2.2.1 Phương pháp điều tra khảo sát
Phương pháp điều tra khảo sát được thực hiện để tổng hợp các số liệu của bệnh viện đại học Y Hải Phòng: vị trí địa lý, mặt bằng hiện trạng và phát triển, loại hình, quy mô bệnh viện (chuyên ngành, công suất, số giường bệnh,…), từ đó tính ra công suất xử lý phù hợp cho hệ thống xử lý nước thải.
Sau khi đo đạc, các số liệu được tổng hợp và thống kê bằng phần mềm Excel. Các dữ liệu thống kê sẽ giúp đưa ra được thiết kế tối ưu nhất cho mô hình.
2.2.2 Phương pháp tính toán thiết kế
a. Tính toán công suất nước thải của bệnh viện.
+ Căn cứ vào số giường bệnh của bệnh viện và tiêu chuẩn thải nước trên mỗi giường bệnh, từ đó tính ra lượng nước thải y tế của bệnh viện.
+ Dựa vào số lượng cán bộ hiện đang công tác tại bệnh viện, từ đó tính ra lượng nước thải sinh hoạt của cán bộ nhân viên bệnh viện.
+ Công suất xử lý của trạm xử lý là tổng lượng nước thải y tế theo giường bệnh và lượng nước thải sinh hoạt của cán bộ nhân viên bệnh viện.
b. Tính toán kích thước các hạng mục xử lý chính và các công trình phụ trợ
+ Từ công suất xử lý của trạm xử lý nước thải đã tính được, dựa trên các thông số của nước thải đầu vào, tính toán tải lượng xử lý, kích thước của
các công trình đơn vị (bể thu gom, bể điều hòa, bể thiếu khí, hiếu khí,…) đáp ứng yêu cầu nước thải đầu ra đạt QCVN 28:2010/BTNMT về nước thải y tế
- Bể điều hòa tính toán dựa theo thời gian lưu nước trong bể đảm bảo điều hòa lưu lượng và chất lượng nước.
- Bể thiếu khí tính toán dựa trên hàm lượng Amoni, Nitrat trong dòng thải đầu vào, đầu ra của bể, từ đó tính ra thời gian lưu nước cần thiết của bể, thể tích của bể tính theo thời gian lưu nước và lưu lượng nước thải trung bình giờ.
- Tính toán bể hiếu khí dựa vào các thông số lưu lượng, BOD đầu vào, đầu ra, nồng độ bùn hoạt tính, tính ra được thể tích bể, lượng bùn dư, lượng không khí cần thiết cấp cho bể hoạt động ổn định.
- Diện tích bể lắng được tính theo lượng bùn dư sau bể hiếu khí và lưu lượng nước thải. Bể lắng được chia làm 2 vùng, vùng lắng ở phía trên và vùng chứa cặn ở phía dưới.
- Thể tích bể khử trùng dựa trên thời gian tiếp xúc với hóa chất khử trùng. Lượng hóa chất sử dụng tính theo liều lượng tiêu thụ và lưu lượng dòng thải.
- Thiết kế module Johkasou theo kích thước các bể đã tính toán
2.2.3 Phương pháp thực nghiệm
Sau khi thiết kế, xây dựng, lắp đặt hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải bệnh viện sử dụng module Johkasou kết hợp công nghệ AO ngoài hiện trường.
Tiến hành các công tác chuẩn bị, đưa hệ thống vào chạy thực nghiệm. Sau khi hệ thống đã hoàn thiện, bắt đầu nuôi cấy vi sinh trong 20 ngày trong bể hiếu khí, thiếu khí. Sau khi nuôi cấy, hệ thống sẵn sàng để hoạt động thì bắt đầu cho nước thải vào và chạy thực nghiệm.
Nghiên cứu tiếp tục tiến hành chạy thực nghiệm hệ thống liên tục trong tháng 09/2020 và cho hệ thống hoạt động đến khi ổn định tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện của hệ thống.
Nước thải được lấy mẫu đầu vào, đầu ra hệ thống vào cuối mỗi ngày, liên tục trong tháng 09/2020, được bảo quản và đưa về phòng thí nghiệm phân tích, theo dõi các thông số COD, BOD, Amoni, Photphat, Nitrat và Coliform.
Các thông số nhiệt độ, DO, pH được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo nhanh.
2.2.4 Phương pháp phân tích
Đánh giá, phân tích một số chỉ tiêu cơ bản như nhiệt độ, pH, DO, COD, BOD, nito – amoni (N – NH4+), nito – nitrat ( N – NO3-), photphat (PO43-), tổng Coliform theo QCVN 28:2010/BTNMT cột B về nước thải y tế, cụ thể:
- Nhiệt độ, pH, DO: Sử dụng máy đo Hanna HI 8314
- COD: Được xác định bằng phương pháp chuẩn độ dicromat kali theo TCVN 6491:1999;
- BOD5: Được xác định pha loãng và cấy có bổ sung allythiourea theo TCVN 6001 – 1: 2008;
- Amoni: Được xác định Amoni bằng phương pháp trắc quang, thuốc thử Nessler. NH3 phản ứng với thuốc thử Nessler’s trong dung dịch có môi trường kiềm mạnh K2HgI4 tạo thành hệ chất keo có màu vàng nâu;
Cường độ màu này đại diện cho lượng NH3 có trong mẫu được xác định bằng cách dùng máy đo quang. Phương pháp dùng để xác định lượng NH3 dưới 20µg NH3 - N/l và bằng 5mg NH3 – N/l. Phương pháp sẽ bị ảnh hưởng bởi một số nhóm như amin, cloramin, xeton, aldehyt, rượu ( do chúng tạo màu với thuốc thử);
- Nitrat: Được xác định theo TCVN 6180:1996 (ISO 7890 – 3:1999) (E)) Xác định Nitrat – Phương pháp trắc phổ dùng thuốc thử axit sunfosalixylic;
- Photphat: Được xác định bằng phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat, áp dụng tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6202: 2008 ISO 6878:2004.
Tổng Coliform: Được xác định bằng phương pháp màng lọc theo TCVN 6187 – 1:2009 (ISO 9308 – 1:2000/Cor 1:2007).
2.2.5 Phương pháp tính hiệu quả đầu tư và chi phí vận hành
- Tính toán đưa ra chi phí đầu tư xử lý trên 1 m3 nước thải
+ Khái toán chi phí xây dựng hệ thống bao gồm: chi phí xây dựng các bể bê tông cốt thép, chi phí xây dựng nền móng bệ đặt Johkasou, chi phí xây dựng nhà điều hành và các công trình phụ trợ.
+ Khái toán chi phí máy móc thiết bị: chi phí đầu tư máy bơm (bơm nước thải, bơm tuần hoàn, bơm bùn,…), máy thổi khí (bể điều hòa, bể hiếu khí), thiết bị loại bỏ rác, hộp phân chia lưu lượng nước thải, bùn thải, hệ thống tủ điện và tủ điều khiển, chi phí sản xuất Johkasou và các vật liệu xử lý. Từ chi phí xây dựng và thiết bị, tính được chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải bệnh viện, với công suất của hệ thống, tính được chi phí đầu tư trên mỗi mét khối nước thải.
- Ước tính chi phí vận hành hệ thống xử lý hàng ngày trên mỗi 1 m3
nước thải
+ Chi phí điện năng: từ công suất hoạt động của thiết bị trong hệ thống, ước tính chi phí điện năng tiêu thụ của mỗi ca máy theo giá điện quy định của nhà nước.
+ Chi phí hóa chất: dựa vào công nghệ xử lý, tính liều lượng hóa chất sử dụng mỗi ngày và chi phí cho lượng hóa chất đó.
+ Chi phí nhân công: tính theo lương của tổng số cán bộ vận hành hệ thống xử lý.
+ Chi phí bảo dưỡng và quản lý khác: bao gồm chi phí bảo dưỡng máy móc thiết bị và chi phí dự phòng sửa chữa, khắc phục sự cố.
Từ các chi phí trên tổng hợp được chi phí quản lý và vận hành hệ thống xử lý để xử lý 1m3 nước thải.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 KẾT QUẢ ĐIỀU TRA KHẢO SÁT
Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng tiền thân là một phòng khám đa khoa trực thuộc trường, do các giáo sư và bác sĩ của trường phụ trách khám và điều trị: GS.TS. Nguyễn Hữu Chỉnh, PGS.TS. Nguyễn Khắc Sơn, GS.TS. Phạm Văn Thức, PGS.TS. Phạm Văn Nhiên, PGS.TS. Nguyễn Văn Mùi. Phòng khám hoạt động tốt đảm bảo nhu cầu khám, chữa bệnh của dân cư khu vực, tạo điều kiện thực hành tốt cho sinh viên và cải thiện đời sống cho cán bộ công chức, viên chức.
Ngày 04/4/2007, theo Quyết định số 1247/QĐ-BVYHP của Bộ trưởng Bộ Y tế, Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng được thành lập trên cơ sở phòng khám đa khoa của trường Đại học Y Hải Phòng. Bệnh viện hoạt động theo điều lệ tổ chức ban hành kèm theo quyết định số 2512/QĐ-BYT ngày 12/7/2007 của Bộ trưởng Bộ Y tế.
Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng được xây dựng trên nền địa hình thành phố Hải Phòng nằm trong quần thể địa hình Thành phố Hải Phòng nói chung.
Tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng đã có hệ thống thu gom nước mưa và nước thải bằng các cống chạy xung quanh các khu nhà. Toàn bộ các cống thu nước này đều được đậy bằng các tấm đan bê tông và ống cống ngầm. Nước thải y tế, nước thải sinh hoạt và nước mưa của trường chảy theo hệ thống cống chung và xả vào hệ thống cống thoát nước của thành phố. Đây là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu cho khuôn viên trường, ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ học sinh sinh viên và người đi khám bệnh và cán bộ công nhân viên chức của trường. Hơn nữa, khi trời mưa to, nước mưa cùng nước thải chưa xử lý sẽ dẫn thẳng vào cống thoát thành phố, ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống của các khu dân cư lân cận.
Nước thải từ các khu vệ sinh được xử lý sơ bộ tại các bể phốt trước khi đấu nối vào hệ thống thu gom.
Các kết quả phân tích đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải trường cho thấy mức độ ô nhiễm khá nghiêm trọng, với nhiều thông số vượt tiêu chuẩn cho phép.
Do vậy, để đảm bảo xử lý triệt để chất thải, đặc biệt là nước thải, việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải Bệnh viện Đại học Y dược Hải Phòng là hết sức cần thiết.
Ngoài ra, do hệ thống thoát nước của Bệnh viện có nhiều chỗ đã hư hỏng nên gây ứ đọng trong mùa mưa, nước mưa chảy tràn vào hệ thống thoát nước chung cuốn theo rác, đất đá và các chất lơ lửng khác, làm tăng lượng nước thải đi vào hệ thống xả. Hiện tại Bệnh viện chưa có khu xử lý nước thải.
3.1.1 Công suất xử lý
Số giường bệnh của bệnh viện tính đến tháng 11/2019 là 150 giường. Tuy nhiên bệnh viện đang thực hiện dự án mở rộng quy mô với số giường bệnh tăng lên 250 giường.
Lấy tiêu chuẩn cấp nước cho mỗi giường bệnh là 700 l/ng.đêm[3]. Lưu lượng nước cấp tính trên tổng số giường bệnh:
Q = 250*0,7 = 175 m3/ngày.đêm
Tổng số bác sỹ, y tá, CBCNV làm việc trong bệnh viện là 115 người. Căn cứ theo tiêu chuẩn 33:2006 TCVN-BXD lượng nước sử dụng hết khoảng 200 lít/người/ngày, thì lượng nước sinh hoạt sử dụng là:
115 người x 200 lít/người/ngày = 23.000 lít/ngày = 23 m3/ngày
Lượng nước thải sinh hoạt được tính bằng 100% lượng nước sử dụng (khoản 1 Điều 39 thuộc Nghị định 80/2014/NĐ-CP)[10]:
(175 + 23) x 100% = 198 m3/ngày
Như vậy tổng lưu lượng nước thải đầu vào của hệ thống xử lý là: Q = 200 m3/ngày.đêm
3.1.2 Đặc tính nước thải Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng
Sau khi lấy mẫu nước thải tại bể thu gom của bệnh viện đại học Y Hải Phòng và tiến hành phân tích tại phòng thí nghiệm, kết quả phân tích được trình bày trong bảng
Bảng 3.1: Các thông số nước thải bệnh viện Đại học Y Hải Phòng
Thông số Nước thải đầu vào 28:2010/BTNMT QCVN loại B pH 7,1 - 7,45 6,5 – 8,5 BOD5 184 - 212 50 TSS (mg/l) 152 - 161 100 COD (mg/l) 290 - 306 100 N-NH4+ (mg/l) 30 – 33 10 PO4-3 12 - 15 10 Coliform (MPN/100ml) 7000 - 8800 5000
So sánh kết quả phân tích nước thải tại bệnh viện Đại học Y Hải Phòng với QCVN 28:2010/BTNMT(cột B), TSS của nước thải là 161 mg/l cao hơn tiêu chuẩn cho phép 1,61 lần, BOD5 có giá trị 212 mg/l cao hơn tiêu chuẩn gấp 4,2 lần, COD có giá trị 306 mg/l cao hơn tiêu chuẩn 3,06 lần, Coliform có giá trị 8800 cao hơn tiêu chuẩn 1,76 lần, N-NH4+ có giá trị 33 cao hơn tiêu chuẩn 3,3 lần, PO43- có giá trị 15 cao hơn tiêu chuẩn 1,5 lần. Kết quả phân tích nước thải của bệnh viện cho thấy 6/7 thông số đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép xả thải của BTNMT.
3.2 TÍNH TOÁN CÁC HẠNG MỤC
Hình 3.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý
- Quy trình xử lý chính gồm 5 bước sau:
+ Điều hòa nồng độ, dòng chảy và phân hủy sơ bộ các chất ô nhiễm + Xử lý thiếu khí
+ Xử lý Hiếu khí bằng quá trình tiếp xúc vi sinh trên vật liệu mang di động (MBBR)
+ Lắng + Khử trùng
Bể điều hòa
Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải đầu vào.
Điều hòa lưu lượng là phương pháp được áp dụng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự dao dộng của lưu lượng, cải thiện hiệu quả hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo, giảm kích thước và vốn đầu tư xây dựng các công trình. Nước thải đưa vaò bể được khuấy trộn bằng khí nén theo các ống châm lỗ, đường kính lỗ 5 mm, đặt dọc theo bể phía dưới đáy. Các lợi ích của việc điều hòa lưu lượng là: các chất ảnh hưởng đến quá trình xử lý có thể được hòa
Bể điều hòa Hố gom Bể hiếu khí Bể lắng Mức (B) QCVN 28- MT:2010/BTNMT Bể chứa bùn Bơm khí Bể khử trùng Xe thu gom bùn
Nước trong sau nén bùn
Bể thiếu khí
tan, san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn bộ thể tích bể và không cho lắng cặn trong bể, chất lượng nước thải sau xử lý được cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định.
Bể thiếu khí.
Nước thải từ ngăn điều hòa được bơm vào ngăn thiếu khí (Anoxic). Ngăn thiếu khí được lựa chọn để xử lý tổng hợp: khử BOD, nitrat hóa, khử NH4+ và khử NO3- thành N2, khử Phospho. Trong bể có lắp đặt ống đục lỗ sục khí để tạo ra sự xáo trộn trong bể giúp bọt khí N2 (từ quá trình khử Nitrat) dễ dàng thoát lên khỏi mặt nước.
Bể xử lý hiếu khí bằng màng vi sinh với vật liệu mang di động MBBR
Bể sinh học màng giá thể di động (MBBR) xử lý nước thải dựa trên công nghệ màng sinh học. Nguyên lý chính là vi sinh vật (VSV) phát triển tạo thành lớp màng trên giá thể lơ lửng ngập trong nước thải; những giá thể chuyển động được trong bể nhờ hệ thống sục khí (hiếu khí) hoặc cánh khuấy (yếm khí). Bể MBBR được thiết kế để loại bỏ BOD, COD và ni-tơ trong nước thải, lượng bùn sinh ra ít… có thể phù hợp để xử lý nước thải sản xuất mía đường. Chiều dày của lớp màng trên giá thể thường rất mỏng để các chất dinh dưỡng khuếch tán vào bề mặt của lớp màng. Đối với bể MBBR, nồng độ sinh khối trên một đơn vị thể tích của bể là 3 - 4 kg SS/m3 [11]
Giá thể đóng vai trò quan trọng đến hiệu quả của bể phản ứng MBBR. Các yếu tố quan trọng của giá thể là diện tích bề mặt, hình dạng, kích thước, độ xốp, trọng lượng riêng, độ thấm hút,... Giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn nước, có khả năng nổi, lơ lửng và chuyển động trong nước dưới tác động của lực đảo nước bởi thiết bị cấp khí hoặc cánh khuấy nên mật độ vi sinh tái tạo tăng và hiệu quả xử lý [12].
Giá thể vi sinh được sử dụng trong công nghệ này là giá thể đệm di động có diện tích bề mặt rất lớn (từ 300m2/m3 trở lên), do chúng luôn chuyển động trong bể nên đã tận dụng được tối đa diện tích bề mặt của giá thể vi sinh,
do đó mật độ vi vinh vật trong công trình xử lý MBBR lớn. Khả năng khuếch tán oxi vào trong nước tăng khiến năng lượng cấp cho máy nén khí giảm. Ngoài ra việc sử dụng vi sinh dính bám trên giá thể mang lại cho hệ thống có sự hoạt động ổn định khi có sự biến động bất thường của nguồn thải hoặc các yếu tố bên ngoài (hệ thống vượt tải, mất điện trong thời gian dài, nguồn thải có hàm lượng các chất bất lợi cho sự phát triển của vi sinh).
Bể lắng
Trong bể lắng có đặt các ống trung tâm phân phối nước thải. Bùn và cặn được giữ lại ở đáy bể, nước trong chảy tràn qua máng thu nước chảy sang bể khử trùng.