thiết kế hệ thống xử lí nước thải bệnh viện chợ rẫy -thành phố hồ chí minh công suất 2000 m3

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 m

MỤC LỤCTÀI LIỆU THAM KHẢO 39

Phần 1: TỔNG QUAN

1 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

2 Các chất gây ô nhiễm thường có trong nước thải bệnh viện

2.1 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 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

2.5 Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh

Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các loại vi trùng vi khuẩn gây bệnh 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

2.6 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

3 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

4 Tổng quan về một số công trình xử lý nước thải bệnh viện

4.1 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

4.2 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

4.3 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

4.4 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

4.5 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

4.6 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

Phần 2: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1 Thành phần và tính chất nước thải bệnh viện

Bể Khử TrùngChlorine

3 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: , 2000 3

83,33( / ) 24

(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: Qmax,h = Qtb h, × Kch = 83,33 2,2 183,33( × = m3/ ) h

Lưu lượng lớn nhất giây: ax, ax, 183,33 3

− Khoảng cách giữa hai song chắn

(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

m s m

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:

ax,

0

w

m sQ

× ×Trong đó:

K0: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K0 = 1,05V: 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

Như vậy khoảng hở giữa hai thanh w = 27,8mm

Vận tốc nước chảy qua song chắn rác:

s kt

scr

Q V

2

m scr

m scr

Bm: chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi SCR, Bm = 300mm

69 34,5 ( )

Vsc: vận tốc nước qua song chắn rác

Vm: vận tốc nước trong mương: vm = 0,515 (m/s)

Giả sử hàm lượng SS trong nước thải sau khi ra khỏi SCR giảm 4%

Hàm lượng cặn lơ lửng(SS) còn lại:

150 (1 0,04) 144( / )

Bảng các thông số thiết kế SCR

1 Tốc độ dòng chảy trong mương m/s 0,515

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: H = + h hbv = + 3 0,3 3,3( ) = m

14 ( ) 3

bV

4,93 169

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

R: tốc độ nén khí, lấy theo bảng sau, chọn R = 12 (l/m3.phut) = 0,012(m3/m3.phut)

Giả sử hiệu quả khử BOD, COD ở bể điều hòa khoảng 10%

Hàm lượng BOD còn lại:

4 Tính toán bể SBR

Ta có các thông số đầu vào bể SBR như sau:

mg/lmg/lmg/lmg/l

Số lượng bể

SVI

Nhiệt độ nước

2100

Hiệu suất tăng trưởng tế bào

Hệ số phân hủy nội bào

Tỉ lệ vụn tế bào

gVSS/gVSS.d gbCOD/m 3 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

Giá trị tiêu biểu

Hiệu suất tăng trưởng tế bào

Hệ số phân hủy nội bào

gVSS/gVSS.d gbCOD/m 3 gVSS/gbCOD

g VSS/gVSS.d

0,20-0,90 0,50-1,00 0,10-0,15 0,05-0,15

0,75 0,74 0,12 0,08

K0 Hệ số sử dụng cơ chất max g/m 3 0,40-0,60 0,50

Tính toán các thông số cần thiết cho quá trình thiết kế:

Tổng chất rắn lơ lửng trong dòng vào:

COD bCOD nbCOD = + =

Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học (bCOD):

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

Số chu kì một bể hoạt động trong một ngày

1

24( )

3 ( / ) 8( / )

X: nồng độ MLSS được duy trì trong bể (g/m3)

VS: thể tích phần chứa bùn sau khi rút nước (m3)

F T

V V

TV

F

Chiều cao bảo vệ của bể được chọn hbv = 0,74 (m)

Chiều cao xây dựng của bể là:

4,76 0,74 5,5( )

Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép với bề dày thành bằng 0,3 (m)

Kích thước xây dựng của bể:

576( ) 24( / )

13,8( ) 1000( / )

4.4 Xác định thời gian lưu bùn

Tổng lượng bùn sinh ra trong suốt quá trình lưu bùn:

,

( PX TSS) θ =C V XT MLSS = 576 3500 2016000( ) × = g

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

θ θ θ θ

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

Tính toán các giá trị A, B, C, D, E ta được bảng số liệu sau:

θθ

×+

θθ

×+

iTSS 4,32 g/m 3

NO x 30,4 mg/l

2 0

1 0,168

C C

θθ

×+

QY S S

A

K

QY NO B

θ θ θ

172800 17 3648 17 (1 0,168 17) (1

1403307,2

1403307,2 1403307,2

2436,3 (g/m ) 576

MLVSS

Xác định lượng NH 4 -N được oxy hóa thành NO X

Dựa vào phương trình cân bằng nitrogen ta có:

, ,

0 ,

-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)

10040,8 10040,8

17,43 (g/m ) 576

,25 0

3)

DO: Hàm lượng oxy hòa tan (mg/l)

Chọn DO = 2 (g/m

3)

3 4

n X C n

bCOD

Xác định tỉ số F/M và tải trọng thể tích BOD (L org ) của hệ thống SBR

X TSS TSS

removed

P gTSS

removed

P gTSS

X TSS removed

P gTSS

Y

gbCOD bCOD

Thống kê các thông số thiết kế cơ bản của SBR

Lượng không khí cung cấp trong 1h m3/h 264,89

4.6 Xác định thiết bị sục khí cho bể SBR