Chuyên đề Thiết kế xây dùng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí tại Trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trưng- Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƯỜNG ------------------------------- CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP (ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN) CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC (CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG) ĐỀ TÀI: Thiết kế xây dùng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí tại Trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trưng- Hà Nội Giáo viên hướng dẫn : PGS. TS NGUYỄN THỊ HÀ Sinh viên thực hiện :NGUYỄN THỊ HỒNG ANH MSSV : 505303.003 Hà Nội - 2009 Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hà và Th.S Hoàng Đức Trọng đã hết sức giúp đỡ tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi còng xin chân thành cám ơn các anh chị em trong công ty Cổ phần công nghệ môi trường Âu Việt đã tạo mọi điều kiện giúp tôi tham gia công việc thiết kế xây dựng hệ thống xử lý nước thải bằng bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí tại Trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trưng- Hà Nội. Sinh Viên Nguyễn Thị Hồng Anh Mở đầu Nước là một thành phần của môi trường tự nhiên, là dạng tài nguyên không thể thiếu được đối với sự sống của con người. Lượng nước tồn tại trên thế giới được coi là rất lớn, ước tính 1.386 triệu km3 nhưng lượng nước ngọt thường được dùng chỉ chiếm 0,8%. Là một tài nguyên không thể tái tạo được, nước về tổng lượng nói chung không thay đổi theo thời gian nhưng lại dễ bị tổn thương trong quá trình sử dụng. Vì vậy nước cần được sử dụng, quản lý và phát triển một cách hợp lý. Với sự tăng trưởng kinh tế – xã hội đang trên đà phát triển mạnh mẽ của nước ta như hiện nay, quá trình đô thị hoá sẽ diễn ra mạnh mẽ. Dân số ngày càng đông, kinh tế ngày càng phát triển, kéo theo nhu cầu đáp ứng mức sống cao của người dân, tất yếu yêu cầu dùng nước ngày càng lớn, các dịch vụ y tế, chăm sóc sức khoẻ ngày càng nhiều. Dân số tăng, cũng đồng nghĩa với việc môi trường sống của người dân thành thị giảm dần. Dân số tăng, nhu cầu được đáp ứng về mặt sức khoẻ ngày càng được quan tâm. Hiện nay, đã có hàng trăm bệnh viện lớn nhỏ và các trung tâm chăm sóc sức khoẻ y tế cộng đồng được hình thành. Đi đôi với nó là những mầm bệnh nguy hại do người bệnh sản sinh ra trong quá trình sinh hoạt. Nước thải bệnh viện bao gồm nước thải từ các phòng mổ, phòng sinh và các thủ thuật, chứa vô số vi trùng, virus, bị ô nhiễm nặng về mặt hữu cơ và vi sinh có khả năng lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây bệnh. Hàm lượng vi sinh cao gấp 100-1000 lần tiêu chuẩn cho phép với nhiều loại vi khuẩn nh­ Salmonella, tụ cầu liên cầu viruss đường tiêu hoá, bại liệt. Hàm lượng chất rắn lơ lửng gấp 2-3 lần. Sau khi hoà vào hệ thống nước thải sinh hoạt, những mầm bệnh này xâm nhập vào khắp nơi, xâm nhập vào thuỷ, hải sản, vật nuôi cây trồng….Nước thải bệnh viện bao gồm những chất thải nguy hại được xếp vào loại chất thải nguy hại. Ô nhiễm nước là nguồn gốc nhiều dịch bệnh về tiêu hoá, ký sinh trùng, da liễu, việc tiếp xúc làm tăng nguy cơ ung thu và các bệnh hiểm nghèo khác cho người dân. Đồng thời hiệu suất sản xuất bị ảnh hưởng cụ thể, chi phí từ ngân sách Nhà nước, của xí nghiệp, hoặc của các nhân người bệnh để điều trị rất lớn. Xuất phát từ những cơ sở trên, tôi đã chọn đề tài “ Thiết kế xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí” tại trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trưng – Hà Nội. Mục tiêu của đề tài là xây dựng thành công hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải y tế bằng phương pháp lọc sinh học yếm khí cho Trung tâm chăm sóc sức khỏe quận Hai Bà Trưng với chất lượng đầu ra đạt tiêu chuẩn Việt Nam, trước khi được xả vào hệ thống cống chung của thành phố Hà Nội. Đảm bảo cho một cuộc sống trong sạch đối với cả cảnh quan và sức khoẻ của người dân khu vực nói riêng và người dân Hà Nội nói chung. Chương 1: Tổng Quan tài liệu 1.1. Thực trạng 1.1.1. Thực trạng tài nguyên và môi trường nước lục địa Tài nguyên nước được giới hạn trên đất liền, bao gồm tài nguyên nước mặt và tài nguyên nước dưới đất. Thế giới: Lượng nước tồn tại trên thế giới được coi là rất lớn, ước tính 1.386 triệu km3 nhưng lượng nước ngọt thường được dùng chỉ chiếm 0,8%. Là một tài nguyên không thể tái tạo được, nước về tổng lượng nói chung không thay đổi theo thời gian nhưng lại dễ bị tổn thương trong quá trình sử dụng. Nhiều nước đã tiến hành kiểm soát chất lượng nước từ rất sớm, đầu những năm 1950 nh­ Indonexia, Liên Xô (Nga cũ), Mỹ… Ở Trung Quốc, cơ quan kiểm soát chất lượng nước được thành lập từ 1984, kỹ thuật quan trắc sinh học và trầm tích đáy cũng được áp dụng trong hệ thống kiểm soát chất lượng nước. Ở Ên độ có 310 trạm với trên 31 con sông vào năm 1974 Chương trình kiểm soát chất lượng nước Quốc gia của Malaysia vào năm 1978, và năm 1990 có 566 trạm kiểm soát chất lượng nước. Việt Nam: Tổng lượng nước chảy qua lãnh thổ Việt Nam đổ ra biển là 880 tỷ m3/năm, nhưng lượng nước có thể chủ động sử dụng chỉ có 325 tỷ m3/năm do nguồn nước mưa rơi trong lãnh thổ. Tham gia vào trữ lượng nước mặt còn có lượng nước trong các hồ chứa (nhân tạo và tự nhiên). Nước ngầm được đánh giá là có tiểm năng của lãnh thổ khá phong phú, tổng trữ lượng động thiên nhiên của toàn lãnh thổ Việt Nam đạt 1.513 m3/s. Trữ lượng khai thác nước ngầm là có thể khai thác được 1.2 triệu m3/ngày. Tài nguyên nước ở Việt Nam được sử dụng chủ yếu phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, còn các nhu cầu khác chiếm tỷ lệ Ýt hơn. Tài nguyên nước ngọt ngày càng trở nên khan hiếm theo đà tăng trưởng dân số. Với sự nâng cao mức sống cả nhân dân, nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt tăng nhiều lần so với trước. Tình trạng khan hiếm nói chung trở nên hết sức căng thẳng trong những thời gian và địa điểm nhất định 1.1.2. Thực trạng sử dụng tài nguyên nước cho sinh hoạt. Tốc độ đô thị hoá ngày càng nhanh đã làm cho nhu cầu sử dụng nước của thành phố ngày một tăng cao. Nước là một nhu cầu không thể thiếu trong sinh hoạt, nhu cầu ăn uống, vệ sinh và các hoạt động công cộng, giải trí, các vấn đề về chăm sóc sức khoẻ…đều cần đến nước. Hầu hết mọi ngành đều sử dụng nước như là một nguyên liệu không thể thay thế được. Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là tư 100 đến 250 l/người.ngày đêm (đối với các nước đang phát triển như Việt Nam) và từ 150 đến 500 l/người.ngày đêm (đối với các nước phát triển). Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt dao động từ 120 đến 180 l/người.ngày đêm Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 90 đến 100% tiêu chuẩn nước cấp. Lượng nước thải tập trung ở đô thị rất lớn. Lưu lượng nước thải của thành phố 20 vạn dân khoảng 40.000 đến 60.000 m3/ngày. Nước ta có khoảng 80 đô thị từ thị xã trở lên và hơn 400 thị trấn, thị tứ, nhưng số được cấp nước sạch chưa đến 70%. Tổng lượng nước cấp cho đô thị với 3/4 từ nguồn nước mặt và 1/4 từ nguồn nước ngầm. Tổng lượng nước thải của thành phố Hà Nội năm 2005 khoảng 550.000m3/ngày đêm. 1.2. Nước thải bệnh viện 1.2.1. Định nghĩa: Nước thải sinh hoạt là nước đã sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ… Nh­ vậy nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt cua con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn… cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. 1.2.2. Đặc trưng: Nước thải bệnh viện ngoài chứa hàm lượng chất bẩn thường gặp như Nitơ, Phospho, Chlorin, Kali, Chất béo, Chất hữu cơ…. còn chứa một lượng vi khuẩn như: vi trùng lao, vi trùng gan, vi trùng tả, vi trùng lỵ… Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Đặc trưng của loại nước thải này là hàm lượng các chất hữu cơ cao (từ 55% đến 65% tổng lượng chất bẩn), như hydratcacbon, protein, dầu mỡ… các chất này không bền, dễ bị sinh vật phân hủy các chất dinh dưỡng (nito, photpho) và vi khuẩn; và có hàm lượng COD, BOD và các thành phần vi sinh vật gây bệnh cao… Trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước. Bảng 1: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư: Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình Tổng chất rắn (TS), mg/l - Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l - Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 350- 1200 250- 850 100- 350 720 500 220 BOD5, mg/l 110 -400 220 Tổng Nitơ, mg/l 20-85 40 Chlorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm, mgCaCO3/l 50-200 100 Tổng chất béo, mg/l 50-150 100 Tổng photpho, mg/l 8 Bảng 2: Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước: Các chất Giá trị, g/ng.ngày Chất rắn lơ lửng (SS) BOD5 của nước thải chưa lắng BOD5 của nước thải đã lắng Nitơ amôn (N-NH4) Photphat (P2O5) Chlorua (Cl-) Chất hoạt động bề mặt 60 ± 65 65 30 ± 35 7 1.7 10 2 ± 2.5 Vì các thành phần chất thải này có thể gây nên một mức độ nhiễm bẩn nghiêm trọng đến nguồn nước của thành phố nên các thành phần chất thải này cần phải xử lý triệt để. 1.3. Một vài thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước thải y tế. 1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý: Độ đục: Khi trong nước có các hạt lơ lửng, các tạp chất huyền phù, cặn lơ lửng, các vi sinh vật và các hóa chất hòa tan do chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra làm khả năng truyền ánh sáng bị giảm dẫn đến ảnh hưởng xấu hoạt động của vi sinh vật. Độ màu: Khi nước chứa nhiều chất rắn lơ lửng, các loại tảo, các chất hữu cơ… nước trở nên kém thấu quang ánh sáng Mặt trời, làm các hoạt động của các sinh vật bị kém linh hoạt. Nước thải thường có mài nâu, đỏ nâu, hoặc đen. Màu của nước được phân làm 2 dạng: + Màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng keo + Màu biểu kiến do các chất lơ lửng trong nước tạo nên. Mùi vị: Các chất khí trong nước và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị. Các chất hòa tan trong nước thường do các hợp chất hóa học (hợp chất hữu cơ) hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nhiệt độ: ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển và sự hoạt động của các vi sinh vật. Độ dẫn điện: Hàm lượng các chất rắn trong nước: + Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (cặn lơ lửng) + Chất rắn hòa tan (DS) + Chất rắn bay hơi (VS) + Chất rắn có thể lắng Độ cứng: Độ cứng của nước là sự có mặt của ion kim loại kiểm thổ hóa trị 2, thường là Ca2+ và Mg2+, quá mức cho phép. Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do Ca2+ và Mg2+ phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Độ pH: là chỉ số thể hiện sự cần thiết phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ và khử khuẩn. Sù thay đổi pH của nước liên quan đến sự hiện diện các hóa chất axit hoặc kiểm, sự phân hủy CHC, NO3-… Cá không sống được khi nước có pH 10. 1.3.2. Các chỉ tiêu hóa học: Độ oxy hòa tan (DO): Nồng dé oxy hoà tan trong nước bình thường khoảng 8 ± mg/l chiếm 70 ± 85% khí oxy bão hoà. Trong môi trường bị ô nhiễm nặng oxy được dùng nhiều cho quá trình hoá sinh và xuất hiện hiện tưởng thiếu oxy trầm trọng. Chỉ sè BOD (nhu cầu oxy hoá). Đây là một chỉ tiêu dùng để xác định mứ độ nhiễm bẩn của nước. Xác định BOD được dùng rộng rãi trong kỹ thuật môi trường để: + Tính gần đúng lượng oxy cần thiết oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. + Làm cơ sở để tính toán kích thứơc các công trình xử lý. + Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình. + Đánh giá chất lượng nước sau xử lý, xác định lượng oxy cần thiết trong năm ngày đầu ở nhiệt độ 200C trong bóng tối. Chỉ số này gọi là BOD5. Chỉ số COD (nhu cầu oxy hoá). Đây là một đại lượng dùng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước và chỉ số COD cũng biểu thị lượng chất hữu cơ không thể bị oxy hoá bằng vi khuẩn. Trong trường hợp các nguồn nước thải không có chất độc và tương đối ổn định về thành phần nước thải, ta có thể xác định một hệ số chuyển đổi từ COD ra BOD và ngược lại. Các hợp chất của Nitơ: Nitơ trong nước thải thường ở trong hợp chất Protein và các sản phẩm phân huỷ: amon, nitrat, nitrit. Trong xử lý nước thải, người ta cần phải xác định các chỉ số N-NH3, NO3-, NO2- để đánh giá mức độ và giai đoạn phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải, đề ra phương pháp khử nitrat nếu quá lượng cho phép, và tạo điều kiện cho các vi khuẩn phản nitrat hoá hoạt động chuyển ion về Nitơ phân tử. Các hợp chất của phospho. Phospho tồn tại trong nước các dạng H2PO4-, HPO4-, PO43-, các dạng polyphosphat như Na3(PO3)6 và phosphat hữu cơ. Đây là nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước, gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các thuỷ vực. Trong nước thải, ta cần xác định hàm lượng P-tổng số để xác định tỷ số BOD: N: P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý. Ngoài ra, xác lập tỷ số giữa P và N có thể đánh giá mức dũnh dưỡng có trong nước thải., ta cần xác định hàm lượng P-tổng số để xác định tỷ số BOD: N: P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho 1.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh Các vi trùng gây bệnh: Đó là các vi trùng trong nước gây bệnh thương hàn, dịch tả, bại liệt… Việc xác định sự có mặt của các vi trung gây bệnh thường rất khó và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại. Vì vậy trong thực tế thường áp dụng phương pháp xác định chỉ số vi trung đặc trưng. Việc xác định số lượng vi khuẩn E.coli thường đơn giản và nhanh chóng cho nên loại vi khuẩn này thường đựoc chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước. Các loại rong tảo: các loại rong tảo phát triển trong nước làm cho nước nhiễm bẩn chất hữu cơ và làm cho nước có màu xanh. Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, các loại tảo thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt lọc làm cho tổn thất áp lực trong bể tăng nhanh và thời gian giữa hai lần rửa lọc ngắn đi. Rong tảo có thể làm tắc ống, tạo ra các chất gây mùi, vị trong nước. 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải y tế 1.4.1. Cơ sở lùa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Lùa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấp cần xử lý. Lùa chọn công nghệ xả lý nước trước hết được tiến hành trong phòng thí nghiệm để tìm các thông số tối ưu và hoá chất sử dụng, liều lượng sử dụng, chất xúc tác, độ pH... Sau đó đánh giá các thông số thiết kế và các điều kiện vận hành tối ưu, thử nghiệm công nghệ trên mô hình thực nghiệm. 1.4.1.1. Các điều kiện vệ sinh khi xả nước thải ra nguồn. Trên cơ sở các tiêu chuẩn môi trưởng Việt Nam TCVN 6772 : 2000: Chất lượng nước – Nước thải sinh hoạt – Giới hạn ô nhiễm cho phép, tiêu chuẩn nguồn nước mặt theo các mục đích sử dụng, nước thải khi xả vào nguồn phải đáp ứng hai điều kiện sau: + Điều kiện cần: Nước thải không được làm ô nhiễm, không làm giảm chất lượng nước sử dụng ở điểm hạ lưu điểm xả. + Điều kiện đủ: Nồng độ chất ô nhiễm phải thấp hơn giá trị giới hạn cho phép quy định khi xả ra các loại nguồn nước mặt khác nhau. Bảng 3: Nồng độ giới hạn của các chất trong dòng hỗn hợp nước thải đô thị và nước sông, hồ tại tiết diện tính toán ở hạ lưu công xả: Chỉ tiêu Nguồn loại A Hàm lượng cặn lơ lửng cho phép tăng không quá, mg/l 1,0 BOD5 không lớn hơn, mg/l 4 COD, không lớn hơn, mg/l 10 Oxy hoà tan, không nhỏ hơn, mg/l 6 N-NH4+, không lớn hơn, mg/l 0,05 Coliform, không lớn hơn, mg/l 5000 Ghi chó: Nguồn loại A – các sông, hồ và các vực nước mặt khác dùng làm nguồn cung cấp nước thô cho hệ thống cấp nước đô thị, khu dân cư hoặc khu công nghiệp. 1.4.1.2. Quá trình pha loãng, xáo trộn nước thải với nước nguồn. Để xác định được nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải tại cống xả ra nguồn, cần thiết phải tính toán sự xáo trộn và tự làm sạch của nguồn ngước từ chỗ đó đến điểm kiểm tra lấy nước sử dụng gần nhất. Khi xả nước thải vào hệ thống cống của thành phố, hay xả vào sông hồ, sẽ diễn ra quá trình xáo trộn pha loãng nước nguồn với nước thải. 1.4.1.3. Quá trình hoà tan và tiêu thụ oxy Do chứa các chất hữu cơ dễ bị oxy hoá sinh hoá, khi xả nước thải vào thuỷ vực sẽ diễn ra quá trình tiêu thụ oxy để oxy sinh hoá các chất hữu cơ trong đó. Quá trình này sẽ gây thiếu hụt oxy (lệch so với nồng độ bão hoà) trong sông hồ và sự khuếch tán (hoà tan) oxy vào nước được diễn ra. 1.4.1.4. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết theo hàm lượng cặn lơ lửng. 1.4.1.5. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết theo chỉ tiêu BOD. 1.4.2. Một số phương pháp xử lý nước thải. Do đặc tính nước thải bệnh viện chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao, trong đó chủ yếu là hidratcacbon, protein và các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân huỷ sinh học. Tỷ lệ BOD5 : COD cao, thường nằm trong khoảng 0,6 đến 0,8 nên phương pháp sinh học rất thích hợp để xử l‎ý loại nước thải này. Các phương pháp dùng trong xử lý nước thải phổ biến là: 1.4.2.1. Phương pháp cơ học Trước khi xử lí nước thải cần phải được loại bỏ các tạp chất thô lẫn trong nước như bụi, đất, chất rắn thô bằng cách gạn, lắng bằng kỹ thuật song chắn rác, lưới rác, bể lắng cát, để đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. + Lưới chắn rắc, nghiền rác: tách và nghiền các chất rắn thô. + Phương pháp lắng: là phương pháp được sử dụng để loại bỏ huyền phủ và các chất lơ lửng trong nước thải. + Phương pháp lọc: phương pháp này được dùng để tách các chất rắn được trộn lẫn trong nước thải sau quá trình sử dụng. + Bể điều hoà: Trong một hệ thống xử lý, các thông số như lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng các chất ô nhiễm được thay đổi theo thời gian có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất xử lý của hệ thống. Bể điều hoà có tác dụng làm hạn chế sự tăng, giảm đột ngột các đại lượng trên, để hiệu suất xử lý đạt được là tối ưu nhất. + Phương pháp tuyển nổi: Là phương pháp tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng để nén bùn sinh học bằng cách tạo cho chất bẩn một khả năng dễ nổi lên mặt nước. + Phương pháp khuấy trộn: Khuấy trộn hoá chất và chất khí với nước thải và giữ cặn ở trạng thái lơ lửng. + Phương pháp tạo bông: Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực. 1.4.2.2. Phương pháp hoá lý và hoá học Các phương pháp này được sử dông thu hoá chất bị rò rỉ sau quá trình xử lý và cũng để khử các chất độc. Đồng thời phương pháp hoá lý và hoá học còn được sử dông để điều chỉnh pH, loại SS trước khi xử lý sinh học. Một số phương pháp được sử dụng phổ biến như: + Phương pháp trung hoà, điều chỉnh pH Phương pháp này có tác dụng tránh hiện tượng ăn mòn, phá huỷ vật liệu của hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước. Mục đích của phương pháp là nước thải đạt được độ trung hoà thích hợp. Dòng thải cần được điều chỉnh pH tới giá trị thích hợp trước khi đưa xử lý. Trung hòa có thể thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như H2SO4, HCl, NaOH, NaHCO3, Na2CO3... + Phương pháp keo tô: Keo tô là quá trình sử dụng những chất keo tô, khi đưa vào trong nước nó thuỷ phân tạo thành những hạt keo thu hót những chất rắn lơ lửng và làm cho nó có tỷ trọng lớn hơn nước nên lắng xuống đáy. Phương pháp này sử dông để loại bỏ chất rắn lơ lửng. Người ta thường sử dụng các loại phèn nhôm, phèn sắt hay hỗn hợp của hai loại phèn này hoặc PAC (Polyalumino Clorit) cùng với kiềm (NaOH, Ca(OH)2). Hiện nay thông thường người ta cho thêm các chất trợ keo tụ như polyme hữu cơ để tăng cường quá trình tạo bông và lắng như: polyacrylic hoặc metacrylat. 1.4.2.3. Phương pháp sinh học Phương pháp này dùa trên khả năng làm sạch một số chất ô nhiễm có trong nước thải của các vi sinh vật. Trong quá trình sống, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng (N, P), một số chất khoáng và năng lượng để tăng trưởng và xây dựng tế bào mới. Cho đến nay người ta đã xác định rằng vi sinh vật có thể phân huỷ được hầu hết các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ nhân tạo. Tuy nhiên có nhiều chất hữu cơ dễ bị ôxy hoá nhưng cũng có chất hoàn toàn không bị ôxy hoá hay bị ôxy hoá rất chậm bởi vi sinh vật [10]. Để có thể được xử lí hiệu quả bằng phương pháp sinh học nhìn chung nước thải phải đảm bảo các điều kiện: - Không chứa các chất độc hại, các muối của kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không vượt quá nồng độ cho phép - Tỉ sè - pH của nước thải là 6.7 đến 7.5 (đối với các công trình yếm khí). - Nhiệt độ hỗn hợp của nước thải không quá 40oC. - Hàm lượng cặn lơ lửng không quá 150 mg/l - Tỷ lệ COD:TN:TP = 350 :5:1 - Tỷ lệ BOD5:TN:TP = 100 :5:1 -Tổng các muối hoà tan không vuợt quá 10mg/l a. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí được sử dụng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh vật phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể được chia thành: + 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 cacbon. Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. + 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 phản ứng nitrat với màng cố định. Trong quá trình xử lý, các chất hữu cơ có trong nước thải được các loại vi sinh vật hiếu khí oxy hoá bằng oxy hoà tan trong nước. b. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện yếm khí + Cơ chế phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí Trong điều kiện không có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân huỷ nhờ vi sinh vật và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như Mêtan (CH4) và cacbonic (CO2) được tạo thành. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ nhờ vi khuản kỵ khí chủ yếu diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước sau đây: - Bước 1: Thuỷ phân các chất hữu cơ phức tạp và các chất beo thành các chất hữu cơ đơn giản hơn. - Bước 2: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí thực hiện quá trình lên men axit, chuyển hoá các chất hữu cơ đơn giản thành các lợi axit hữu cơ thông thường. - Bước 3: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩn lên men như Methanosarcina và Methanothrix) đã chuyển hoá axit axetic và hyđro thành CH4 và CO2. Quá trình lên men bùn cặn có hiệu quả khi tỷ lệ COD:N:P = 350:5:1 Quá trình lên men yếm khí diễn ra trong 2 điều kiện nhiệt độ: lên men Êm ở nhiệt độ từ 29 đến 38oC và lên men nóng ở nhiệt độ 49 đến 57oC. Khi lên men nóng, tốc độ phân huỷ chất hữu cơ tăng gần 2 lần so với lên men Êm. Độ pH thích hợp nằm trong từ 6.6 đến 7.6 với giá trị tối ưu xấp xỉ 7.0. Trong quá trình lên men, pH của hỗn hợp chất hữu cơ sẽ thay đổi từ mức thấp đến mức cao. Để duy trì pH, người ta thường bổ sung thêm kiềm với hàm lượng bicacbonat nằm trong mức 2.500 ±5.000 mg/l. + Các loại công trình xử lý nước thải trong điều kiện yếm khí: Theo nguyên tắc hoạt động và cơ chế quá trình xử lý nước thải, lên men bùn cặn lắng trong công trình, người ta chia các loại bể xử lý nước thải yếm khí như sau: Các loại bể lắng nước thải kết hợp lên men bùn cặn lắng: Trong các công trình này diễn ra quá trình lắng cặn nước thải (xử lý sơ bộ hoặc xử lý bậc một) và lên men bùn cặn lắng. Đó là các loại công trình: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong kết hợp với ngăn lên men... đang được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt và các loại nước thải khác có thành phần, tính chất tương tự. Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc: Trong bể này, nước thải chưa xử lý được trộn đều với bùn yếm khí tuần hoàn Bể lọc yếm khí: Trong bể lọc yếm khí có lắp đặt các giá thể vi sinh vật kỵ khí dính bám, là các loại vật liệu hình dạng, kích thước khác nhau, đóng vai trò như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ đưới lên hoặc từ trên xuống. Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và chuyển hoá để tạo thành CH4 và các loại chất khí khác. Các loại khí sinh học được thu gom tại phần trên bể. Bể phản ứng yếm khí có dòng nước thải đi qua tầng cặn lơ lửng. 1.5. một số TCVN về giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thảI sinh hoạt TCVN 6772 : 2000: Chất lượng nước – Nước thải sinh hoạt – Giới hạn ô nhiễm cho phép. Chương 2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng - Vật liệu nghiên cứu. 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu. Nhà Hé sinh Hai Bà Trưng là một nhà chăm sóc sức khoẻ sinh sản, nằm ở phía Nam thành phố Hà Nội. Công trình xây dựng Nhà Hộ Sinh quận Hai Bà Trưng – Hà Nội thuộc hạng mục hệ thống xử lý nước thải với địa điểm xác định tại một công trình xây dựng được cải t gom tại phần trên bể.ừ trên xuống. Các chất hữu vơ được vi khuẩn hấp t141- Lò Đúc – quận Hai Bà Trưng- Hà Nội. Nhà Hé sinh Hai Bà Trưng là một Trung tâm chăm sóc sức khoẻ sinh sản nằm trong nội thành Hà Nội nên có nhiều hạn chế về diện tích mặt bằng xây dựng, với quỹ đất hẹp và không có mặt thoáng khí lớn. Thêm vào đó, do được xây trong nội thành Hà Nội, nên Nhà hộ sinh Hai Bà Trưng nằm gọn trong lòng khu dân cư đông đúc.Vì vậy, hệ thống xử lý nước thải y tế của Nhà hộ sinh phải được đảm bảo xử lý triệt để các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh cho người dân trước khi được xả trộn với hệ thống cống của thành phố Hà Nội. Dự tính lưu lượng nước thải sinh ra từ quá trình sinh hoạt và khám chữa bệnh tại trung tâm khoảng 130 m3/ngày. Do những khó khăn đã nêu trên, hệ thống xử lý nước thải nhà Hộ sinh Hai Bà Trưng cần phải được lùa chọn công nghệ xử lý thích hợp, đảm bảo được tính hiệu quả trong quá trình xử lý và tiết kiệm về kinh phí. 2.1.2. Nghiên cứu lùa chọn giải pháp công nghệ xử lý nước thải Các phương pháp xử lý nước thải phổ biến được sử dụng ở Việt Nam hiện nay là: 2.1.2.1. Biện pháp xử lý bằng hoá lý: Đây là biện pháp đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên phương pháp này tốn kém về mặt kinh tế và hiệu quả không cao khi áp dụng cho trường hợp lưu lượng nước thải lớn; không phù hợp với điều kiện nước ta; sử dụng phương pháp này là biện pháp dùng máy phát ozon và tía cực tím để phân huỷ các thành phần hữu cơ và các chất gây ô nhiễm trong nguồn nước. 2.1.2.2. Biện pháp xử lý bằng sinh học hiếu khí: Biện pháp này dùng các vi sinh vật hiếu khí phân huỷ các chất hữu cơ trong nước và các thành phần gây ô nhiễm thành các chất vô cơ không gây ô nhiễm. Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho những cơ sở có quỹ đất rộng và đòi hỏi bề mặt thoáng lớn; hơn nữa trong điều kiện thoáng khí sẽ gây mùi khó chịu nên không thể áp dụng trong những trường hợp có quỹ đất hạn chế và khu đông dân cư. 2.1.2.3. Biện pháp xử lý bằng sinh học kị khí: Biện pháp này dùng các vi sinh vật kị khí để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần gây ô nhiễm trong nước. Cơ chế phân huỷ này diễn ra trong điều kiện kị khí nên có thể áp dụng cho những nơi có quỹ đất hẹp và không có mặt thoáng lớn và có thể áp dụng trong khu vực đông dân cư. Tuy nhiên biện pháp này sẽ không loại bỏ hết các thành phần gây ô nhiễm; hơn nữa các vi sinh vật gây bệnh sẽ không được loại bỏ trước khi thải ra môi trường. 2.1.2.4. Biện pháp xử lý hoá sinh: Biện pháp xử lý hoá sinh là biện pháp được kết hợp giữa hai biện pháp xử lý nước thải: biện pháp xử lý nước thải hoá học và biện pháp xử lý sinh học yếm khí. Đây là biện pháp xử lý triệt để các thành phần gây ô nhiễm và các vi sinh vật gây bệnh, tiết kiệm về kinh tế. Nhà Hộ sinh Hai Bà Trưng, với diện tích mặt bằng nhỏ, quỹ đất hẹp, không có mặt thoáng, và có yêu cầu xử lý cao, không ảnh hưởng đến đời sống của dân cư quanh khu vực thì áp dụng phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hoá sinh là hệ thống dây chuyền công nghệ xử lý tối ưu nhất. 2.1.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp hoá sinh Nguån th¶i Nguån tiÕp nhËn B¬m n­íc th¶i Th¸p hÊp phô ho¸ sinh BÓ chøa BÓ xö lý yÕm khÝ I BÓ xö lý yÕm khÝ II BÓ tiÕp xóc khö trïng B¬m ®Þnh l­îng Ho¸ chÊt khö trïng 2.1.4. Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý nước thải. Nước thải sinh hoạt tại đây chủ yếu bao gồm các thành phần tạp chất hữu cơ phát sinh từ quá trình sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên; sản phụ… tại nhà hộ sinh. Nguồn nước thải này được tập trung vào hệ thống bể xí tự hoại chung của khu nhà. Tại bể xí này được bố trí hệ thống đệm vi sinh và được bổ sung chế phẩm sinh học. Nhờ hệ thống này tại đây sẽ xảy ra quá trình phân huỷ các tạp chất hữu cơ thành các chất vô cơ dạng khí, nước và cặn bã bởi các vi sinh vật yếm khí. Các chất cặn bã sẽ lắng xuống đáy của các bể lắng và được hót đi theo định kỳ. Phần nước trong sẽ được dẫn sang bể tiếp xúc khử trùng. Tại bể này hoá chất khử trùng sẽ được bơm vào nhờ bơm định lượng hoá chất; tiếp đó hoá chất khử trùng sẽ được hoà trộn với nước thải thông qua thiết bị phản ứng tĩnh. Hoá chất khử trùng sẽ loại bỏ các thành phần vi sinh vật gây bệnh. Tiếp đó nước thải được bơm lên tháp hấp phụ hoá sinh. Qua tháp hấp phụ này xác vi sinh vật và các thành phần gây ô nhiễm khác sẽ được hấp phụ bởi vật liệu hấp phụ. Nước thải sau khi đi qua tháp hấp phụ đã được làm sạch và được đưa ra ngoài vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. 2.1.5. Vật liệu nghiên cứu. Bảng 5: Bảng thống kê vật tư. STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG 1 Bơm nước thải Lucy Pro Italia Q=12 m3/h; H=10m Chiếc 1 2 Bơm định lượng hoá chất BlueWhite USA; Q=10g/h Chiếc 1 3 Thùng dung dịch khử trùng 30l Ên Độ Thùng 1 4 Thiết bị phản ứng tĩnh; INOX SUS 304 NHẬT BẢN Bé 1 5 Tháp hấp phụ hóa sinh; INOX SUS304 NHẬT BẢN Bé 1 6 Đệm vi sinh yếm khí Trung Quốc M3 20 7 Giá đỡ đệm vi sinh Việt Nam Bé 2 8 Chế phẩm sinh học Ên Độ Kg 15 9 Èng nhựa PVC D20 100m 0,25 10 Èng nhựa PVC D100 100m 0,428 11 Cút nhựa PVC D20 Cái 12 12 Cút nhựa PVC D100 Cái 8 13 Cút thép tráng kẽm D50 Cái 11 14 Èng thép tráng kẽm D50 100m 0,37 2.2. Các phương pháp nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp hoá sinh học. 2.2.1. Lấy mẫu thực tế. 2.2.2. Phân tích trong phòng thí nghiệm. 2.2.3. Vận hành Chương 3: kết quả và thảo luận 3.1. Dự kiến kết quả thu được 3.1.1. Quy trình công nghệ 3.1.2. Chất lượng nước qua các công đoạn xử lý Trước Xử lý Trong xử lý Sau xử lý 3.2. Thảo luận Chương 4: kết luận và kiến nghị 4.1. Kết luận Nước bản thân là mét yếu tố của hệ sinh thái tự nhiên có mối quan hệ hữu cơ với các yếu tố khác. Vì vậy, trên quan điểm sinh thái và phát triển bền lâu, trong quá trình khai thác và sử dụng nước, cần tiến hành các biện pháp bảo đảm cho nguồn nước không bị suy thoái về lượng và về chất, không gây ra những biến động xấu về môi trường sinh thái nói chung. 4.2. Kiến nghị Tài liệu tham khảo PGS. TS. Trần Đức Hạ - Xử lý nước thải đô thị. NXB Khoa học và kỹ thuật 2006. PGS. TS. Hoàng Huệ – Trường đại học kiến trúc Hà Nội – Xử lý nước thải. NXB Xây dượng 2005. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan - Giáo trình Công nghệ môi trường. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội – 2007. Trường Đại học Phương Đông, Khoa CNSH – Môi trường – Bài giảng Xử lý nước cấp. Năm 2008. Chương trình Khoa học và công nghệ cấp hà nước về bảo vệ môi trường (KT.02) – Bảo vệ môi trường và phát triển bển vững Tập I – Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội nghị khoa học về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Hà Nội 6- 8/9 /1995. Hội thảo khoa học quốc gia về nghiên cứu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Hà Nội 7-9/ 10/ 1993. Mục lục