dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản. Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: điều kiện tự nhiên và điều kiện nhân tạo.
Công trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:
- Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc: để sử dụng nước thải làm phân bón. Dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu 1.5m. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất.
- Cánh đồng tưới nông nghiệp: là sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp. Trước khi đưa vào cánh đồng nước thải phải được sử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 14 MSSV:107111165 lắng. Chọn loại cánh đồng tùy thuộc vào đặc điểm nguồn nước thải và loại cây trồng.
- Hồ sinh học (hồ oxy hóa): là nơi diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Theo quá trình sinh hóa hồ sinh học được chia ra làm 3 loại:
o Hồ kỵ khí: dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp
sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của vi sinh vật kỵ khí.
o Hồ kỵ hiếu khí: trong hồ kỵ khí xảy ra 2 quá trình song song là oxy hóa hiếu khí và phân hủy metan cặn lắng. Nguồn oxy cung cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo.
o Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí. Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên cấp oxy chủ yếu do khuếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật, hồ làm thoáng nhân tạo cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy…
Công trình xử lý sinh học nhân tạo
- Bể lọc sinh học (bể biophin có lớp vật liệu không ngập nước): được ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ phân hủy sinh học trong nước thải và có thể đạt chất lượng dòng ra với nồng độ BOD tới 15mg/l. Hiệu suất làm sạch nước thải phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực, kết cấu thiết bị. Trong đó, các chỉ tiêu BOD của nước cần làm sạch, chiều dày màng sinh, thành phần các vi sinh vật sống trong màng…cần được chú ý hơn. Bể lọc sinh học chia thành các loại: lọc nhỏ giọt (thông khí tự nhiên); lọc tải trọng cao (thông khí nhân tạo) và tháp lọc.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 15 MSSV:107111165 - Bể aerotank: tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể vi sinh vật có trong nước thải phát triển tạo thành bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ và làm sạch nước. Aerotenk là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các Aerotank bằng sắt thép hình trụ khối. Thông dụng nhất hiện nay là các aerotank hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy nhằm tăng cường lượng khí oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước. Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aerotank. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy xử lý nước thải ở aerotank được gọi là quá trình xử lý với sinh vật lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính.
o Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải.
o Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxi đủ cho quá trình oxi hóa thì phải luôn luôn đảm bảo việc thoáng gió. Số lượng bùn tuần hoàn và số lượng không khí cần lấy phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ yêu cầu xử lý nước thải. Thời gian nước lưu trong bể aerotank không quá 12 giờ (thường là 4-8 giờ).
o Nước thải với bùn hoạt tính tuần hoàn sau khi qua bể lắng đợt 2. Ở
đấy bùn lắng một phần đưa trở lại aerotank, phần khác đưa tới bể nén bùn. Do kết quả của việc sinh sôi nảy nở các vi sinh vật cũng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 16 MSSV:107111165 như việc tách các chất bẩn ra khỏi nước thải mà số lượng bùn hoạt tính ngày một tăng. Số lượng bùn thừa chẳng những không giúp ích cho việc xử lý nước thải mà nếu không lấy đi thì sẽ gây trở ngại lớn. Độ ẩm của bùn hoạt tính khoảng 98-99% trước khi đưa lên bể metan cần làm giảm thể tích. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ xảy ra trong aetotank qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn thứ 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian. Đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rấy nhiều. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân vì vậy lượng tiêu thụ oxy tăng dần.
Giai đoạn thứ 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất hữu cơ phân hủy nhiều nhất. Hoạt lực enzym của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại enzym oxi hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định. Qua các thông số hoạt động của aerotank cho thấy giai đoạn oxy hóa (tốc độ tiêu thụ oxy) rất cao, có khi gấp 3 lần giai đoạn thứ 2.
Giai đoạn thứ 3: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 17 MSSV:107111165 độ tiêu thụ oxy tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amon.
Sau cùng, nhu cầu oxy lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aerotank (làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxy hóa được 80- 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm khoảng 70% khối lượng cặn bùn) sẽ tự phân hủy. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein cao (60-80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon…khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 18 MSSV:107111165
2.2.2. Sơ lược hệ thống xử lý nước thải tại một số bệnh viện hiện nay
2.2.2.1. Bệnh viện Phạm Ngọc Thạch [6]
Với công suất nước thải ra của bệnh viện Phạm Ngọc Thạch là 400m2/ngày đêm. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải của bệnh viện được thực hiện như sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 19 MSSV:107111165 Mô tả công nghệ xử lý:
Đầu tiên nước thải từ các khu trong bệnh viện dẫn về nguồn tiếp nhận và chảy sang bể điều hòa, bể này có tác dụng điều hòa lưu lượng, nồng độ tạo điều kiện hoạt động ổn định cho bể xử lý sinh học và các công trình phía sau. Trong bể này có đặt 2 bơm chìm để bơm nước thải từ nó sang bể xử lý sinh học kỵ khí. Bể xử lý sinh học kỵ khí có tác dụng oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật kỵ khí, làm giảm đi lượng BOD tồn tại trong nước thải. Sau khi qua bể sinh học kỵ khí nước thải tập trung vào bể chứa trung gian từ đây nước thải được tiếp tục bơm sang bể lọc sinh học hiếu khí, các chất hữu cơ được tiếp tục oxy hóa dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí.
Tại bể lọc sinh học, nước thải sẽ được xử lý sinh học thông qua quá trình lọc sinh học, lớp vật liệu lọc sẽ được gắn thành từng mảng tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển và bám dính vào lớp vật liệu này. Sinh khối sẽ phát triển dần theo thời gian và làm giảm hàm lượng BOD, SS, pH…đạt tiêu chuẩn xả ra nguồn. Nước thải sau quá trình sinh học sẽ tự chảy qua bể lắng để loại bỏ hàm lượng bùn sản sinh ra trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí.
Để khử các vi sinh vật có thể gây bệnh, nước thải được dẫn sang nguồn tiếp nhận có châm dung dịch Chlorine. Quá trình khử trùng được tiến hành trong thời gian 30 phút sau đó nước thải được xả ra ống chung của thành phố.
Phần bùn lắng của bể lắng được bơm sang bể xử lý kỵ khí bùn, tại đây diễn ra quá trình phân hủy bùn dưới sự tham gia của vi sinh vật kỵ khí. Sau
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 20 MSSV:107111165 thời gian 6 tháng bùn đã được ổn định, các vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt. Theo định kì 6 tháng hút bùn một lần (có thể phối hợp với công ty dịch vụ công ích).
Ưu điểm của hệ thống xử lý:
- Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý thì hiệu suất tương đối cao. - Chi phí vận hành của toàn bộ hệ thống không cao (100.000VNĐ/
ngày).
- Sử dụng hệ thống dễ dàng, gọn nhẹ, tiết kiệm nhiều thời gian vận hành (do hệ thống được thiết kế tự động hóa).
- Tiết kiệm nhân công (chỉ có 1 công nhân vận hành). - Tốn ít diện tích xây dựng (117m2).
- Thuận tiện sữa chữa. Nhược điểm của hệ thống xử lý:
- Hệ thống xử lý nước thải hoạt động hiệu quả tối ưu ở công suất 400m3/ngày đêm, trong khi tổng lượng nước thải hiện tại đã là 450m3/ngày đêm (và sẽ còn tiệp tục tăng) sẽ dẫn đến việc giảm hiệu quả xử lý của hệ thống và có nguy cơ quá tải.
- Quá trình hút bùn định kì diễn ra rất khó khăn, do nước thải đươc bơm tự động liên tục từ bể này sang bể khác (khi nước đầy thì bể tự bơm khi nước cạn thì bơm ngưng). Muốn hút bùn triệt để, công nhân phải lặn xuống đáy bể, nước ngập đầu rất nguy hiểm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 21 MSSV:107111165
2.2.2.2. Bệnh viện Truyền Máu và Huyết Học [7]
Công suất nước thải của bệnh viện là 52m3/ngày đêm. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của bệnh viện được thực hiện như sau:
Hình 2.2. Hệ thống xử lý nước thải của bệnh viện Truyền Máu và Huyết Học
Thuyết minh qui trình:
Nước thải tại các khu trong bệnh viện được tập trung vào ngăn tiếp nhận. Sau đó chuyển qua bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ bẩn của nước thải tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 22 MSSV:107111165 Nước thải từ bể điều hòa được đưa vào bể Aerotank, bể được cung cấp khí và diễn ra quá trình phân hủy sinh học do vi sinh vật gây ra, tại đây hàm lượng BOD, COD, SS sẽ bị phân hủy và giảm mạnh, nước thải lại tiếp tục được chuyển qua bể lắng II nhằm lắng phần hữu cơ còn xót lại do quá trình phân hủy hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí, nước thải sau đó được đưa vào bể khử trùng bằng dung dịch clorine để tiêu diệt hết các vi sinh vật gây bệnh. Sau đó được chuyển vào nguồn.
Phần bùn lắng sẽ được chuyển sang bể ổn định bùn, tại đây diễn ra quá trình phân hủy sinh học do vi sinh vật kỵ khí gây ra nhằm tiêu diệt hết vi sinh vật gây bệnh. Sau khi bùn đã được ổn định thì phối hợp với công ty môi trường để được chuyển ra ngoài.
Ưu điểm:
-Công nghệ đơn giản.
-Vận hành đơn giản.
-Giá thành đầu tư ban đầu thấp vì công nghệ chủ yếu là bê tông cốt thép.
Nhược điểm:
-Vi sinh vật phát triển trong Aerotank thường rất chậm và sinh khối tạo ra không nhiều.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 23 MSSV:107111165
2.2.2.3. Bệnh viện Da Liễu [7]
Bệnh viện được đầu tư xây dựng một hệ thống xử lý nước thải với công suất 200m3/ngày đêm. Nước thải bệnh viện được xử lý bằng phương pháp phổ biến là Aerotank. Quy trình xử lý nước thải của bệnh viện được thực hiện như sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 24 MSSV:107111165 Mô tả công nghệ xử lý:
Toàn bộ nước thải từ các khu trong bệnh viện được dẫn tập trung đến trạm xử lý. Đầu tiên, nước thải được qua màng song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô, rác được xử lý bằng phương pháp thủ công.
Nước sau khi qua ngăn tiếp nhận, tự chảy vào bể điều hòa được khuấy trộn bằng khí nén cung cấp từ trạm khí nén. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ bẩn của nước thải tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo.
Nước thải từ bể điều hòa được bơm vào bể lắng, kết hợp, phân hủy sinh học kỵ khí. Bể có cấu tạo gồm 2 phần: phần máng lắng dùng để lắng cặn, phần ngăn bùn có nhiệm vụ phân hủy kỵ khí vùng lắng. Qua bể lắng hàm lượng BOD5 có thể giảm tới 50% và hàm lượng vi sinh có thể giảm hơn 50 %. Sau thời gian dài từ 6 tháng tới 1 năm, hàm lượng vi sinh vật trong bùn lắng bị giết chết hoàn toàn. Cặn lắng được đưa sang bể phân hủy và ổn định bùn. Ở bể này có 2 ngăn và vận hành từng ngăn một. Khi nào bùn đầy thì khóa kín lại, tiếp tục cho vận hành ngăn kia. Sau đó, tại ngăn đầy bùn sẽ tiến hành cho chất khử trùng và vôi tạo môi trường pH cao nhằm ổn định bùn, bùn không tạo mùi hôi. Sau cùng, cặn bã được ổn định và hút ra đem xử lý làm phân hoặc đỗ ở bãi rác (có thể hợp đồng với công ty vệ sinh). Cứ luân chuyển vận hành như thế trên hai ngăn của bể phân hủy. Riêng lượng nước dư khi bơm bùn về bể phân hủy sẽ cho hồi lưu về bể điều hòa để tiếp tục qui trình xử lý.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.THÁI VĂN NAM
SVTH:HUỲNH THỊ NGỌC THI Trang 25 MSSV:107111165 Phần nước thải sau khi qua bể điều hòa vẫn tiếp tục chảy vào bể xử lý sinh học hiếu khí tiếp xúc, tại đây hàm lượng BOD còn lại sẽ được xử lý tiếp với sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Nước thải tiếp tục chảy qua bể lắng đợt 2. Ở bể này có các chất lơ lửng sẽ được giữ lại làm giảm hàm lượng SS, sau