Luận văn thạc sĩ kỹ thuật môi trường ứng dụng mô hình pilot umbr xử lý nước thải bệnh viện nhiệt đới

Luận văn thạc sĩ y tế nghiên cứu kỹ thuật môi trường ứng dụng mô hình pilot umbr xử lý nước thải bệnh viện nhiệt đới, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Trần Trung Tín
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Như Sang
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Ứng dụng mô hình pilot UMBR xử lý nước thải Bệnh viện Nhiệt Đới
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Luận Văn Thạc Sĩ

Luận Văn Thạc Sĩ với chủ đề 'Ứng Dụng Mô Hình Pilot UMBR Xử Lý Nước Thải Bệnh Viện Nhiệt Đới' được thực hiện bởi Trần Trung Tín tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng Mô Hình Pilot UMBR để xử lý nước thải từ Bệnh Viện Nhiệt Đới, nhằm tối ưu hóa các thông số vận hành như IR, Q, RAS, và SRT. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ (COD, BOD5), Nitơ, và Photpho trong nước thải bệnh viện.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước thải từ Bệnh Viện Nhiệt Đới chứa nhiều chất độc hại và vi sinh vật gây bệnh, đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường. Hệ thống xử lý nước thải hiện tại của bệnh viện không đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và công suất. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng Công Nghệ UMBR là cần thiết để giải quyết vấn đề này.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm xác định các thông số vận hành tối ưu của Mô Hình Pilot UMBR để xử lý nước thải bệnh viện, bao gồm thời gian lưu nước (HRT), tỷ lệ tuần hoàn nội bộ (IR), tỷ lệ tuần hoàn bùn (RAS), và thời gian lưu bùn (SRT). Kết quả mong đợi là đạt hiệu suất xử lý cao đối với các chất ô nhiễm chính.

II. Tổng quan về Công Nghệ UMBR

Công Nghệ UMBR (Upflow Multi-Layer Bioreactor) là một hệ thống xử lý nước thải tích hợp nhiều quá trình sinh học trong một bể, bao gồm kỵ khí, thiếu khí, và hiếu khí. Công nghệ này được thiết kế để xử lý hiệu quả các chất hữu cơ, Nitơ, và Photpho trong nước thải, đồng thời tiết kiệm năng lượng và diện tích so với các phương pháp truyền thống.

2.1 Nguyên lý hoạt động của UMBR

Mô Hình UMBR hoạt động dựa trên nguyên lý dòng chảy ngược, kết hợp các quá trình kỵ khí, thiếu khí, và hiếu khí trong một bể duy nhất. Quá trình này giúp tăng hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm, đặc biệt là Nitơ và Photpho, thông qua các phản ứng sinh học phức tạp.

2.2 Ưu điểm của Công Nghệ UMBR

Công nghệ UMBR mang lại nhiều ưu điểm như hiệu suất xử lý cao, tiết kiệm năng lượng, và giảm thiểu diện tích xây dựng. Đặc biệt, công nghệ này phù hợp với các loại nước thải có nồng độ chất hữu cơ và dinh dưỡng cao, như nước thải bệnh viện.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc thiết kế và vận hành Mô Hình Pilot UMBR với công suất 30m3/ngày. Các thông số vận hành như IR, Q, RAS, và SRT được điều chỉnh để đánh giá hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm. Phương pháp phân tích hóa học và sinh học được sử dụng để đo lường các chỉ tiêu chất lượng nước thải.

3.1 Thiết kế mô hình nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn, với mười thí nghiệm khác nhau. Các thí nghiệm này tập trung vào việc tìm kiếm các thông số vận hành tối ưu, bao gồm tỷ lệ tuần hoàn nội bộ (IR), lưu lượng nước thải (Q), tỷ lệ tuần hoàn bùn (RAS), và thời gian lưu bùn (SRT).

3.2 Phương pháp phân tích

Các chỉ tiêu chất lượng nước thải như COD, BOD5, Nitơ, và Photpho được phân tích bằng các phương pháp hóa học và sinh học tiêu chuẩn. Kết quả phân tích được xử lý bằng phần mềm Excel để đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy Mô Hình Pilot UMBR đạt hiệu suất xử lý cao đối với các chất ô nhiễm chính trong nước thải bệnh viện. Các thông số vận hành tối ưu được xác định là Q = 20m3/ngày, IR = 150%, RAS = 75%, và SRT = 12 ngày. Hiệu suất xử lý đạt được lần lượt là 94% đối với BOD5, 93% đối với COD, và 95% đối với Nitơ.

4.1 Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm

Kết quả cho thấy Mô Hình UMBR đạt hiệu suất xử lý cao đối với các chất hữu cơ (COD, BOD5) và các chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho). Đặc biệt, hiệu suất xử lý Nitơ đạt 95%, trong khi hiệu suất xử lý Photpho đạt 61%.

4.2 Đánh giá thông số vận hành tối ưu

Các thông số vận hành tối ưu được xác định là Q = 20m3/ngày, IR = 150%, RAS = 75%, và SRT = 12 ngày. Những thông số này giúp đạt được hiệu suất xử lý cao nhất và ổn định trong quá trình vận hành mô hình.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của Công Nghệ UMBR trong việc xử lý nước thải bệnh viện. Các thông số vận hành tối ưu được xác định giúp nâng cao hiệu suất xử lý và giảm thiểu chi phí vận hành. Kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng để áp dụng công nghệ này trong thực tế, đặc biệt là tại các bệnh viện có nhu cầu xử lý nước thải cao.

5.1 Kết luận

Mô Hình Pilot UMBR là một giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải bệnh viện, đặc biệt là đối với các chất hữu cơ và dinh dưỡng. Các thông số vận hành tối ưu giúp đạt được hiệu suất xử lý cao và ổn định.

5.2 Kiến nghị

Cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng Công Nghệ UMBR trong các loại nước thải khác, như nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Đồng thời, cần phát triển các giải pháp để tối ưu hóa chi phí vận hành và bảo trì hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của để tài. Nước thải từ các bệnh viện với các tính chất ô nhiễm đặc trưng, đã và đang đe dọa đến sức khỏe con người và môi trường. Nước thải bệnh viện nói chung có tính chất gần giống với nước thải sinh hoạt, nhưng xét về độc tính thì loại nước thải này độc hại hơn nước thải sinh hoạt gấp nhiều lần. Trong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các chất khí như NH3, CO2, H2S… các vi sinh vật gây bệnh như Streppococcus, Faecalis, Samonella, Shigella… và là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh tả, lỵ, thương hàn, ung thư… có thể lan truyền vào môi trường bất cứ lúc nào, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sống trong khu vực.

Theo báo cáo Bộ y tế năm 2015, cả nước có 13.674 cơ sở y tế, trong đó có 1.253 bệnh viện (trong đó có khoảng 54,4% các bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, và 70% hệ thống xử lý nước thải hiện có không đạt tiêu chuẩn), 1,037 cơ sở thuộc hệ dự phòng; 100 cơ sở đào tạo; 180 cơ sở sản xuất thuốc và 11,104 Trạm y tế xã. Chỉ tính riêng khối bệnh viện, tổng lượng nước thải y tế khoảng 125.000 m3/ngày đêm, và vấn đề xử lý nước thải bệnh viện là một trong những thách thức hiện nay được nhà nước quan tâm. Với tốc độ gia tăng dân số như hiện nay, mỗi ngày bệnh viện Nhiệt Đới phải tiếp nhận một số lượng bệnh nhân rất lớn, chưa kể đến lượng bệnh nhân từ các bệnh viện tuyến dưới chuyển về. Lượng nước thải đã vượt quá công suất hiện tại của Bệnh Viện từ 10-30%.

Tuy nhiên, vấn đề xử lý khối lượng lớn nước thải này lại chưa được quan tâm đúng mức. Là một bệnh viện nằm ở trung tâm thành phố – bệnh viện Nhiệt Đới đã và đang mở rộng quy mô hoạt động nhằm đáp ứng được nhu cầu chăm sóc sức khỏe của người dân. Trong khi đó, hệ thống xử lý nước thải của bệnh viện đã khá cũ kỹ, và công nghệ là truyền thống nên chưa đáp ứng hết được các yêu cầu xử lý nitơ, photpho, và đáp ứng được nhu cầu quá tải khi quy mô hoạt động được mở rộng. Do đó, đề tài: “Ứng Dụng Mô Hình Pilot UMBR Xử Lý Nước Thải Bệnh Viện 13 Nhiệt Đới” được thực hiện nhằm thiết kế một hệ thống xử lý với công nghệ mới tích hợp nhiều phản ứng sinh học trong một bể với dòng chảy ngược nhằm nâng cao hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Photpho, và tiết kiệm kinh phí khi xây dựng, điện năng,… là hoàn toàn phù hợp hơn so với hệ thống xử lý nước thải truyền thống hiện nay.2 Mục tiêu - Xác định các thông số vận hành thích hợp của mô hình pilot UMBR cho XLNT bệnh viện Nhiêt Đới, trong đó các thông số nghiên cứu bao gồm : IR, Q, RAS, SRT và các thông số này được đánh giá thông qua hiệu quả xử lý BOD5, COD, Nitơ, Photpho 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là nước thải từ Bệnh Viện Nhiệt Đới, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh - Lý do chọn Bệnh Viện Nhiệt Đới làm đối tượng nghiên cứu là vì nước thải của Bệnh Viện này có nồng độ chất dinh dưỡng, COD, BOD5 cao, và hiện tại công nghệ hiện hữu của bệnh chưa xử lý đạt tiêu chuẩn, tiếp theo là công nghệ UMBR là công nghệ tích hợp nhiều phản ứng, nên nó đảm bảo hiệu suất xử lý cao, tiết kiệm diện tích, tiết kiệm năng lượng 1.4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng mô hình pilot UMBR công suất 30m3/ngày đối với nước thải bệnh viện nhằm tìm ra các thông số vận hành tối ưu của mô hình.

- Trong đó, giai đoạn khởi động của quá trình nghiên cứu là Q = 10m3/ngày, sau đó tăng lên 20m3/ngày, 25m3/ngày và kết hợp với việc thay đổi IR, RAS, SRT để đánh giá hiệu suất khử các chất dinh dưỡng như COD, BOD5, Nitơ, Photpho mục đích là tìm các thông số tối ưu khi vận hành mô hình pilot UMBR. 14 Mục đích tuần hoàn IR, RAS và thay đổi SRT - Việc tuần hoàn dòng IR từ bể hiếu khí về bể UMBR mục đích là tuần hoàn lượng nitrat để thực hiện quá trình khử nitơ tại bể UMBR - Tuần hoàn bùn từ bể lắng (RAS) mục đích là đảm bảo lượng MLSS của UMBR luôn ổn định, và có ý nghĩa đối nâng cao hiệu suất mô hình, tăng tính chịu sock tải lớn - Thay đổi SRT để đánh giá hiệu quả xử lý Photpho của mô hình và SRT này được tính cho bể UMBR 1.5 Phương pháp nghiên cứu Thiết kế nghiên cứu: - Nghiên cứu được chia làm ba giai đoạn với mười thí nghiệm, trong đó từ thí nghiệm một đến thí nghiệm tám tìm thông số vận hành IR và Q tối ưu, thí nghiệm chín và thí nghiệm mười tìm thông số vận hành RAS tối ưu và so sánh năm thí nghiệm đầu và năm thí nghiệm sau tìm thông số vận hành SRT tối ưu. Để thực hiện các nội dung nghiên cứu nêu trên, đã thực hiện các phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tổng quan tài liệu đã nghiên cứu, ứng dụng thực tế trong và ngoài nước về công nghệ xử lý UMBR trong các loại nước thải, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nitrat hóa và khử nitrat trong nước thải. - Phương pháp phân tích hóa học, sinh học các thông số môi trường của nước thải trong phòng thí nghiệm.

- Tính toán và xử lý số liệu phân tích bằng các công thức toán học và phần mềm Excel.1 Tính mới của đề tài Mô hình pilot UMBR là công nghệ mới tích hợp nhiều phản ứng trong một bể và hiện tại chưa có nghiên cứu nào áp dụng đối với nước thải bệnh viện Tính mới về công nghệ áp dụng so với các phương pháp xử lý nước thải với công nghệ truyền thống 1.2 Ý nghĩa khoa học Về khoa học, kết quả nghiên cứu của mô hình UMBR là đối với nước thải Bệnh Viện, làm tiền đề nghiên cứu khi áp dụng mô hình trên cho các loại nước thải khác. Bể UMBR là bể có công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình kỵ khí, thiếu khí, vùng nén bùn trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử ký bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Đề tài nghiên cứu áp dụng cho xử lý nước thải chứa chất hữu cơ và chất dinh dưỡng dựa trên nghiên cứu thực nghiệm có cơ sở khoa học và thực tế.

Toàn bộ kết quả nghiên cứu của luận văn được thu thập từ quá trình nghiên cứu thực nghiệm cụ thể, có căn cứ khoa học rõ ràng. Các số liệu thu thập thông qua quá trình thực nghiệm được xử lý bằng các phương pháp thống kê toán học trên phần mềm Excel nên đảm bảo tính khoa học của đề tài.3 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài cũng là cơ sở để triển khai ứng dụng công nghệ UMBR trong xử lý nước thải bệnh vện với chi phí đầu tư cơ bản và vận hành cạnh tranh hơn so với phương pháp xử lý bùn hoạt tính thông thường. Hơn nữa, kết quả đề tài cũng làm tiền đề áp dụng cho các loại nước thải có nồng độ Nitơ cao từ một số lĩnh vực như: nước thải từ lò mổ, nước thải chăn nuôi heo, nhà máy chế biến cafe, thực phẩm và một số ngành nghề khác… 16 Việc nghiên cứu mô hình UMBR ứng dụng kết hợp ba quá trình sinh học: kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí trong một đơn vị xử lý nước thải nhằm đơn giản hóa hệ thống mà vẫn mang lại hiệu quả xử lý cao. Vì vậy việc ứng dụng công nghệ UMBR cho xử lý nước thải khu bệnh viện mang tính thực tiễn cao.

17 CHƯƠNG II TỔNG QUAN 2. Thành phần và tính chất nước thải Bệnh viện Mẫu nước thải đầu vào mô hình UMBR là nước thải bệnh viện Nhiệt Đới từ Khu nhiễm HIV và Khu điều trị bệnh gan. Các thành phần chính gây ô nhiễm môi trường do nước thải bệnh viện gây ra là: Các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng của nitơ (N), photpho (P), Chất rắn lơ lửng, Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh: Samonella typhi gây bệnh thương hàn, Samonella paratyphi gây bệnh phó thương hàn, Shigella sp. gâybệnh lỵ, Vibrio cholerae gây bệnh tả,., tụ cầu, liên cầu, virus đường tiêu hóa, bại liệt, các loại kí sinh trùng, amip, nấm…các mầm bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa chất độc hại từ cơ thể và chế phẩm, thuốc điều trị bệnh ung thư, bệnh gan.

Một số thông số cơ bản trong nước thải Bệnh viện: - BOD, COD: gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận, tạo môi trường yếm khí làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường. - Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh truyền nhiễm lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn. - Các dưỡng chất N và P: nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật. - Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.2 Quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải Cùng với Photpho trong nước thải, Nitơ là nguồn chính gây nên phú dưỡng hóa bề mặt nước.

vì lý do đó, Nitơ cần phải được loại bỏ cùng với các chất hữu cơ khác trong quá trình xử lý nước thải. trái ngược với các dạng phosphat không hòa tan, kết tủa với nhiều kim loại nặng và có thể được tách bởi quá trình lắng hoặc quá trình tạo bông, tất cả các thành phần nitơ, ngoài trừ mangan ammonium phostphat (MnNH4PO4), dễ dàng hòa tan trong nước, vì vậy không thể loại chúng bằng 18 phương pháp hóa học như quá trình kết tủa. Để loại bỏ Nitơ dạng amin và các hợp chất Nitơ dị vòng khác, quá trình chuyển hóa các hợp chất này thành ammonia là gia đoạn đầu tiên trong quá trình xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí, sau đó xảy ra quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa tiếp theo. Vì vậy tùy thuộc vào các hợp chất Nitơ trong nước thải, việc loại bỏ Nitơ đòi hỏi phải trải qua 3 quá trình: amon hóa, nitrat hóa và khử nitrat hóa (Gensicke et al., 1998; Zayed and Winter, 1998) 2.1 Quá trình nitrat hóa ♦ Mô tả quá trình nitrat hóa Nitrat hóa lần lượt bao gồm 2 bước nitrat hóa ammonium và nitrat hóa nitrite nhờ vào 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng: Vi khuẩn oxy hóa ammonia (AOB) và vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB).