Xử lý nước thải bệnh viện bằng bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầm trồng cây dòng đứng và ứng dụng tính toán mô hình xử lý cho một bệnh viện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Phạm Thị Loan Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Hoàng Thị Thúy HẢI PHÕNG – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - XỬ LÝ NƢỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG BỂ TỰ HOẠI KẾT HỢP BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY DÒNG ĐỨNG VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MƠ HÌNH XỬ LÝ CHO MỘT BỆNH VIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Phạm Thị Loan Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Hoàng Thị Thúy HẢI PHÕNG – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Phạm Thị Loan Mã số: 1112301016 Lớp: MT1501 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: Xử lý nước thải bệnh viện bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầm trồng dòng đứng ứng dụng tính tốn mơ hình xử lý cho bệnh viện Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên: Hoàng Thị Thúy Học hàm, học vị: Thạc sĩ Cơ quan công tác: Khoa Mơi Trường – Trường ĐHDL Hải Phịng Nội dung hướng dẫn: “Xử lý nước thải bệnh viện bể tự hoại kết hợp bãi lọc trồng dòng đứng ứng dụng tính tốn mơ hình xử lý cho bệnh viện” Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên:…………………………………………………………………… Học hàm, học vị:…………………………………………………………… Cơ quan công tác:…………………………………………………………… Nội dung hướng dẫn:……………………………………………………… Đề tài tốt nghiệp giao ngày… tháng… năm 2015 Yêu cầu phải hoàn thành trước ngày …tháng… năm 2015 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Phạm Thị Loan Ths Hồng Thị Thúy Hải Phịng, ngày… tháng… năm 2015 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Trường ĐHDL Hải Phòng Khố luận tốt nghiệp PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: ………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………….………………………………… ……………………………………….…………………………………………………… …………………….……………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………… ………… ……………………………………………………………….…………………………… …………………………………………….……………………………………………… ………………………….………………………………………………………………… ………………………………………… Đánh giá chất lƣợng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ ĐTTN mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Cho điểm cán hƣớng dẫn (ghi số chữ): …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2015 Cán hƣớng dẫn Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn: ThS Hoàng Thị Thúy Khoa Mơi Trường, trường Đại học Dân lập Hải Phịng người giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thành đề tài Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy Khoa Mơi Trường tồn thể thầy dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phòng Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân động viên tạo điều kiện giúp đỡ em suốt q trình học làm khóa luận Việc thực khóa luận bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, thời gian trình độ có hạn nên khóa luận em khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy giáo bạn góp ý để khóa luận em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng năm 2015 Sinh viên Phạm Thị Loan Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Giải thích BOD Nhu cầu ơxy sinh hóa CHC Chất hữu COD Nhu cầu ơxy hóa học DEWATS Xử lý nước thải phân tán DO Hàm lượng oxy hịa tan KHCN Khoa học cơng nghệ GS - TSKH Giáo sư - Tiến sĩ khoa học SS Chất rắn lơ lửng 10 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 11 T-N Tổng hàm lượng nitơ 12 T-P Tổng hàm lượng phốt 13 TSS Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng 14 VSF Các hệ thống dòng chảy đứng 15 VSV Vi sinh vật 16 NL Năng lượng 17 QCVN 28: 2010/ BTNMT (B) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 y tế, giá trị C cột B Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm, nguồn gốc nước thải bệnh viện[6][14][15] 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Nguồn gốc nước thải bệnh viện 1.2 Thành phần tính chất nước thải bệnh viện 1.2.1 Thành phần 1.2.2 Các tính chất đặc trưng nước thải bệnh viện 1.3 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải bệnh viện[2][3][4] 1.3.1 Hàm lượng chất rắn 1.3.2 Độ pH 1.3.3 Màu sắc 1.3.4 Độ đục 1.3.5 Hàm lượng oxy hòa tan DO (mg/l) 1.3.6 Nhu cầu oxy hóa học COD (mg/l) 10 1.3.7 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (mg/l) 10 1.3.8 Hàm lượng Nitơ 11 1.3.9 Hàm lượng Phốtpho 12 1.3.10 Chỉ số vi sinh 12 1.4 Hiện trạng, ảnh hưởng nước thải bệnh viện nước ta [1][2][9][15] 12 1.4.1 Hiện trạng nước thải bệnh viện 12 1.4.2 Ảnh hưởng nước thải bệnh viện đến người môi trường 17 1.4.2.1 Ảnh hưởng tới người 17 1.4.2.2 Ảnh hưởng đến môi trường 17 Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng 1.5 Các phương pháp thường dùng để xử lý nước thải bệnh viện[3][4][6][7] 19 1.5.1 Yêu cầu hệ thống xử lý nước thải bệnh viện 19 1.5.2 Xử lý nước thải phương pháp học 19 1.5.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học 20 1.5.3.1 Phương pháp xử lý kị khí 21 1.5.3.2 Phương pháp xử lý hiếu khí 22 1.6 Xử lý nước thải phân tán[12][14] 22 1.6.1 Khái niệm 22 1.6.2.Đặc điểm 22 1.6.3 Các giải pháp xử lý nước thải phân tán 23 1.6.4 Ưu điểm – nhược điểm hệ thống xử lý nước thải phân tán 25 1.6.4.1 Ưu điểm 25 1.6.4.2 Nhược điểm 25 1.7 Bãi lọc ngầm trồng cây[15] 26 CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 27 2.1 Đối tượng nghiên cứu 27 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 27 2.3 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết 27 2.2.2 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu 27 2.2.3 Phương pháp Pilot 28 2.2.4 Phương pháp lấy mẫu 28 2.2.5.Phương pháp xử lý số liệu 28 2.3 Mơ hình thí nghiệm 28 2.3.1 Cấu tạo hệ thống xử lý: 28 2.3.2 Thiết kế thí nghiệm 34 CHƢƠNG III : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 35 3.1 Kết thí nghiệm 35 3.2 Tính tốn bể tự hoại, bể điều hịa bãi lọc trồng dòng chảy đứng để xử lý nước thải bệnh viện có cơng suất thải 500 m3/ngàyđêm 39 Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp CHƢƠNG III : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 Kết thí nghiệm Để chọn phương pháp xử lý thích hợp loại nước thải ta cần đánh giá mức độ nhiễm đầu vào loại nước thải Nồng độ đầu vào nước thải qua ngày lấy mẫu thể qua bảng 3.1 (Nước thải lấy cho lắng 30 phút để lắng tạp chất, sau lấy mẫu mang phân tích) Bảng 3.1 Nồng độ đầu vào nƣớc thải qua ngày Ngày COD (mg/l) NH4+ (mg/l) SS (mg/l) pH 18/06/2015 333.2 38.11 165.8 7.1 19/06/2015 310.7 37.93 190.3 6.9 20/06/2015 342 40.55 172.9 7.5 21/06/2015 300.5 37.81 179 6.7 22/06/2015 325 38.73 183 7.2 QCVN 100 10 100 6.5-8.5 28:2010/BTNMT (QCVN 24: 2009/BTNMT) Nhận xét: Từ kết bảng 3.1 cho thấy nước thải bị ô nhiễm, hầu hết tiêu (COD, NH4+, SS) vượt mức cho phép theo quy chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT loại B trừ thông số pH Ngày 22/6/2015, tác giả cho mẫu vào mơ hình chạy để xem xét hiệu suất xử lý Cho lít vào chậu có vai trị bể tự hoại với thơng số ô nhiễm đầu vào (COD: 325 mg/l ; NH4+: 38.73 mg/l ; SS: 183 mg/l ; pH: 7.2) cho lưu bể tự hoại 1.5 ngày Do thời gian ngắn nên tác giả không khảo sát thời gian lưu tối ưu bể tự hoại mà lấy thời gian lưu tối ưu số tài liệu bể tự hoại 1.5 ngày Tại đây, chất ô nhiễm bị phân hủy kỵ khí Sau 1.5 ngày lấy mẫu đem phân tích kết bảng 3.2 Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 35 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Bảng 3.2 Nồng độ chất nƣớc thải chậu sau 1.5 ngày Thông số Đầu vào Đầu Hiệu suất (%) COD(mg/l) 325 211.25 35% NH4+(mg/l) 38.73 35.25 8.9% SS(mg/l) 183 115.29 37% pH 7.2 7.0 350 300 Nồng độ (mg/) 250 200 Đầu vào 150 Đầu 100 50 COD(mg/l) NH4+(mg/l) SS(mg/l) Hình 3.1 Biểu đồ thể hiệu xử lý COD, NH4+, SS chậu sau 1.5 ngày Nhận xét: Từ kết thể bảng 3.2 hình 3.1 cho ta thấy hàm lượng COD, NH4+, SS chậu (có vai trò bể tự hoại) sau 1.5 ngày giảm Cụ thể nồng độ COD giảm 211.25 mg/l, đạt hiệu suất 35%; NH4+ giảm 35.25 mg/l,đạt hiệu suất 8.9%; SS giảm xuống 115.29 mg/l, đạt hiệu suất 37% Tuy nhiên, sau chậu nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép nên cần tiến hành q trình xử lý sau  Sau 1.5 ngày xử lý qua chậu cho nước thải chảy từ chậu sang chậu có vai trị bãi lọc ngầm Tiến hành khảo sát hiệu theo thời gian lưu để tìm thời gian lưu tối ưu Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 36 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Hiệu suất xử lý COD, NH4+ kết thể qua bảng 3.3 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý COD, NH4+ theo thời gian chậu Thời gian lƣu COD (mg/l) Hiệu suất (ngày) NH4+ (mg/l) (%) Hiệu suất (%) Đầu vào 211.25 0.00 35.25 0.00 142.93 32.34 19.7 44.11 2.5 92.53 56.2 9.23 73.81 90 57.4 8,9 74.75 3.5 95.2 55 8.6 75.6 80 Hiệu suất xử lý (%) 70 60 50 Nồng độ COD (mg/l) 40 30 Nồng độ NH4+ (mg/l) 20 10 2.5 3.5 Thời gian lƣu (ngày) Hình 3.2 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý COD, NH4+ chậu theo thời gian Nhận xét: Từ kết bảng 3.3 hình 3.2 cho ta thấy hàm lượng COD, NH4+ nước thải sau xử lý giảm theo thời gian Sau 2.5 ngày đạt tiêu chuẩn nước thải loại B (COD giảm xuống 92.53 mg/l 12h, thiết kế đạt yêu cầu) 500 Bảng 3.6 Các thơng số tính tốn bể tự hoại STT Các thông số Đơn vị Giá trị Chiều cao m 2 Chiều rộng m Chiều dài ngăn m 18.38 Chiều dài ngăn ngăn m 9.19 Diện tích bề mặt bể m2 147.04 Thể tích bể m3 250 3.2.2 Bể điều hòa Đối với hệ thống xử lý nước thải bệnh viện ta tiến hành thiết kế xây dựng bể điều hòa lưu lượng chất lượng để có kết tối ưu Trong bể phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo san nồng độ chất bẩn có tồn thể tích bể khơng cho cặn lắng bể Trong bể phải đặt thiết bị thu gom xả bọt, váng Từ bảng 3.5 có K = 3.05 → Qh = K x Qtb,h = 3.05 x 20.83 = 63.53 (m3/h) Tính tốn thơng số hệ thống:  Thời gian lưu nước bể điều hòa chọn là: to = 2h (to = 2h-6h) Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 41 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp  Thể tích bể điều hịa là: Vdh Vđh = Qh× to = 63.53 x = 127.06 m3 Chọn chiều cao bể h = 3.5 m  Diện tích bể điều hịa là: Fdh = = = 36.3 m2 Chọn bể hình chữ nhật có kích cỡ L × R = 8.1 x 4.5 Chọn chiều cao bảo vệ 0.5m → Chiều cao tổng cộng : H = h + 0.5 = 3.5 + 0.5 = 4(m) → Tổng thể tích xây dựng bể điều hịa : V = L x R x H = 8.1 x 4.5 x = 145.8(m3) Bảng 3.7 Các thơng số tính tốn bể điều hịa STT Các thơng số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước h 2 Chiều rộng m 4.5 Chiều dài m 8.1 Chiều cao m Thể tích m3 145.8 Diện tích m2 36.3 3.2.3 Bãi lọc ngầm trồng (dịng chảy đứng) Tính tốn mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng thẳng đứng cho bệnh viện quy mô 500 m3/ngđ với thông số sau: Lưu lượng nước thải cần xử lý Q = 500 m3/ngđ, Hằng số tốc độ (m/d), KBOD = 0.2 m/ngày Nồng độ BOD5 sau bể tự hoại đầu vào bãi lọc Ci = 150mg/l Yêu cầu nồng độ BOD5 đầu Cr= 30 mg/l  Diện tích bề mặt bãi lọc: C Q Ah = d ln ( i k BOD Cr C* ) C* Ah : Diện tích bề mặt bãi lọc (m2) Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 42 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp Qd : Lưu lượng trung bình nước thải (m3/ngày) Ci : Nồng độ BOD đầu vào (mg/l) Cr : Nồng độ BOD đầu (mg/l) C*: Nồng độ BOD môi trường ban đầu (mg/l) coi như(C* = 0) KBOD : Hằng số tốc độ BOD (m/d) Ah = 500 ln ( 0.2 )= 4023.6 m2 Lấy Ah = 4024 m2  Thời gian lưu nước bãi lọc ngầm t= Ah h Q t: Thời gian lưu nước (ngày) Ah : Diện tích bề mặt bãi lọc (m2) Q : Lưu lượng trung bình nước thải (m3/ngày) h: Chiều cao bãi lọc (m) Chiều cao làm việc hlv= 80 cm, chiều cao dự trữ hdt = 20 cm Vậy tổng chiều cao bãi h= 100 cm ε :Hệ số độ xốp vật liệu 40%, ta lấy ε = 0.4 t= = 2.58 (ngày) = 61.92 (h)  Thể tích bãi lọc ngầm V = Ah x h V : Thể tích bãi lọc ngầm (m3) Ah : Diện tích bề mặt bãi lọc (m2) h: Chiều cao bãi lọc (m) V= 4024 x = 4024 m3  Thể tích làm việc: Vlv = Ah.hlv = 4024 x 0.8 = 3219.2 (m3)  Bãi lọc ngầm hình vng nên cạnh bãi lọc ngầm là: L=R= = = 63.44 (m)  Kiểm tra tải trọng hữu hệ thống Lượng hữu hệ thống xử lý lítnước thải được: 150 – 30 = 120 mg/l Vậy với 500m3 lượng hữu hệ thống xử lý : 500m3 x 120(mg/l) = 500m3x120g/m3= 60 kg Vậy tải trọng hữu hệ thống là: Sinh viên: Phạm Thị Loan - Lớp: MT1501 43 Trường ĐHDL Hải Phịng Khố luận tốt nghiệp = 149.12 kg/ha/ngày