Thiết kế xây dựng 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

Trờng đại học phơng đông Khoa công nghệ sinh học – m«i trêng - Chuyªn đề tốt nghiệp (đề cơng đồ án) Chuyên ngành: công nghệ sinh học (công nghệ môi trờng) Đề tài: Thiết kế xây dựng hệ thống xử lý nớc thải phơng pháp lọc sinh học yếm khí Trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trng- Hà Nội Giáo viên hớng dẫn : PGS TS Nguyễn Thị Hà Sinh viên thực :Nguyễn Thị Hồng Anh MSSV : 505303.003 Hà Nội - 2009 Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hà Th.S Hoàng Đức Trọng đà giúp đỡ thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cám ơn anh chị em công ty Cổ phần công nghệ môi trờng Âu Việt đà tạo điều kiện giúp tham gia công việc thiết kế xây dựng hệ thống xử lý nớc thải bằng phơng pháp lọc sinh học yếm khí Trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trng- Hà Nội Sinh Viên Nguyễn ThÞ Hång Anh Ngun ThÞ Hång Anh – 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Mở đầu Nớc thành phần môi trờng tự nhiên, dạng tài nguyên thiếu đợc sống ngời Lợng nớc tồn giới đợc coi lớn, ớc tính 1.386 triệu km3 nhng lợng nớc thờng đợc dùng chiếm 0,8% Là tài nguyên tái tạo đợc, nớc tổng lợng nói chung không thay đổi theo thời gian nhng lại dễ bị tổn thơng trình sử dụng Vì nớc cần đợc sử dụng, quản lý phát triển cách hợp lý Với tăng trởng kinh tế xà hội đà phát triển mạnh mẽ nớc ta nh nay, trình đô thị hoá diễn mạnh mẽ Dân số ngày đông, kinh tế ngày phát triển, kéo theo nhu cầu đáp ứng mức sống cao ngời dân, tất yếu yêu cầu dùng nớc ngày lớn, dịch vụ y tế, chăm sóc sức khoẻ ngày nhiều Dân số tăng, đồng nghĩa với việc môi trờng sống ngời dân thành thị giảm dần Dân số tăng, nhu cầu đợc đáp ứng mặt sức khoẻ ngày đợc quan tâm Hiện nay, đà có hàng trăm bệnh viện lớn nhỏ trung tâm chăm sóc sức khoẻ y tế cộng đồng đợc hình thành Đi đôi với mầm bệnh nguy hại ngời bệnh sản sinh trình sinh hoạt Nớc thải bệnh viện bao gồm nớc thải từ phòng mổ, phòng sinh thủ thuật, chứa vô số vi trùng, virus, bị ô nhiễm nặng mặt hữu vi sinh có khả lan truyền mạnh vi khuẩn gây bệnh Hàm lợng vi sinh cao gấp 1001000 lần tiêu chuẩn cho phép với nhiều loại vi khuẩn nh Salmonella, tụ cầu liên cầu viruss đờng tiêu hoá, bại liệt Hàm lợng chất rắn lơ lửng gấp 2-3 lần Sau hoà vào hệ thống nớc Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT thải sinh hoạt, mầm bệnh xâm nhập vào khắp nơi, xâm nhập vào thuỷ, hải sản, vật nuôi trồng.Nớc thải bệnh viện bao gồm chất thải nguy hại đợc xếp vào loại chất thải nguy hại Ô nhiễm nớc nguồn gốc nhiều dịch bệnh tiêu hoá, ký sinh trùng, da liễu, việc tiếp xúc làm tăng nguy ung thu bệnh hiểm nghèo khác cho ngời dân Đồng thời hiệu suất sản xuất bị ảnh hởng cụ thể, chi phí từ ngân sách Nhà nớc, xí nghiệp, nhân ngời bệnh để điều trị lớn Xuất phát từ sở trên, đà chọn đề tài Thiết kế xây dựng hệ thống xử lý nớc thải sinh hoạt phơng pháp lọc sinh học yếm khí trung tâm Chăm sóc sức khoẻ sinh sản quận Hai Bà Trng Hà Nội Mục tiêu đề tài xây dựng thành công hệ thống xử lý nớc thải sinh hoạt, nớc thải y tế phơng pháp lọc sinh học yếm khí cho Trung tâm chăm sóc sức khỏe quận Hai Bà Trng với chất lợng đầu đạt tiêu chuẩn Việt Nam, trớc đợc xả vào hệ thống cống chung thành phố Hà Nội Đảm bảo cho sống cảnh quan sức khoẻ ngời dân khu vực nói riêng ngời dân Hà Nội nói chung Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Chơng 1: Tổng Quan tài liệu 1.1 Thực trạng 1.1.1 Thực trạng tài nguyên môi trờng nớc lục địa Tài nguyên nớc đợc giới hạn đất liền, bao gồm tài nguyên nớc mặt tài nguyên nớc dới đất Thế giới: Lợng nớc tồn giới đợc coi lớn, ớc tính 1.386 triệu km3 nhng lợng nớc thờng đợc dùng chiếm 0,8% Là tài nguyên tái tạo đợc, nớc tổng lợng nói chung không thay đổi theo thời gian nhng lại dễ bị tổn thơng trình sử dụng Nhiều nớc đà tiến hành kiểm soát chất lợng nớc từ sớm, đầu năm 1950 nh Indonexia, Liên Xô (Nga cũ), Mỹ Trung Quốc, quan kiểm soát chất lợng nớc đợc thành lập từ 1984, kỹ thuật quan trắc sinh học trầm tích đáy đợc áp dụng hệ thống kiểm soát chất lợng nớc ấn độ có 310 trạm với 31 sông vào năm 1974 Chơng trình kiểm soát chất lợng nớc Quốc gia Malaysia vào năm 1978, năm 1990 có 566 trạm kiểm soát chất lợng nớc Việt Nam: Tổng lợng nớc chảy qua lÃnh thổ Việt Nam đổ biển 880 tỷ m3/năm, nhng lợng nớc chủ động sử dụng có 325 tỷ m3/năm nguồn nớc ma rơi lÃnh thổ Tham gia vào trữ lợng nớc mặt có lợng nớc hồ chứa (nhân tạo tự nhiên) Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Nớc ngầm đợc đánh giá có tiểm lÃnh thổ phong phú, tổng trữ lợng động thiên nhiên toàn lÃnh thổ Việt Nam đạt 1.513 m3/s Trữ lợng khai thác nớc ngầm khai thác đợc 1.2 triệu m3/ngày Tài nguyên nớc Việt Nam đợc sử dụng chủ yếu phục vụ cho sản xuất nông nghiệp sinh hoạt, nhu cầu khác chiếm tỷ lệ Tài nguyên nớc ngày trở nên khan theo đà tăng trởng dân số Với nâng cao mức sống nhân dân, nhu cầu dùng nớc cho sinh hoạt tăng nhiều lần so với trớc Tình trạng khan nói chung trở nên căng thẳng thời gian địa điểm định 1.1.2 Thực trạng sử dụng tài nguyên nớc cho sinh hoạt Tốc độ đô thị hoá ngày nhanh đà làm cho nhu cầu sử dụng nớc thành phố ngày tăng cao Nớc nhu cầu thiếu sinh hoạt, nhu cầu ăn uống, vệ sinh hoạt động công cộng, giải trí, vấn đề chăm sóc sức khoẻđều cần đến nớc Hầu hết ngành sử dụng nớc nh nguyên liệu thay đợc Tiêu chuẩn nớc thải sinh hoạt khu dân c đô thị thờng t 100 đến 250 l/ngời.ngày đêm (đối với nớc phát triển nh Việt Nam) từ 150 đến 500 l/ngời.ngày đêm (đối với nớc phát triển) nớc ta nay, tiêu chuẩn cấp nớc sinh hoạt dao động từ 120 đến 180 l/ngời.ngày đêm Thông thờng tiêu chuẩn nớc thải sinh hoạt lấy 90 đến 100% tiêu chuẩn nớc cấp Lợng nớc thải tập trung đô thị lớn Lu lợng nớc thải thành phố 20 vạn dân khoảng 40.000 đến 60.000 m3/ngày Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Nớc ta có khoảng 80 đô thị từ thị xà trở lên 400 thị trấn, thị tứ, nhng số đợc cấp nớc cha đến 70% Tổng lợng nớc cấp cho đô thị với 3/4 từ nguồn nớc mặt 1/4 từ nguồn nớc ngầm Tổng lợng nớc thải thành phố Hà Nội năm 2005 khoảng 550.000m3/ngày đêm 1.2 Nớc thải bệnh viện 1.2.1 Định nghĩa: Nớc thải sinh hoạt nớc đà sử dụng cho mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa, khu dân c, công trình công cộng, sở dịch vụ Nh nớc thải sinh hoạt đợc hình thành trình sinh hoạt cua ngời Một số hoạt động dịch vụ công cộng nh bệnh viện, trờng học, nhà ăn tạo loại nớc thải có thành phần tính chất tơng tự nh nớc thải sinh hoạt 1.2.2 Đặc trng: Nớc thải bệnh viện chứa hàm lợng chất bẩn thờng gặp nh Nitơ, Phospho, Chlorin, Kali, Chất béo, Chất hữu chứa lợng vi khuÈn nh: vi trïng lao, vi trïng gan, vi trùng tả, vi trùng lỵ Trong trình sinh hoạt, ngời xả vào hệ thống thoát nớc lợng chất bẩn định, phần lớn loại cặn, chất hữu cơ, chất dinh dỡng Đặc trng loại nớc thải hàm lợng chất hữu cao (từ 55% đến 65% tổng lợng chất bẩn), nh hydratcacbon, protein, dầu mỡ chất không bền, dễ bị sinh vật phân hủy chất dinh dỡng (nito, photpho) vi khuẩn; có hàm lợng COD, BOD thành phần vi sinh vật gây bệnh cao Trong nớc thải có nhiều vi khuẩn phân hủ chÊt Ngun ThÞ Hång Anh – 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT hữu cần thiết cho trình chuyển hoá chất bẩn nớc Bảng 1: Thành phần nớc thải sinh hoạt khu dân c: Chỉ tiêu Trong Trung khoảng bình Tổng chất rắn (TS), mg/l - Chất rắn hoà tan (TDS), 350- 1200 720 mg/l 250- 850 500 - Chất rắn lơ löng (SS), 100- 350 220 mg/l BOD5, mg/l 110 -400 220 Tỉng Nit¬, mg/l 20-85 40 Chlorua, mg/l 30-100 50 §é kiỊm, mgCaCO3/l 50-200 100 Tỉng chÊt bÐo, mg/l 50-150 100 Tổng photpho, mg/l Bảng 2: Lợng chất bẩn ngời ngày xả vào hệ thống thoát nớc: Các chất Giá trị, g/ng.ngày - Chất rắn lơ lửng (SS) - BOD5 nớc thải cha lắng - BOD5 nớc thải đà 60 65 65 30 35 lắng 1.7 - Nitơ amôn (N-NH4) 10 - Photphat (P2O5) Ngun ThÞ Hång Anh – 505303.003 2.5 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT - Chlorua (Cl-) - Chất hoạt động bề mặt Vì thành phần chất thải gây nên mức độ nhiễm bẩn nghiêm trọng đến nguồn nớc thành phố nên thành phần chất thải cần phải xử lý triệt để 1.3 Một vài thông số đánh giá chất lợng nớc thải y tế 1.3.1 Các tiêu vật lý: Độ đục: Khi nớc có hạt lơ lửng, tạp chất huyền phù, cặn lơ lửng, vi sinh vật hóa chất hòa tan chất hữu phân hủy giới thủy sinh gây làm khả truyền ánh sáng bị giảm dẫn đến ảnh hởng xấu hoạt động vi sinh vật Độ màu: Khi nớc chứa nhiều chất rắn lơ lửng, loại tảo, chất hữu nớc trở nên thấu quang ánh sáng Mặt trời, làm hoạt động sinh vật bị linh hoạt Nớc thải thờng có mài nâu, đỏ nâu, đen Màu nớc đợc phân làm dạng: + Màu thực chất hòa tan dạng keo + Màu biểu kiến chất lơ lửng nớc tạo nên Mùi vị: Các chất khí nớc chất hòa tan nớc làm cho nớc có mùi vị Các chất hòa tan nớc thờng hợp chất hóa học (hợp chất hữu cơ) hay sản phẩm từ trình phân hủy vật chất gây nên Nhiệt độ: ảnh hởng đến khả sinh trởng, phát triển hoạt động vi sinh vật Độ dẫn điện: Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Hàm lợng chất rắn nớc: + Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (cặn lơ lửng) + Chất rắn hòa tan (DS) + Chất rắn bay (VS) + Chất rắn lắng Độ cứng: Độ cứng nớc có mặt ion kim loại kiểm thổ hóa trị 2, thờng Ca2+ Mg2+, mức cho phép Dùng nớc có độ cứng cao sinh hoạt gây lÃng phí xà phòng Ca2+ Mg2+ phản ứng với axit béo tạo thành hợp chất khó tan Độ pH: số thể cần thiết phải trung hòa hay không tính lợng hóa chất cần thiết trình xử lý đông keo tụ khử khuẩn Sự thay đổi pH nớc liên quan đến diện hóa chất axit kiểm, phân hủy CHC, NO 3- Cá không sống đợc nớc có pH < pH > 10 1.3.2 Các tiêu hóa học: Độ oxy hòa tan (DO): Nồng dộ oxy hoà tan nớc bình thờng khoảng mg/l chiếm 70 85% khí oxy bÃo hoà Trong môi trờng bị ô nhiễm nặng oxy đợc dùng nhiều cho trình hoá sinh xuất hiện tởng thiếu oxy trầm trọng Chỉ số BOD (nhu cầu oxy hoá) Đây tiêu dùng để xác định mứ độ nhiễm bẩn nớc Xác định BOD đợc dùng rộng rÃi kỹ thuật môi trờng để: + Tính gần lợng oxy cần thiết oxy hoá chất hữu có nớc thải + Làm sở để tính toán kích thứơc công trình xử lý Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | 10 Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT loại SS trớc xử lý sinh học Một số phơng pháp đợc sử dụng phổ biến nh: + Phơng pháp trung hoà, điều chỉnh pH Phơng pháp có tác dụng tránh tợng ăn mòn, phá huỷ vật liệu hệ thống ống dẫn, công trình thoát nớc Mục đích phơng pháp nớc thải đạt đợc độ trung hoà thích hợp Dòng thải cần đợc điều chỉnh pH tới giá trị thích hợp trớc đa xử lý Trung hòa thực trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm sử dụng ho¸ chÊt nh H2SO4, HCl, NaOH, NaHCO3, Na2CO3 + Phơng pháp keo tụ: Keo tụ trình sử dụng chất keo tụ, đa vào nớc thuỷ phân tạo thành hạt keo thu hút chất rắn lơ lửng làm cho có tỷ trọng lớn nớc nên lắng xuống đáy Phơng pháp sử dụng để loại bỏ chất rắn lơ lửng Ngời ta thờng sử dụng loại phèn nhôm, phèn sắt hay hỗn hợp hai loại phèn hc PAC (Polyalumino Clorit) cïng víi kiỊm (NaOH, Ca(OH)2) HiƯn thông thờng ngời ta cho thêm chất trợ keo tụ nh polyme hữu để tăng cờng trình tạo lắng nh: polyacrylic metacrylat 1.4.2.3 Phơng pháp sinh học Phơng pháp dựa khả làm số chất ô nhiễm có nớc thải vi sinh vật Trong trình sống, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, chất dinh dỡng (N, P), số chất khoáng lợng để tăng trởng xây dựng tế bào Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | 16 Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Cho đến ngời ta đà xác định vi sinh vật phân huỷ đợc hầu hết chất hữu có thiên nhiên nhiều hợp chất hữu nhân tạo Tuy nhiên có nhiều chất hữu dễ bị ôxy hoá nhng có chất hoàn toàn không bị ôxy hoá hay bị ôxy hoá chậm vi sinh vật [10] Để đợc xử lí hiệu phơng pháp sinh học nhìn chung nớc thải phải đảm bảo điều kiện: - Không chứa chất độc hại, muối kim loại nặng nồng độ chúng không vợt nồng ®é cho phÐp BOD - TØ sè COD ≥0,5 - pH nớc thải 6.7 đến 7.5 (đối với công trình yếm khí) - Nhiệt độ hỗn hợp nớc thải không 40oC - Hàm lợng cặn lơ lửng không 150 mg/l - Tỷ lệ COD:TN:TP = 350 :5:1 - Tû lÖ BOD5:TN:TP = 100 :5:1 -Tổng muối hoà tan không vuợt 10mg/l a Xử lý nớc thải phơng pháp sinh học điều kiện hiếu khí Các trình xử lý sinh học phơng pháp hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên nhân tạo Phơng pháp xử lý sinh học hiếu khí đợc sử dụng để loại chất hữu dễ bị vi sinh vật phân huỷ khỏi nguồn nớc Tuỳ theo trạng thái tồn vi sinh vật, trình xử lý sinh học hiếu khí đợc chia thành: + Xư lý sinh häc hiÕu khÝ víi vi sinh vật sinh trởng dạng lơ lửng chủ yếu đợc sử dụng để khử chất hữu chứa cacbon Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | 17 Báo cáo chuyên ®Ị Khoa CNSH&MT Trong bĨ bïn ho¹t tÝnh hiÕu khÝ với vi sinh vật sinh trởng dạng lơ lửng, trình phân huỷ xảy nớc thải tiếp xúc với bùn điều kiện sục khí liên tục trì bùn hoạt tính trạng thái lơ lửng + Xư lý sinh häc hiÕu khÝ víi vi sinh vật sinh trởng dạng dính bám nh 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 trình xử lý, chất hữu có nớc thải đợc loại vi sinh vật hiếu khí oxy hoá oxy hoà tan nớc b Xử lý nớc thải phơng pháp sinh học điều kiện yếm khí + Cơ chế phân huỷ kỵ khí chất hữu điều kiện yếm khí Trong điều kiện oxy, chất hữu bị phân huỷ nhờ vi sinh vật sản phẩm cuối trình chất khí nh Mêtan (CH4) cacbonic (CO2) đợc tạo thành Quá trình chuyển hoá chất hữu nhờ vi khuản kỵ khí chủ yếu diễn theo nguyên lý lên men qua bớc sau đây: - Bớc 1: Thuỷ phân chất hữu phức tạp chất beo thành chất hữu đơn giản - Bớc 2: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí thực trình lên men axit, chuyển hoá chất hữu đơn giản thành lợi axit hữu thông thờng - Bớc 3: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu loại vi khuẩn lên men nh Methanosarcina Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | 18 Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Methanothrix) đà chuyển hoá axit axetic hyđro thành CH4 CO2 Quá trình lên men bùn cặn có hiệu tỷ lệ COD:N:P = 350:5:1 Quá trình lên men yếm khí diễn điều kiện nhiệt độ: lên men ấm nhiệt độ từ 29 đến 38oC lên men nóng nhiệt độ 49 đến 57oC Khi lên men nóng, tốc độ phân huỷ chất hữu tăng gần lần so với lên men ấm Độ pH thích hợp nằm từ 6.6 đến 7.6 với giá trị tối u xấp xỉ 7.0 Trong trình lên men, pH hỗn hợp chất hữu thay đổi từ mức thấp đến mức cao Để trì pH, ngời ta thờng bổ sung thêm kiềm với hàm lợng bicacbonat nằm mức 2.500 5.000 mg/l + Các loại công trình xử lý nớc thải điều kiện yếm khí: Theo nguyên tắc hoạt động chế trình xử lý nớc thải, lên men bùn cặn lắng công trình, ngời ta chia loại bể xử lý nớc thải yếm khí nh sau: - Các loại bể lắng nớc thải kết hợp lên men bùn cặn lắng: Trong công trình diễn trình lắng cặn nớc thải (xử lý sơ xử lý bậc một) lên men bùn cặn lắng Đó loại công trình: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng kết hợp với ngăn lên men đợc ứng dụng rộng rÃi để xử lý nớc thải sinh hoạt loại nớc thải khác có thành phần, tính chất tơng tự Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc: Trong bể này, nớc thải cha xử lý đợc trộn với bùn yếm khí tuần hoàn Nguyễn Thị Hồng Anh 505303.003 Page | 19 Báo cáo chuyên đề Khoa CNSH&MT Bể lọc yếm khí: Trong bể lọc yếm khí có lắp đặt giá thể vi sinh vật kỵ khí dính bám, loại vật liệu hình dạng, kích thớc khác nhau, đóng vai trò nh vật liệu lọc Các dòng nớc thải từ đới lên từ xuống Các chất hữu đợc vi khuẩn hấp thụ chuyển hoá để tạo thành CH4 loại chất khí khác Các loại khí sinh học đợc thu gom phần bể - Bể phản ứng yếm khí có dòng nớc thải qua tầng cặn lơ lửng 1.5 số TCVN giá trị giới hạn thông số nồng độ chất ô nhiễm nớc thảI sinh hoạt TCVN 6772 : 2000: Chất lợng nớc Nớc thải sinh hoạt Giới hạn « nhiƠm cho phÐp Ngun ThÞ Hång Anh – 505303.003 Page | 20