Từ đặc điểm tính chất ban đầu của NTBV và các nghiên cứu thực nghiệm của luận án nghiên cứu sinh đã đề xuất quy trình xử lý NTBV nhiễm thuốc kháng sinh bằng hệ hóa lý được đề xuất hình 3.42 dưới đây:
Thuyết minh dây chuyền: Nước thải bệnh viện được thu gom vào hố thu gom, sau đó sẽ qua song chắn rắc để loại bỏ các cặn lớn, cành lá cây vv…Tiếp tục, NTBV được đưa vào bể điều hòa, khí được cung cấp đề sục khí để điều hòa lưu lượng và chất lượng nước đầu vào. Tiếp tục, NTBV được đưa vào bể trộn. Tại đây, phèn sắt FeSO4 được trộn đều với nước thải để tạo các bông cặn lớn tại bể đông keo tụ, giúp quá trình lắng xử lý TSS tốt hơn ở bể lắng. Sau đó, NTBV được đưa vào bể oxy hóa nâng cao tăng cường kết hợp với tia UV với các liều lượng chất hoạt hóa ZVI và chất oxy hóa H2O2, Na2S2O8 theo nghiên cứu mục 3.3.3. Tại bể oxy hóa có trang bị nam châm điện để giúp thu hồi ZVI và tái sử dụng lại ZVI theo nghiên cứu mục 3.3.5. ZVI sẽ được thu hồi đưa ra bể chứa ZVI thu hồi, ZVI thu hồi sẽ được rửa sạch bề mặt bằng axit H2SO4 0,1 M sau đó rửa bằng nước sạch đến pH =7. Ngoài ra, trang bị hệ thống tự động lau sạch bề mặt đèn UV, tránh cặn bẩn bám khi xử lý. Cuối cùng, NTBV được châm NaOH để nâng pH = 7 và qua lọc nhanh trọng lực để loại bỏ hoàn toàn các ion Fe và SO42- trước khi xả vào nguồn xả. Nước thải sau xử lý theo quy trình như trên sẽ đạt QCVN 28-2010 cột A.
Song chắn rác thải rắnChất NTBV Hố thu gom Sục khí FeSO4 Bể đông keo tụ Bể trộn Bể điều hòa
Bể lọc nhanh trọng lực Nguồn xả ZVI, H2O2, Na2S2O8 Chất thải rắn ZVI thu hồi ZVI tái sử dụng
NaOH Chất thải
rắn
Hình 3.39 Sơ đồ công nghệ xử lý NTBV nhiễm kháng sinh CIP và AMO
Bể oxy hóa nâng cao + đèn UV Bể chứa ZVI Bể lắng
sinh CIP và AMO
3.3.6.1. Yêu cầu thiết kế
Lưu lượng nước thải: 40 m3/ngd
Thời gian làm việc hệ thống làm 12h /24h: Q = 3,33 m3/h = 0,000926 m3/s
Nước thải sau xử lý đạt cột A QCVN 28-2010 về nước thải y tế, đạt chuẩn có thể tái sử dụng nước cho tưới cây.
Các tiêu chuẩn sử dụng trong thiết kế:
TCXDVN 7957:2008 Thoát nước-Mạng lưới và công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế
TCXDVN 33 -2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế
3.3.6.2. Tính toán một số công trình đơn vị
Bể trộn cơ khí [134]
Bể trộn có châm phèn sắt FeSO4 nhằm dính kết các hạt cặn có trong NTBV nhờ quá trình khuấy trộn cơ khí tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn.
Thể tích bể trộn cơ khí được tính theo công thức: V = t.Q (m3)
t : Thời gian khuấy trộn. Chọn thời gian lưu: từ 90 – 120 (s). Chọn t = 120 (s)[134] Vậy thể tích bể trộn cơ khí là: V = 0,000926×120 = 1,12 (m3) Chọn chiều cao bể H =1m Tiết diện bể: F = � = 1,12 m2 � Thiết kế 1 bể trộn hình trụ a = √1,12 = 1,06 m. Chọn bể có kích thuớc B = L = 1,1 m
Chọn chiều cao bảo vệ hbv= 0.2 m. Hxd = 1 + 0.2 = 1.2 m Năng lượng cần truyền vào nước: P = µ×G2×V
µ: độ nhớt động lực của nước (N.s/ m ), ở 25C, µ = 0,89×10 N.s/m G: gradient vận tốc (s-1),
Chọn G = 700s-1
Vậy: P = 7002 × 1,21 × 0,89× 10-3 = 527,681 (W) ≈ 0,528 (kW)
Dùng máy khuấy tua bin bốn cánh vuông nghiêng góc 45 độ hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống. Trong bể đặt 2 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước. Tỷ lệ đường kính cánh khuấy / đường kính bể = 0,33
Đường kính cánh khuấy: D = �√2 0,33 � = 0,5 m Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng bằng D = 0,5 m
Chiều rộng bản cánh khuấy = 1/5.D= 1×0,08= 0,016 (m)
5
Chiều dài bản cánh khuấy = 1/4.D= 1 ×0,08= 0,02 (m)
4
Đáy bể đặt độ dốc 2% về 1 phía và đặt đường ống xả kiệt để thau rửa, xả cặn khi cần thiết.
Với hiệu suất động cơ 0,8 , công suất động cơ: 527,681 = 659,6 (W)
(vòng/s)= 162 (vòng/phút)
K.ρ.D
5 1,08×998,207×0,55
Trong đó: P: Năng lượng cần thiết để truyền vào nước, P = 659,6 (W) K: Hệ số sức cản của nước, với cánh khuấy nghiêng 450, K = 1,08
: trọng lượng riêng của chất lỏng, = 998,207 (Kg./m3) D: Đường kính cánh khuấy, D = 0,5 (m)
Bể trộn được trang bị một cánh khuấy có công suất động cơ 659,6 (W) tốc độ máy khuấy là 162 (vòng/phút). Đường kính cánh khuấy 0,5 (m).
Bể trộn sẽ được hợp khối với bể phản ứng bằng ống dẫn dung dịch
Ống dẫn dung dịch qua bể phản ứng: Nước từ bể trộn qua bể tạo bông với vận tốc từ
không quá 1 phút. Nên chọn thời gian và vận tốc di chuyển tương ứng là: t =10s, v = 1,0m/s. - Diện tích mặt cắt ngang của khe dẫn: F = � = 0,00093 = 0.00093 m2
� 1
Với khe dẫn hình chữ nhật F = 0,0093 × 0,1
Bể đông keo tụ
Nước từ bể trộn cơ khí đi sang bể đông tụ có khuấy trộn cơ khí nhằm kết dính những bông cặn nhỏ thành những bông cặn có kích thước lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng
Tính toán kích thước
Thời gian lưu nước t = 20 phút (quy định 10 – 30 phút) [135] Thể tích hữu ích của bể: Vhi = Q×t = 3,33× 20 = 1,12 m3
60
Chọn chiều cao của bể phản ứng là 1 m
Chiều cao bảo vệ là 0,2 m. Chiều cao xây dựng là H = 1 + 0,2 = 1,2 m Thiết kế bể hình chữ nhật có diện tích là F = � = 1,12 =1,12 m2
� 1
Để hợp khối với bể trộn 1 chiều a = 1,1 m, chiều rộng = 1m Thể tích thực của bể là: V = 1,1 × 1,2 × 1 = 1,32 m3
Tính toán thiết bị khuấy trộn: P = G2×µ×V Trong đó: P – Nhu cầu năng lượng
G – gradient vận tốc trung bình, s-1. Lấy G= 80 s-1
µ - độ nhớt động học V – Thể tích bể tạo bông
P = 802 ×0,89×10-3×1,32 = 7,52 W
Mà hiệu suất truyền năng lượng vào trong nước là 80% Công suất của motor là: 7,52/0,8 = 9,4 W
Chọn motor có tốc độ quay 3 vòng/phút
Chọn bể tạo bông cánh khuấy turbine 4 cánh phẳng có hệ số KT = 6.3. Với số vòng quay 3 vòng/phút [134]
9,4×9.81
i √
��×�3× = √
g - gia tốc trọng trường, m/s
n - số vòng quay của cánh khuấy, v/s
- khối lượng riêng của nước thải, = 1000 kg/m3
Kiểm tra số Reynold: NR = � �××××××××××××××�××= 0.8×30×1000 = 449438.2 >>10000
� 0.89×10−3×60
Như vậy Di và số vòng quay đã chọn đạt chế độ chảy rối Chiều rộng cánh khuấy D = 1 �= 0,044 m
5
Chiều dài cánh khuấy L = 1 �= 0,11 m
2
Chọn khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy 0,25m.
Nước từ bể phản ứng được dẫn sang bể lắng bông cặn bằng ống tròn, vận tốc nước trong ống 0,15 ÷ 0,3m/s. Chọn v = 0,2 m/s
� �
� �
Thiết kế bể lắng đứng
Nhiệm vụ của bể lắng là xử lý các tạp chất lơ lửng trong nước thải và các bông cặn được tạo ra trong bể đông keo tụ trước đó. Ở đây các chất có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy.
Tính toán kích thước bể
�
-Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm: � = ��� =
��� 0,00093 0,03
= 0,031 (�2) Trong đó: ���- tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s. Chọn ���= 0,03(m/s) h [135]
-Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng:
� F= ��� = � 0,0009 3 0,000 5 =1,86 (m2)
(Trong đó: v- tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5-0,8 (mm/s). Chọn v=0,5(mm/s) = 0,0005(m/s) [135] -Đường kính bể lắng đứng: � = √4.� � 4×1,8 6 = √ = 1,54 � (m)
-Đường kính của ống trung tâm: � = √4.� � 4.0,03 1 = √ = 0,2 �
-Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: ℎ��= . = 0,0005 × 1,5 × 3600 = 2,7 � � (m) Trong đó: t - thời gian lắng. Chọn t = 1,5h
v- vận tốc nước
-Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng:
ℎ = ℎ + ℎ = �−��× tan = 1,54−0,3 × tan 50° ≈ 0,74 (m)
� 2 3 2 2
Trong đó: ℎ2- chiều cao lớp trung hòa, m
ℎ3 - chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m D - đường kính trong của bể lắng, m
��- đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, ��= 0,3(�)
� - góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang. Chọn � = 50°
-Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 2,7 m.
-Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,7 đường kính ống trung tâm: ��= ℎ�= 1,7 × 0,14 = 0,24 (m)
-Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,7 đường kính miệng loe bằng 1,7 × 0,24 = 0,41(m).
-Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17°
-Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:
�� � =� ��� = �×××(�+� �) 4×0,00093 0,02 ×(1,54+0 × × × × × × × × × × × × × × × ,3) = 0.032(m)
Trong đó: ��– tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm chắn, ��< 20 ��/�. Chọn ��= 20 mm/s = 0,02m/s.
-Chiều cao của bể lắng đứng là: � = ℎ�� + ℎ� + ℎ0 = 2,7 + 0,74 + 0.2 = 3,64 (m) ≈ 3,7 (m)
Trong đó: ℎ0 – khoảng cách từ mực nước đến thành bể, chọn ℎ0 = 0,2 (m) (m)
Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể.
Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể Dmáng= 0,8 1,54 = 1,23 m
Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL = �= 40
= 10,36 (m3/mdài.ngày)
� 3,86
Hiệu suất lắng của bể lắng đứng, hàm lượng SS giảm 70% và hàm lượng BOD giảm 60% và COD giảm 55% [134]
Do đó:
-Hàm lượng SS còn lại sau bể lắng: SSra = 160 (100% – 70%) = 48 (mg/l) -Hàm lượng BOD còn lại sau bể lắng: BODra = 173 (100% - 60%) =69,2 (mg/l)
(mg/l) -Hàm lượng COD còn lại sau bể lắng: CODra = 375 (100% - 55%) = 168,78
Thiết kế bể oxy hóa nâng cao kết hợp tia UV
Nồng độ chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước còn rất cao, do đó bể oxy hóa nâng cao tăng cường kết hợp tia UV có chức năng phân hủy hàm lượng các chất hữu khó phân hủy và phân hủy các chất kháng sinh, các ARB và ARG.
Thời gian để phản ứng oxy hóa bằng hệ tăng cường diễn ra trong khoảng từ 30 phút theo tính toán mục 3.3.3
Hóa chất cho quá trình phản ứng (H2SO4 98%, H2O2, Na2S2O8, ZVI) cho vào bể sẽ được hòa trộn bằng cánh khuấy chân vịt.
Thể tích bể: V = t × Q = 20 × 0,056 = 1,12 (m3) Kích thước bể: Chọn chiều cao của bể: H = 1 (m) Tiết diện bể F = � = 1,12 = 1,12 (m2)
� 1
Chọn bể có dạng hình vuông. a = √1,12 = 1,06 (m) Kích thước bể 1,1m x 1,1 m
Chiều cao tổng cộng (chiều cao xây dựng): Hxd = 1 + 0,2 = 1,2 (m) Thể tích thực của 1 ngăn phản ứng: L×B×H = 1,1×1,1×1,2 = 1,45 (m3) Tính toán thiết bị khuấy trộn:
Trong đó G: gradient – sự biến đổi vận tốc của nước trong 1 đơn vị thời gian. G không lớn hơn 800 (s-1). Chọn G = 800 (s-1).
Hiệu suất động cơ là 80% nên P =8,352= 10,44 kW
0,8
Dùng máy khuấy tua bin 4 cánh vuông nghiêng góc 45o hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống. Trong bể đặt 2 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước. Tỷ lệ đường kính cánh khuấy trên đường kính bể = 0,33
Đường kính cánh khuấy: D = a ×0,33 = 1,12 × 0,33 = 0,4 Máy khuấy đặt cách đáy bể 0,5 m
Chiều rộng bản cánh khuấy = 1/5D = 0,224 Chiều dài bản cánh khuấy = 1/4D = 0,28
Đáy bể đặt độ dốc 2% về 1 phía và đặt đường ống xả kiệt để thau rửa, xả cặn khi cần thiết
Số vòng quay của máy khuấy: ( � 1/3 1044 0 1/3 N = ) � � � � � � � � � � � � � � � � = ( 1.08×998,207×0,45) = 9,82 (vòng/s) = (590 vòng/ phút)
Trong đó: P: năng lượng cần thiết truyền vào nước, P = 10440 W
K: hệ số sức cản của nước với cánh khuấy nghiêng 45o, K = 1.08 �: trọng lượng riêng của chất lỏng, � = 998,207
(kg/m3) D: đường kính cánh khuấy, D = 0,4m Vậy số vòng quay của mấy khuấy là 590 vòng/phút
Tính toán lượng H2SO4 cho vào bể
Tại pH = 5 là điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV đã tìm ra ở mục 3.3.2. Nước thải có pH = 7 khi đi đến bể oxi hóa.
Nồng độ ion [H ] cần hạ pH: pH = 5 => [H ] = 10 (mol/l) Lượng [H ] cho thêm vào bằng lượng [H+] tăng từ 10-7 lên 10-3
[H+] = 10-5 - 10-7 = 9,9 x 10-6 (mol/l) Ta có phương trình phân ly
H2SO4 → 2H+ + SO42-
Sử dụng H2SO4 98% để trung hòa nước thải, lượng H2SO4 cần bổ sung: Q = [H2SO4]×� �× �2��4 = 495 10 � −4×3,33×1000×98 = 8,94 (l/h)
Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải trung bình trong 1 giờ chảy vào bể oxy hóa, Q = 3,33 m3/h.
MH2SO4: Khối lượng phân tử của H2SO4, g/mol. C%: Nồng độ dung dịch H2SO4, C% = 98% = 0,98
ρH2SO4: Khối lượng riêng của H2SO4, ρH2SO4 = 1,84g/ml =1840g/l. [H2SO4]: Nồng độ mol = 9,9 x 10-6/2 = 495 x 10-4
Tính lượng ZVI, H2O2 và Na2SO8 cho vào
Theo tính toán mục 3.3.3 mZVI= 741,136 µg/L, [H2O2] = 5,658 µM, [S2O82-]=2 µM, cường độ UV = 17W cho thể tích 500 mL NTBV.
Hiệu suất phản ứng : 100%-5,3%=94,7%
Khối lượng ZVI cho vào 1 ngày:741136 x 10-9 x 1120/0,5 x 12 x 60/30/94,7% = 63,1 (kg/m3/ng)
Khối lượng NaS2O8 sử dụng cho 1 ngày là: 2 x 10-6 x 1120 / 0,5 x 12 x 60/30 x 283,08/ 94,7% = 48,22 (kg/m3/ngày)
Lượng H2O2 sử dụng trong 1 ngày là: 5,658 x 10-6 x 1120 / 0,5 x 12 x 60/30 x 34 /94,7% = 16,38 (kg/m3/ngày)
Liều lượng UV cho 0,5L NTBV: Công suất UV (W/cm2) x thời gian (s) = 17 x 30 x 60/527,8 = 57,98 (Ws/cm2)
Bố trí các đèn UV 75W dọc theo mặt bể với kích thước Ø 28 x 110 cm Số lượng đèn trong bể: 57,98 x 1120/0,5/3,14/2,8/110/75 = 2 đèn
trong bể
Thiết kế bể lọc áp lực
Nhiệm vụ:
Sử dụng các vật liệu lọc than Anthracite và cát thạch anh để xử lý hoàn toàn số cặn còn lại và một số ion Fe, SO42- để nước sau xử lý có thể tái sử dụng cho mục đích tưới cây, rửa đường tại bệnh viện.
Bể lọc áp lực mà nhóm chọn tính toán thiết kế sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than antraxit có các thông số lấy theo bảng các chỉ tiêu về vật liệu lọc và tốc độ lọc của bể lọc áp lực sau đây [136]
Chọn:
Chiều cao lớp cát thạch anh h1 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 0,7 mm, hệ số đồng nhất K = 2.
Chiều cao lớp than antraxit h2 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 1,1 mm, hệ số đồng nhất K = 2.
Tốc độ lọc ở chế độ bình thường V = 15 m/h.
Tổng diện tích bề mặt bể lọc áp lực:
Trong đó:
Q : lưu lượng nước đi vào các bể, Q = 40 m3/ngày.đêm = 3,33 m3/h (Hoạt động 12h/ngày)
v: tốc độ lọc tính toán khi bể lọc làm việc bình thường (m/h), chọn Vtb = 15 m/h Số bể lọc tính theo công thức: N=0,5√� = 0,5 �
√0,222=0,24 Chọn N bằng 1 bể và 1 bể dự phòng Đường kính 1 bể: D=√4 0,222 � = 0,53 �
3,14
Tính chiều cao toàn phần của bể lọc áp lực: