tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện đa khoa tỉnh kiên giang công suất 1200 m3 ngày

Để loại bỏ dầu mỡ và hạt cặn lơ lửng gây ảnh hưởng đến công trình sinh học, nước thải sau bể điều hòa sẽ qua bể tuyển nổi, sau đó qua bể MBBR xử lý tiếp N, P và các hợp chất hữu cơ có tr

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới Thiên tai, lũ lụt, cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên… xảy ra thường xuyên, nghiêm trọng hơn, gây ảnh hưởng đến cuộc sống con người Đứng trước hiện trạng môi trường đang bị suy thoái, sức khỏe của con người cũng bị đe dọa Nhiều bệnh viện đã được thành lập chỉ trong thời gian ngắn nhằm phục vụ cho nhu cầu chăm sóc sức khỏe cho người dân

và đã gặt được nhiều kết quả tốt đẹp Bên cạnh đó, nước thải từ các bệnh viện, với các tính chất ô nhiễm đặc trưng, đã và đang đe dọa đến sức khỏe con người và môi trường Nước thải bệnh viện nói chung có tính chất gần giống với nước thải sinh hoạt, nhưng xét về độc tính thì loại nước thải này độc hại hơn nước thải sinh hoạt gấp nhiều lần Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các chất khí như: NH3, CO2, H2S, NO3-, NO2-, phenol… các

vi sinh vật gây bệnh như E.Coli, Streppococcus, Faecalis, Clostridium, Prefringens, Samonella, Shigella… và một số vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn… có thể lan truyển vào môi trường bất cứ lúc nào, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sống trong khu vực Chính vì thế bệnh viện Đa khoa tỉnh Kiên Giang đã và đang đầu tư xây dựng hệ thống xử

lý nước thải áp dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) đã xử lý nước thải bệnh viện đạt QCVN 28:2010/BTNMT Cột B góp phần bảo vệ môi trường, đảm bảo sức khỏe cho người dân xung quanh Đồ án này tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện Đa khoa tỉnh Kiên Giang công suất 1200 m3/ngày Với các chỉ tiêu ô nhiễm là BOD (476 mg/l), COD (680 mg/l), TSS (280 mg/l), Amoni (43 mg/l), Tổng Photpho (29 mg/l), dầu mỡ động thực vật (242 mg/l) Công nghệ đề xuất trong đồ án này là công trình sinh học hiếu khí MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) Nước thải sẽ được chứa ở bể thu gom, rác thô được loại bỏ nhờ song chắn rác trước bể thu gom, sau đó qua bể điều hòa để điều tiết lưu lượng và cân bằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải Để loại bỏ dầu

mỡ và hạt cặn lơ lửng gây ảnh hưởng đến công trình sinh học, nước thải sau bể điều hòa sẽ qua bể tuyển nổi, sau đó qua bể MBBR xử lý tiếp N, P và các hợp chất hữu cơ có trong nước thải sau đó qua bể lắng 2 và được khử trùng trước khi thải vào cống thoát nước Hiệu suất của công nghệ đề xuất đối với các chỉ tiêu ô nhiễm là là BOD 90%, COD 87%, TSS 85%, Amoni 95%, Tổng Photpho 65%, dầu mỡ động thực vật 95% và đảm bảo đầu ra đạt yêu cầu cần xử lý

ABSTRACT

In recent years, Environmental issues are the leading concern worldwide Natural disasters, floods, depletion of natural resources occurs frequently, more severe, affecting people's lives Standing in front of the current state of the environment is being degraded, human health is also threatened Many hospitals have been established only for a short time to serve the health care needs for people and achieved good results In addition, waste water from hospitals, with the characteristic pollutants, has been a threat to human health and the environment Hospital waste water generally has properties similar to domestic wastewater, but in terms of toxicity, then this kind of toxic sewage waste water many times Hospital wastewater contains a large amount of gases such as H2S, CO2, NH3 , NO3- , NO2- , phenols pathogenic microorganisms such as e Coli, Streppococcus Faecalis, Clostridium, Prefringens, Salmonella, Shigella and some of the bacteria that cause cholera, typhoid, dysentery could spread into its environment at any time, affecting the health of the people living in the area Therefore, Kien Giang provincial hospital has been invested to build waste water treatment system applied MBBR technology (Moving Bed Biofilm Reactor) has reached hospital wastewater treatment QCVN 28:2010/BTNMT column B contribute

to protect the environment, ensure the health of the people around This project calculations, design of Kien Giang Province Hospital wastewater treatment systems with capacity 1200

m3/day With pollution index is BOD (476 mg / l), COD (680 mg / l), TSS (280 mg / l), ammonium (43 mg / l), total phosphorus (29 mg / l), grease( animals and plants )(242 mg / l) Technology proposed in this project is the process of aerobic biological MBBR (Moving Bed Reactor Biofilms) Wastewater will be contained in the collection tank, raw solids and other large materials is removed thanks to coarse screening standing before collection tank , then through an flow equalizing reservoir to regulate the flow and balance the concentration of pollutants in wastewater To eliminate the effects of grease and suspended solids particles in biological engineering of sewage pool, wastewater will last conditioned

in flotation tank, then through MBBR tank where N, P and organic compounds will be processed, then through the wastewater clarifier 2 and be disinfected before being discharged into the sewer The performance of the proposed technologies for pollution indicators is 90% BOD, COD 87%, 85% TSS, ammonia 95%, 65% total phosphorus, 95% grease (plants and animals) and ensure satisfactory output requests should be handled

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

Tha ̀nh phố Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2016

Giảng viên hướng dẫn

NHÂ ̣N XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tha ̀nh phố Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2016

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH KIÊN GIANG 1

1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1

1.1.1 Điều kiện địa lý 1

1.1.2 Địa hình, địa mạo 1

1.1.3 Điều kiện khí tượng 1

1.2 QUY MÔ BỆNH VIỆN 3

1.3 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CỦA BVĐK TỈNH KIÊN GIANG 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 7

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN 7

2.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải bệnh viện 7

2.1.2 Tính đặt trưng của nước thải bệnh viện 7

2.1.3 Ảnh hưởng của nước thải đối với môi trường 8

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 9

2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học 9

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa học 15

2.2.3 Phương pháp xử lý hóa lý 16

2.2.4 Phương pháp xử lý sinh học 22

2.3 Một số công trình xử lý nước thải bệnh viện điển hình: 39

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH 42

3.1 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHÊ XỬ LÝ 42

3.2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 43

3.3 Tính Toán Các Công Trình Đơn Vị 52

3.3.1 Song chắn rác 53

3.3.2 Hố thu gom 58

3.3.3 Bể điều hòa 60

3.3.4 Bể tuyển nổi 65

3.3.5 Bể MBBR 70

3.3.6 Bể lắng 2 78

3.3.7 Bể khử trung 83

3.3.8 Bể phân hủy bùn kị khí 85

CHƯƠNG 4.KHAI TOÁN KINH TẾ 87

4.1 Chi phí xây dựng và thiết bị 87

4.1.1 Chi phí xây dựng: 87

4.1.2 Chi phí thiết bị 87

4.1.3 chi phí vận hành 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Song chắn rác làm sạch thủ công 10

Hình 2.2 Bể lắng ngang 11

Hình 2.3 Cấu tạo bể lắng đứng 12

Hình 2.4 Bể tach dầu mỡ 13

Hình 2.5 Bể điều hòa 14

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi khí hòa tan DAF 18

Hình 2.7 Lực phân tán London (đóng vai trò chính trong quá trình hấp phụ) 18

Hình 2.8 Quá trình phân hủy kỵ khí 25

Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị xử lý sinh học tiếp xúc kỵ khí 26

Hình 2.10 Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB) 28

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí 31

Hình 2.12 Sơ đồ hoạt động của hệ thống SBR 32

Hình 2.13 Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám (Attacted Growth Activated Sludge Reactor – AASR) 32

Hình 2.14 Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt 33

Hình 2.15 Đĩa sinh học (RBC) 34

Hình 2.16 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR hiếu khí (a) và thiếu khí (b) 35

Hình 2.17 Các loại giá thể Kaldnes 36

Hình 2.18 Công nghệ xử lý nước thải viện tim Tp HCM 39

Hình 2.19 Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện Đa Khoa An Sương 40

Hình 2.20 Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện Nhiệt Đới Tp.HCM 41

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê nhiệt độ qua các năm tại trạm Rạch Giá (0C) 2

Bảng 1.2 thống kê lượng mưa trung bình các tháng qua các năm tại trạm Rạch Giá (mm) 3

Bảng 1.3 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải BVĐK tỉnh Kiện Giang 6

Bảng 2.1 khối lượng chất ô nhiễm do mỗi người hàng ngày đưa vào môi trường 7

Bảng 2.2 Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt 8

Bảng 2.3 Thế oxy hóa của một số chất oxy hóa 16

Bảng 2.4 Thông số các loại giá thể Kaldnes 36

Bảng 3.1 Nồng độ các chất ô nhiễm 43

Bảng 3.2 Hiệu xuất cần thiết xử lý nước thải 46

Bảng 3.3 Hiệu xuất cần thiết xử lý nước thải 49

Bảng 3.4 so sánh 2 phương pháp 50

Bảng 3.5 Các thông số lưu lượng dùng trong thiết kế 53

Bảng 3.6 Tóm tắt thiết kế song chắn rác 58

Bảng 3.7 Tóm tắt kết quá tính toán bể thu gom 60

Bảng 3.8 Thông số dùng thiết kế bể điều hòa 60

Bảng 3.9 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể điều hòa 65

Bảng 3.10 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể tuyển nổi 69

Bảng 3.11 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể MBBR 78

Bảng 3.12 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể lắng 2 82

Bảng 3.13 Các thông số cho bể tiếp xúc chlorine 83

Bảng 3.14 Liều lượng chlorine cho khử trùng 84

Bảng 3.15 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể khử trùng 84

Bảng 3.16 bảng tóm tắt kết quả tính toán bể phân hủy bùn 86

Bảng 4.1 Chi phí xây dựng 87

Bảng 4.2 Chi phí thiết bị 87

Bảng 4.3 chi phí vận hành 90

Bên cạnh đó, nước thải từ các bệnh viện, với các tính chất ô nhiễm đặc trưng, đã và đang

đe dọa đến sức khỏe con người và môi trường Nước thải bệnh viện nói chung có tính chất gần giống với nước thải sinh hoạt, nhưng xét về độc tính thì loại nước thải này độc hại hơn nước thải sinh hoạt gấp nhiều lần Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các chất khí như NH¬3, CO2, H2S, NO3-, NO2-, phenol…, các vi sinh vật gây bệnh như E.Coli, Streppococcus, Faecalis, Clostridium, Prefringens, Samonella, Shigella… và một số vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn… có thể lan truyển vào môi trường bất cứ lúc nào, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sống trong khu vực

Nguy hiểm hơn, trong nước thải bệnh viện có 20% chất thải nguy hại nếu không được xử

lý triệt để sẽ là mối nguy hiểm rất lớn cho môi trường Đặt biệt, đối với các loại thuốc điều trị bệnh ung thư hoặc các sản phẩm chuyển hóa của chúng nếu xả ra bên ngoài mà không được xử lý sẽ có khả năng gây quái thai, ung thư cho những người tiếp xúc với chúng (các công nhân nạo vét cống thoát nước là đối tượng có nguy cơ bị nhiễm độc lại chất thải này nhiều nhất)

Bệnh viện đa khoa tỉnh Kiên Giang là một bệnh viện lớn của tỉnh Kiên Giang đã và đang hoạt động nhằm đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe của người dân Việc đầu tư xây dựng

hệ thống xử lý nước thải bệnh viện là một việc làm cần thiết Do dó, đề tài : “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện Đa Khoa tỉnh Kiên Giang công suất 1200

m 3 /ngày ” được thực hiện nhằm thiết kế một hệ thống xử lý mới phù hợp

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài nhằm hướng đến việc cải thiện chất lượng môi trường nước nói riêng

và bảo vệ môi trường xung quanh nói chung Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện đa khoa tỉnh Kiên Giang công suất 1200 m3/ngày

3 NỘI DUNG CỦA ĐỂ TÀI

Tìm hiểu về nguồn gốc phát sinh, thành phần và tính chất của nước thải

Tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải bệnh viện đang được áp dụng

Đề xuất phương án tối ưu, tính toán các công trình chi tiết trong hệ thống

4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Tra cứu tài liệu, thu thập số liệu

Tìm hiểu thực tế hệ thống xử lý nước thải một số bệnh viện

Tính toán thiết kệ hệ thống xử lý nước thải dựa vào các tài liệu tham khảo khác nhau

5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Xây dựng hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải bệnh viện thải ra

Góp phần nâng cao ý thức về môi trường cho cán bộ nhân viên cũng như Ban quản lý bệnh viện

Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường đồng nghĩa với việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỆNH VIỆN ĐA KHOA

TỈNH KIÊN GIANG

1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

1.1.1 Điều kiện địa lý

Bệnh viện Đa Khoa tỉnh Kiên Giang nằm tọa lạc tại khu đô thị mới lấn biển, phường

An Hòa, thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang

Thành phố Rạch Giá có tổng diện tích tự nhiên gần 105 km2, được xác định là “ Trung tâm Chính trị, Kinh tế, Văn hóa, Xã hội của Kiên Giang Phía Đông – Nam tiếp giáp với huyện Châu Thành, phía Đông – Bắc tiếp giáp với huyện Tân Hiệp, phía Tây – Nam giáp vịnh Thái Lan, phía Tây – Bắc là cụm núi Ba Hòn: Hòn Đất, Hòn Me và Hòn Sóc thuộc huyện Hòn Đất

Bệnh viện Đa Khoa tỉnh Kiên Giang 1020 giường được xây dựng trên khu đất có diện tích gần 15 ha, trong đó bao gồm cả diện tích bố trí kết hợp với các bệnh viện chuyên khoa như Ung bướu 400 giường và Sản Nhi 400 giường và Khoa nội B 180 giường bệnh

Khu dất xây dựng dự án nằm tại khu vực IV, khu đô thị mới lấn biển, khu phố 5 phường An Hòa, thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang

1.1.2 Địa hình, địa mạo

Khu vực dự án có địa hình tương đối bằng phẳng, mang đặc trưng của các khu đô thị lấn biển với độ cao địa hình thấp dần ra biển tạo tầm nhìn thoáng cho độ thị biển Mặt bằng khu vực xây dựng Bệnh viện Đa Khoa đã được san lấp, cao độ hiện trạng thấp hơn cao độ xây dựng khoảng 0,8 m, có bề mặt tương đố bằng phẳng, không ảnh hưởng bởi lũ lụt và ngập úng

Bệnh viện Đa khoa tĩnh kiện Giang 1020 giường nằm trong khu vực IV, khu đô thị lấn biển, phường An Hòa, thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang sẽ góp phần hoàn thiện địa mạo cho khu đô thị, đáp ứng các yêu cầu cho khu đô thị loại 3 hướng đến đô thị loại 2

1.1.3 Điều kiện khí tượng

Khu vực dự án nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm Khí hậu tương đối ổn định, ít bị thiên tai, không có bão đổ bộ trực tiếp, lượng bức xạ mặt trời và nhiệt lượng dồi dào, quanh năm không quá nóng và quá lạnh Ngoài ra, với vị trí gần biển nên khí hậu còn mang tính chất hải dương

Điều kiện thời tiết, thể hiện rõ 2 mùa khô và mùa mưa:

- Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thức vào tháng 11

- Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 và kết thúc vào tháng 4 năm sau

Các đặc trưng khí tượng thể hiện qua những yếu tố sau:

Nhiệt độ

Khu vực dự án có nền nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 270C, nhiệt độ trung bình thấp nhất là 250C, thường rơi vào tháng 12 – tháng 1, nhiệt độ trung bình cao nhất là 29,20C, thường rơi vào tháng 4 – 5 chênh lệch nhiệt độ trung bình các tháng không quá 40C

Bảng 1.1 Thống kê nhiệt độ qua các năm tại trạm Rạch Giá ( 0 C)

Thán

g

năm Năm

Nguồn: niên giám thống kê tỉnh Kiêng Giang 2012

Nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến quá trình phát tán của các chất ô nhiễm trong khí quyễn Nhiệt độ không khí càng cao, thì tốc độ lan truyền, phân hủy và chuyển hóa các chất

ô nhiễm càng lớn vì vậy, trong quá trình tính toán, dự báo mức độ ô nhiễm không khí và thiết kế các hệ thống khống chế ô nhiễm cần phân tích yếu tố nhiệt độ Trong quá trình thi công chú ý thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường để hạn chế tối đa khí thải, chất thải

ra môi trường vào mùa nắng nóng vì nhiệt độ sẽ làm chúng phát tán nhiều hơn, từ đó mức

độ ô nhiễm sẽ cao gây ảnh hưởng đến con người và môi trường

Lượng mưa năm khoãng 2.300 mm Số ngày mưa 126 – 170 ngày

Nguồn: niên giám thống kê tỉnh Kiêng Giang 2012

Mùa mưa kéo dài (từ tháng 5 đến tháng 11) và chiếm trên 80% lượng mưa cả năm Thi công xây dựng trong mùa mưa này thường rất khó khăn, hoạt động quản lý nước thải

và chất thải rắn cũng phải chặt chẽ để không cho dòng nước phát tán ra bên ngoài Đội lại, với lượng mưa lớn sẽ cung cấp một lượng nước dồi dào cho khu vực, cung cấp nước hoạt động dự án, hệ sinh thái tự nhiên phát triển, duy trì cảnh quan và bảo vệ môi trường

Ngược lại, trong các tháng mùa khô (từ thang 12 đến tháng 4 năm sau), do lượng mưa thấp (chiếm dưới 20% lượng mua cả năm), lượng bốc hơi cao, gây khô hạn, thiếu nước phục vụ nông nghiệp và sinh hoạt Mùa này thường khô hạn, nắng nóng làm khuếch tán ô nhiễm, đặc biệt là khí thải, vì vậy chủ dự án cần quan tâm đến việc điều tiết, sử dụng máy mọc, thiết bị một cách hợp lý tránh phát sinh tập trung nhiều khí thải, ảnh hưởng đến sức khỏe co người

1.2 QUY MÔ BỆNH VIỆN

Căn cứ báo cáo hoạt động qua các năm của BVĐK Kiên Giang hiện hữu, căn cứ chủ trương của tỉnh về việc tách khoa Sản Nhi riêng để xây dựng Bệnh viện Sản Nhi 400 giường, tách khoa Ung Bướu riêng để xây dựng Bệnh viện Ung Bướu 400 giường, tách khoa nội B (cán bộ) riêng để xây dựng Bệnh viện nội B (cán bộ) 180 giường và căn cứ Nghị quyết 46/NQ-

TW và Quyết định số 243/2005/QĐ-TTG yêu cầu tỉnh Kiên Giang phải có bệnh viện vùng

và tiêu chuẩn 25 giường bệnh cho 10000 dân vào năm 2020, BVĐK tỉnh Kiên Giang được quy hoạch đâu tư xây dựng với quy mô 1020 giường

Với quy mô BVĐK tỉnh Kiện Giang cụ thể như sau:

+ Bệnh nhân + thân nhân bệnh (2 người/giường) : 2040 người;

1.3 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CỦA BVĐK TỈNH KIÊN GIANG

Quy trình khám chữa bệnh

Nước mưa chảy tràn

Về cơ bản nước mưa được coi là nước thải quy ước sạch nếu không chảy tràn qua các khu vực ô nhiễm nên có thể xả trực tiếp sau khi qua hệ thống lưới chắn rác và bể tự hoại, nước mưa được chảy thẳng ra hệ thống thoát nước của thành phố Hệ thống thoát nước mưa hoàn toàn tách biệt với hệ thống thu gom nước thải

Nước thải sinh hoạt

Nước thải phát sinh trong quá trình sinh hoạt của bệnh nhân, thân nhân và công nhân viên trong Bệnh viện Nước thải này chứa chủ yếu các chất cặn bã, chất rắn lơ lửng (SS), chất dinh dưỡng (N/P), chất hữu cơ (BOD, COD) và các vi sinh vật Nếu không được xử lý trước khi thải ra ngoài sẽ tạo ra các khí, mùi và màu ảnh hưởng đến mỹ quan gây ô nhiễm nặng tới môi trường xung quanh khu vực trong và ngoài Bệnh viện

Thông số đầu vào của nước thải:

Bảng 1.3 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải BVĐK tỉnh Kiện Giang

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

2.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải bệnh viện

2.1.2 Tính đặt trưng của nước thải bệnh viện

- Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt thải ra từ các hoạt động sinh hoạt trong bệnh viện như: ăn, uống, tắm, rửa, vệ sinh, từ các nhà lam việc, các khu nhà vệ sinh, nhà ăn, căn tin… Nước thải sinh hoạt chủ yếu chứa các chất cặn bã, các chất lơ lửng (SS), các hợp chất hữu cơ (BOD/COD), các chất dinh dưỡng (N,P) và vi sinh

Theo tính toán thống kê, đối với những quốc gia đang phát triển, khối lượng chất ô nhiễm do mỗi người hàng ngày thải vào môi trường (nếu không xử lý) được đưa trong bảng 2.1 và 2.2

Bảng 2.1 khối lượng chất ô nhiễm do mỗi người hàng ngày đưa vào môi trường

Bảng 2.2 Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

- Nước thải từ hoạt động vệ sinh, khám chữa bệnh, tẩy trùng… của bệnh viện

Thông thường nước thải bệnh viện có thành phần và tính chất gần giống như nước thải sinh hoạt ngoại trừ hàm lượng vi sinh gây bệnh khá cao (pathogen) Đặt biệt một số khu vực có mức độ nhiễm cao như: khu mổ (nước thải chứa máu và các bệnh phẩm), khu xét nghiệm (nước thải chứa nhiều loại vi trùng gây bệnh khác nhau) Giá trị COD của các khu này vào khoảng 400 – 800mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng SS khoảng 150 – 400; hàm lượng coliform khoảng 3x106 – 8x106 MPN/100ml

2.1.3 Ảnh hưởng của nước thải đối với môi trường

Nước mưa: Chất lượng nước mưa chảy tràn phu ̣ thuô ̣c vào nhiều yếu tố khác nhau, đă ̣c biê ̣t là tình tra ̣ng vê ̣ sinh trong khu vực thu gom nước Nước mưa chảy tràn trên mă ̣t đất làm cuốn theo các chất că ̣n bã và đất cát xuống đường thoát nước, nếu không có biện pháp tiêu thoát tốt sẽ gây nên tình tra ̣ng ngâ ̣p úng, ảnh hưởng xấu đến môi trường

Nước thải sinh hoa ̣t: Loa ̣i nước thải này ô nhiễm chủ yếu bởi chất că ̣n bã, dầu mỡ ( từ nhà bếp), các chất hữu cơ (từ nhà vê ̣ sinh), các chất dinh dưỡng và vi sinh, các khuẩn Coliform và các vi khuẩn gây bê ̣nh…nếu không dược tâ ̣p trung và xử lý sẽ gây ảnh hưởng đến nguồn nước trong khu vực

Nước thải y tế: Nước thải khám chữa bê ̣nh nhân nô ̣i ngoa ̣i trú: đă ̣c trưng tính chất nước thải khám chữa bê ̣nh chứa dư lượng dược phẩm, mô ̣t số chất đô ̣c tế bào; các chất đô ̣c ha ̣i từ quá trình chuẩn đoán, xét nghiê ̣m; các loa ̣i vi khuẩn gây bê ̣nh; chất thải lỏng truyền nhiễm từ các phòng xét nghiê ̣m, phẫu thuâ ̣t, di ̣ch lỏng từ cơ thể người bê ̣nh

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thường người ta sử dụng các quá trình thuỷ

cơ Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hoá lý, nồng

độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết

Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm BOD đến 30% Để tăng hiệu suất của các công trình xử lý cơ học

có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ… Hiệu quả xử lý có thể lên tới 75% chất lơ lửng

và 40% ÷ 50% BOD

Quá trình xử lý cơ học hay còn gọi là quá trình tiền xử lý thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của qui trình xử lý Tùy vào kích thước, tính chất hóa lí, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết mà ta sử dụng một trong các quá trình sau: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của lực li tâm, trọng trường và lọc Các công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu, bể lắng (đợt 1), lọc…

Ưu điểm: đơn giản, chi phí thấp, hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao

Song chắn rác:

Song chắn rác được làm bằng những thanh kim loại không rỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn

cố định trên khung thép, được đặt trên mương dẫn nước Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước rác (lớn) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon, được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đãm bảo và điều kiện lam việc thuận lời cho cả hệ thống xử lý nước thải

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 -100mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25mm

Cấu tạo bể lắng ngang gồm 4 bộ phận chính, mỗi khu vực có hoạt động đặt trưng riêng

 Vùng vào: Trong vùng này, nước được dẫn vào trong bể với dòng chảy ổn định và xáo trôn thấp trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể

 Vùng lắng: một phần của bể nơi xảy ra quá trình lắng đọng các hạt cặn

 Vùng ra: thu nước đã lắng cặn

 Vùng chứa cặn: Nơi thu thập, tập trung cặn lắng

Hình 2.2 Bể lắng ngang

 Hiệu suất lắng cao, chế độ làm việc ổn định

 Xây dựng, vận hành đơn giản

 Có thể thu cát bằng thủ công hoặc bằng cơ giới

 Chiều cao xây dựng nhỏ cho nên chi phí xây dựng thấp

 Chiếm nhiều diện tích xây dựng

 Thời gian lưu nước lớn

Lắng đứng:

Bể lắng đứng có dạng hình tròn hay hình vuông

Nguyên tắc hoạt động là nước dâng từ dưới lên theo thân bể Chuyển động của nước thải vòng quanh phần hình trụ của bể và dâng từ dưới lên trên tạo nên một chuyển động vừa xoay tròn vừa xoắn theo thân bể dâng lên Trong khi đó các hạt tập trung về ohía ống trung tâm, chuyển động ngược lại do lực hấp dẫn và rơi xuống đáy bể, nhờ vậy mà cát được rửa sạch từng phần khỏi những chất hưu cơ bám, thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 45 phút – 120 phút

 Chiều cao xây dựng lớn hơn nên chi phí xây dựng cao

 Hiệu suất lắng thấp hơn bề lắng cát ngang

 Xây dựng tương đối phức tạp

 Chiều cao xây dựng lớn, không thích hợp với những vùng có mực nước ngầm cao Thời gian lưu nước lâu

Lắp đặt thiết bị Lọc tách mỡ ngay trên đường xả thải, nước thải sẽ chảy trực tiếp vào

bể lọc mỡ sau khi đi xuyên qua lớp lưới lược được thiết kế bên trong bể lọc, cho phép giữ lại các cặn bẩn và tạp chất lớn như xương động vật, rau cải thừa, rác thải lớn, bao nylon sau

đó nước chứa dầu mỡ sẽ đi vào ngăn thứ hai, tại đây thời gian lưu cho phép đủ để dầu mỡ nổi lên mặt nước, lớp mỡ tích tụ dần tạo một màng ván trên bề mặt nước, định kỳ xả van

để lấy mỡ ra Còn phần nước được tách ra sẽ chảy ra ngoài

Hình 2.4 Bể tach dầu mỡ

Bể điều hòa

Nguyên tắc hoạt động: Bể điều hòa dùng để khắc phục vấn đề vận hành sự dao động

của lưu lượng, thành phần và nồng độ nước thải

Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu cơ giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật

Hình 2.5 Bể điều hòa

- Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm;

- Bổ sung các tác nhân hóa học;

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammonia bằng nước acid

Để trung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, (CaCO3.MgCO3) và xi măng Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5 – 10 % Ca(OH)2, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải

Trong trường hợp trung hòa nước thải acid bằng cach1 lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, vật liệu lọc sử dụng có thể là MgCO3, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro

Để trung hòa nước thải kiềm có thể sử dụng khí acid (chứa CO2, SO2, NO2, N2O3,…) Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải khỏi các câu tử độc hại

Việc lựa chon phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí sử dụng hóa chất

Dựa vào các phản ứng hóa học giữa các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào

Các phương pháp ử lý hóa học gồm có: oxy hóa khử, trung hòa - kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại

Oxy hóa khử

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt Clo, Clorat va natri, penmanganat kali, bicromat kali, peoxythydro (H2O2), oxy của không khí, ozon,…

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách khỏi nước Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa

học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác Ví dụ như khử xyanua hay hợp chất hòa tan xủa asen

Hoạt độ của các chất oxy hóa được xác định bởi đại lượng thế oxy hóa Trong các chát được biết trong tự nhiên, flour là chất oxy hóa mạnh nhất, nhưng cũng chính vì vậy

mà nó không được ứng dụng trong thực tế Thế oxy hóa của một chất thể trong bảng 1.3

Bảng 2.3 Thế oxy hóa của một số chất oxy hóa

Khử

Phương pháp làm sạch nước thải bằng quá trình khử được ứng dụng trong các trường hợp khi nước thải chứa các chất dễ bị khử Phương pháp này được dùng rộng rãi

để tách các hợp chất thủy ngân, crom, asen… ra khỏi nước thải

Chẳng hạn như xử lý nước thải chứa chất thủy ngân ở dạng vô cơ, người ra khử thành thủy ngân kim loại và tách ra khỏi nước bằng quá trình lắng, lọc hoặc tuyển nổi Còn các hợp chất thủy ngân hữu cơ thì trướng tiên chúng bị oxy hóa để phá vỡ hợp chất, sau đó khử cation Hg thành Hg kim loại…

2.2.3 Phương pháp xử lý hóa lý

Áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó

để gây tác động đến các chất ô nhiễm nhằm biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hoặc không gây ô nhiễm môi trường Các phương pháp hóa lý bao gồm : keo tụ, tạo bông, tuyển nổi, trao đổi ion, đông tụ, hấp phụ, thấm lọc ngược và siêu lọc…

Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học

Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất rắn tan hoặc không tan hoặc lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của chất lỏng làm nền Trong xử lý nước thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn

Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bot khỉ nổi lên trên bề mặt nước Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước Thực chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặt bọt, trong một số trường hợp được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt

Phương pháp tuyển nổi được dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoáng sản quý

và cũng được dùng trong lĩnh vực xử lý nước thải

Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên mặt nước Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều các hạt bẩn

Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa tan

ra khỏi pha lỏng Kĩ thuât này có thể dùng cho sử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệp như chế biến dầu béo, thuộc da, dệt, chế biến thịt…

Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý cơ bản, bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó đứng trước hoặc sau bể lắng, đồng thời cũng

có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung sau xử lý cơ bản

Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau:

- Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Floation) Trong trường hợp này,

thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi đê tạo thành bọt khí có kích thước 0,1 –

1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt

- Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) Trong trường hợp nyà, bão hòa

không khí ở áp suất khí quyển, sau đó, thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không Hệ thống nyà thường ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao

- Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) Sục không khí vào nước

ở áp suất cao (2 – 4 atm), sau đó giảm áp giải phóng khí Không khí thoát ra sẽ tạo hành bọt khí có kích thướt 20 – 100 𝜇m (Hình 1.6)

- Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liện kết vật lý giữa chất

bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực liên kết VanderWaals Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt chất hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ)

Hình 2.7Lực phân tán London (đóng vai trò chính trong quá trình hấp phụ)

- Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ Trong xử lý nước thải, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào:

- Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g);

- Nồng độ của chất bị hấp phụ;

- Vận tốc tương đối giữa hai pha

- Cơ chế hình thành liên kết hóa học hoặc lý học

Phương pháp trao đổi ion

Thực chất của phương pháp trao đồi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất nyà còn gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Phương pháp này được dùng làm sạch nước nói chung, trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn… cũng như các hợp chất chứa asen, photphot xyanua và cả chất phóng xạ Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước cứng

Các chất trao đồi ion có thể là các chât vô cơ hoặc hữu cơ có gốc tự nhiên hoặc nhân tạo

 Các chất vô cơ:

Các chất này có nguồn gốc tự nhiên, gồm có zeolite, đất sét, nhôm silocat

Na2Al3O3.nSiO2.mH2O (có tính chất trao đổi cation), chất Fluor aptit [Ca5(PO4)3]F

và hidroxit apatit [Ca5(PO4)3]OH

Các chất vô cơ tổng hợp có khả năng trao đổi ion là silicagen, pecmutit (chất làm mềm nước), các oxit có mạng diện tích (Cr2O7) và hidroxit của một số kim loại như nhôm, crom, ziricono…

 Các chất hữu cơ:

Các chât trao đổi ion là hợp chất hữu cơ tổng hợp rất phong phú Chugn1 là các cao phân tử, có bề mặt riêng lớn Các gốc hidro của chúng tạo thành lưới không gian với các nhóm có chức năng trao đổi ion cố định Các loại nhựa tổng hợp cũng có tính chất trao đổi ion, người ta chia làm hai loại: nhựa anionit và cationit Nhựa anionit có độ bền nhiệt kém hơn nhựa cationit

Phương pháp keo tụ - tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng keo min phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 𝜇m Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thướt hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt

và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng

Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang điện tích, có thể là diện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dich hoặc sự ion hóa các nhòm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ kực tĩnh điện Do đó,

để phá tính bề của hạt keo cấn trung hòa điện tích bề mặt của chùng, quá trình này được gọi

là quá trình keo tụ Các hạt keo đạ bị trung hòa điện tích vó thể liên kết với những hạt keo

khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được

gọi là quá trình tạo bông Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra

theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH ⟺ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ⟺ Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH ⟺ Me(OH)3 + H+

Me3+ + HOH ⟺ Me(OH)3 + H+

Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:

 Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5, Kal(SO4)2.12H2O,

NH4Al(SO4)2.12H2O

 FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O

Muối nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được sử dụng rộng rãi nhất do có tình hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoản pH = 5 - 7,5 Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:

Al2(SO4)3 +3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2↑

Trong phần lớn các truong82 hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3

theo tỷ lệ (10:1) – (20:1) Phản ứng xảy ra như sau:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8Al(OH)3↓ + 2Na2SO4

Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + HCl

Fe2(SO4)3 + 6H2O → Fe(OH)3↓ + 3H2SO4

Trong điều kiện kiềm hóa:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → Fe(OH)3↓ + 3CaCl2

FeSO3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4

Chất trợ keo tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo

tụ (flucclant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông cặn Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C5H10O5)n các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là poluacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallydimetyl – amon

2.2.4 Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ,… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ

và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2 loại:

- Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy;

- Phương pháp hiều khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục;

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh học

Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau:

- Chuển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;

- Khuyết tác từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong

và bên ngoài tế bào;

- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới

 Điều kiện nước thải được phép xử lý sinh học

Nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải Nghĩa là nước thải phải thoả các điều kiện sau:

 Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hệ vi sinh vật trong nước thải Trong số các chất độc phải chú ý đến các kim loại nặng Theo mức độ độc hại của các kim loại, sắp xếp theo thứ tự là:

 Nước thải đưa vào xử lý sinh học có 2 thông số đặc trưng là BOD và COD Tỉ số của 2 thông số này phải là COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 thì mói có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí) Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó nếu có cellulose, hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kị khí

 Nước thải khi đưa tới công trình xử lý sinh học cần thỏa:

+ Nước thải phải có pH trong khoảng 6.5 – 8.5

+ Nhiệt độ nước thải trong khoảng 10 – 400 C

+ Tổng hàm lượng các muối hòa tan không vượt quá 15 g/L

Phương pháp kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm turng gian và phẩn ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu hiện đơn giản như sau:

Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn (Hình 1.8):

- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;

- Giai đoạn 2: Acid hóa

- Giai đoạn 3: Acetate hóa;

- Giai đoạn 4: Methane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất bào, carbohydrates, celluloses, lignin,… trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo hành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các phẩn ứng thủy ohân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2 Các acid beo dễ bau hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid Bên canh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate Vi sinh vật chuyển háo methane chỉ có thể phân hủy một số loiạ cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và

CO Các phương trình phản ứng xảy ra như sau:

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi

từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB);

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc

kỵ khí (Anaerobic Filter Process)

Hình 2.8 Quá trình phân hủy kỵ khí

Quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process)

Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí (Hình 2.9) Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước Bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm

Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị xử lý sinh học tiếp xúc kỵ khí

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do

2 đặc điểm chính sau:

- Cả ba quá trình, phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình;

- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa

so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm

so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:

- Ít tốn năng lượng vận hành;

- Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn;

- Bùn sinh ra dễ tách nước;

- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung ding dưỡng;

- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane;

- Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kị khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu

Sơ đồ bể UASB được trình bày trong Hình 1.10 Nước thải được nạp từ phía đáy bể,

đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh

ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể Tại

đây, quá trình tách pha khí – lỏng - rắn xảy ra nhờ bộ phận thac pha Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5 -10% Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong 0,6 – 0,9 m/h pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6 Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được Cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngăn hơn rất nhiều so với sinh vật acetste hóa (2 – 3 giờ ở 350C so với 2 – 3 ngày, ở điều kiện tối ưu) Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hửu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetste hóa

Do tại Việt Nam chua có bùn hạt nên quá trình vận hành được thực hiện với tải trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m3.ngđ Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trong này sẽ được tăng kên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 – 20 kg COD/m3.ngđ Thời gian này kéo dài khoảng 3 – 4 tháng Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao Khí metan thu được có thể sử dụng cho việc đung nấu và cung cấp nhiệt Lượng bùn sinh ra rất khí nên không cần thiết phải đặt vấn đề xử lý bùn Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn một lượng nhỏ năng lượng để bơm nước

Hình 2.10 Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB)

Quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic filter Process)

Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày)

Phương pháp hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

- Oxy hóa các chất hữu cơ:

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng,

bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phẩn ứng nitrate hóa với màng cố định

Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng

Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ 2mg/L Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào:

- Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;

- Nhiệt độ;

- Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật;

- Nồng độ sản phẩm độc tính tụ trong quá trình trao đổi chất;

- Lượng các chất cấu tạo tế bào;

- Hàm lượng oxy hòa tan

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới,chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-,… Một cách tổng quát, vi

sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Psedomonas, Zoogloea,

Achrombacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi

khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum cũng tồn tại

Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong hình dưới