Thiết kế hệ thống xử lí nước thải bệnh viện chợ Rẫy -Thành phố Hồ Chí Minh công suất 2000 m3

MỤC LỤC Phần 1: TỔNG QUAN 3 1. Nguồn gốc phát sinh chất thải bệnh viện 3 2. Các chất gây ô nhiễm thường có trong nước thải bệnh viện 3 2.1. Các chất hữu cơ 3 2.2. Các chất vô cơ 4 2.3. Các chất rắn lơ lửng 4 2.4. Các chất dinh dưỡng 4 2.5. Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh 4 2.6. Các loại hóa chất độc hại từ cơ thể và chế phẩm điều trị 4 3. Đặc điểm phân biệt nước thải bệnh viện và nước thải sinh hoạt 4 4. Tổng quan về một số công trìnhxử lý nước thải bệnh viện 5 4.1. Song chắn rác 5 4.2. Hầm tiếp nhận 5 4.3. Bể điều hòa 5 4.4. Bể lắng đứng 6 4.5. Bể aerotank 6 4.6. Bể hoạt động gián đoạn (SBR) 6 4.7. Bể trung gian 7 4.8. Bể khử trùng 7 Phần 2: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 8 1. Thành phần và tính chất nước thải bệnh viện 8 2. Sơ đồ công nghệ: 9 3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: 10 PHẦN III: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 11 1. Tính toán song chắn rác 11 2. Tính toán hầm tiếp nhận 15 3. Tính toán bể điều hòa 15 4. Tính toán bể SBR 17 4.1. Xác định chu kì vận hành của bể SBR 18 4.2. Xác định kích thước bể SBR 19 4.3. Xác định thời gian lưu nước của bể SBR 21 4.4. Xác định thời gian lưu bùn 21 4.5. Xác định lượng oxy cần thiết cho một bể SBR 27 4.6. Xác định thiết bị sục khí cho bể SBR 28 4.7. Thiết kế hệ thống rút nước tĩnh (Decanter) 29 4.8. Tính toán ống dẫn nước vào bể SBR 30 4.9. Tính toán bơm bùn 31 5. Thiết kế bể trung gian 32 6. Tính toán bể khử trùng 33 7. Tính toán bể nén bùn 34 PHẦN IV: KHÁI TOÁN GIÁ THÀNH 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Phần 1: TỔNG QUAN Nguồn gốc phát sinh chất thải bệnh viện Thông thường chất thải bệnh viện gồm 3 loại: chất thải rắn, nước thải và khí thải với mức độ độc hại khác nhau. Nguy hiểm nhất là các bệnh phẩm gồm các tế bào, các mô bị cắt bỏ trong quá trình phẫu thuật, tiểu phẫu, các găng tay, bông gạc có dính máu mũ, nước lau rửa từ các phòng thiết bị, phòng mổ, khoa lây, khí thoát ra từ các kho hóa chất… Sau đó là các chất thải từ các dụng cụ y tế nhu kim tiêm, ống thuốc, túi oxy… Cuối cùng là nước thải và nước thải sinh hoạt. 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. Nước thải bệnh viện phát sinh từ nhiều khâu và quá trình khác nhau: Nước thải sinh hoạt của bác sĩ, y tá, công nhân viên bệnh viện, của bệnh nhân và của bệnh nhân. Nước thải vệ sinh lau chùi các phòng làm việc và phòng bệnh. 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. Các chất gây ô nhiễm thường có trong nước thải bệnh viện 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 các khu dân cư, khu công nghiệp chế biến thực phẩm. Tác hại cơ bản của các chất này là làm giảm oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản, 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. 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 rắn lơ lửng 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. 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. Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các loại vi trùng vi khuẩn gây bệnh nhu 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. Đặc điểm phân biệt nước thải bệnh viện và nước thải sinh hoạt 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 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). 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. Vấn đề đặt ra là làm sao để kiểm soát các tác nhân nguy hiểm trong nước thải bệnh viện. Để xử lý triệt để mầm mống vi trùng gây bệnh có mặt trong nước thải bệnh viện thì nước thải sau khi qua song chắn rác phải được khử trùng rồi mới đi xử lý tại các công trình tiếp theo. Tuy nhiên, việc làm này là hết sức khó khăn thậm chí là chưa thể thực hiện được, vì nếu khử trùng bằng hóa chất thì đòi hỏi lượng hóa chất phải vừa đủ, không được phép dư, nếu không sẽ ảnh hưởng đến công trình phía sau, nếu khử trùng bằng tia UV thì không đòi hỏi hóa chất, nhưng chi phí cho việc khử trùng rất tốn kém. Nên hầu như người ta đã bỏ qua bước khử trùng lúc đầu mà chỉ sau khi xử lý xong mới khử trùng. Tổng quan về một số công trình xử lý nước thải bệnh viện Song chắn rác Song chắn rác được đặt trước hố thu gom nước thải nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi như cỏ, rác, cành cây,…được gọi chung là rác. Các tạp chất này nếu không được loại bỏ sẽ gây tắc nghẽn đường ống, hư hỏng bơm, làm ảnh hưởng đến các công trình sau. Rác tại song chắn rác được vớt ra ngoài bằng phương pháp thủ công. Sau đó công ty vệ sinh môi trường sẽ đến thu gom. Hầm tiếp nhận Nước thải sau khi qua song chắn rác được tập trung tại hầm tiếp nhận, nhằm đảm bảo lưu lượng cho bơm hoạt động, giảm diện tích đào sâu không hữu ích cho bể điều hòa. Bể điều hòa Bể điều hòa có chức năng điều chỉnh lưu lượng nước thải ổn định trước khi đưa đến các công trình xử lý phía sau. Bể điều hòa được lắp đặt hệ thống phân phối khí nhằm giảm bớt một phần nồng độ các chất ô nhiễm, đồng thời tránh hiện tượng phân hủy yếm khí gây mùi hôi. Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hiệu quả xử lý các công trình phía sau. Đặc biệt là các công trình xử lý sinh học, chế độ làm việc của hệ thống sẽ không ổn định nếu lưu lượng và chất lượng nước thường xuyên thay đổi. Hơn nữa, hàm lượng chất bẩn trong nước thải lúc tăng, lúc giảm sẽ làm giảm hiệu suất xử lý của hệ thống. Đối với các công trình xử lý hóa học khi lưu lượng và nồng độ nước thải thay đổi thì phải tăng hoặc giảm nồng độ, liều lượng hóa chất châm vào. Điều này rất khó thực hiện khi điều kiện tự động hóa chưa cho phép. Bể lắng đứng Bể lắng đứng được thiết kế để loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong nước theo dòng chảy liên tục vào bể và ra bể. Tại bể lắng một phần SS đã được loại bỏ nhằm giảm tải lượng cho các công trình xử lý tiếp theo. Bể aerotank Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, gió được cấp liên tục vào để bể trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cung cấp oxy cho vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Sau đó nước được dẫn qua bể lắng đợt 2 để lắng bông bùn, và từ đây tuần hoàn một phần bùn trở lại bể bể sinh hoc nhằm duy trì nồng độ bùn cần thiết trong bể sinh học. Ưu điểm: Sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải. Hiệu suất cao: 85-95%, khoảng 98% cặn lơ lửng được loại bỏ. Không sinh mùi. Nhược điểm: Nhu cầu dinh dưỡng cao. Bùn sinh ra nhiều, phải tuần hoàn bùn. Phải có bể lắng đợt 2 Đòi hỏi trình độ vận hành cao. Bể hoạt động gián đoạn (SBR) SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xẩy ra trong SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, có điểm khác là tất cả các quá trình xẩy ra trong cùng một bể lần lượt theo từng bước: (1) làm đầy; (2) phản ứng; (3) lắng; (4) xả cạn; (5) ngưng. Bản chất của quá trình là xử lý sinh học từng mẻ. Hệ thống SBR bao gồm đưa nước thải vào bể phản ứng và tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí, kị khí, hiếu khí để cho vi sinh vật tăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải. Chất hữu cơ (C, N, P) từ dạng hòa tan sẽ chuyển hóa vào sinh khối vi sinh vật. Khi lớp sinh khối này lắng kết xuống sẽ còn lại nước trong đã tách chất ô nhiễm, chu kì xử lý lại tiếp thục cho một mẻ xử lý mới. Đặc trưng của SBR Cho phép thiết kế hệ đơn giản với các bước xử lý cơ bản theo quy trình từng mẻ. Khoảng thời gian cho mỗi chu kì có thể điều chỉnh được và là một quy trình có thể điều chỉnh tự động bằng PLC. Hiệu quả xử lý có độ tin cậy cao và độ linh hoạt. Ưu điểm Không cần bể lắng và bể lọc đợt 2 nên tiết kiệm được diện tích và chi phí xây dựng. Tải lượng xử lý BOD/COD của SBR cao hơn bể Aerotank. Xử lý được nước thải có hàm lượng nito cao. Quy trình xử lý đơn giản. Quy trình ổn định, vì sinh khối được thích nghi với khoảng DO lớn và sự tập trung chất nền, những cú sốc về tải trọng BOD ít hoặc không tác động đến quy trình. Hiệu quả xử lý cao. Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng. Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị (ít thiết bị) mà không cần phải tháo cạn bể. Nhược điểm Nếu nước thải có hàm lượng COD đầu vào cao thì không đảm bảo chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn. Hệ thống hoạt động theo mẻ nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau. Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ) Bể trung gian Chứa nước thải đã được xử lý sau bể SBR. Đảm bảo lưu lượng xử lý cho bể khử trùng. Bể khử trùng Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa rất nhiều vi khuẩn. Nếu xả nước thải ra nguồn nước thì khả năng truyền bệnh sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp khử trùng nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Phần 2: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Thành phần và tính chất nước thải bệnh viện Thông số  Đơn vị  NTBV  TCVN 7382-2004      Mức 1  Mức 2   pH  -  7  6,5-8,5  6,5-8,5   SS  mg/l  150  50  100   COD  mg/l  500  -  -   BOD5(200C)  mg/l  300  20  30   Tổng Nito  mg/l  38  30  30   Tổng Photpho  mg/l  3,5  4  6   Tổng coliform  MPN/100ml  8,5×106  1000  5000   Sơ đồ công nghệ:
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải từ các khoa của bệnh viện theo mạng lưới thoát nước riêng, nước chảy theo mương dẫn vào hầm tiếp nhận 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 bơm 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. Nước thải tiếp tục được đưa qua bể SBR. Tại bể SBR nước được xử lý triệt để nhờ quy trình gián đoạn: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cạn, ngưng. Sau đó, nước được dẫn qua bể trung gian để giữ nước lại đảm bảo lưu lượng và sự ổn định cho bể khử trùng. Sau đó, nước được dẫn qua bể khử trùng để loại các vi sinh vật gây bệnh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Bùn thải của quá trình dùng bể nén bùn và máy ép bùn để ép nước sau đó đem đi xử lý. PHẦN III: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Lưu lượng nước thải 2000m3/ ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ:
Lưu lượng trung bình giây:
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   (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang 99_TS.Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân) Với lưu lượng trung bình giây là 23,15(l/s) chọn Kch= 2,2 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: 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   (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang 118 - TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Kích thước mương dẫn trước SCR: Mương dẫn nước thải hình chữ nhật, có độ dốc i = 0,0008 (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang111 - TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: Vm = 0,6 (m/s) Góc nghiêng của SCR α = 600 (Công nghệ xử lý nước thải, trang 240 - Nguyễn Đức Lượng_ Nguyễn Thị Thùy Dung) Chọn kích thước mương: Bm × Hm = 0,3m × 0,5m Chiều cao lớp nước trong mương:
Kích thước SCR Chọn kích thước của song chắn rác: rộng×dày = b × h = 8 mm × 25mm Chọn khoảng cách giữa 2 thanh chắn: w = 25mm Số khe hở của song chắn:
Trong đó: K0: 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 = 0,8 m/s w: khoảng cách giữa 2 thanh chắn: w = 25 mm h: chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,283 m

Chọn n = 10 khe hở, 9 thanh Tính bề rộng của SCR:
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 mương đặt SCR: 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= 400 (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) Trong đó: Ls là khoảng cách giữa phần thu hẹp và phần mở rộng phía trước và sau SCR, chọn Ls = 800 (mm) Tổn thất áp lực qua SCR:
Trong đó: Vsc: vận tốc nước qua song chắn rác Vm: vận tốc nước trong mương: vm = 0,515 (m/s) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2)
thỏa điều kiện. Giả sử hàm lượng SS trong nước thải sau khi ra khỏi SCR giảm 4% Hàm lượng cặn lơ lửng(SS) còn lại:
Bảng các thông số thiết kế SCR STT  Tên thông số  Đơn vị  Số liệu thiết kế   1  Tốc độ dòng chảy trong mương  m/s  0,515   2  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  m  350   6  Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang  Độ  60   7  Tổn thất áp lực sau SCR  mm  14   Tính toán hầm tiếp nhận Thể tích hầm bơm tiếp nhận
Chọn Vb = 42 m3 Trong đó: t: thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30(phút), chọn t = 30 (phút). (trang 412 xử lý NTDT&CN TS.Lâm Minh Triết). 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 hiện tượng yếm khí gây ra mùi hôi ở nước thải. Chọn chiều sâu hữu ích h = 3 m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m Chiều cao của bể:
Diện tích bể:
Chọn kích thước bể: L × W = 4 × 3,5 = 14 (m2) Tính toán bể điều hòa Tính toán kích thước bể Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 10 h Thể tích bể điều hòa
Chọn kích thước bể: a × a = 13 × 13 = 169 (m2) Chiều cao làm việc của bể là
Xây dựng bể bằng bê tông cốt thép, bề dày thành 300 mm, chọn chiều cao bảo bệ hbv = 0,57 m. Vậy thể tích xây dựng của bể điều hòa
Thể tích làm việc của 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.phut) = 0,012(m3/m3.phut) Dạng khuấy trộn  Giá trị  Đơn vị   Khuấy trộn cơ khí  4 ÷ 8  w/m3 thể tích bể   Tốc độ khí nén  10 ÷ 15  l/m3.phút (m3thể tích bể)   (Nguồn: bảng 9-7 trang 418 XLNT đô thị và công nghiệp_TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Thiết bị khuếch tán khí được chọn theo bảng 9-8 trang 419 Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_TS. Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân. Chọn ống khuếch tán khí plastic xốp cứng bố trí theo dạng lưới có lưu lượng khí 100 lit/phút, (68 ÷ 113 lit/phút.cái) Số ống khuếch tán khí:
Giả sử hiệu quả khử BOD, COD ở bể điều hòa khoảng 10% Hàm lượng BOD còn lại:
Hàm lượng COD còn lại:
Tính toán bể SBR Ta có các thông số đầu vào bể SBR như sau: Đại lượng  Giá trị  Đơn vị   BOD COD TSS TKN  270 450 144 38  mg/l mg/l mg/l mg/l   Các thông số lựa chọn  Giá trị  Đơn vị   Số lượng bể SVI Nhiệt độ nước  2 100 250C  -   Các chỉ số động học cho bùn hoạt tính ở 200 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 0,40 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 lơ 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:
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 SBR Với lưu lượng nước thải 2000 m3/d ,dự trù thiết kế 2 bể SBR làm việc mỗi ngày 3 chu kì, thời gian làm việc của 2 bể lệch nhau 4h. Thời gian 1 bể làm việc như sau: 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)
tI: thời gian rút bùn hay thời gian chờ (h) thông thường chiếm 5% tổng thời gian hoàn thành một mẻ. Nhưng đối với bể SBR thì thời gian lưu bùn khá lâu nên có thể bỏ qua thời gian rút bùn (tI = 0h) đồng thời tăng thời gian sục khí để hiệu quả xử lý được cao hơn. 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 SBR 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 VT = 576 (m3)
Với thể tích bể VT = 576 (m3), xây dựng bể hình vuông có diện tích bề mặt là
Chiều cao của bể
Chiều cao bảo vệ của bể được chọn hbv = 0,74 (m) Chiều cao xây dựng của bể là:
Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép với bề dày thành bằng 0,3 (m) Kích thước xây dựng của bể:
Xác định thời gian lưu nước của bể SBR
Xác định thời gian lưu bùn Tổng lượng bùn sinh ra trong suốt quá trình lưu bùn:
Trong đó: PX,TSS: lượng bùn sinh ra mỗi ngày (bao gồm cả rắn trơ) (kgTSS/ng) θC: Thời gian lưu bùn (ngày) VT: Thể tích tổng cộng 1 bể SBR (m3) XMLSS Nồng độ cặn lơ lửng của bùn hoạt tính (bao gồm cả vô cơ và hữu cơ) (g/m3) Ta có lượng bùn sinh ra mỗi ngày bao gồm: A - Sinh khối vi khuẩn tiêu thụ COD B - Sinh khối vi khuẩn tiêu thụ Nitrogen C - Vi khuẩn chết D - Cặn không phân hủy sinh học E - Cặn trơ

Trong đó: Giả sử giá trị S0 – S ≈ S0. Với mong muốn lượng cơ chất (bCOD) trong dòng vào được xử lý được là toàn bộ cũng có nghĩa là hiệu suất sẽ đạt cao nhất có thể. NOx = 0,8(TNK) = 0,8×38 = 30,4 (mg/l) Q: lưu lượng trung bình ngày đối với mỗi bể (m3/d) Q = 2000/2 = 1000 (m3/d) Y :hiệu suất tăng trưởng tế bào của vi khuẩn tiêu thụ COD Y = 0,4 (mgVSS/mgbCOD) Yn: hiệu suất tăng trưởng tế bào của vi khuẩn tiêu thụ NOx Yn = 0,12 (mgVSS/mgNOx) S0: nồng độ cơ chất (bCOD) dòng vào của nước thải (g/m3) S: nồng độ cơ chất (bCOD) dòng ra của nước thải (g/m3) Kd : hệ số phân hủy nội bào của vi khuẩn tiêu thụ bCOD
Kdn: hệ số phân hủy nội bào của vi khuẩn tiêu thụ NOx
fd: tỉ lệ vụn tế bào, fd = 0,15 Tính toán các giá trị A, B, C, D, E ta được bảng số liệu sau: Đại lượng  Giá trị  Đơn vị  Thành phần  Giá trị   nbVSS  17,28  mg/l  A 

  S0 - S  432  mg/l      Q  1000  m3  B 

  iTSS  4,32  g/m3      NOx  30,4  mg/l  C 

  Y  0,4  gVSS/g bCOD      kd,25  0,168  g/g.d  D 

  Yn  0,12  gVSS/g NOx      kdn,25  0,112  g/g.d  E 

  fd  0,15  g/g     

Vậy chọn thời gian lưu bùn θc = 17 (d) Xác định nồng độ MLVSS
Mà:


Tỉ số
Xác định lượng NH4-N được oxy hóa thành NOX Dựa vào phương trình cân bằng nitrogen ta có:
Vì vậy ta suy ra:
Kiểm tra lại độ nitrat hóa xem NH4-N có bị khử tới mức 0,5 g/m3 trong vòng 3,2h cung cấp khí: Ta có: NOX = 29,7 (g/m3) = NH4-N trong dòng thải có thể được oxy hóa Lượng NH4-N được oxy hóa trong mỗi chu kì làm đầy của 1 bể: VF(NOX) = 334 (m3/chu kì) × 29,7 (g/m3) = 9919,8 (g/chu kì) NH4-N còn lại trước khi làm đầy = VS(Ne) Trong đó: Ne = 0,5g/m3 NH4-N →VS(Ne) = Ne(VT – VF) = 0,5(g/m3) × (576 – 334)m3 = 121 (g) Tổng N có thể được oxy hóa trong một chu kì: VF(NOX) + VS(Ne) = 9919,8 + 121 = 10040,8 (g) Nồng độ ban đầu trong bể:
Xác định thời gian phản ứng Thời gian phản ứng sau khi làm đầy để đạt được nồng độ NH4-N đầu ra như mong muốn được tính toán theo công thức sau.
Trong đó: N0: hàm lượng nito trong bể phản ứng (đã được pha loãng) (mg/l) N0 = 17,43 (g/m3) Nt: hàm lượng nito trong dòng ra (sau xử lý) (mg/l) Nt = Ne =0,5 (g/m3) Yn: Sản lượng tế bào vi khuẩn nito (gVSS/gCOD) Yn = 0,12 (gVSS/gNH4-N) DO: Hàm lượng oxy hòa tan (mg/l) Chọn DO = 2 (g/m3) θc : thời gian lưu bùn (ngày) θc =17 (d) μmn,25: Tốc độ tăng trưởng cực đại của sinh khối vi khuẩn nito
Kn,25: hằng số bán vận tốc của vi khuẩn tiêu thụ NOx ở 250C


Xác định lượng oxy cần thiết cho một bể SBR
Một ngày có 3 chu kì hoạt động vậy thời gian sục khí cho một ngày là:
Lượng oxy cần cung cấp cho 1 bể trong 1 giờ
Xác định lượng bùn sinh ra của 1 bể/ngày (MLSS = XTSS)
Hàm lượng bCOD được xử lý
Hàm lượng BOD được xử lý mỗi ngày
Xác định tỉ số F/M và tải trọng thể tích BOD (Lorg) của hệ thống SBR

Xác định hiệu suất quan sát được (sản lượng sinh khối)


Thống kê các thông số thiết kế cơ bản của SBR Thông số  Đơn vị  Giá trị   Số bể  Bể  2   Diện tích  m2  576   Cạnh  m  11,3   Chiều cao  m  5,5   Thời gian của chu kì  h  8   Thời gian lưu bùn  ngày  17   Thời gian lưu nước  h  13,8   MLSS  g/m3  3500   MLVSS  g/m3  2436,3   F/M  g/g.ngay  0,62   Lượng bùn sinh ra mỗi ngày  kg  2016   Lượng không khí cung cấp trong 1h  m3/h  264,89   Tỉ số MLVSS/MLSS   0,7   Xác định thiết bị sục khí cho bể SBR Ta có lượng oxy cần cung cấp trong 1h là 13,5 (g/s). Lựa chọn thiết bị sục khí cho bể SBR là loại thiết bị sục khí bề mặt kiểu tuabin vận tốc lớn đặt trên phao nổi. Tuabin gồm cánh bơm có tốc độ quay lớn gắn với trục quay thẳng đứng của động cơ, phía dưới có một đoạn ống hút. Toàn bộ thiết bị đặt trên phao nổi hình tròn làm bằng thép không rỉ hoặc bằng composit có sợi thủy tinh tăng cường. Khi làm việc bơm hút nước từ dưới bể đẩy dọc theo trục có tấm hướng dòng hình xoắn ốc làm tung nước ra xung quanh. Đường kinh phao từ 1 ÷ 3,5m. Theo bảng 7-7. Công suất hòa tan oxy của tuabin phao trang 129, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai với công suất hòa tan oxi là 17,2 g/s thì công suất tuabin khoảng 40 kW. Như vậy với lượng oxi cần cung cấp cho bể SBR là 13,5 g/s ta chọn 2 máy loại sục khí bề mặt của hãng AQUAS (cho 2 bể).Với các thông số được lựa chọn như sau: Loại  Công suất motor(KW)  A(mm)  B(mm)  C(mm)  D(mm)  Khối lượng(kg)   AER-AS 4500-24  45  3000  2000  1600  2000  790  
 Thiết kế hệ thống rút nước tĩnh (Decanter) Thể tích nước cần rút bằng thể tích làm đầy bể Ta có VF = 334 (m3) Thời gian rút nước tD = 1,2 (h) Tốc độ rút nước =
Hệ thống rút nước tĩnh Decanter được sử dụng theo thiết kế của hãng Aqua. Đây là loại decanter hoạt động nhờ hệ thống 2 phao, 1 cố định và 1 di động. Sơ đồ hoạt động như sau: Phao cố định giữ cho hệ thống luôn ổn định tại vị trí mặt nước trước và sau khi rút nước. Phao di động hoạt động theo nguyên tắc tàu ngầm, nó đóng vai trò là van đóng mở miệng hút. Khi van ở trạng thái đóng, khoang chứa của phao đầy khí, vì thế nó nổi lên và khớp với miệng phao cố định. Khi van ở trạng thái mở, không khí trong khoang chứa của phao bị hút ra ngoài làm nước tràn vào đầy khoang. Khi đó nó chìm xuống, tách ra khỏi phao cố định. Nước từ bên ngoài tràn vào miệng ống hút. Khi tới giới hạn mặt nước - bùn, phao cảnh báo bên ngoài truyền tín hiệu về tủ điều khiển. Khí được thổi vào đầy khoang chứa làm phao di động đóng lại.
 Vị trí đặt decanter: Thể tích bùn lắng:
Lượng nước hút ra khỏi bể: VF = 334 (m3) Chiều cao lớp nước trong bể:
Vậy đặt Decanter ở độ cao cách đáy 2 (m) để không bơm lẫn bùn vào. Tính toán ống dẫn nước vào bể SBR Lượng nước vào bể: VF = 334 (m3) Thời gian đưa nước vào bể tF = 2h Lưu lượng nước vào:
Chọn vận tốc bơm nước vào là: 2 (m/s) Đường kính ống dẫn nước vào:
Chọn D = 175 (mm) Tính toán bơm bùn Bùn cặn tập trung dưới đáy bể. Cặn được bơm hút ra và xả vào bể chứa bùn. Lượng bùn sinh ra sau 17 ngày: 2016 (kg) Chỉ số thể tích bùn SVI = 100 (ml/g) Khối lượng riêng bùn, ρ = 1053 (kg/m3) Thể tích bùn ra:
Chọn thời gian hút bùn ra: t = 5 phút = 300 (s) Lưu lượng bùn ra:
Công suất máy bơm:
Trong đó: Qbun: lưu lượng bùn ra, (m3/s) Hb: cột áp bơm, chọn Hb = 10 (m) ρ : khối lượng riêng bùn, ρ = 1053 (kg/m3) η: hiệu suất bơm, η = 0,8
Công suất thực tế của bơm là:
Chọn 2 máy bơm EBARA model 32 – 125/0,25 có công suất mỗi máy 2Hp hoạt động luân phiên. Thiết kế bể trung gian Ta có 2 bể SBR hoạt động luân phiên mỗi bể hoạt động cách nhau 4h cho nên sau 4h ta có lượng nước được hút ra là 334 m3. Để đảm bảo lượng nước chứa trong bể trung gian để cung cấp cho bễ khử trùng làm việc liên tục ta chọn thời gian lưu nước cho bể trung gian t = 5h. Thể tích của bể trung gian là:
Chọn chiều cao bể trung gian h = 5,5 m. Diện tích bể trung gian:
Diện tích bề mặt = 8 (m) × 9,5 (m) Tính toán bể khử trùng
Chọn khử trùng nước thải bằng clo. Chọn thời gian tiếp xúc khử trùng là 30 phút = 0,5 h. Với thể tích nước mỗi mẻ là 334 m3, mỗi mẻ cách nhau 4h. Thể tích bể khử trùng
Chọn chiều cao bể khử trùng là 1 m Diện tích 41,75 (m2) = 5 (m) × 8,5 (m) Chia chiều dài bể làm 8 ngăn cho nước chảy theo hình ziczac, để làm tăng đoạn đường nước chảy. Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải:
Trong đó: Ya: lượng clo hoạt tính cần để khử trùng nước thải, kg/h Q: lưu lượng tính toán của nước thải, Qtb,h = 83,33 (m3/h) a: liều lượng clo hoạt tính lấy theo TC 51-2008 Nước thải sau xử lý cơ học, a = 10 g/m3 Nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn, a = 3 g/m3 Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn, a = 5 g/m3 Chọn a = 3 g/m3 để tính toán
Tính toán bể nén bùn Tính toán bể nén bùn kiểu lắng đứng, tham khảo trang 218_xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân. Ta có lượng bùn sinh ra của 1 bể SBR/ngày là 118,59(kg/ngày.bể) Diện tích hữu ích của bể nén bùn đứng
Trong đó: q: lưu lượng bùn hoạt tính dẫn vào bể nén bùn
v1: tốc độ chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng, v1 = 0,1(mm/s) Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn đứng
Trong đó: v2 = tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm, v2 = 28 ÷ 30 (mm/s), chọn v2 = 28 (mm/s). Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng
Đường kính của bể nén bùn
Chọn đường kính bể D = 6 (m) Đường kính ống trung tâm
Đường kính phần loe của ống trung tâm
Đường kính tấm chắn
Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng
Trong đó: t = thời gian lắng bùn, chọn t = 10 (h) Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 450, đường kính bể D = 6 (m), đường kính của đáy bể 1 (m), sẽ bằng:
Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén
Trong đó: h0: khoảng cách từ đáy ống loe đến tấm chắn, h0 = 0,25 ÷ 0,5 m; chọn h0 = 0,3m hth: chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 (m) Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn
Trong đó: h3 = khoảng cách từ mực nước trong bể nén bùn đến thành bể, h3 = 0,4 (m) Nước tách ra trong quá trình nén bùn được dẫn trở lại bể điều hòa để xử lý. Bùn sau khi nén được ép bằng máy ép bùn, sau đó được chở đi xử lý bùn thải. PHẦN IV: KHÁI TOÁN GIÁ THÀNH STT  Thiết bị  Số lượng  Đơn vi  Thành tiền   1  Bể SBR  2  Bể  150.000.000   2  Máy sục khí  4  cái  80.000.000   3  Decanter  2  cái  50.000.000   4  Bơm hút bùn  1  cái  1.000.000   5  Hệ thống đường ống, co    5.000.000   6  Nhân công    50.000.000   7  Tổng cộng  336.000.000   Chi phí phát sinh bằng 15% tiền tổng cộng. Ta có tổng chi phí thiết kế bể SBR là: Tổng chi phí = 1,15 × 336.000.000 = 386.400.000 vnd TÀI LIỆU THAM KHẢO Wastewater Engineering Treatment And Reuse_Metcaf & Eddy. Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình_Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải_TS Trịnh Xuân Lai. Giáo trình kỹ thuật xử lý nước thải_PGS.TS. Nguyễn Văn Sức. Công nghệ xử lý nước thải_ Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dung.