Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trung tâm y tế thị xã dĩ an, tỉnh bình dương với công suất q = 200 m3 ngày đêm

Nước thải có hàm lượng hữu cơ cao và nhiều hợp chất hóa học hữu cơ, vơ cơ khác có trong các loại thuốc điều trị được thải trực tiếp vào môi trường.. Những chất thải như máu, dịch, nước t

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH 6

DANH MỤC BẢNG 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

MỞ ĐẦU 10

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 10

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 11

3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 11

4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 11

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN 12

6 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 12

6.1 Ý nghĩa khoa học 12

6.2 Ý nghĩa thực hiện 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM Y TẾ THỊ XÃ DĨ AN VÀ NƯỚC THẢI Y TẾ 13

1.1 TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM Y TẾ THỊ XÃ DĨ AN 13

1.1.1 Vị trí 13

1.1.1.1 Thuận lợi 13

1.1.1.2 Khó khăn 13

1.1.2 Quy mô trung tâm 14

1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI Y TẾ 15

1.2.1 Nguồn gốc 15

1.2.2 Thành phần, tính chất nước thải y tế 15

1.2.3 Hiện trạng nước thải y tế trên địa bàn tỉnh Bình Dương 18

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 19

1.3.1 Phương pháp cơ học 19

1.3.1.1 Thiết bị chắn rác 19

1.3.1.2 Bể điều hòa 20

1.3.1.3 Bể lắng 21

1.3.1.4 Bể tách dầu mỡ 22

1.3.2 Phương pháp hóa học và hóa lý 23

1.3.2.1 Bể keo tụ, tạo bông 23

1.3.2.2 Bể tuyển nổi 23

1.3.2.3 Bể khử trùng 25

1.3.3 Phương pháp sinh học 26

1.3.3.1 Phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên 26

a Phương pháp cánh đồng tưới 26

b Phương pháp cánh đồng lọc 26

c Ao sinh học 27

c1 Ao ổn định chất thải hiếu khí 28

c2 Ao ổn định chất thải tùy nghi 28

c3 Ao ổn định chất thải kỵ khí 28

1.3.3.2 Phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo 28

a Điều kiện hiếu khí 28

a1 Bể sinh học Aerotank 28

a2 Bể Aerotank theo mẻ (SBR) 29

a3 Bể MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) 30

a4 Bể MBR 32

b Điều kiện kỵ khí 34

b1 Bể lọc kỵ khí 34

b2 Bể lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí UASB 35

c Điều kiện thiếu khí 36

1.3.4 Các phương pháp loại bỏ Nitơ trong nước thải y tế 37

1.3.4.1 Quá trình Amonia bằng phương pháp sinh học 38

1.3.4.2 Quá trình Nitrat hóa 38

1.3.4.3 Quá trình khử Nitrat 41

1.3.5 Phương pháp xử lý Phospho trong nước thải y tế 44

1.3.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý N, P trong nước thải 46

1.3.7 Một số sơ đồ công nghệ xử lý nước thải y tế đang được áp dụng tại Việt Nam 48 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 50 2.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI 50

2.2 CƠ SỞ LỰA CHỌN 51

2.3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 51

2.3.1 Phương án 1 51

2.3.1.1 Sơ đồ công nghệ phương án 1 51

2.3.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ phương án 1 52

2.3.1.3 Hiệu suất xử lý phương án 1 53

2.3.2 Phương án 2 54

2.3.2.1 Sơ đồ công nghệ phương án 2 54

2.3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ phương án 2 55

2.3.2.3 Hiệu suất xử lý phương án 2 56

2.3.3 So sánh hai công nghệ và lựa chọn công nghệ 57

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ DỰ TOÁN KINH PHÍ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 60

3.1 SONG CHẮN RÁC TINH 60

3.1.1 Chức năng 60

3.1.2 Cấu tạo 61

3.1.3 Tính toán 61

3.2 HỐ THU GOM 63

3.2.1 Chức năng 63

3.2.2 Cấu tạo 63

3.2.3 Tính toán 64

3.3 BỂ ĐIỀU HÒA 64

3.3.1 Chức năng 64

3.3.2 Cấu tạo 65

3.3.3 Tính toán 65

3.4 BỂ MBBR 67

3.4.1 Chức năng 67

3.4.2 Cấu tạo 67

3.4.3 Tính toán 67

3.5 BỂ LẮNG ĐỨNG SINH HỌC 74

3.5.1 Chức năng 74

3.5.2 Cấu tạo 74

3.5.3 Tính toán 74

3.6 BỂ KHỬ TRÙNG 78

3.6.1 Chức năng 78

3.6.2 Cấu tạo 78

3.6.3 Tính toán 78

3.7 DỰ TOÁN KINH PHÍ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 80

3.7.1 Dự toán chi phí đầu tư 80

3.7.1.1 Dự toán chi phí xây dựng 80

3.7.1.2 Dự toán chi phí thiết bị 81

3.7.1.3 Tổng chi phí đầu tư 83

3.7.2 Tính toán chi phí vận hành hệ thống 83

3.7.2.1 Chi phí nhân công 83

3.7.2.2 Chi phí hóa chất 83

3.7.2.3 Chi phí điện năng 83

3.7.2.4 Chi phí bảo trì 84

3.7.3 Chi phí xử lý 1m3 nước thải 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

1 Kết luận 86

2 Kiến nghị 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vị trí địa lý của trung tâm 13

Hình 2.1 Song chắn rác thủ công 20

Hình 2.2 Song chắn rác cơ khí 20

Hình 2.3 Lưới chắn rác 20

Hình 2.4 Máy tách rác 20

Hình 2.5 Bể lắng đứng 21

Hình 2.6 Bể lắng ngang 21

Hình 2.7 Bể lắng ly tâm 22

Hình 2.8 Bể lắng hai vỏ 22

Hình 2.9 Bể tách dầu thực tế 22

Hình 2.10 Bể keo tụ, tạo bông 23

Hình 2.11 Bể tuyển nổi áp lực 24

Hình 2.12 Bể khử trùng bằng Clorine 25

Hình 2.13 Khử trùng bằng tia UV 25

Hình 2.14 Cánh đồng lọc hoạt động thực tế 27

Hình 2.15 Ao sinh học hoạt động thực tế 27

Hình 2.16 Bể Aetotank hoạt động thực tế 29

Hình 2.17 Bể SBR hoạt động thực tế 30

Hình 2.18 Bể MBBR hoạt động thực tế 31

Hình 2.19 Bể MBBR hiếu khí 31

Hình 2.20 Bể MBBR thiếu khí 31

Hình 2.21 Bể MBR hoạt động thực tế 32

Hình 2.22 Rửa màng bằng phương pháp rửa ngược 33

Hình 2.23 Rửa màng bằng hóa chất 33

Hình 2.24 Bể lọc kỵ khí không tuần hoàn nước 35

Hình 2.25 Bể lọc kỵ khí có tuần hoàn nước 35

Hình 2.26 Bể UASB 36

Hình 2.27 Bể anoxic 37

Hình 2.28 Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học 37

Hình 2.29 Sơ đồ xử lý P bằng phương pháp sinh học sử dụng vật liệu bám dính cốt sắt (Fe) không có bùn hoạt tính tuần hoàn 46

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các phường thuộc thị xã Dĩ An 14

Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải đầu vào bệnh viện K Hà Nội 18

Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại 40

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước thải của trung tâm y tế thị xã Dĩ An 50

Bảng 2.2 Hiệu suất công trình phương án 1 54

Bảng 2.3 Hiệu suất công trình phương án 2 57

Bảng 2.4 So sánh hai phương án 58

Bảng 3.1 Hệ số không điều hòa chung 60

Bảng 3.2 Các thông số thiết kế song chắn rác tinh 63

Bảng 3.3 Các thông số thiết kế hố thu gom 64

Bảng 3.4 Các thông số thiết kế hố bể điều hòa 67

Bảng 3.5 Các thông số thiết kế bể MBBR 74

Bảng 3.6 Các thông số thiết kế bể lắng đúng sinh học 78

Bảng 3.7 Các thông số thiết kế bể khử trùng 80

Bảng 3.8 Dự toán chi phí xây dựng 80

Bảng 3.9 Dự toán chi phí thiết bị 81

Bảng 3.10 Điện năng tiêu thụ hàng ngày 84

DANH MỤC VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy hóa sinh học

BOD5: Nhu cầu oxy hóa sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 200

C

BOD20: Nhu cầu oxy hóa sinh học trong 20 ngày ở nhiệt độ 200

C

BTCT : Bê tông cốt thép

BTNMT : Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD: Nhu cầu oxy hóa hóa học

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TSS: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng được giữ lại trên bộ lọc và cân nặng

TS: Tổng chất rắn là khối lượng chất thải còn lại sau khi sấy phần nổi của mẫu không lọc

UBND: Ủy Ban Nhân Dân

VSV: Vi sinh vật

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tại những thành phố lớn của các nước đang phát triển, song song với việc phát triển kinh tế là vấn nạn ô nhiễm môi trường Thị xã Dĩ An cũng không phải là một trường hợp ngoại lệ, thành phố ngày càng phát triển thì vấn đề ô nhiễm môi trường càng khó kiểm soát Hiện nay, Thị xã đang phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường cấp bách như: ô nhiễm do khí thải, khói thải phát sinh từ các hoạt động công nghiệp, giao thông, ô nhiễm do nước thải, rác thải sinh hoạt, nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện…Trong đó, quản lý và xử lý nước thải đang là vấn đề cần được quan tâm

Hàng ngày, tại Thị xã Dĩ An một khối lượng lớn nước thải được thải ra từ nhiều nguồn khác nhau mà không qua xử lý hoặc chỉ là xử lý sơ bộ, không đạt tiêu chuẩn Tùy theo từng nguồn thải khác nhau mà tính chất nước thải cũng khác nhau Các nguồn thải chủ yếu từ các cảng, nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất, bệnh viện,…Nước thải từ các hoạt động công nghiệp chứa nhiều kim loại nặng, và các hóa chất độc hại khác gây nguy hiểm cho môi trường

Bên cạnh đó, nước thải từ các trung tâm y tế, 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 hơn nước thải sinh hoạt gấp nhiều lần Đặc biệt, các vi sinh gây bệnh trong nước thải được thải ra ngoài, khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi sẽ không bị tiêu diệt mà còn sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ hơn, sức kháng cự mạnh hơn và càng trở nên khó tiêu diệt hơn

Nước thải ô nhiễm được thải trực tiếp ra môi trường làm cho môi trường không khí xung quanh cũng bị ảnh hưởng Nước thải có hàm lượng hữu cơ cao và nhiều hợp chất hóa học hữu cơ, vơ cơ khác có trong các loại thuốc điều trị được thải trực tiếp vào môi trường Những chất thải như máu, dịch, nước tiểu có hàm lượng hữu cơ cao, phân hủy nhanh, nếu không được xử lý đúng mức thì khi tiếp xúc với không khí và bị các yếu tố môi trường (nắng, gió, độ ẩm…) tác động sẽ gây ra mùi hôi rất khó chịu, làm ô nhiễm không khí trong các khu dân cư Ô nhiễm không khí và nguồn nước do các chất thải từ bệnh viện đã gây ra những tác động không nhỏ đến môi trường và sức khỏe con người ở những khu vực xung quanh

Nguy hiểm hơn, trong nước thải y tế có 20% chất thải nguy hại nếu không được

xử lý triệt để sẽ là mối nguy hiểm rất lớn cho môi trường Đặc 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 loại chất thải này nhiều nhất)

Với tốc độ gia tăng dân số hiện này, mỗi ngày các bệnh viện, trung tâm y tế trên địa bàn tiếp nhận một số lượng bệnh nhân rất lớn, chưa kể đến lượng bệnh nhân từ các tuyến dưới chuyển về, song song với đó là lượng nước thải, rác thải cũng từ đó mà tăng theo Tuy nhiên, vấn đề xử lý khối lượng lớn nước thải, rác thải này lại chưa quan tâm đúng mức

Một số Trung tâm y tế đã nâng công suất phục vụ lên đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu trong việc khám chữa bệnh tăng nhanh Do đó, lượng nước thải tại một số trung tâm y tế đã vượt công suất thiết kế của hệ thống xử lý Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước sau xử lý Vì vậy, đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Trung tâm Y tế Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương với công suất Q = 200

m3/ngày.đêm” được thực hiện nhằm góp phần xử lý nước thải đạt quy chuẩn hiện hành trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Đề xuất quy trình công nghệ và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Trung tâm Y tế thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương với công suất Q = 200 m3/ngày.đêm

3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

 Lập bản thuyết trình đồ án bao gồm:

- Chương I: Tổng quan về trung tâm y tế thị xã Dĩ An và nước thải y tế

- Chương II: Phân tích, đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý

- Chương III: Tính toán các công trình đơn vị theo phương án được chọn và dự toán kinh phí hệ thống xử lý nước thải

 Vẽ mặt bằng tổng thể trạm xử lý theo phương án được chọn

 Vẽ sơ đồ mặt cắt công nghệ (theo nước, theo bùn, bao gồm cao độ công trình)

 Vẽ chi tiết các công trình đơn vị (ngoại trừ song chắn rác tinh)

 Phương pháp tính toán: Sử dụng các công thức toán học để tính toán các công

trình trong hệ thống

 Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm Autocad để mô tả kiến trúc hệ thống xử lý

nước thải

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN

Đối tượng: Trung tâm y tế Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương

Đề tài được thực hiện trong thời gian 4 tháng, bắt đầu từ 4/12/2016 đến 3/4/2016

6 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

6.1 Ý nghĩa khoa học

Đóng góp và góp phần làm phong phú về công nghệ MBBR cho nước thải y tế

nói riêng và cho ngành xử lý nước thải nói chung, bảo vệ môi trường

Phát huy, sáng tạo ra các phương pháp tiến bộ và hiệu quả hơn từ các phương

pháp sẵn có

Đánh giá được hoạt động, tính năng của sự kết hợp của phương pháp bùn hoạt

tính (xử lý hiếu khí) và màng sinh học (xử lý thiếu khí)

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tiết kiệm chi phí đầu tư vận hành hệ thống xử lý nước thải y tế

Giảm thiểu tác hại gây ra cho môi trường do nước thải y tế

Giảm thiểu chi phí xử lý nước thải so với các phương pháp truyền thống

Xử lý nước thải đạt QCVN 28:2010/BTNMT, cột A

Nước thải sau khi được xử lý có thể tái sử dụng lại với các mục đích khác nhau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM Y TẾ THỊ XÃ DĨ AN VÀ NƯỚC THẢI Y

TẾ

1.1 TỔNG QUAN VỀ TRUNG TÂM Y TẾ THỊ XÃ DĨ AN

1.1.1 Vị trí

Số 500, Đông Tác 743, phường Dĩ An, Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương

Hình 1.1 Vị trí địa lý của trung tâm y tế

áp lực bệnh nhân rất lớn Trong khi đó, trung tâm y tế thị xã Dĩ An chỉ chủ yếu tiếp nhận các bệnh nhân đến điều trị nội trú, do đó trung tâm không phải chịu áp lực bệnh nhân lớn như các bệnh viện khác trên địa bàn

1.1.1.2 Khó khăn

Trung tâm y tế nằm trong khu vực đông dân cư Do vậy, chất lượng môi trường của trung tâm sẽ ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe của người dân Mặc dù không phải là

một bệnh viện, hay trung tâm y tế tuyến đầu Tỉnh, nhưng lượng bệnh nhân mà trung tâm đón nhận cũng không phải ít Các bệnh nhân đến đây chủ yếu đế khám và điều trị nội trú Vì vậy, lượng nước thải hàng ngày thải ra qua các hoạt động khám chữa bệnh, phẫu thuật, vệ sinh dụng cụ y tế là không nhỏ Vì vậy, nếu không có một hệ thống xử

lý nước thải hoàn chỉnh thì lượng nước thải này sẽ rất dễ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, và tác động xấu đến sức khỏe của người dân ở khu vực lân cận cũng như chính sức khỏe của bệnh nhân

1.1.2 Quy mô trung tâm

Đơn vị được thành lập theo Quyết định số 133/2005/QĐ - UBND ngày 19/7/2005 của UBND tỉnh Bình Dương về việc tổ chức lại Trung tâm Y tế huyện Theo Quyết định này, Trung tâm được thành lập từ tháng 01/10/2005 Tên sơ khai ban đầu khi thành lập

là Trung tâm Y tế dự phòng huyện Dĩ An và trực thuộc cơ quan chủ quản là Sở Y tế Bình Dương

- Đến ngày 5/2/2007 UBND tỉnh có Quyết định số 450/2007/QĐ - UBND (thay cho Quyết định số 133/2005/QĐ - UBND) về việc Quyết định chuyển giao Trung tâm

y tế dự phòng huyện Dĩ An trực thuộc cơ quan chủ quản là UBND huyện Dĩ An Đơn

vị hoạt động dưới sự chỉ đạo chuyên môn của Sở Y tế và các Trung tâm chuyên khoa đầu ngành

- Đến 8/2008 Trung tâm được bàn giao sang trực thuộc cơ quan chủ quản là Sở Y

tế Bình Dương và đổi tên là Trung tâm Y tế huyện Dĩ An

Nhiệm vụ chủ yếu của trung tâm là khám chữa bệnh nội, ngoại trú, cấp cứu, phòng chống dịch bệnh,…Ngoài ra, trung tâm đã được trang bị nhiều thiết bị hiện đại giúp cho công tác chuẩn đoán và điều trị

Cơ cấu tổ chức bao gồm:

Ban giám đốc:

- 1 giám đốc lãnh đạo và điều hành toàn bộ hoạt động của trung tâm

- 2 phó giám đốc giúp việc cho giám đốc

Các khoa phòng:

- Phòng Hành chính – Tổng hợp

- Khoa Y tế công cộng – Vệ sinh an toàn thực phẩm

- Khoa xét nghiệm

- Khoa chăm sóc sức khỏe sinh sản

- Khoa Kiểm soát dịch bệnh – HIV [Nguồn: 8]

1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI Y TẾ

1.2.2 Thành phần, tính chất nước thải y tế

Nước thải y tế mang một lượng lớn vi khuẩn gây bệnh, kháng sinh từ y tế, do đó việc

xả thải ra môi trường khi chưa được xử lý triệt để sẽ gây lây nhiễm các mầm bệnh vào

hệ sinh thái, môi trường đất, nước gây dịch bệnh khó kiểm soát cho cộng đồng và mất cân bằng sinh thái

Lưu lượng nước thải y tế: 200 m3/ngày.đêm

Các thành phần chính của nước thải y tế như:

 Các chất rắn trong nước thải y tế (TS, TSS và TDS)

Thành phần vật lý cơ bản trong nước thải y tế gồm có: tổng chất rắn (TS), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS) Chất rắn hòa tan có kích thước hạt 10-8– 10-6mm, không lắng được Chất rắn lơ lửng có kích thước hạt từ 10-3 – 1mm và lắng được Ngoài ra trong nước thải còn có hạt keo (kích thước hạt từ 10-5

– 10-4mm) khó lắng

 Các chỉ tiêu hữu cơ của nước thải y tế (BOD5, COD)

BOD5 gián tiếp chỉ ra mức độ ô nhiễm do các chất có khả năng bị oxy hóa sinh học,

mà đặc biệt là các chất hữu cơ

Có thể phân loại mức độ ô nhiễm của nước thải thông qua chỉ số BOD5 như sau:

 BOD5 < 200mg/l (mức độ ô nhiễm thấp)

 350mg/l < BOD5 < 500mg/l (mức độ ô nhiễm trung bình)

 500mg/l < BOD5 < 750mg/l (mức độ ô nhiễm cao)

 BOD5 > 750mg/l (mức độ ô nhiễm rất cao)

COD là chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải kể cả chất hữu cơ dễ phân hủy

và khó phân hủy sinh học Đối với nước thải, hàm lượng ô nhiễm hữu cơ được xác định gián tiếp thông qua chỉ số COD

 COD < 400mg/l (mức độ ô nhiễm thấp)

 400mg/l < COD < 700mg/l (mức độ ô nhiễm trung bình)

 700mg/l < COD < 1500mg/l (mức độ ô nhiễm cao)

 COD > 1500mg/l (mức độ ô nhiễm rất cao)

 Các chất dinh dưỡng trong nước thải y tế (các chỉ tiêu nitơ và phospho)

Trong nước thải y tế cũng chứa các nguyên tố dinh dưỡng gồm Nitơ và Phốt pho Các nguyên tố dinh dưỡng này cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và thực vật Nước thải y tế thường có hàm lượng N-NH4+ phụ thuộc vào loại hình cơ sở y tế Trong nước, nitơ tồn tại dưới dạng nitơ hữu cơ1 amôn, nitơ nitrit và nitơ nitrat Nitơ gây ra hiện tượng phú dưỡng và độc hại đối với nguồn nước sử dụng ăn uống Phốt pho trong nước thường tồn tại dưới dạng orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4-) hay poyphotphat [Na3(PO(PO3)6] và phốt phát hữu cơ Phốt pho là nguyên nhân chính gây

ra sự bùng nổ tảo ở một số nguồn nước mặt, gây ra hiện tượng tái nhiễm bẩn và nước

có màu, mùi khó chịu

Các chất thải y tế (nước thải và rác thải) khi xả ra môi trường không qua xử lý có nguy cơ làm hàm lượng nitơ và phospho trong các sông, hồ tăng Trong hệ thống thoát nước và sông hồ, các chất hữu cơ chưa nitơ bị amôn hóa Sự tồn tại của NH4+ hoặc

NH3 chứng tỏ sông, hồ bị nhiễm bẩn bởi các chất thải Trong điều kiện có oxy, nitơ amôn trong nước sẽ bị các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter chuyển hóa thành nitơrit và nitơrat

Hàm lượng nitơrat cao sẽ cản trở khả năng sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt,

ăn uống

 Chất khử trùng và một số chất độc hại khác

Do đặc thù hoạt động của các cơ sở y tế, đặc biệt là các bệnh viện, các hóa chất khử trùng đã được sử dụng khá nhiều, các chất này chủ yếu là các hợp chất của clo (cloramin B, clorua vôi,…) sẽ đi vào nguồn nước thải và làm giảm hiệu quả xử lý của các công trình xử lý nước thải sử dụng phương pháp sinh học

Ngoài ra, một số kim loại nặng như Pb (chì), Hg (thủy ngân), Cd (Cadimi) hay các hợp chất AOX phát sinh trong việc chụp X-quang cũng như tại các phòng xét nghiệm của trung tâm trong quá trình thu gom, phân loại không triệt để sẽ đi vào hệ thống nước thải có nguy cơ gây ra ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận

 Các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải y tế

Nước thải y tế có thể chưa các vi sinh vật gây bệnh như: Samonella typhi gây bệnh thương hàn, Samonella parataphi gây bệnh phó thương hàn, Shigella sp Gây bệnh lỵ, Vibrio cholerae gây bệnh tả,…

Ngoài ra trong nước thải y tế còn chứa các vi sinh vật gây nhiễm bẩn nguồn nước

từ phân tử sau:

- Coliforms và Fecal coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men lactose để sinh ga ở nhiệt độ 35 0,10C Coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặc biệt trong môi trường khí hậu nóng Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các loài như Citrobacter, Enterbacter, Escherichia, Klebsialla và cả Fecal coliforms (trong đó E.coli là loài thường dùng để chỉ định nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân)

- Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động vật như Streptococcus bovis và S.equinus Một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S.faecalis và S.faecium hoặc có 2 biotype Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô nhiễm

- Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường yếm khí Do đó, nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do khả năng sống sót lâu của các bào

tử

Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải đầu vào bệnh viện K Hà Nội

[Nguồn: Viện công nghệ môi trường]

1.2.3 Hiện trạng nước thải y tế trên địa bàn tỉnh Bình Dương

Chất thải của các trung tâm y tế là nguồn gây dịch bệnh nguy hiểm, do đó phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải, rác thải theo đúng quy định của ngành y tế, cũng như cấm đổ nước thải, rác thải chưa qua xử lý vào hệ thống thoát nước chung của đô thị, sông, suối, ao, hồ và các bãi chứa rác công cộng Hiện nay, nhiều trung tâm đã khẩn trương xây dựng hệ thống xử lý ô nhiễm, nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm cục bộ và các khu vực lân cận

Theo số liệu báo cáo của các trung tâm y tế cho thấy các trung tâm đã và đang đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải và chuẩn bị đưa vào sử dụng Nhiều trung tâm đã xây dựng dự án khả thi để xử lý ô nhiễm môi trường với các đề xuất, biện pháp, công nghệ xử lý chất thải rắn cũng như xử lý nước thải phù hợp, trong đó một số dự án đã được các cơ quan có thẩm quyển phê duyệt

Tuy nhiên, nguồn nước thải chủ tế từ các khâu giải phẩu, xét nghiệm, khám chữa bệnh, giặt giũ, vệ sinh của nhân viên y tế, bệnh nhân và thân nhân Kết quả phân tích nước thải cho thấy loại nước thải này ô nhiễm nặng về mặt hữu cơ và vi sinh, hầu hết các chỉ

số ô nhiễm đều vượt chỉ tiêu cho phép

Có nhiều nguyên nhân khiến cho tình hình xử lý nước thải kém hiệu quả:

- Nhiều dự án xử lý ô nhiễm tuy nhiên đã được xây dựng và phê duyệt theo đúng quy định nhưng chưa được xem xét, bố trí vốn thực hiện Các trung tâm chưa có nguồn kinh phí nhất định để đầu tư, vận hành, quản lý, giám sát các hệ thống xử lý chất thải

- Các trung tâm chưa được quy hoạch, phát triển đồng bộ Do đó, vẫn chưa xây dựng được phương án khả thi tối ưu cho việc quản lý nước thải Hệ thống ống dẫn nước thải ở các bệnh viện hầu như đã xuống cấp trầm trọng

- Việc vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải chưa được quan tâm và đầu

tư kinh phí đúng mức Do đó, nhiều hệ thống xử lý bị xuống cấp hoặc hư hỏng phải tạm ngưng hoạt động

- Để đáp ứng nhu cầu trong việc khám chưa bệnh ngày một tăng nhanh, một số trung tâm y tế đã nâng công suất phục vụ lên đáng kể, vượt quá công suất thiết kế của

hệ thống xử lý, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước thải sau xử lý

- Ngoài ra, một số bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải nhưng trong quá trình vận hành lại không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hoặc không tận dụng hết công suất của

1.3.1.1 Thiết bị chắn rác

Song chắn rác dùng để khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Có thể phân loại các thiết bị chắn rác thành 3 loại: chắn rác thô, chắn rác mịn, lưới chắn rác Chắn rác thô: Song chắn có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền nhỏ Các song chắn làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 60 ÷ 75o Thanh song chắn có thể có tiết diện tròn, vuông hoặc hỗn hợp Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 30mm – 200mm

Chắc rác mịn: Chắn rác mịn bao gồm cả chắn rác cố định, di động ,đai, đĩa, trống quay Chắn rác mịn loại bỏ được các loại rác có kích thước nhỏ khoảng từ 5mm – 25mm Loại chắn rác này thích hợp khi khử cặn có kích thước nhỏ và thường đặt sau song chắn rác thô Máy dạng trống quay là loại thông dụng thường sử dụng cho các công trình xử lý nước thải với chi phí đầu tư ban đầu thấp, hiệu quả xử lý cao

Hình 2.1 Song chắn rác thủ công Hình 2.2 Song chắn rác cơ khí

và lưu lượng của nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý sinh học Các dạng bể điều hòa: điều hòa trong dòng (tất cả các dòng chảy vào bể điều hòa Ổn định lưu lượng và tải lượng), điều hòa ngoài dòng (lưu lượng lớn hơn lưu lượng giới hạn sẽ chảy vào bể điều hòa chi phí bơm giảm)

Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa: khuấy trộn sục khí, khuấy trộn bằng cánh khuấy

1.3.1.3 Bể lắng

Các loại bể lắng thường được dùng để xử lý sơ bộ nước thải (xử lý bậc một) trước khi

xử lý sinh học hoặc như một công trình xử lý độc lập nếu chỉ yêu cầu tách các loại cặn

lắng khỏi nước thải trước khi xả ra nguồn nước mặt

Các bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt rắn nhỏ hơn 0,2 mm Bùn lắng được tách ra khỏi

nước ngay sau khi lắng, có thể bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới

Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta có thể phân ra các loại: bể lắng đứng, bể

lắng ngang, bể lắng ly tâm, bể lắng hai vỏ

- Bể lắng đứng: dễ thu cặn và cặn thu được có nồng độ cao nhưng yêu cầu nhiều

về chiều sâu, có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp Nước thải chuyển

động trong vùng lắng theo hướng thẳng đứng từ dưới lên Dùng cho công trình xử lý

có Q < 20.000 m3/ngày.

- Bể lắng ngang: Bể lắng ngang thì khó thu cặn, nhưng hiệu quả lắng lại tốt

Dòng nước thải chảy theo phương nằm ngang qua bể Ứng với quá trình dòng chảy

như trên người ta chia bể lắng thành 4 vùng: vùng nước thải vào, vùng lắng, vùng xả

nước ra, vùng bùn cặn Dùng cho công trình xử lý có Q > 15.000 m3

/ngày.

- Bể lắng ly tâm: lắng tốt nhưng lại tạo ra cặn có nồng độ thấp Bể lắng ly tâm là

một dạng của bể lắng ngang vì dòng chảy của nước cũng theo phương nằmngang,

hướng từ tâm ra xung quanh Bể lắng ly tâm thường dùng cho các công trình xử lý có

công suất lớn Q ≥ 20.000 m3/ngày.

- Bể lắng hai vỏ: được xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép, có đáy hình nón để

chứa và phân hủy cặn Phía trên bể là máng lắng vai trò như bể lắng ngang Bùn lắng

theo khe trượt xuống ngăn lên men, phân hủy và ổn định bùn cặn Sử dụng cho các

công trình xử lý Q < 10.00 m3/ngày

[Nguồn: 8]

Hình 2.7 Bể lắng ly tâm Hình 2.8 Bể lắng hai vỏ

[Nguồn: 8]

1.3.1.4 Bể tách dầu mỡ

Bể tách dầu mỡ nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, chúng

gây ảnh hưởng xấu tới các công trình thoát nước (mạng lưới và công trình xử lý), các

chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể sinh học và phá hủy

cấu trúc bùn hoạt tính của bể Aerotank, gây khó khăn trong quá trình lên men cặn Áp

dụng trọng lực tự nhiên, các hạt dầu nổi lên do tỷ trọng riêng của chúng và được vớt ra

ngoài

Bể tách dầu mỡ thường dùng cho nước thải có hàm lượng dầu mỡ > 100 mg/l Vận tốc

nước trong bể tách dầu có thể dao động từ 0,005 – 0,01 m/s Đối với các hạt dầu có

đường kính 80 ÷ 100 μm, vận tốc nổi lên của hạt bằng 1 đến 4 mm/s Bể tách dầu

thường có 2 ngăn trở lên Chiều rộng từ 2÷3m, chiều sâu lớp nước từ 1,2 ÷ 1,5m

Có 2 quá trình tách dầu: dùng trọng lực tự nhiên: các hạt dầu từ nổi lên do tỷ trọng

riêng của chúng, dùng trọng lực nhân tạo: dùng lực ly tâm hay cyclone tăng trưởng

trọng lực

Hình 2.9 Bể tách dầu thực tế

[Nguồn: 8]

1.3.2 Phương pháp hóa học và hóa lý

1.3.2.1 Bể keo tụ, tạo bông

Phương pháp áp dụng một só chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dinh các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc, xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá

vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết vơi nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do Các tổ hợp trên được gọi là các hạt “bông keo” Theo thành phần cấu tạo người ta chia chúng thành hai loại keo: keo kỵ nước là loại chống lại các phân tử nước và keo háo nước là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, vi rút,… trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước và nước thải

Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc và các tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước Trong thực tế người ta thường sử dụng các chất đông tụ sau: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O,

NH4Al(SO4)2.12H2O Trong đó được dùng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3 bởi vì Al2(SO4)3hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 5

÷ 7,5

Hình 2.10 Bể keo tụ, bể tạo bông

[Nguồn: 8]

1.3.2.2 Bể tuyển nổi

Tuyển nổi được áp dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước (bùn hoạt tính, màng vi

sinh vật), nước thải được nén đến áp suất 40 - 60psi với khối lượng không khí bão hòa

Khi áp suất của hỗn hợp khí nước này được giảm đến áp suất khí quyển trong bể tuyển nổi thì những bọt khí nhỏ bé được giải phóng Bọt khí có khả năng hấp phụ các bông bùn và các chất lơ lửng hoặc nhũ tương (dầu, sợi…) làm chúng kết với nhau và nổi lên lên trên bề mặt bể Hỗn hợp khí – chất rắn nổi lên tạo thành váng trên bề mặt Nước đã

được loại bỏ các chất rắn lơ lửng được xảy ra từ đáy của bể tuyển nổi

Bể tuyển nổi được cấu tạo bao gồm một bể tròn hoặc hình chữ nhật Bên trên bể và đáy bể được thiết kế hai dàn cào bùn Thiết bị được kết nối với một số thiết bị phụ trợ bên ngoài gồm bình trộn nước, bơm nước trộn, máy nén khí…

Gồm các loại tuyển nổi: tuyển nổi chân không, tuyển nổi cơ học, tuyển nổi áp lực

- Tuyển nổi chân không: Nước thải được bão hòa không khí ở áp suất khí quyển trong buồng sục khí Khí vào buồng tuyển nổi, áp suất khoảng 225 – 300 mmHg nhờ bơm chân không Khi đó các bọt khí rất nhỏ nổi lên và kéo theo chất bẩn nước thải sau

xử lý đi thu phía dưới Thời gian thực hiện hoàn toàn 1 chu trình là 20 phút Vì số lượng bọt nhỏ nên không áp dụng cho nước thải có hàm lượng SS lớn (< 250 – 300 mg/l) Thiết bị này có cấu tạo phức tạp, vì phải xây dựng các thùng chân không rất kín với thiết bị gạt cơ giới bên trong nên khó khăn trong quá trình vận hành và sữa chữa

- Tuyển nổi cơ học: Sự phân tán khí trong thiết bị tuyển nổi được thực hiện nhờ bơm tuabi kiểu cánh quạt, đĩa có cánh quay hướng lên trên Ứng dụng để xử lý nước

có nồng độ cao > 2000g/l

- Tuyển nổi áp lực: Quá trình được tiến hành theo hai giai đoạn: bão hòa nước bằng không khí dưới áp suất cao, tách khí hòa tan dưới áp suất khí quyển Thời gian lưu trong bình cao áp khoảng 14 phút, thể tích không khí chiếm 1,5 – 5% thể tích nước cần xử lý phương pháp này cho phép làm sạch nồng độ chất lơ lửng 4 – 5 g/l Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo đơn giản, dễ thực hiện thi công và sữa chữa, thông dụng hơn

so với 2 loại tuyển nổi còn lại

Hình 2.11 Bể tuyển nổi áp lực

[Nguồn: 8]

 Phương pháp nhiệt: đun sôi nước ở 100oC trong 15 – 20 phút đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt Phương pháp này tốn năng lượng và không thích hợp ở quy mô lớn, chỉ thích hợp cho các gia đình xử lý nước ăn uống.

 Khử trùng bằng tia cực tím: tia cực tím là bức xạ điện từ có bước sóng 4 – 400

nm ngoài vùng phát hiện và nhận biết của mắt thường, làm thay đổi DNA của thế bào

vi khuẩn, tia cực tím có bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất Phương pháp này chi phí vận hành cao.

 Siêu âm: dùng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian > 5phút có khả năng tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật trong nước.

 Lọc: lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng < 1μm có thể loại được đa số

vi khuẩn, phương pháp này áp dụng cho nước có hàm lượng cặn < 2mg/l.

 Khử trùng bằng tác nhân hóa hoc: chlorine và các hợp chất của clo, bromine, iodine, ozone,… Hiệu suất rộng rãi ở mọi quy mô.

Clo là chất oxy hóa mạnh có tác dụng khử trùng cao Quá trình diệt vi khuẩn xảy ra qua 2 giai đoạn: chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật; phản ứng lên men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào Phương pháp này rẻ tiền và được sử dụng rộng rãi.

[Nguồn: 8]

1.3.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học gồm hai phương pháp:

Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là

sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân hủy các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải

Ưu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của quá trình có thể tận dụng làm phân bón (bùn

hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng ( khí metan)

1.3.3.1 Phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Dựa trên khả năng tự làm sạch sinh học trong môi trường đất và hồ nước Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến ở nhiều nước vì dễ thực hiện, giá thành thấp, hiệu quả tương đối cao

Bao gồm các phương pháp:

a Phương pháp cánh đồng tưới

Với nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, ít độc hại như nước thải chăn nuôi có thể sử dụng cánh đồng tưới sinh học.Sử dụng cánh đồng tưới nhằm xử lý và làm sạch đồng thời tận dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để trồng trọt Cơ chế hoạt động của cánh đồng tưới khác cánh đồng lọc là có trồng lúa và hoa màu Nhờ cây trồng, hiệu quả xử lý được nâng cao vì cây trồng hấp thu các chất vô cơ có tác dụng thúc đẩy nhanh tốc độ phân hủy Bộ rễ còn có tác dụng chuyển oxy xuống tầng đất sâu dưới mặt đất để oxy hóa các chất hữu cơ thấm xuống Khi sử dụng cánh đồng tưới phải chú ý đến độ xốp của đất, chế độ tưới nước và yêu cầu phân bón của cây trồng

b Phương pháp cánh đồng lọc

Đây là những khu đất được quy hoạch để xử lý nước thải Khi nước thải được lọc qua đất, các chất keo lơ lửng được giữ lại tạo thành màng VSV VSV trong màng này sử dụng chất hữu cơ để tăng sinh khối và biến thành các chất hòa tan hoặc chất hữu cơ đơn giản Toàn bộ khu đất phải được chia làm nhiều ô, các ô phải bằng phẳng để bảo đảm phân phối nước đều Tải trọng trên cánh đồng tưới tùy htuộc vào độ lớn của vật liệu lọc Hiệu quả làm sạch của cánh đồng lọc rất cao, giảm BOD hơn 90%, coliform hơn 95%, nước thải rất trong sau xử lý

Hình 2.15 Ao sinh học hoạt động thực tế

[Nguồn: 8]

Ngoài ra, còn các thực vật khác như sen, súng, rau muống Tảo và các thực vật này lại cung cấp oxy cho vi khuẩn đồng thời còn là nơi cộng sinh rất tốt cho các loài VSV Thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình ổn định nước, chúng lấy chất dinh dưỡng (chủ yếu là N, P) và các kim loại nặng (Cd, Cu, Hg và Zn) để tiến hành các quá trình đồng hóa

Phân loại ao sinh học: gồm 3 loại

c1 Ao ổn định chất thải hiếu khí

Là loại ao cạn từ 0,3-0,5 m, được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời xâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo Điều kiện thông khí phải được đảm bảo từ mặt nước đến đáy ao Có hai loại là thông khí tự nhiên và thông khí bằng nhân tạo với hệ thống sục khí nén

Thời gian lưu nước trong hồ 3 - 12 ngày là tốt nhất

pH: 5 - 9 , DO > 0,5mg/l, nhiệt độ: 5 - 400C

c2 Ao ổn định chất thải tùy nghi

Đây là ao phổ biến nhiều Trong ao phân ra làm 3 vùng khác nhau:

Vùng hiếu khí: oxy cung cấp bởi không khí, và từ quá trình quang hợp của VSV Vùng kị khí (dưới đáy hồ): các VSV yếm khí phát triển rất mạnh và phân hủy rất nhanh các chất hữu cơ lắng xuống, sinh ra khí CH4

Vùng trung gian: giao thoa giữa hiếu khí và yếm khí Sự phát triển của các VSV trong vùng này không ổn định cả về số lượng, số loài và cả về chiều hướng phản ứng sinh học

Ao thường sâu từ 1-2m, thích hợp cho sự phát triển của tảo và các VSV tùy nghi Ban ngày, khi có ánh sáng mặt trời quá trình xảy ra trong hồ là hiếu khí Ban đêm và lớp đáy là kỵ khí

c3 Ao ổn định chất thải kỵ khí

Là loại ao sâu hơn 1,5m , không cần oxy cho hoạt động của VSV Ở đây các loài VSV

kỵ khí và tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sulphate để oxy hóa chất hữu

cơ tạo thành CH4 và CO2 Hồ kị khí thường tạo ra mùi rất khó chịu nên cần phải chọn địa điểm cách xa khu dân cư 1,5-2 km để xây dựng hồ

1.3.3.2 Phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

a Điều kiện hiếu khí

a1 Bể sinh học Aerotank

Quá trình chuyển hóa vật chất trong bể dựa trên hoạt động sống của các VSV hiếu khí Các VSV trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyền phù Các huyền phù VSV có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các dung dịch trong bể là điều cần thiết Người ta có thể cung cấp khí cho bể aerotank bằng nhiều cách: thổi khí, nén khí, làm thoáng cơ học, thổi nén khí với hệ thống cơ học Có nhiều loại bể aerotank khác nhau, tùy theo yêu cầu xử lý, tính kinh tế, diện tích đất sử dụng mà chọn loại nào cho phù hợp: bể aerotank truyền thống, bể aerotank với sơ đồ nạp nước thải theo bậc, bể aerotank tải trọng cao, bể aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định, bể aerotank làm thoáng kéo dài, bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh,

Ưu điểm: đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi,

có tính ổn định cao trong quá trình xử lý

Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng

Hình 2.16 Bể Aerotank hoạt động thực tế

[Nguồn: 8]

a2 Bể aerotank theo mẻ (SBR)

Đây là loại công nghệ mới đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới vì hiệu quả

xử lý Nitơ, Phospho rất cao nhờ vào các quy trình hiếu khí, thiếu khí, yếm khí

Hoạt động của bể gồm 5 pha:

- Pha làm đầy (fill): đưa nước thải vào bể, có thể vận hành theo 3 chế độ: làm đầy_tĩnh, làm đầy_khuấy trộn và làm đầy_sục khí

- Pha phản ứng (react): ngừng đưa nước thải vào bể, tiến hành sục khí đều diện tích bể Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải và yêu cầu mức độ

xử lý

- Pha ổn định (settle): các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn Thời gian lắng thường nhỏ hơn 2h

- Pha tháo nước trong (decant): nước đã lắng trong ở phần trên của bể được tháo

ra nguồn tiếp nhận bằng ống khoan lỗ hoặc máng thu nước trên phao nổi

- Pha chờ (idle): thời gian chờ để nạp mẻ mới Pha này có thể bỏ qua

Ưu điểm: hiệu quả khử Nitơ, Phospho cao; tiết kiệm diện tích đất xây dựng vì

không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng I và lắng II, có thể kiểm soát hoạt động và thay đổi thời gian giữa các pha nhờ bộ điều khiển PLC, pha lắng được thực hiện trong điều kiện tĩnh hoàn toàn nên hiệu quả lắng tốt

Nhược điểm: chi phí của hệ thống cao, người vận hành phải có kỹ năng tốt, đạt

được hiệu quả xử lý cao khi lưu lượng nhỏ hơn 500 m3/ngày đêm

Hình 2.17 Bể SBR hoạt động thực tế

[Nguồn: 8]

a3 Bể MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử

lý bùn hoạt tính và bể lọc sinh học

Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ

sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối Quần xả vi sinh sẽ phát triển và dày lên rất nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nước thải Khi đạt đến một độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, lớp vi sinh vật phía trong do không tiếp xúc được nguồn thức ăn nên chúng sẽ bị chết, khả năng bám vào vật liệu không còn Khi chúng không bám được lên bề mặt vật liệu sẽ bị bong

ra rơi vào trong nước thải Một lượng nhỏ vi sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp

tục sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải để hình thành một quần xã sinh vật mới Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nitơ về dạng nitrite, nitrate Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrate, nitrite về dạng khí N2 bay lên Mặt khác quá trình nitơ một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học Vì vậy hiệu quả xử lý hợp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt của công trình này rất tốt

[Nguồn: 8]

a4 Bể MBR

MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (thiết bị lọc sinh học bằng màng), có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng

MBR là kỹ thuật mới xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống thiết

bị sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòng chảy gián đoạn MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đó việc tách cặn được thực hiện không cần đến bể lắng bậc 2 Nhờ sử dụng màng, các thể cặn được giữ lại trong bể lọc, giúp cho nước sau xử lý có thể đưa sang công đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ / tái sử dụng được ngay

 Ưu điểm của việc ứng dụng thiết bị sinh học màng MBR là:

- Không cần bể lắng và giảm kích thước bể nén bùn

- Không cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để coliform

- Công trình được tinh giản nhờ sử dụng chỉ một bể phản ứng để khử N & P mà không cần bể lắng, bể lọc và tiệt trùng

- Trong điều kiện thay đổi đột ngột, hệ thống được điều chỉnh cho ổn định bằng

kỹ thuật không sục khí – sục khí – không sục khí

- Khắc phục được các yếu điểm (nén bùn và tạo bọt) trong phương pháp bùn hoạt tính (dùng màng khử hiệu quả Nutrient và E.coli)

- Dễ kiểm soát và bảo trì bằng hệ thống tự động

Ngoài ra, sự tồn tại đồng thời của lớp màng hiếu khí và kỵ khí có khả năng loại

bỏ nitơ trong nước thải do đồng thời xảy ra quá trình nitrate hóa và khử nitrate Lượng oxy hoà tan tối ưu trong nước thải sẽ cho sự loại bỏ nitơ tối đa Đó là lý do cần phải có

sự sục khí thích hợp để có được sự loại bỏ nitơ lớn nhất

Hình 2.21 Bể MBR hoạt động thực tế

[Nguồn: 8]

Phương pháp rửa ngược

Sau khi ngưng bơm nước tự mồi và sau đó là ngưng quá trình lọc, đóng ống dẫn nước sau thấm và chờ 2 phút Sau 2 phút, ngừng cung cấp khí Khi khí vào đường ống cung cấp, tận dụng van xả kiệt, hay dùng tốc độ dòng chảy thấp nhất, vận hành bơm tự mồi và xả khí đồng thời tại thời điểm đó

Hình 2.22 Rửa màng bằng phương pháp rửa ngược

[Nguồn: 8]

Ngừng cung cấp khí

Xả kiệt hoá chất trong đường ống (duy trì khí bên trong ống sẽ làm chặn và phân phối hoá chất không đều trong ống) Sau khi xả khí, mở đường ống cung cấp hoá chất,

và bắt đầu bơm hoá chất vào Bơm lượng hoá chất yêu cầu trong khoảng 10 phút, sau

đó chờ 20 phút Tổng thời gian tiếp xúc giữa màng và hoá chất là 30 phút Sau đó ngừng bơm hoá chất và đóng van cung cấp hoá chất

Hình 2.23 Rửa màng bằng hóa chất

[Nguồn: 8]

Ghi chú: Khi hoá chất tiếp xúc với nguyên cả màng, điều quan trọng là đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa hoá chất và màng là đủ Đồng thời trong suốt quá trình định lượng hoá chất và thời gian chờ sau đó, khí cung cấp phải được ngừng Nếu khí tiếp tục được thổi vào, hoá chất sẽ phân tán khắp bể và làm giảm hiệu quả của quá trình rửa ngược Sau đó, quá trình cấp khí lại được khởi động lại, và tiếp trong khoảng 10 phút Trong suốt thời gian đó, đừng khởi động quá trình lọc Sau khi tiến hành quá trình vận hành như trên, mở lại đường ống dẫn nước sau lọc và khởi động lại quy trình vận hành

Phương pháp duy trì nguyên module màng

Module màng nên được giữ ở nhiệt độ 22~28oC, độ ẩm: 40~60%

Trước khi màng được sử dụng, chúng có thể được giữ trong điều kiện khô Tuy nhiên, sau khi dùng màng MBR, chúng cần được duy trì trong môi trường ẩm ướt nếu

di chuyển màng ra khỏi bể

Khi sử dụng màng trong quá trình MBR, mặc dù quá trình rửa bằng hoá chất được tiến hành đều đặn và màng đã được sử dụng trong suốt thời gian dài, nhưng vẫn rất cần thiết khi giữ các màng ẩm khi đem chúng ra khỏi bể MBR

Để duy trì điều kiện ẩm ướt đó, cần theo các yêu cầu sau:

 Sau khi đưa màng ra khỏi bể MBR, ngay lập tức đặt ngập vào bể rửa hoá chất off-line

 Sau khi quá trình rửa hoá chất off-line kết thúc, di chuyển màng vào bể chứa nước sạch Giữ trong điều kiện tối và tránh ánh sáng mặt trời trực tiếp

 Sau khi giữ tình trạng đó trong khoảng thời gian, nhằm để tránh sự phát triển của

vi khuẩn, hoặc các mối nguy hại khác, thay nước ít nhất 1 – 4 lần mỗi tháng Trong điều kiện thời tiết lạnh cần đảm bảo rằng nước không bị đóng băng

 Khi màng được sử dụng lại lần nữa nó hầu như đã có vi khuẩn bám dính trên bề mặt màng Đầu tiên nên ngâm màng trong 300 mg/L NaClO trước khi đặt màng vào bể MBR

hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên Bể lọc kị khí có khả năng khử được 70  90% BOD Nước thải trước khi vào bể lọc cần được lắng sơ

bộ

Ưu điểm chính: khả năng khử BOD cao, thời gian lọc ngắn, VSV dễ thích nghi

với nước thải, vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng, thể tích của hệ thống xử lý nhỏ

Nhược điểm: thường hay bị tắc nghẽn, giá thành của vật liệu lọc khá cao, hàm

lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lớn, thời gian đưa công trình vào hoạt động dài

b2 Bể lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí UASB

Bể UASB không sử dụng vật liệu dính bám mà sử dụng lớp cặn (có chứa rất nhiều VSV kị khí) luôn luôn tồn tại lơ lửng trong dung dịch lên men nhờ hệ thống nước thải chảy từ dưới lên Sau một thời gian hoạt động, trong hệ thống hình thành 3 lớp; phần bùn đặc ở đáy hệ thống, một lớp thảm bùn ở giữa hệ thống gồm những hạt bùn kết bông và phần chứa biogas ở trên cùng Nước thải được nạp vào từ dưới đáy hệ thống,

đi xuyên qua lớp bùn đặc và thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài Khi tiếp xúc với những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, vi khuẩn sẽ xử lý chất hữu cơ và chất rắn sẽ được giữ lại Khí và các chất rắn lơ lửng được tách ra từ nước thải được xử lý bởi thiết bị tách gas và chất rắn trong hệ thống Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kì được xả ra ngoài

Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước trong bể ngắn, thu được khí CH4

phục vụ cho nhu cầu về năng lượng, cấu tạo bể đơn giản, dễ vận hành, năng lượng phục vụ vận hành bể ít

Nhược điểm: khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn, các hạt bùn thường

không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường

Phương pháp chủ yếu là khử Nitrat:

NO3 VSVNitrosomonas NO2 

NO2 Chất hữu cơ VSVNitrosomonasN2 CO2 H2O

Nitrat là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa amoni chưa được xem là bền vững

và còn gây độc cho môi trường nên cần được tiếp tục chuyển hóa về dạng khí nitơ Quá trình hình thành nitrat (oxy hóa amoni) xảy ra trong giai đoạn hiếu khí (bể aerotank) và kế tiếp là hai giai đoạn hình thành nitrit và từ nitrit hinh thành nitrat Quá trình khử nitrat, nitrit và các hợp chất nitơ có hóa trị dương về khí nitơ xảy ra dưới điều kiện thiếu oxy (bể anoxic) Bể anoxic lắp đặt trước bể Aerotank nhằm tận dụng

nguồn hữu cơ từ nước thải chưa qua xử lý hiếu khí hoặc nếu lắp đặt sau thì phải bổ sung lượng carbon Trong bể Anoxic pH tối ưu cho quá trình khử nitrat khá rộng: pH = 7÷9, ngoài vùng tối ưu tốc độ khử nitrat giảm nhanh

Hình 2.27 Bể anoxic

[Nguồn: 8]

1.3.4 Các phương pháp loại bỏ Nitơ trong nước thải y tế

Nitơ trong nước thải đô thị hiện diện ở nhiều dạng khác nhau như nitơ hữu cơ (protein và ure) và N-NH3 Việc loại bỏ nitơ có thể đạt được bởi 2 quá trình cơ bản gồm quá trình đồng hóa và quá trình nitrat hóa - khử nitrat hóa Vi sinh vật đồng hóa N-NH3 để chuyển thành sinh khối

Hình 2.28 Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học

[Nguồn: 8]

Đối với quá trình nitrat hóa - khử nitrat, nitơ sẽ được loại bỏ bởi 2 quá trình đó Trong giai đoạn đầu tiên, nitrat hóa là tiến trình sinh học trong đó N-NH3 sẽ được chuyển hóa thành nitrit và cuối cùng là nitrat, tất cả diễn ra trong quá trình hiếu khí Quá trình nitrat hóa diễn ra do các vi sinh vật tự dưỡng Quá trình loại bỏ nitơ gồm 2 phản ứng, một là oxi hóa N-NH3 thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas và từ nitrit sang nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter Trong giai đoạn thứ 2, nitrat chuyển hóa thành khí N2, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình sinh học được mô tả trong hình 1.1

Hầu hết việc xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng quá trình sinh học, đây là phương pháp có hiệu quả và tiết kiệm trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ

1.3.4.1 Quá trình Amonia bằng phương pháp sinh học

Quá trình xử lý sinh học được ứng dụng trong việc khử ammonia và nitrate trong nước thải được ứng dụng một cách rộng rãi với nhiều quy trình công nghệ xử lý ngày càng trở nên phổ biến, từ đầu tiên là công nghệ SBR, mương oxy hóa đến những công nghệ gần đây như ANAMMOX (Mulder, 1995), CANON (Schmidt, 2003) và SHARON (Hellinga, 1998)

Quá trình thông thường nitơ trong nước thải được loại bỏ nhờ sự chuyển hóa của vi khuẩn đối với các hợp chất của nitơ như N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-,… thành nitơ tự do nhờ quá trình nitrate hoá và khử nitrate (nitrification/denitrification)

1.3.4.2 Quá trình Nitrat hóa

-nitrite khoảng 17,5 kcal/mole -nitrite Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng năng lượng

này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống Tổng hợp hai phản ứng được viết

lại như sau:

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá:

- Oxy hoà tan (Dissolved Oxygen - DO)

Ảnh hưởng DO lên quá trình nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ các nghiên cứu khác nhau của Downing và Scragg (1958) cho thấy: nồng độ DO cần thiết cho quá trình nitrate hóa xảy ra ít nhất là 0,3 mg/l

Schoberl và Angel nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (1964): tốc độ nitrate hóa đối với Nitrosomonas không phụ thuộc vào DO nếu DO trên 1 mg/l và đối với Nitrobacter nồng độ DO > 2mg/l

Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ sinh trưởng của Nitrobacter winogradki

ở nồng độ DO là 1mg/l và DO bão hòa ở nhiệt độ 25 - 35 0C cho thấy tốc độ sinh trưởng ở nồng độ DO là 1 mg/l thì thấp hơn ở nồng độ DO bão hòa và tùy thuộc vào nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng ở DO = 1 mg/l bằng 79%, 80%,70%,58% ở DO bão hòa tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7 ; 29 ; 350C

Downing et al (1964) và Wild et al (1971) nghiên cứu hỗn hợp bùn lỏng trong bể bùn hoạt tính cho thấy nồng độ DO > 1mg/l, tốc độ nitrate hóa không bị ảnh hưởng

Wuhrman (1963) cho thấy nồng độ DO = 4 - 7 mg/l, tốc độ nitrate hóa không bị ảnh hưởng, nhưng DO = 1mg/l thì tốc độ chỉ bằng 90% tốc độ ở nồng độ DO cao hơn Nagel và Haworth (1969) cho thấy tốc độ nitrate hóa trong bùn hoạt tính gấp đôi khi nồng độ DO tăng từ 1 - 3 mg/l

Okun (1949), Haug và Mcácarty (1971) cho thấy vi khuẩn nitrate hóa không bị ảnh hưởng bởi DO, không có sự ức chế khi nồng độ DO  3 mg/l

Sự khác nhau của những nghiên cứu ảnh hưởng DO lên động học phản ứng được giải thích dựa trên cơ chế vận chuyển và tiêu thụ oxy của các bông bùn hoạt tính

- pH

Một số nghiên cứu quan sát thấy rằng tốc độ nitrate hóa cực đại khi pH nằm trong khoảng 7,2 – 9,0 Ảnh hưởng pH lên tốc độ nitrate hóa khác nhau được báo cáo từ các

nghiên cứu khác nhau như: U.S.EPA (1975) đề xuất phương trình ảnh hưởng của pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa trong các hệ thống kết hợp oxy hóa cacbon và nitrate hóa khi pH dưới 7,2 Angle và Alexander (1958) và Downing (1964) cho thấy ít có sự ảnh hưởng khi pH = 7,2- 8 và tốc độ nitrate hóa giảm tuyến tính khi pH < 7,2 Boon và Laudelout (1962) cho thấy tốc dộ nitrate hóa đối với

Nitrobacter ở pH = 6,5 bằng 60% tốc độ ở pH = 7,5

Antoniou et al (1990) sử dụng các mẻ vi khuẩn nuôi cấy chưa thích nghi cho thấy tốc

độ nitrate hóa ở pH 6,9 bằng 84 % tốc độ ở pH =7,9 tại 200C Tốc độ nitrate hóa ở pH

= 6,8 bằng 42% tốc độ ở pH = 7,8 tại 150C, ở nhiệt độ thấp hơn thì ảnh hưởng của pH nhiều hơn

Stankwich (1972), Haug và Mcácarty (1972) cho thấy tốc độ sinh trưởng riêng cực đại được phục hồi sau khi thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi hoàn toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7 - 6 trong các quá trình sinh trưởng bám dính

- Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng lên tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrate hóa, tốc

độ nitrate hóa giảm với sự suy giảm nhiệt độ

Một số nghiên cứu đề xuất mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại như sau:

Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại

Nguồn n,max theo nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hệ số bán bão hòa Kn của quá trình nitrate hóa

Knowles et al (1965) đề nghị mối quan hệ giữa Kn và nhiệt độ

Kn = 100,051T - 1,148 với T : nhiệt độ, 0C