOA  SỐ GIƯỜNG   Nội –y học cổ truyền  34   Ngoại  22   Phụ - sản  14   Nhi  12   Răng Hàm Mặt – Tai Mũi Họng – Mắt  6   Truyền nhiễm  6   Cấp cứu –Hồi sức  6   Tổng cộng  100   Bảng 1.2.1.2:Cơ cấu khoa khám - chữa bệnh ngoại trú được xác định như sau: TÊN KHOA  SỐ CHỖ KHÁM BỆNH   NỘI  3   NGOẠI  2   SẢN  1   PHỤ  1   NHI  1   RĂNG HÀM MẶT  2   TAI MŨI HỌNG  1   MẮT  1   TRUYỀN NHIỄM  1   Y HỌC CỔ TRUYỀN  1   TỔNG CỘNG  13   Nguồn: Đtm bệnh viện đa khoa Krông Năng. Tổng quan về nước thải [5] Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Nước thải bệnh viện là một dạng nước thải sinh hoạt và chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư nhưng tính gây hại của nó thì hết sức nghiêm trọng. 1.3. Các thông số đánh giá ô nhiễm Đánh giá chất lượng nước phải dựa vào một số thông số cơ bản, so sánh với chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học, sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho mục đích khác nhau. Các thông số cơ bản là độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan, BOD, và COD…Ngoài ra, còn có các chỉ tiêu khác như chỉ tiêu vi sinh đặc biệt là E.Coli.coliform. 1.4. Nguồn gốc phát sinh nước thải bệnh viện [1] Thông thường nước thải bệnh viện phát sinh từ nhiều khâu và quá trình khác nhau: Nguồn nước thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên trong bệnh viện, từ bệnh nhân và người nhà thăm nuôi. Nguồn nước thải phát sinh từ các khu điều trị, nước rửa trong quá trình thao tác kỹ thuật, súc rửa vết thương, rửa các chất dịch, máu người bệnh, nước tiểu, chất nôn của bệnh nhân, nước từ các khu vực xét nghiệm… Nước thải từ quá trình nấu ăn, rửa chén bát, dụng cụ. Nước thải từ giặt quần áo, chăn mền, drap trải giường, khăn lau… Nước thải từ khâu pha chế thuốc. Tùy theo từng khâu và quá trình cụ thể, nước thải sẽ có tính chất và mức độ ô nhiễm khác nhau. 1.5. Các chất gây ô nhiễm thường có trong nước thải bệnh viện [1]. 1.5.1. Các chất hữu cơ Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (hay các chất tiêu thụ oxy) là Cacbonhydrat, protein, chất béo… Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất từ nước thải bệnh viện . Tác hại cơ bản của các chất này là làm giảm oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên môi trường, giảm chất lượng nước cho sinh hoạt. Các chất khó phân hủy sinh học như Hydratcacbon vòng thơm, các polyme… Các chất này có độc tính cao đối với con người và sinh vật, hơn nữa chúng lại có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật. 1.5.2. Các chất vô cơ Nước thải bệnh viện nói riêng hay nước thải từ khu dân cư nói chung luôn có một hàm lượng khá lớn các ion Cl- , SO42- , PO43- , Na+. Các chất này phát sinh chủ yếu trong hoạt động sinh hoạt : tắm giặt, rửa dụng cụ … 1.5.3. Các chất rắn lơ lửng (SS) Sự hiện diện của các chất rắn lơ lửng trong nước thải bệnh viện làm cho nước bị đục, bẩn, làm tăng độ lắng đọng gây mùi khó chịu. 1.5.4. Các chất dinh dưỡng Sự dư thừa các chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho trong nước thải bệnh viện nếu không được xử lý thỏa đáng sẽ làm tăng sinh trưởng các loại rong tảo trong nước làm nước bị đục, giảm lượng oxy hòa tan do thối rửa gây nên phú dưỡng hóa nguồn nước mặt. 1.5.5. Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các loại vi trùng vi khuẩn gây bệnh như Salmonella, virut đường tiêu hóa, bại liệt, các loại kí sinh trùng, amip, nấm, Ecoli…Ngoài ra còn có các mầm bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh. Các loại hóa chất độc hại từ cơ thể và chế phẩm điều trị Theo kết quả phân tích của các cơ quan chức năng, 80% nước thải từ bệnh viện là nước thải bình thường (tương tự nước thải sinh hoạt) chỉ có 20% là những chất thải nguy hại bao gồm chất thải nhiễm khuẩn từ các bệnh nhân, các sản phẩm của máu, các mẫu chẩn đoán bị hủy, hóa chất phát sinh từ trong quá trình giải phẫu, lọc máu, hút máu, bảo quản các mẫu xét nghiệm, khử khuẩn. Với 20% chất thải nguy hại này cũng đủ để các vi trùng gây bệnh lây lan ra môi trường xung quanh. Đặc biệt, nếu các loại thuốc điều trị bệnh ung thư hoặc các sản phẩm chuyển hóa của chúng không được xử lý‎ đúng mà đã xả thải ra bên ngoài sẽ có khả năng gây quái thai, ung thư cho những người tiếp xúc với chúng. Bảng 1.5.6: Thành phần tính chất nước thải bệnh viện. STT  Chỉ tiêu Ô Nhiễm  Đơn Vị  Bệnh Viện Chợ Rẫy  BVĐK Bình Phước  Bệnh Viện Krông Năng  TCVN 7382-2004 Loại 1    pH  -  6,92  5.97  7  6,5-8,5    COD  Mg/l  138  178  500  50    BOD5  Mg/l  104  134  300  20    SS  Mg/l  188  210  150  50    Tổng Coliform  MNP/100ml  5,5 x104  6,5 x104  8.5 x104  1000           Nguồn :CEER tổng hợp, 2006 1.5.7. Đặc điểm phân biệt nước thải bệnh viện và nước thải sinh hoạt [8] Thông qua nhiều phân tích và đánh giá, người ta rút ra những kết luận về đặc điểm khác biệt của nước thải bệnh viện với nước thải sinh hoạt như sau: Lượng chất bẩn gây ô nhiễm trên một giường bệnh lớn hơn 2-3 lần lượng chất bẩn gây ô nhiễm tính trên một đầu người. Ở cùng một tiêu chuẩn sử dụng nước thì nước thải bệnh viện có nồng độ chất ô nhiễm cao hơn nhiều. Sự hình thành nước thải bệnh viện trong một ngày và ở những ngày riêng biệt của tuần là không đều (hệ số không điều hòa K=3). So với nước thải sinh hoạt thì thành phần của nước thải bệnh viện dao động trong ngày do chế độ làm việc của bệnh viện không đều. Trong nước thải bệnh viện, ngoài những chất bẩn thông thường như trong nước thải sinh hoạt, còn chứa những chất bẩn hữu cơ và khoáng đặc biệt (thuốc men, chất tẩy rửa, đồng vị phóng xạ…) còn có một lượng lớn vi khuẩn gây bệnh có khả năng lây lan cao, gây nhiều bệnh truyền nhiễm nguy hiểm. 1.6. Bản chất của quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học [6] 1.6.1. Nguyên tắc: Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để tăng trưởng và phát triển. Tách các chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng ra khỏi nước thải ( làm khoáng hóa các chất hữu cơ gây bẩn thành các chất vô cơ và các khí đơn giản) 1.6.2. Cơ chế chung : Hấp thụ và kết cặn hạt lơ lửng và chất keo không lắng thành bông sinh học hay màng sinh học. Chuyển hóa (oxy hóa ) các chất hòa tan và các chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng. Chuyển hóa và khử chất dinh dưỡng (N, P). 1.6.3. Quá trình sinh trưởng bám dính – màng sinh học [12] Khả năng oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải khi chảy qua hoặc trực tiếp tiếp xúc. Có màu xám hay màu nâu tối, dày từ 1- 3 mm hoặc hơn do sinh khối của vi sinh vật bám trên màng. Màng sinh học được coi là một hệ tùy tiện, với hệ vi sinh vật là chủ yếu.Vật liệu sử dụng làm giá thể bám dính được làm bằng PVC (Fine Reputation Co.Ltd, Taiwan) Với thông số diện tích bề mặt 110 m2 /m3, thể tích lỗ rỗng 99,2%.
Hình 1.6.3: Giá thể bám dính làm bằng vật liệu PVC- Biological Fixed Material Tác nhân sinh trưởng bám dính: - Gồm các loài Achromoabacterial, Alcaligenes, Flavolbacterium, Pseudomonas, Sphaerotilus và Zooglea. - Vi sinh vật trong thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt Zoogleal, Nấm Fusarium và Leptomitus, tảo Stigeoclonium, Oscillatoria, Protozo Ami, Protozoa flagellated… - Vi sinh vật trong các hồ ổn định : tảo lục Euglena, Chlorella, Chlamydomonas, Chlorogonium và Scenedesmus, Protozoa: Pramecium, Glaucoma và Copidium, Euplotes, Vorticella, các Roftifer: Epiphanes, Philodina, và Proales, Diaptomus, và Cyclops… 1.6.4. Các quá trình sinh học trong xử lí nước thải Quá trình phân hủy hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn: Oxy hóa các chất hữu cơ. Tổng hợp tế bào mới. Phân hủy nội bào. 1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lí sinh học. Quá trình xử lí sinh học trong xử lí nước thải thường chịu tác động của một số yếu tố sau đây: Nồng độ chất hữu cơ : BOD5:N:P =100/:5:1 Hoặc 200:5:2 (Bùn hoạt tính) Hàm lượng tạp chất. Nhiệt độ, pH, các nguyên tố vi lượng, kim loại… Hàm lượng oxy trong nước thải. Lưu lượng nước thải. Hệ thống xử lí: chế độ thủy động 1.7. Hiệu quả xử lí một số công trình hiện hữu Lựa chọn sơ đồ công nghệ của trạm xử lý nước thải bệnh viện dựa vào các yếu tố cơ bản sau: Lưu lượng nước thải và qui mô bệnh viện. Thành phần và đặc tính của nước thải. Mức độ cần thiết xử lý nước thải. Tiêu chuẩn xả nước thải vào nguồn tiếp nhận. Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thuỷ văn của khu vực. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. 1.7.1. Hệ thống xử lí bằng phương pháp bể sinh học ASBC [6] Phương pháp lọc sinh học ASBC là quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật không di động và bám dính trên bề mặt các vật liệu rắn để tiếp xúc thường xuyên hay di động đối với nước thải. Hệ thống xử lí bằng phương pháp bể sinh học ASBC với sự kết hợp giữa bùn hoạt tính và lọc bám dính có khả năng xử lí hiệu quả các hợp chất hữu cơ và N, P có trong nước thải. Đồng thời các song chắn rác thô và tinh cũng được lắp đặt tại đầu vào các bể tiếp nhận và bể điều hòa để tách chất thải rắn có trong nước thải, giúp nâng cao hiệu quả xử lý của quá trình lọc. Hiện nay phương pháp bể sinh học ASBC được ứng dụng trong xử lí nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, khách sạn…đạt hiệu quả xử lí cao. Sơ đồ quy trình công nghệ: Hình 1.7.1.: Sơ đồ xử lí nước thải bệnh viện bằng phương pháp sinh học ASBC  Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương pháp bể lọc sinh học Nước thải từ các khoa của bệnh viện theo mạng lưới thoát nước riêng , nước chảy qua mương dẫn có đặt song chắn rác, ở đây nước thải sẽ được loại bỏ các chất hữu cơ hoặc những chất có kích thước lớn như bao ni lông, ống chích, bông băng, vải vụn, …nhằm tránh gây tắc nghẽn các công trình phía sau. Sau đó nước thải được dẫn vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định và giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp sau. Trong bể điều hòa có bố trí hệ thống thổi khí nhằm xáo trộn hoàn toàn nước thải không cho cặn lắng trong bể đồng thời cung cấp O2 để giảm một phần BOD. Sau đó nước thải sẽ được đưa vào bể ASBC thực hiện quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ở dạng hòa tan và dạng bám dính vào màng vi sinh . Trong bể ASBC được cấp khí và khuấy trộn nhằm tăng hàm lượng oxy hòa tan và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải. Sau đó nước thải chảy vào bể lắng để lắng cặn sinh học và bùn hoạt tính. Từ bể lắng nước chảy sang bể khử trùng để loại các vi sinh vật gây bệnh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Bùn hoạt tính từ bể lắng một phần tuần hoàn lại vào bể ASBC, phần còn lại được dẫn vào bể nén bùn.Tại bể nén bùn, bùn được tách nước để làm giảm độ ẩm của bùn, phần nước tách từ bùn sẽ được tuần hoàn vào bể điều hòa. Phần bùn từ bể nén bùn sẽ được vận chuyển ra sân phơi bùn để khử hoàn toàn nước và bùn này có thể sử dụng để làm phân bón. Ưu điểm: Chiếm ít diện tích, đơn giản dễ vận hành . Khởi động nhanh, khả năng loại bỏ các chất phân hủy chậm. Lượng bùn sinh ra thấp. Chịu được biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm. Khử mùi cao. Chi phí xử lí thấp. Đa dạng về thiết bị Nhược điểm: Hệ thống dễ bị tắc do sự phát triển nhanh chóng của vi sinh hiếu khí khi tải trọng lớn. BOD đầu vào < 500 (mg/l) Phương pháp hiếu khí Arotank [6] Bể Aerotank là công trình nhân tạo xử lí 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. Cấu trúc Aerotank phải thỏa mãn 3 điều kiện : Giữ được liều lượng bùn cao trong aerotank. Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn bùn trẻ. Đảm bảo lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của aerotank. Sơ đồ quy trình công nghệ:
 Hình 1.7.2: Quy trình xử lí nước thải bệnh viện bằng phương pháp Aerotank Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương pháp hiếu khí Aerotank Nước thải từ các khoa của bệnh viện theo mạng lưới thoát nước riêng , nước chảy qua mương dẫn có đặt song chắn rác, ở đây nước thải sẽ được loại bỏ các chất hữu cơ hoặc những chất có kích thước lớn như bao ni lông, ống chích, bông băng, vải vụn, …nhằm tránh gây tắc nghẽn các công trình phía sau. Sau đó nước thải được dẫn vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định và giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp sau. Trong bể điều hòa có bố trí hệ thống thổi khí nhằm xáo trộn hoàn toàn nước thải không cho cặn lắng trong bể đồng thời cung cấp O2 để giảm một phần BOD. Sau đó nước thải chảy vào bể lắng 1 nhằm lắng cặn lơ lửng và một phần BOD. Sau đó nước thải sẽ được đưa vào bể Aerotank thực hiện quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ở dạng hòa tan và dạng lơ lửng. Trong bể Aerotank được cấp khí và khuấy trộn nhằm tăng hàm lượng oxy hòa tan và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải. Sau đó nước thải chảy vào bể lắng 2 để lắng cặn sinh học và bùn hoạt tính. Từ bể lắng 2 nước chảy sang bể khử trùng để loại các vi sinh vật gây bệnh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Bùn hoạt tính từ bể lắng 2 một phần tuần hoàn lại vào bể Aerotank, phần còn lại được dẫn vào bể nén bùn.Tại bể nén bùn, bùn được tách nước để làm giảm độ ẩm của bùn, phần nước tách từ bùn sẽ được tuần hoàn vào bể điều hòa. Phần bùn từ bể nén bùn sẽ được vận chuyển ra sân phơi bùn để khử hoàn toàn nước và bùn này có thể sử dụng để làm phân bón. Ưu điểm: Công nghệ đơn giản. Vận hành đơn giản. Giá thành đầu tư ban đầu thấp vì công nghệ chủ yếu là bê tông cốt thép. Nhược điểm : VSV phát triển trong bể Aerotank thường rất chậm và sinh khối tạo ra không nhiều. Hiệu quả xử lý không cao vì công nghệ đơn giản. Phương pháp yếm khí UASB [6] Nguyên lí xử lí kị khí Quá trình lên men acid (phân hủy hợp chất cao phân tử): Cellulose Acetate +rượu Lipid Acid hữu cơ Protein H20 ,CO2,NH3,H2S Biến chất hữu cơ đơn giản thành acid béo +chất hữu cơ hào tan. Quá trình lên metan hóa (lên men metan): Lấy năng lượng từ phản ứng tạo CH4. Không có sự hiện diện của oxy. Cần nhiệt độ cao. Sơ đồ công nghệ: Hình 1.7.3: Quy trình xử lí nước thải bệnh viện bằng phương pháp UASB  Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương pháp yếm khí: Về phần cơ bản giống sơ đồ công nghệ phương án 1 nhưng thay bể Aerotank bằng bể UASB. Trong bể UASB có lớp cặn tồn tại dạng lơ lửng chứa rất nhiều VSV yếm khí, nước thải sẽ tiếp xúc với các hạt cặn bùn này và xảy ra phản ứng sinh hóa , phần lớn các chất hữu cơ chuyển thành khí(trong đó 70-80% là khí methan, 20-30% là khí cacbonic và một số loại khí khác). Ưu điểm: Chi phí đầu tư, vận hành thấp. Lượng hóa chất cần bổ sung ít, không đòi hởi cấp khí, đỡ tốn năng lượng . Có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng từ biogas. Lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công trình. Công nghệ đơn giản. Nhược điểm: Thời gian vận hành bể UASB khá lâu. Khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn. Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động. Bị ảnh hưởng bởi các chất hại. Hiệu quả xử lý thấp vì công nghệ đơn giản. 1.7.4. Phương pháp SBR (Sequency Batch Reactor) [7] Bể SBR là hệ thống xử lí nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kì gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng trong được thực hiện trong cùng một bể). Các bước xử lí trong chu kì hoạt động bể SBR gồm 5 giai đoạn: Giai đoạn 1: Bơm nước vào bể Giai đoạn 2: Khuấy trộn Giai đoạn 3: Sục khí Giai đoạn 4: Lắng Giai đoạn 5: Xả nước Tiếp tục thực hiện xử lí theo chu kì mẻ nước thải khác Sơ đồ quy trình công nghệ: Hình 1.7.4: Quy trình xử lí nước thải bệnh viện bằng phương pháp RBC  Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải của bệnh viện được thu gom về hố gom. Tại đây nước thải được bơm qua song chắn rác vào bể điều hòa. Bể điều hòa có nhiệm vụ ổn định lưu lượng và nông độ nước thải, tạo nên chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lí phía sau, tránh hiện tượng quá tải. Bể điều hòa được lắp đặt hệ thống sục khí để khuấy trộn và giảm một phần BOD. Nước sau khi trung hòa được bơm luân phiên vào bể SBR. Bể SBR là khâu quan trong nhất của các nhà máy, được điều chỉnh tự động bằng chương trình trong tủ PLC. Sau khi xử lí sinh học nước thải được đưa vào bể chứa và bơm lên hai bộ lọc tinh. Tại đây phần lớn các tạp chất lơ lửng, keo và vi khuẩn bị loại. Trên bề mặt lọc có thanh gạt để tránh trường hợp tắc nghẽn trên các thành lỗ rỗng. Bùn cặn từ bể lọc tinh được đưa trở lại bể điều hòa. Nước thải sau khi xử lí được đưa qua bể tiếp xúc để khử trùng bằng chlorine và được đưa ra ngoài theo hệ thống cống rãnh của khu chế xuất. Độ ẩm của bùn dư từ bể SBR có độ ẩm cao từ 98% - 99,5%. Do đó bùn cần được nén lại ở bể nén bùn trọng lực để giảm độ ấm xuống còn 95% - 96%. Nước tách bùn được đưa trở ngược về bể điều hòa. Máy làm khô cặn bằng lọc ép băng tải được sử dụng nhằm đưa độ ẩm của bùn về 15-25%. Sau khi được ép, bùn khô được xe chở bùn đi thải bỏ. Nếu nước thải đầu ra chưa đạt yêu cầu thì được đưa trỏ lại xử lí qua bể than hoạt tính. Bể than lọc hoạt tính có phạm vi hấp thụ rất mạnh, phần lớn các hợp chất hữu cơ hòa tan được giữ trên bề mặt, các phân tử phân cực nhẹ thường là các chất tạo ra mùi, vị của nước và các phân tử có trọng lượng tương đối lớn được giữ lại trên bề mặt lớp than hoạt tính. Ưu điểm Công nghệ phù hợp với đặc điểm nước thải có thể xử lí bằng vi sinh. Công nghệ SBR kết hợp thiết bị sục khí và bể lắng trong cùng một bể, không cần hoàn lưu bùn, quá trình xử lí đơn giản, không cần bể lắng 1 và 2, không cần hệ thống tuần hoàn bùn, vận hành tự động, giảm diện tích đất xây dựng và chi phí đầu tư, quá trình xử lí ổn định: khi sinh khối thích nghi với một khoảng rộng nồng độ chất nền và DO thì quá trình xử lí không bị ảnh hưởng bởi tải lượng BOD, có khả năng xử lí đạt tiêu chuẩn cao, một bể SBR xử lí nước thải điển hình có thể xử lí với đầu ra như sau: BOD < 15 mg/l, TSS < 20, NH3 –N < 2mg/l, Ni tơ tổng <10mg/l. Khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí thì hệ thống SBR có khả năng khử được các hợp chất chứa N, P. Bồn lọc tinh và than hoạt tính cho phép loại bỏ gần hết COD và SS còn lại sau quá trình bùn hoạt tính. Giảm chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với quy trình cổ điển Nhược điểm Bể điều hòa phải lớn, chi phí vận hành cho bùn hoạt tính khá lớn. Kiểm soát quá trình rất khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đại. Do có nhiều phương tiện điều khiển nên việc bảo dưỡng bảo trì khó khăn. Có khả năng nước đàu ra ở giai đoạn xả ra cuốn theo các bùn khó lắng, váng nổi Do đặc điểm không rút bùn ra nên hệ thống đẽ bị nghẹt bùn. Chỉ phù hợp xử lí các công trình có có lưu lượng nước thải thấp.
1.7.5. Phương pháp lọc sinh học [7] Lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước. Nước thải được chia thành các màng nhỏ chảy qua vật liệu đệm sinh học và nhờ sự có mặt của các vi sinh vật phân hủy hiếu khí trên lớp màng vật liệu mà các chất hữu cơ trong nước thải được loại bỏ. Bể lọc sinh học nhỏ giọt rất đa dạng gồm các loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay, biophin nhỏ giọt gồm các nửa ống hình trụ được bố trí ngang thành hàng song song với nhau có bề mặt lõm quay lên, bể lọc sinh học thô. Thiết bị lọc nhỏ giọt thường bao gồm 5 thành phần chính: môi trường lọc đệm, bể chứa, hệ thống cung cấp nước thải, cống thoát ngầm và hệ thống thông gió. Môi trường lọc đệm thường cung cấp cho bề mặt của hệ thống các vi sinh vật tăng trưởng, tồn tại trong các loại vật chất như đá, gỗ, chất dẻo tổng hợp với nhiều loại và hình dạng khác nhau, nhưng thường dùng nhất là đá có đường kính 25-100 mm. Bể chứa dùng để chứa môi trường đệm và nước thải cần xử lí đồng thời kiểm soát ảnh hưởng của gió. Bể chứa thường xây bằng bê tông hoặc vật liệu làm bằng sợi thủy tinh, thép cóa sơn ngoài. Hệ thống cung cấp nước thải cung cấp nước thải cho môi trường đệm. Việc cung cấp đều đặn là cần thiết để duy trì trạng thái ẩm ướt cho toàn bộ phận đệm. Cống thoát ngầm có 2 chức năng. Thứ nhất là để tập trung dòng chảy thoát ra để chuyển đi để xử lí tiếp ở nơi khác hay thải ra môi trường. Thứ hai là để tạo ra khoảng trống để không khí bên ngoài có thể lưu thông vào tầng đệm cung cấp lượng oxy cần thiết cho sự chuyển hóa hiếu khí. Hệ thống thông gió cung cấp không khí cho hệ thống lọc bằng các thiết kế thổi gió tự nhiên hay được cung cấp một cách thụ động. Sơ đồ quy trình công nghệ:
Hình 1.7.5: Quy trình xử lí nước thải bệnh viện bằng phương pháp lọc nhỏ giọt Thuyết minh quy trình: Nguyên lí hoạt động: Dựa trên nguyên lí của các quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Vi sinh vật cố định bám dính và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm dạng rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms) Vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng, khoáng chất) làm sạch nước. Các quá trình vi sinh trong bể lọc: Giai đoạn chậm (lag-phase) Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase) Giai đoạn cân bằng (stationary phase) Giai đoạn chết (log-death phase) Ưu điểm Rút ngắn thời gian xử lí. Đồng thời có thể xử lí hiệu quả nước thải qua quá trình khử Nitrat hoặc phản ứng Nitrat hóa. Giảm việc trông coi Tiết kiệm năng lượng vì không khí chủ yếu lấy từ nguồn tự nhiên. Hiệu quả xử lí cao. Nhược điểm Không khí ra khỏi lọc thường có mùi hôi thối và xung quanh lọc có nhiều ruồi muỗi. Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối. Dễ bị tắc nghẽn. Rất nhạy cảm với nhiệt độ. Không khống chế được với quá trình thông khí, dễ bốc mùi. Chiều cao hạn chế, bùn dư không ổn định. Giá thành xây dựng cao.
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu mô hình bể lọc sinh học tiếp xúc hiếu khí xử lí nước thải bệnh viện đa khoa huyện Krông Năng – Đăklăk Thành phần tính chất, lưu lượng nước thải bệnh viện đa khoa huyện Krông Năng – Đăklăk. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp hồi cứu số liệu Số liệu thứ cấp: Lấy số liệu từ phòng tài nguyên & môi trường huyện Krông Năng – Đăklăk về điều kiện tự nhiên, báo cáo đánh giá tác động môi trường... Số liệu sơ cấp: Thông qua quá trình quan sat trực tiếp, thực địa.. 2.2.2.Thời gian và địa điểm nghiên cứu 2.2.2.1. Thời gian nghiên cứu: Từ 9/11/2010 đến ngày 9/5/2011 2.2.2.2. Địa điểm nghiên cứu: Bệnh viện đa khoa Krông Năng – Đăklăk CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lí Lưu lượng nước thải bệnh viện được tính như sau: Mỗi giường bệnh có một bệnh nhân và một người thăm nuôi. Mỗi giường bệnh có từ 1,1 – 1,25 người phục vụ bao gồm các chuyên môn y tế (Bác sĩ, y tá, dược sĩ, hộ lý…) cán bộ văn phòng, bảo vệ… Như vậy nếu tính người thăm nuôi, người khám, người chữa bệnh ngoại trú thì mỗi giường bệnh có thể tới 3,25 người. Theo tiêu chuẩn 5413:1988 lượng nước cấp từ 250 -300 lit /người/ngày, lấy bình quân lượng nước cấp là 250 lit/ngày. Lượng nước thải trong một ngày đêm của bệnh viện là: Với 100 giường x 3,25 người x 250 lit/người.ngày 103 x 80 % (lượng nước thải bằng 80 % lượng nước sử dụng ) = 65 m3/ngày. Ngoài ra một phần nước thải sinh hoạt chiếm một lượng khá lớn 35m3 từ các hoạt động sinh hoạt như tắm giặt… Bảng 3.1 Thành phần và nồng độ các chất trong nước thải bệnh viện so với tiêu chuẩn, quy chuẩn qui định TT  Chỉ tiêu hóa lý  Đơn vị  Giá trị (#)  TCVN 7382-2004 (Mức 1)      Min  Max  Trung bình    1  Nhiệt độ  0C  20  31  27  40   2  pH  -  6,9  7,58  7,15  5,5-9   3  Chất rắn lơ lửng (SS)  mg/l  120  270  190  100   4  DO  mg/l  0  1,2  0,5  -   5  BOD5  mg/l  120  320  210  50   6  COD  mg/l  210  450  320  100(*)   7  NH4+  mg/l  18,5  35,3  25  10   8  PO43-  mg/l  2,1  7,9  5,2  6   9  Coliform  MPN/100 mL  4 x 107  2 x 109  2 x 108  5000   Nguồn :PGS.TS Trần Đức Hạ Nhận xét: Qua bảng cho thấy: Trong nước thải bệnh viện các chỉ tiêu (giá trị max) như: Chất rắn lơ lửng, các hợp chất hữu cơ, Amoni, Photphat và Coliform vượt tiêu chuẩn, quy chuẩn qui định.Cụ thể mức độ vượt và cơ chế tác động của các chất ô nhiễm trong nước thải bệnh viện như sau: Chỉ tiêu SS vượt quy chuẩn qui định.Tác động của chất thải rắn làm tăng độ đục của nguồn nước. Độ đục cao sẽ giảm khả năng lan truyền của ánh sáng, giảm độ oxy hòa tan trong nước. Chỉ tiêu BOD vượt 6,4 lần; COD vượt quy chuẩn 4,5 lần: Các chỉ tiêu này biểu hiện hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải cao. Sự có mặt của các chất hữu cơ có trong nước sẽ xảy ra các quá trình các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy các chất hữu cơ này .Qua đó, sẽ dẫn đến việc suy giảm nồng độ oxy hòa tan. Lượng oxy hòa tan giảm sẽ tác động đến quá trình hô hấp cử hệ sinh thái dưới nước làm giảm khả năng phát triển, mức độ nặng sẽ gây chết và phân hủy tiếp tục gây ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước. Chỉ tiêu Amoni vượt 3,53 lần: photphat vượt 1,3 lần. Đây là các chỉ tiêu thể hiện hàm lượng, các chất dinh dưỡng trong nước thải cao. Qua đó các loại rong, tảo sẽ phát triển nhanh chóng gây hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. Tác động kéo dài là các loại rong, tảo sẽ chết và phân hủy làm tăng hàm lượng hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. Chỉ tiêu coliform vượt 400000 lần. Nước có nhiễm các loại vi khuẩn gây bệnh thường là nguyên nhân của các dịch bệnh thương hàn, lỵ. Vi khuẩn thương hàn có thể sống 4 tuần trong giếng, 25 ngày trong nước hồ và nước sông. Vi khuẩn gây bệnh lỵ có thể sống 6-7 ngày trong nước sau đó có thể lan bệnh tật cho con người… Coliform là nhóm vi khuẩn đường ruột hình que, hiếu khí hoặc kị khí hay nhóm tùy nghi và đặc biệt là Escherichia coli (E.coli), E.coli là một vi khuẩn có nhiều trong phân tươi người, động vật. Ngoài ra E.coli còn tìm thấy trong môi trường đất và nước bị nhiễm phân. E.Coli sinh nội độc tố thông qua sự sản sinh các nội độc tố kém chịu nhiệt (LT - Lable toxins), nội độc tố chịu nhiệt (ST - Stable toxins). Nhóm này xâm nhập vào tế bào và tạo khuẩn lạc dày trên niêm mạc ruột . Dựa vào đặc điểm trên của nước thải bệnh viện, so sánh các phương pháp đã nêu ở phần trên tôi nhận thấy phương pháp xử lí nước thải bệnh viện đa khoa Krông Năng bằng phương pháp bể lọc sinh học (ASBC) là thích hợp và có hiệu quả kinh tế, kỹ thuật : Khả năng xử lí được N, P, Coliform cao so với các công nghệ khác. Đây là công nghệ xử lí kết hợp giữa bùn hoạt tính và có giá thể hiệu quả xử lí đạt hiệu quả cao: 87,8% đối với COD, 71,2% đối với N, 83,6% đối với tổng P, 99,98% đối với Coliforms đạt tiêu chuẩn loại I TCVN 7382-2004. Lưu lượng nước thải tương đối thấp nên thời gian xử lí nhanh, nhờ có thêm giá thể nên tăng thời gian lưu bùn 2-3 lần. Tính chất nước thải, tiêu chuẩn quy định xả ra nguồn tiếp nhận, diện tích hệ thống xử lí và chi phí xây dựng phù hợp với điều kiện bệnh viện. BOD < 500. Nước thải y tế phát sinh từ quá trình khám chữa bệnh, xét nghiệm cho bệnh nhân được thu gom thẳng về trạm xử lí tập trung. Nước thải sinh hoạt sau khi xử lí qua hầm tự hoại sẽ được dẫn qua hệ thống xử lí nước thải đưa vào hệ thống xử lí tập trung. Nước thải sau khi xử lí sẽ được thoát ra hệ thống thoát nước chung của thị trấn. Đối với nước thải từ bếp ăn sẽ được thu gom riêng và qua hệ thống bẫy rác, gạn tách dầu mỡ và thức ăn thừa trước khi cho qua bể tự hoại xử lí chung với nước thải sinh hoạt từ các nhà vệ sinh. 3.2 Đề xuất quy trình công nghệ Sơ đồ công nghệ Hình 3.2.1: Sơ đồ quy trình xử lí nước thải bệnh viện đa khoa Krông Năng Hầm tự hoại Nước thải sinh hoạt của mỗi nhà vệ sinh được xử lí bằng các bể tụ hoại 3 ngăn riêng biệt . Bể tự hoại là công trình xử lí nước thải sơ bộ gồm 2 chức năng: Lắng nước thải và lên men cặn lắng. Thời gian nước lưu trong bể từ 1- 3 ngày nên vận tốc nước chảy trong bể rất bé. Do đó trong quá trình chuyển động, các hạt cặn sẽ chịu tác dụng của trọng lực, lắng dần xuống đáy bể. Cặn lắng giữ lại trong bể từ 3 – 6 tháng, các chất hữu cơ trong cặn lắng sẽ bị phân hủy nhờ hoạt động của các vi sinh vật yếm khí. Nhờ vậy, cặn sẽ lên men, mất mùi hôi và giảm thể tích. Tốc độ lên men nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH của nước thải, lượng vi sinh vật có trong lớp cặn... Nhiệt độ càng cao tốc độ lên men cặn càng nhanh. Kết quả của quá trình lên men cặn là sẽ xử lý được cặn tươi, các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành các chất đơn giản gồm H2O, CO2, CH4... Độ ẩm của cặn tươi vào bể và cặn khi lên men tương ứng là 95% và 90%. Bùn cặn ở đáy bể được hút định kỳ 6 tháng/lần và đem đi xử lý. Mỗi lần lấy phải để khoảng 20% lượng cặn đã lên men lại trong bể để làm giống men cho bùn cặn tươi mới lắng, tạo điều kiện cho quá trình phân huỷ cặn. Hiệu quả xử lí các chất ô nhiễm khoảng 30%(riêng các chất cặn rắn được giữ lại gần như hoàn toàn).
 Hình 3.2.2: Mô hình bể tự hoại 3 ngăn Bảng 3.2.1 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt Chất Ô Nhiễm  Nồng độ chất ô nhiễm  TCVN 7382-2004 loại I    Chưa Xử lí  Qua Bể Tự Hoại    pH  5 – 9  5 – 7  6,5-8,5   BOD5  450 – 540  100 – 200  20   SS  700 – 1450  80 – 160  50   Nitrat (NO3-)  50 – 100  20 – 40  60   Tổng Chlorine  106 -109  Giảm được  1000   (Nguồn: xử lí nước thải, Hoàng Huệ) Nhận xét: So với TCVN 7382- 2004 (loạiA) thì nước thải sau bể tự hoại thông thường không đạt tiêu chuẩn, do đó bệnh viện sẽ có biện pháp khống chế nguồn ô nhiễm này trước khi thải bỏ. Hệ thống xử lí nước thải tập trung Hình 3.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lí nước thải ASBC Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải sinh hoạt sau khi được xử lí sơ bộ qua bể tự hoại 3 ngăn cùng nước thải tắm, nước thải nhà ăn, căn tin theo hệ thống thoát nước
chảy về hố gom của hệ thống xử lí nước thải tập trung. Sau khi tách rác bằng song chắn rác nước thải được bơm vào bể điều hòa. Bể điều hòa vừa để thu gom vừa có chức năng điều hòa lưu lượng và tính chất nước thải. Tại đây, định kỳ một lần một tuần nước thải được bổ sung vào một lượng BIOWC96 (3-5mg/l) hoặc DW97 (2-3mg/l) trong điều kiện pH từ 6,5-8 nhằm thủy phân sơ bộ các chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa tiếp theo. Sau đó nước thải chảy tràn vào bể xử lí sinh học hiếu khí (ASBC). Bể ASBC được chia làm 2 ngăn và được sục khí liên tục. Bể này được thiết kế theo phương pháp kết hợp giữa bùn hoạt tính và vật liệu lọc là giá thể bám dính. Thời gian lưu nước trong ngăn thiết bị này là 30 phút, ở bể này hàm lượng BOD trong nước thải sẽ xử lí với sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Hiệu quả khử BOD có thể đạt 85-90%. Nước thải sau khi đã qua các quy trình xử lí hiếu khí sẽ được bơm lên ngăn lọc, từ đây nước thải sẽ chảy qua lớp đệm sinh học có màng vi sinh bám dính vi sinh. Ngăn lọc sinh học được thiết kế với các khe hút gió trên thành thiết bị, do đó không khí sẽ bị hút vào ngăn lọc và bị cuốn vào nước thải qua các nghách của lớp đệm tạo điều kiện tốt cho các vi sinh vật hiếu hoạt động và giảm chi phí điện năng dùng cho cấp khí. Nước sau đó được tự chảy qua bể lắng, ở bể này các chất lơ lửng và những lớp màng vi sinh già cỗi sẽ được giữ lại làm giảm hàm lượng SS. Quá trình tách bùn hoạt tính và cặn lơ lửng hữu cơ khác trong nước được thực hiện ở ngăn lắng trong cùng thiết bị này. Ngăn lắng được thiết bởi kiểu bản lắng đứng cho phép tăng bề mặt lắng, đồng thời rút ngắn thời gian lưu. Ngoài ra tại đây nước thải được bổ sung chất keo tụ PANC-95 (nồng độ đưa vào 5-8mg/l) có tác dụng tạo bông cặn to, tăng tốc độ lắng giúp cho quá trình tách bông bùn diễn ra nhanh chóng và giảm kích thước thiết bị. Nước thải đã qua xử lí sinh học và được lắng trong nhưng vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn gây bệnh, do đó nước sau khi lắng được chảy tràn qua bể khử trùng để diệt trừ vi khuẩn trước khi đưa ra môi trường. Hiệu quả và triệt để nhất là khử trùng bằng dung dịch Chlorine. Dung dịch Hypochloride Na hoặc Ca (NaOCl hoặc Ca(Ocl)2) được pha trộn và bơm định lượng với nồng độ 4-6mg Cl2/m3 nước thải. Việc định lượng Clo hoạt tính cần thiết cho khử trùng nhờ các thiết bị trộn, thiết bị pha Cl2 và các bơm định lượng Cl2 được lắp đặt đồng bộ. Thời gian tiếp xúc để loại bỏ vi sinh khoảng 20-40 phút. Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn loại I TCVN 7382-2004 sẽ chảy về bể chứa nước thải đã xử lí để chảy ra rãnh thoát nước chung . Xử lí bùn Bùn và cặn lắng ở ngăn lắng và từng ngăn xử lí sinh học sẽ được bơm về bể chứa bùn. Tại đây, dưới tác dụng của quá trình lên men, phần lớn bùn cặn sẽ đuợc khoáng hóa cùng với sự tạo thành một số sản phẩm phụ của quá trình lên men CH4 ,H2S…Thể tích của bùn giảm một cách đáng kể. Mặt khác, tại đây men BIOWC 96 hoặc DW97 cũng được bổ sung nhằm đẩy nhanh quá trình phân hủy và diệt trừ khi thải ra môi trường. Bùn sau khi xử lí được hút đi xử lí định kì, phần còn lại hồi lưu về bể điều hòa tiếp tục được sử dụng xử lí nước thải. Bảng 3.2.2 Các thông số thiết kế và vận hành hệ thống hoạt hóa bùn xử lí nước thải Quá trình  Thời gian lưu trung bình của tế bào, ngày  Tỷ số F/M kg BOD5/m3  Tải lượng thể tích kgBOD/m3  Thời gian lưu thủy lực (h)  Nồng độ MLSS mg/l  Tỷ số tuần hoàn Qr/Q  Chế độ dòng chảy  Hiệu suất khử BOD  Lượng không khí cần cấp m3/kg BOD   Thông khí giảm dần  5-15  0,2-0,4  0,3-0,6  4-8  1500-3000  0,25-0,5  PF  85-95  45-90   Thông khí thông thường  4-15  0,2-0,4  0.6  4-8  1500-3000  0,25-0,5  PF  85-95  45-90   Thông khí theo bậc  4-15  0,2-0,4  0,6-1  3-5  2000-3500  0,25-0,75  PF  85-95  45-90   Khuấy trộn hoàn toàn  4-15  0,2-0,4  0,8-2  3-5  3000-6000  0,25-1  CM  85-95  45-90   Ổn định tiếp xúc  4-15  0,2-0,6  1-1,2    0,25-1    45-90   Bể tiếp xúc     0,5-1  1000-3000   PF  80-90    Bể ổn định     4-6  4000-10000   PF     Thông khí cao tốc  4-15  0,4-1,5  1,6  0,5-2  4000-10000  1-5  CM  75-90  25-45   Thông khí bằng oxy tinh khiết  8-20  0,2-1  1,6-4  1-3  6000-8000  0,25-0,5  CM  85-90    Thông khí kéo dài  20-30  0,05-0,15  0,16-0,4  18-24  3000-6000  0,75-1,5  CM  75-90  90-125   (Nguồn:Trần Văn Nhân,Ngô thị Nga, giáo trình công nghệ xử lí nước thải)  Nguyên lí hoạt động của bể lọc sinh học: Dựa trên nguyên lí của quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Vi sinh vật cố định dính bám và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm dạng rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms). Vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng, khoáng chất) làm sạch nước. Các quá trình vi sinh trong bể lọc: Giai đoạn chậm (lagphase). Giai đoạn tăng trưởng (log-grouwth phase). Giai đoạn cân bằng (stationnary phase). Giai đoạn chết ( log-death phase) Khả năng xử lí được N trong nước thải là do trong bể ASBC có sự kết hợp giữa hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa có thể được giải thích theo hai cơ chế sau. Đầu tiên hỗn hợp bùn sinh học và nước thải bệnh viện di chuyển ra xa khỏi hệ thống sục khí trong bể sinh học theo dòng vận chuyển của chất lỏng kéo theo hàm lượng oxy hòa tan trong nước thấp dần tạo điều kiện thích hợp cho các phản ứng xảy ra trong môi trường thiếu khí. Tiếp đó, các bông bùn hoạt tính có thể chứa đồng thời hai vùng hiếu khí và thiếu khí do hàm lượng DO trong nước thải không thể khuếch tán vào toàn bộ bông bùn. Với sự kết hợp của quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa, nồng độ Nitơ trong nước thải đầu vào được xử lý hiệu quả bởi bể ASBC với bùn hoạt tính và màng vi sinh trên vật liệu tiếp xúc. Đối với chỉ tiêu photpho được xử lí hiệu quả với bể ASBC thỏa mãn tiêu chuẩn đầu ra cao hơn hẳn so với bể khác CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI 4.1 Tính toán kích thước của bể tự hoại: Dung tích bể tự hoại được xác định theo công thức sau: W = Wn + Wc . Trong đó: - Wn: Thể tích phần nước của bể (m3) - Wc: Thể tích phần phân hủy cặn của bể (m3) + Trị số Wn có thể lấy bằng 1 đến 3 lần lưu lượng nước thải trong một ngày đêm tùy thuộc yêu cầu vệ sinh, ở đây chọn: Wn =2Qn =2 x 6,4 m3/ngày đêm = 12,8 m3. + Trị số Wc được xác định theo công thức sau:

Trong đó: a: Lượng cặn của một người thải ra trong một ngày (0,5-0,8l/người.ng.đ) T: Thời gian giữa 2 lần lấy cặn, chọn: T= 365 ngày W1, W2: độ ẩm của cặn tươi và cặn khi lên men, (%). Chọn: W1=95%, W2=90%. b: Hệ số giảm thể tích cặn khi lên men (giảm 30%) và lấy bằng 0,7. c: Hệ số kể đến việc để lại một phần cặn đã lên men khi hút cặn (20%) và lấy bằng 1,2. N: Số người mà bể phục vụ 100 người.
Tổng thể tích bể tự hoại cần xây dựng là 12,8 + 12,2 = 25m3 4.2 Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải tập trung Lượng nước thải 100 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ :
4,166 (m3/h) Lưu lượng trung bình giây
( m3/s) = 2,3 (l/s) Bảng 4.2 Hệ số không điều hòa chung Qtb,s(l/s)  5  15  30  50  100  200  300  500  800  1250   Kch  3,0  2,5  2,0  1,8  1,6  1,4  1,35  1,25  1,2  1,15   (nguồn: Lâm Minh Triết, xử lí nước thải công nghiệp và đô thị) Với lưu lượng trung bình giây là 2,3 (l/s) chọn Kch = 3,5 Lưu lượng lớn nhất giờ:
Lưu lượng lớn nhất giây:

Tính toán song chắn rác Thiết kế SCR làm sạch bằng thủ công, chế tạo từ thép không gỉ. Ta có các thông số thiết kế song chắn rác như sau: Bảng 4.2.1 Thông số thiết kế song chắn rác Thông số  SCR với biện pháp lấy rác thủ công   Kích thước SCR Chiều rộng (mm) Chiều sâu (mm)  5,08 ÷ 15,24 25,4 ÷ 38,1   Khoảng cách giữa hai song chắn (mm)  25,4 ÷ 50,8   Độ dốc đặt thanh song chắn so với phương thẳng đứng, (độ)  30 ÷ 45   Vận tốc dòng chảy trong mương dẫn phía trước SCR (m/s)  0,3048 ÷ 0,60906   Tổn thất áp lực cho phép (mm)  152,4   (nguồn: Lâm Minh Triết, xử lí nước thải công nghiệp và đô thị) Kích thước mương dẫn trước SCR: Mương dẫn nước thải hình chữ nhật, có độ dốc i = 0,0008 [2] Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: Vm = 0,6 (m/s) Góc nghiêng của SCR α = 600[8] Chọn kích thước mương: Bm × Hm = 0,3m × 0,5m Chiều cao lớp nước trong mương:
m Kích thước song chắn rác Chọn kích thước của song chắn rác: rộng x dày = bx h = 8mm x 25 mm Chọn kích thước của 2 thanh chắn: w = 25 mm Số khe hở cử song chắn:
Trong đó : K: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K0= 1,05 V: vận tốc nước chảy qua song chắn: V= 0,8m/s w: khoảng cách giữa 2 thanh chắn: w = 25 mm h: chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,022
=

Chọn n =10 khe hở 9 thanh Tính toán bề rộng của song chắn rác

Chọn bề rộng SCR, Bsc = 350 mm Như vậy khoảng hở giữa hai thanh w = 27,8mm Vận tốc nước chảy qua song chắn rác:
Thử lại vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác
Kích thước đặt mương song chắn rác [5] Chiều sâu xây dựng mương chứa SCR
Trong đó: Độ đầy của nước thải trong mương dẫn, h = 0,283(m) hs: tổn thất áp lực của SCR, hs = 0,014(m) hbv: chiều cao bảo vệ phía trên mặt nước của song chắn, hbv = 0,3(m)
Chọn Hm = 0,6 (m) Do SCR nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc 600 nên chiều cao của song chắn rác là:
Chọn hscr= 0,7(m) Chiều dài SCR
Chọn Lscr = 0,35(m) Chiều dài phần mở rộng trước SCR
Trong đó: Bsc: chiều rộng của SCR, Bsc= 350 (mm) Bm: chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi SCR, Bm = 300mm α: góc mở rộng của buồng đặt SCR, chọn α = 200
Chiều dài phần thu hẹp sau SCR
Chiều dài xây dựng của phần mương lắp đặt SCR
Chọn L = 1,3 (m) Bảng 4.2.2 Thống kê thiết kế song chắn rác STT  TÊN THÔNG SỐ  ĐƠN VỊ  SỐ LIỆU THIẾT KẾ   1  Bề rộng thanh  mm  8   2  Bề dày thanh  mm  25   3  Bề rộng khe  mm  27,8   4  Số khe hở  khe  10   5  Chiều rộng song chắn rác  mm  350   6  Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang  Độ  60   4.2.2 Tính toán hầm tiếp nhận Thể tích hầm bơm tiếp nhận
Chọn Vb=8 m3 Trong đó t = thời gian lưu nước thải, t = 30 (phút). [5]. Chọn thời gian lưu nước như vậy để đề phòng trường hợp lưu lượng ít dẫn đến cháy bơm hoặc thời gian lưu ít hơn 30 phút để tránh gây mùi hôi ở nước thải. Chọn chiều sâu hữu ích h =3m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m Chiều cao của bể H = h + hbv = 3+0,5 = 3,5 (m) Diện tích bể

Chọn S = 3 m3 Chọn kích thước bể : L x W = 2 x 1,5 = 3 m3 4.2.3 Tính toán bể điều hòa Tính toán kích thước bể Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 11h Thể tích bể điều hòa
Chọn kích thước bể a x a = 5 x 5 =25 (m2) Chiều cao làm việc của bể là
Xây dựng bằng bê tông cốt thép, bề dày thành 300mm chọn chiều cao bảo vệ 0,4 m Vậy thể tích bể điều hòa

Thể tích làm việc mỗi bể
Tính toán lượng khí cần thiết để xáo trộn nước thải Khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí, lượng khí cần thiết cho khuấy trộn
Trong đó R: tốc độ nén khí, lấy theo bảng sau, chọn R =12 (l/m3.phút)= 0,012 (m3/m3.phút) Dạng khuấy trộn  Đơn vị  Giá Trị   Khuấy trộn cơ khí  w/m3 thể tích bể  4-8   Tốc độ nén khí  l/m3.phút (m3thể tích bể)  10-15   (nguồn: Lâm Minh Triết, xử lí nước thải đô thị) Thiết bị khuếch tán khí được chọn theo [5] Chọn ống khuếch tán khí plastic xốp cứng bố trí theo dạng lưới có lưu lượng khí 80lit/phút, (68 ÷ 113 lit/phút.cái) Số ống khuếch tán khí
cái Giả sử hiệu quả khử BOD, COD ở bể điều hòa khoảng 15% Hàm lượng BOD còn lại
Hàm lượng COD còn lại:
4.2.4.Tính toán bể ASBC Ta có các thông số đầu vào bể ASBC như sau: Đại lượng  Đơn vị  Giá trị   BOD COD TSS TKN  Mg/l Mg/l Mg/l Mg/l    Các thông số lựa chọn  Đơn vị  Giá trị   Số lượng bể SV1 Nhiệt độ nước  -  2 100
  Các chỉ số động học cho bùn hoạt tính ở 200C Chỉ số  Tên gọi  Đơn vị  Giá trị  Giá trị tiêu biểu   μm Ks Y Kd fd  Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại Hằng số bán vận tốc Hiệu suất tăng trưởng tế bào Hệ số phân hủy nội bào Tỉ lệ vụn tế bào  gVSS/gVSS.d gbCOD/m3 gVSS/g bCOD g VSS/gVSS.d -  0,3-13,2 5,0-40,0 0,30-0,50 0,06-0,20 0,08-0,20  6,0 20,0 0,4 0,12 0,15   Các chỉ số động học vi sinh nitrobacteria Chỉ số  Tên gọi  Đơn vị  Giá trị  Giá trị tiêu biểu   μmn Kn Yn Kdn K0  Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại Hằng số bán vận tốc Hiệu suất tăng trưởng tế bào Hệ số phân hủy nội bào Hệ số sử dụng cơ chất max  gVSS/gVSS.d gbCOD/m3 gVSS/gbCOD g VSS/gVSS.d g/m3  0,20-0,90 0,50-1,00 0,10-0,15 0,05-0,15 0,40-0,60  0,75 0,74 0,12 0,08 0,50   Tính toán các thông số cần thiết cho quá trình thiết kế Tổng chất rắn lở lửng trong dòng vào:
Hàm lượng chất rắn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học trong dòng vào: Ta có tỉ số
( Ta chọn tỉ số

Hàm lượng chất rắn lơ lửng không có khả năng phân hủy sinh học trong dòng vào: Ta có
( Ta chọn tỉ số

Hàm lượng chất rắn trơ trong dòng vào:
(VSS+nbVSS)=144-(122,4+14,4)=7,2 (mg/l) Tổng hàm lượng COD trong dòng vào:
Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học (bCOD):
Hàm lượng COD không có khả năng phân hủy sinh học (nbCOD):
Xác định chu kì vận hành của bể ASBC Với lưu lượng nước thải 100m3/d, thiết kế bể 2 bể ASBC làm việc mỗi ngày 3 chu kì, thời gian làm việc mỗi bể cách nhau 4h ,thời gian làm việc của 1 bể ASBC TC : tổng thời gian hoàn thành 1 mẻ
tF: thời gian lấp đầy nước vào bể (h)
tA: thời gian sục khí hay thời gian phản ứng (h)
tS: thời gian lắng (h)
tD: thời gian rút nước ra khỏi bể (h)
Số chu kì một bể hoạt động trong một ngày
Số chu kì hai bể hoạt động trong một ngày
Thể tích phần nước lấp đầy của một chu kì
Xác định kích thước bể ASBC Ta có:
Trong điều kiện rút nước lý tưởng ta có tổng khối lượng bùn lúc phản ứng bằng khối lượng bùn lúc lắng. Ta có phương trình sau:
Trong đó: VT : thể tích của một bể (m3) X: nồng độ MLSS được duy trì trong bể (g/m3) VS: thể tích phần chứa bùn sau khi rút nước (m3) XS: nồng độ MLSS trong phần chứa bùn lắng (g/m3) Mặt khác ta có:
Chọn nồng độ bùn luôn duy trì trong bể là XMLSS = X = 3500 (g/m3) (
Để đảm bảo bùn không bị cuốn theo dòng nước trong giai đoạn hút nước ra ta phải thêm 20% theo thể tích cho phần chứa bùn.

Ta có:


Chọn

Với thể tích bể là 13(m3) Xây dựng bể hình chữ nhật có diện tích bệ mặt là
Chiều cao của bể
Chiều cao của bể được chọn hbv = 0,7 (m) Chiều cao xây dựng của bể là:
Bể được xây dựng bằng thành bê tông cốt thép với bề dày thành bằng 0,3 (m)