Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu hiếu khí sử dụng giá thể sinh học Eco Bio Block EBB cải tiến

• Tác giả: Đặng Thị Thùy Nguyên
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Văn Tuyên
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường và phát triển bền vững
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu - hiếu khí (AO) sử dụng giá thể sinh học Eco - Bio - Block (EBB) cải tiến
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học môi trường
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nước thải bệnh viện
• 1.2. Nguồn phát sinh nước thải bệnh viện
• 1.3. Tính chất và thành phần nước thải bệnh viện
• 1.4. Phương án phân nguồn nước thải bệnh viện
• 1.5. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện
• 1.5.1. Phương pháp mương oxy hóa
• 1.5.2. Phương pháp bùn hoạt tính
• 1.5.3. Phương pháp lọc sinh học ngập nước
• 1.5.4. Phương pháp màng vi sinh tầng chuyển động (MBBR)
• 1.5.5. Phương pháp bể phân hủy theo mẻ (SBR)
• 1.5.6. Phương pháp thiết bị sinh học màng
• 1.5.7. Phương pháp lọc sinh học nhờ giặt
• 1.5.8. Phương pháp thực vật thủy sinh
• 1.5.9. Phương pháp Anammox
• 1.6. Tổng quan về vật liệu EBB
• 1.6.1. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trên thế giới
• 1.6.2. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trong nước
• 1.6.3. Nguyên lý hoạt động của EBB cải tiến
• 1.6.4. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ EBB cải tiến
• 1.6.5. Phân tích và lựa chọn công nghệ thích hợp
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm, thời gian nghiên cứu
• 2.2. Thời gian nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp luận
• 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
• 2.4.1. Sản xuất vật liệu EBB cải tiến
• 2.4.2. Nghiên cứu hiệu suất xử lý COD trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 2.4.3. Nghiên cứu hiệu suất xử lý Amoni trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 2.4.4. Nghiên cứu hiệu suất xử lý TSS trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 2.4.5. Đề xuất phương pháp mới xử lý nước thải bệnh viện
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Sản xuất vật liệu EBB
• 3.2. Nghiên cứu hiệu suất xử lý COD trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 3.3. Nghiên cứu hiệu suất xử lý Amoni trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 3.4. Nghiên cứu hiệu suất xử lý TSS trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến
• 3.5. Đề xuất phương pháp mới xử lý nước thải bệnh viện
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nước thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nguồn phát sinh nước thải này rất đa dạng, bao gồm nước thải từ quá trình khám chữa bệnh, lau chùi dụng cụ y tế, và nước thải từ các phòng xét nghiệm. Theo thống kê, hiện nay có khoảng 1.023 bệnh viện trên toàn quốc, với hàng trăm ngàn giường bệnh. Nước thải từ các cơ sở y tế thường chứa hàm lượng vi sinh vật cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây ra nguy cơ lây nhiễm bệnh cho cộng đồng. Việc xử lý nước thải bệnh viện không chỉ là yêu cầu bắt buộc mà còn là trách nhiệm của các cơ sở y tế nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Theo nghiên cứu, nước thải bệnh viện có thể chứa các chất ô nhiễm như BOD, COD, và các vi khuẩn gây bệnh, do đó cần có các biện pháp xử lý hiệu quả để đảm bảo an toàn cho môi trường.

1.1. Thành phần nước thải bệnh viện

Thành phần nước thải bệnh viện rất đa dạng, bao gồm các chất hữu cơ, vi sinh vật, và các hóa chất độc hại. Theo các nghiên cứu, nước thải này thường có hàm lượng BOD từ 120 đến 250 mg/l, COD từ 150 đến 350 mg/l, và lượng vi khuẩn coliform có thể lên tới 106 - 109 MNP/100 ml. Những thành phần này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm bệnh cho con người. Việc phân tích thành phần nước thải là rất quan trọng để xác định phương pháp xử lý phù hợp. Các chất ô nhiễm trong nước thải bệnh viện cần được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường nhằm đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng.

II. Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện hiện nay rất đa dạng, bao gồm các phương pháp sinh học, hóa học và vật lý. Trong đó, phương pháp sinh học được sử dụng phổ biến do tính hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Các phương pháp như mương ôxy hóa, bùn hoạt tính, và lò sinh học ngập nước là những công nghệ thường được áp dụng. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Ví dụ, phương pháp mương ôxy hóa có khả năng xử lý hiệu quả các chất hữu cơ nhưng yêu cầu diện tích lớn. Trong khi đó, bùn hoạt tính có thể xử lý nhanh chóng nhưng lại tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quy mô bệnh viện, loại nước thải và chi phí đầu tư.

2.1. Phương pháp thiếu hiếu khí

Phương pháp thiếu hiếu khí (AO) là một trong những công nghệ tiên tiến được áp dụng trong xử lý nước thải bệnh viện. Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy. Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm thiểu lượng bùn thải và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu cho thấy, phương pháp AO có thể xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm như COD, amoni và TSS. Đặc biệt, việc sử dụng giá thể sinh học Eco Bio Block (EBB) cải tiến trong phương pháp này đã cho thấy hiệu quả cao trong việc nâng cao khả năng xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.

III. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải

Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện là một bước quan trọng để xác định tính khả thi của các công nghệ áp dụng. Các chỉ tiêu như COD, amoni và TSS thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến trong hệ thống xử lý thiếu hiếu khí đã mang lại kết quả khả quan. Cụ thể, hiệu suất xử lý COD có thể đạt tới 90%, trong khi amoni và TSS cũng được giảm đáng kể. Những kết quả này không chỉ chứng minh tính hiệu quả của công nghệ mà còn mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải bệnh viện tại Việt Nam.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy, hệ thống xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu hiếu khí với giá thể sinh học EBB cải tiến đã đạt được hiệu suất xử lý cao. Cụ thể, trong các thử nghiệm, hiệu suất xử lý COD đạt 85-90%, amoni giảm từ 50-70%, và TSS giảm từ 60-80%. Những kết quả này cho thấy, việc áp dụng công nghệ EBB không chỉ giúp xử lý hiệu quả nước thải mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu và mở ra cơ hội ứng dụng công nghệ này trong các cơ sở y tế khác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước thải bệnh viện là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng, chứa hàm lượng hữu cơ cao, các chất dinh dưỡng và vi sinh vật gây bệnh với tổng coliforms lên đến 10^6 - 10^7 MPN/100ml, vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Theo báo cáo của ngành y tế, hiện có khoảng 1.023 bệnh viện nhà nước và 64 bệnh viện tư nhân với tổng số hơn 140.000 giường bệnh, cùng hàng nghìn cơ sở y tế khác, tạo ra lượng nước thải lớn và phức tạp. Tuy nhiên, gần 46% số bệnh viện chưa có hệ thống xử lý nước thải và 70% hệ thống hiện có không đạt chuẩn. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bệnh viện hiệu quả, thân thiện môi trường là cấp thiết nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường sống.

Luận văn tập trung đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu - hiếu khí (AO) kết hợp sử dụng giá thể sinh học Eco-Bio Block (EBB) cải tiến. Mục tiêu cụ thể gồm sản xuất EBB phù hợp với điều kiện Việt Nam, thí nghiệm và đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, amoni, TSS, đồng thời đề xuất phương án xử lý tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện tại bệnh viện E, quận Cầu Giấy, Hà Nội trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 11 năm 2015, với quy mô phòng thí nghiệm và mô hình thí nghiệm AO thiếu - hiếu khí. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước và cải thiện chất lượng sống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh học, trong đó nổi bật là:

• Phương pháp thiếu - hiếu khí (AO): Kết hợp giai đoạn thiếu khí và hiếu khí nhằm xử lý hữu cơ và chuyển hóa nitơ hiệu quả, giảm chi phí năng lượng so với các công nghệ truyền thống.
• Giá thể sinh học Eco-Bio Block (EBB): Là khối rắn tổng hợp từ các vật liệu như sỏi, keramzit, xi măng, than hoạt tính và chế phẩm vi sinh Sagi-Bio, tạo môi trường bám dính và phát triển vi sinh vật có lợi, tăng cường khả năng xử lý ô nhiễm.
• Các khái niệm chính: COD (nhu cầu oxy hóa học), Amoni (NH4+), TSS (tổng chất rắn lơ lửng), vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí, hiệu suất xử lý, thời gian lưu nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là nước thải lấy từ bể điều hòa bệnh viện E, quận Cầu Giấy, Hà Nội. Nghiên cứu thực hiện thí nghiệm mô hình AO thiếu - hiếu khí trong phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

• Cỡ mẫu: Mẫu nước thải được lấy định kỳ, phân tích các chỉ tiêu COD, amoni, TSS theo tiêu chuẩn TCVN.
• Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu nước thải đầu vào và sau xử lý tại các giai đoạn của mô hình AO.
• Phương pháp phân tích: Phân tích COD theo TCVN 6491:1999, amoni theo TCVN 5988:1995, TSS theo TCVN 6625:2000.
• Quy trình thí nghiệm: Mô hình AO gồm cột thiếu khí và cột hiếu khí chứa giá thể EBB cải tiến, được cấy vi sinh Sagi-Bio với mật độ vi sinh hiếu khí tăng từ 5,4×10^5 lên 3,7×10^7 CFU/g sau 10 ngày nuôi cấy. Thí nghiệm điều chỉnh lưu lượng từ 0,5 đến 3 lít/giờ, thời gian lưu nước từ 2,7 đến 16 giờ, duy trì DO 4-10 mg/l và pH 6,5-8,5.
• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 4 đến tháng 11 năm 2015, bao gồm giai đoạn sản xuất EBB, nuôi cấy vi sinh, thí nghiệm xử lý và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sản xuất EBB cải tiến: Tỷ lệ phối trộn vật liệu tối ưu gồm 64% rỗng, 12% cát, 38% keramzit, 11% xi măng, 18% than hoạt tính và 21% zeolit, với lượng nước phối trộn 120 ml/viên cho kết cấu chắc chắn, bề mặt tiếp xúc lớn, phù hợp cho vi sinh vật bám dính.

2. Tăng trưởng vi sinh vật trên EBB: Mật độ vi sinh hiếu khí tăng từ 5,4×10^5 CFU/g lên 3,7×10^7 CFU/g sau 10 ngày, vi sinh kỵ khí cũng tăng hơn 2 lần, đảm bảo hiệu quả xử lý sinh học.

3. Hiệu suất xử lý COD: Qua mô hình AO sử dụng EBB cải tiến, COD giảm từ 300 mg/l xuống còn khoảng 150 mg/l, đạt hiệu suất xử lý trên 50%. Lưu lượng và thời gian lưu nước ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả xử lý.

4. Hiệu suất xử lý Amoni: Nồng độ amoni giảm từ 40 mg/l xuống dưới 20 mg/l, hiệu suất xử lý đạt khoảng 50%, cho thấy khả năng chuyển hóa nitơ hiệu quả của hệ thống AO kết hợp EBB.

5. Hiệu suất xử lý TSS: Tổng chất rắn lơ lửng giảm từ 150 mg/l xuống dưới 75 mg/l, hiệu suất xử lý đạt trên 50%, góp phần cải thiện chất lượng nước thải đầu ra.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ AO kết hợp giá thể sinh học EBB cải tiến có khả năng xử lý hiệu quả các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong nước thải bệnh viện. Việc sử dụng EBB với cấu trúc rỗng và vật liệu đa dạng tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, tăng diện tích bám dính và khả năng phân hủy hữu cơ. So với các công nghệ truyền thống như bùn hoạt tính hay màng sinh học MBR, công nghệ này có ưu điểm chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản và thân thiện môi trường.

Biểu đồ thể hiện sự giảm dần nồng độ COD, amoni và TSS theo thời gian lưu nước và lưu lượng sẽ minh họa rõ hiệu quả xử lý. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, hiệu suất xử lý COD và amoni đạt mức tương đương hoặc cao hơn, đồng thời giảm thiểu phát sinh bùn thải và mùi hôi.

Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ là hiện tượng tắc nghẽn do lượng bùn dư cao trong EBB, cần bố trí khoảng cách phù hợp khi lắp đặt để duy trì hiệu quả. Ngoài ra, việc duy trì nguồn oxy tự nhiên trong EBB giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi mất điện, tăng tính bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai công nghệ AO kết hợp EBB cải tiến tại các bệnh viện: Áp dụng quy mô pilot trong 6-12 tháng tại các bệnh viện có quy mô vừa và nhỏ nhằm đánh giá thực tiễn, giảm COD và amoni xuống dưới tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT.

2. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì: Tổ chức khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ quản lý và kỹ thuật viên bệnh viện về vận hành hệ thống AO-EBB, đảm bảo vận hành ổn định và xử lý sự cố kịp thời.

3. Nâng cao năng lực sản xuất EBB trong nước: Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác sản xuất EBB cải tiến với vật liệu sẵn có, giảm chi phí và tăng tính khả thi kinh tế.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình vận hành: Phối hợp với cơ quan quản lý nhà nước ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật cho công nghệ AO-EBB, quy trình vận hành và bảo dưỡng nhằm đảm bảo chất lượng xử lý và an toàn môi trường.

5. Nghiên cứu mở rộng xử lý các thành phần ô nhiễm khác: Tiếp tục nghiên cứu khả năng xử lý vi sinh vật gây bệnh, kim loại nặng và các chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải bệnh viện bằng công nghệ AO-EBB.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường bệnh viện: Nhận diện công nghệ xử lý nước thải phù hợp, giảm thiểu ô nhiễm và đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường.

2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường: Áp dụng mô hình AO kết hợp EBB cải tiến trong thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải bệnh viện, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, quy trình sản xuất EBB và kết quả thí nghiệm để phát triển công nghệ xử lý nước thải sinh học.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu sinh học và thiết bị xử lý nước thải: Nắm bắt công nghệ EBB cải tiến, phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam và khu vực.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ AO kết hợp EBB cải tiến có ưu điểm gì so với công nghệ truyền thống?
   Công nghệ này tiết kiệm diện tích, chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản, hiệu quả xử lý COD và amoni trên 50%, đồng thời thân thiện môi trường nhờ sử dụng vật liệu sinh học và vi sinh vật tự nhiên.

2. EBB cải tiến được sản xuất từ những vật liệu nào?
   EBB cải tiến gồm sỏi, keramzit, xi măng, than hoạt tính, zeolit và chế phẩm vi sinh Sagi-Bio, tạo môi trường bám dính vi sinh vật hiệu quả, tăng khả năng xử lý ô nhiễm.

3. Thời gian lưu nước ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?
   Thời gian lưu nước dài hơn (từ 8 đến 16 giờ) giúp vi sinh vật có đủ thời gian phân hủy chất ô nhiễm, nâng cao hiệu suất xử lý COD, amoni và TSS.

4. Vi sinh vật trên EBB có thể duy trì khi mất điện không?
   EBB cải tiến thiết kế lấy oxy tự nhiên, giúp vi sinh vật duy trì sự sống và hoạt động ngay cả khi hệ thống mất điện, đảm bảo xử lý liên tục.

5. Phương pháp phân tích COD, amoni và TSS được thực hiện như thế nào?
   Phân tích COD theo TCVN 6491:1999 bằng phương pháp dicromat kali; amoni theo TCVN 5988:1995; TSS theo TCVN 6625:2000, đảm bảo độ chính xác và tin cậy cho kết quả nghiên cứu.

Kết luận

• Nghiên cứu đã sản xuất thành công EBB cải tiến với tỷ lệ vật liệu phù hợp, tạo môi trường tối ưu cho vi sinh vật phát triển.
• Mô hình AO thiếu - hiếu khí kết hợp EBB cải tiến xử lý hiệu quả COD, amoni và TSS với hiệu suất trên 50%.
• Vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí trên EBB tăng trưởng nhanh, đảm bảo khả năng xử lý sinh học ổn định.
• Công nghệ AO-EBB có ưu điểm chi phí thấp, vận hành đơn giản, thân thiện môi trường và phù hợp với điều kiện Việt Nam.
• Đề xuất triển khai thí điểm, đào tạo nhân lực và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bệnh viện.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở y tế và nhà quản lý môi trường nên phối hợp triển khai công nghệ AO kết hợp EBB cải tiến, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng để nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường bền vững.