Ứng Dụng Công Nghệ Sponge-MBR (Module Màng Sợi) Xử Lý Nước Thải Y Tế

• Tác giả: Phạm Tuấn Quỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Xuân Thành
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ Sponge-MBR (Module Màng Sợi) Xử Lý Nước Thải Y Tế
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• 1. CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Tổng quan về nước thải y tế
• 1.4. Thành phần, tính chất nước thải y tế
• 1.5. Công nghệ xử lý nước thải y tế
• 1.6. Tổng quan chất kháng sinh
• 1.6.1. Định nghĩa kháng sinh
• 1.6.2. Phân loại chất kháng sinh
• 1.6.3. Tác hại chất kháng sinh đối với con người và môi trường
• 1.6.4. Các nhóm kháng sinh thường xuất hiện trong môi trường nước
• 1.7. Công nghệ MBR trong xử lý nước thải
• 1.7.1. Công nghệ sinh học màng MBR
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Mô hình thí nghiệm
• 2.2.1. Cấu tạo mô hình
• 2.2.2. Vận hành mô hình
• 2.3. Nước thải sử dụng trong nghiên cứu
• 2.4. Bùn nuôi cấy ban đầu
• 2.5. Lấy mẫu và phương pháp phân tích
• 2.5.1. Vị trí và tần suất lấy mẫu
• 2.5.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước thải
• 2.5.3. Phương pháp xác định trở lực màng
• 2.5.4. Phương pháp xác định MLSS, MLVSS trong sponge, cân bằng nồng độ MLSS, MLVSS trong bể MBR có giá thể sponge
• 2.5.5. Chỉ tiêu UVA254
• 2.5.6. Phương pháp cân bằng Nitơ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiệu quả xử lý của mô hình ở các điều kiện vận hành
• 3.2. Đặc điểm của bùn hoạt tính trong bể Sponge-MBR
• 3.3. Hiệu quả xử lý COD
• 3.4. Hiệu quả xử lý Nitơ và cân bằng Nitơ của hệ thống
• 3.5. Hiệu quả xử lý TP
• 3.6. pH và Độ Kiềm
• 3.7. Hiệu quả xử lý TSS
• 3.8. Đặc tính bẩn màng của hệ thống
• 3.9. ÁP suất chuyển màng TMP
• 3.10. Trở lực màng
• 3.11. UVA254, Protein và Polysaccharide
• 3.12. Khả năng loại bỏ kháng sinh của hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• SẢN PHẨM CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Sponge MBR Xử Lý Nước Thải Y Tế

Xử lý nước thải y tế hiệu quả là vấn đề cấp thiết. Nước thải y tế chứa nhiều thành phần độc hại, từ vi khuẩn gây bệnh đến dư lượng dược phẩm (PhACs). Các công nghệ truyền thống như bùn hoạt tính (CAS) gặp khó khăn trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất này. Công nghệ sinh học màng (MBR) nổi lên như một giải pháp tiềm năng, kết hợp ưu điểm của quá trình sinh học và màng lọc. Tuy nhiên, bẩn màng là thách thức lớn của MBR. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Sponge-MBR, sử dụng vật liệu sponge làm giá thể, hứa hẹn giảm thiểu bẩn màng và nâng cao hiệu quả xử lý.

1.1. Giới Thiệu Về Công Nghệ Sinh Học Màng MBR

Công nghệ sinh học màng (MBR) kết hợp quá trình xử lý sinh học (bùn hoạt tính) với quá trình lọc màng. MBR có nhiều ưu điểm so với CAS: tiết kiệm diện tích, chất lượng nước đầu ra tốt hơn, loại bỏ hiệu quả các chất khó phân hủy sinh học. "Việc ứng dụng công nghệ sinh học màng (MBR) trong xử lý nước thải ngày càng phổ biến bởi tính ưu việt của công nghệ này so với công nghệ bùn hoạt tính thông thường (CAS) như: tiết kiệm được diện tích xây dựng, chất lượng nước đầu ra tốt hơn… (Melin và cộng sự, 2006)". MBR đặc biệt phù hợp cho xử lý nước thải y tế, nơi chứa nhiều vi khuẩn, virus và dược phẩm tồn dư.

1.2. Công Nghệ Sponge MBR Giải Pháp Giảm Bẩn Màng

Bẩn màng là vấn đề lớn của công nghệ MBR, làm giảm hiệu suất và tăng chi phí vận hành. Sponge-MBR sử dụng vật liệu sponge làm giá thể cho vi sinh vật, giúp tăng sinh khối, cải thiện quá trình xử lý sinh học, và giảm bẩn màng. Giá thể sponge có độ xốp cao, tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, đồng thời giảm sự lắng đọng và tích tụ chất bẩn trên màng lọc. Ngo và cộng sự (2008) chỉ ra rằng, "Giá thể sponge có độ xốp cao tạo điều kiện cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển giúp giảm bẩn màng hiệu quả đồng thời chi phí thấp".

II. Vấn Đề Nước Thải Y Tế Nguy Cơ Tiềm Ẩn Ô Nhiễm Cao

Nước thải y tế là nguồn ô nhiễm phức tạp và nguy hiểm. Nó chứa nhiều chất độc hại, bao gồm vi khuẩn, virus gây bệnh, hóa chất xét nghiệm, dược phẩm, và các chất hữu cơ. "Nước thải bệnh viện chứa chất gây ô nhiễm độc hại, chẳng hạn như: vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, virus), chất còn lại của y học và phòng thí nghiệm hóa chất (thuốc kháng sinh, phenol, chloroform) và các chất hữu cơ phân hủy sinh học (protein, chất béo, carbohydrate) (Arifin và cộng sự, 2008; Gawad và cộng sự, 2011)". Nếu không được xử lý đúng cách, nước thải y tế gây ô nhiễm nguồn nước, đe dọa sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Việc xử lý nước thải y tế hiệu quả là yêu cầu bắt buộc.

2.1. Thành Phần Ô Nhiễm Đặc Trưng Của Nước Thải Y Tế

Nước thải y tế chứa nhiều thành phần ô nhiễm nguy hại. Vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, virus) có khả năng lây lan bệnh tật. Hóa chất xét nghiệm, dược phẩm (kháng sinh, thuốc chống ung thư) gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các chất hữu cơ làm tăng COD, BOD, gây ô nhiễm nguồn nước. Chính vì vậy, cần có các quy trình xử lý nước thải đảm bảo loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm thiểu tối đa các chất ô nhiễm này.

2.2. Các Tiêu Chuẩn Xả Thải Nước Thải Y Tế Hiện Hành

Việc xử lý nước thải y tế phải tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt. Các tiêu chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm (COD, BOD, TSS, kim loại nặng, vi sinh vật). Vi phạm các tiêu chuẩn xả thải có thể dẫn đến các hình phạt hành chính và gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Vì vậy, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp là vô cùng quan trọng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ứng Dụng Sponge MBR Hiệu Quả Cao

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Sponge-MBR (Module màng sợi) để xử lý nước thải y tế là giải pháp đầy hứa hẹn. Đề tài này tập trung vào đánh giá hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm, đặc biệt là khả năng loại bỏ kháng sinh, và khảo sát đặc tính bẩn màng. Mục tiêu là tìm ra điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống Sponge-MBR, đảm bảo nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải và giảm thiểu chi phí vận hành. Nghiên cứu của Phạm Tuấn Quỳnh đã thực hiện thông qua "vận hành mô hình Sponge-MBR với module màng sợi có kích thước lỗ 0,4 µm xử lý nước thải bệnh viện".

3.1. Quy Trình Vận Hành Mô Hình Sponge MBR Nghiên Cứu

Mô hình Sponge-MBR được vận hành với module màng sợi rỗng, bổ sung giá thể bọt biển polyethylene. Các thông số vận hành (lưu lượng, thời gian lưu nước) được kiểm soát chặt chẽ. Nước thải được lấy từ bệnh viện, có thành phần và nồng độ ô nhiễm đặc trưng. Quá trình lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm được thực hiện theo quy trình chuẩn. "Mô hình được vận hành với các thông lượng khác nhau: 10, 15, 20 LMH."

3.2. Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Của Sponge MBR

Hiệu quả xử lý nước thải của Sponge-MBR được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu: COD, BOD, TSS, Nitơ, Phốt pho, vi sinh vật, và nồng độ kháng sinh. Đặc tính bẩn màng được đánh giá thông qua các chỉ số: áp suất chuyển màng (TMP), trở lực màng, thành phần chất bẩn trên màng. So sánh hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng ở các điều kiện vận hành khác nhau để tìm ra điều kiện tối ưu.

3.3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Xử Lý Sponge MBR

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải của Sponge-MBR: Lưu lượng nước thải, thời gian lưu nước, nồng độ oxy hòa tan (DO), pH, nhiệt độ. Đặc tính của nước thải đầu vào (thành phần, nồng độ ô nhiễm). Tính chất của vật liệu sponge (kích thước, độ xốp). Điều kiện vận hành và bảo trì màng lọc. Cần kiểm soát và tối ưu hóa các yếu tố này để đạt hiệu quả xử lý tốt nhất.

IV. Ứng Dụng Kết Quả Thực Tiễn Đánh Giá Hiệu Quả Sponge MBR

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ Sponge-MBR có khả năng xử lý nước thải y tế hiệu quả, đạt tiêu chuẩn xả thải. Hệ thống Sponge-MBR loại bỏ tốt các chất ô nhiễm hữu cơ (COD, BOD), Nitơ, Phốt pho, và giảm thiểu bẩn màng. Đặc biệt, Sponge-MBR có khả năng loại bỏ một phần kháng sinh, một vấn đề nan giải trong xử lý nước thải y tế. "Kết quả cho thấy, Hiệu quả loại bỏ của các chất ôi nhiễm ứng với từng giai đoạn là COD: 97, 96, 96%, TN: 55, 65, 53%, TP: 45, 47 43%."

4.1. Đánh Giá Khả Năng Loại Bỏ Chất Ô Nhiễm Của Sponge MBR

Sponge-MBR thể hiện khả năng loại bỏ COD, BOD, TSS, Nitơ, và Phốt pho hiệu quả. Nồng độ các chất ô nhiễm sau xử lý đều đạt tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện vận hành và đặc tính của nước thải đầu vào. Phạm Tuấn Quỳnh cho rằng, "Tất cả các chỉ tiêu đầu ra đều đạt QCVN 28:2010/BTNMT".

4.2. Hiệu Quả Giảm Bẩn Màng Của Vật Liệu Sponge

Vật liệu sponge có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu bẩn màng. Sponge giúp tăng sinh khối vi sinh vật, tạo lớp màng sinh học bảo vệ màng lọc, và giảm sự lắng đọng chất bẩn. Kết quả cho thấy tốc độ tăng áp suất chuyển màng (TMP) của hệ thống Sponge-MBR thấp hơn so với MBR thông thường. "Việc thêm giá thể sponge vào hệ thống MBR đem lại hiệu quả giảm bẩn màng rõ rệt, tốc độ tăng TMP của hệ thống Sponge-MBR rất thấp.".

4.3. Khả Năng Loại Bỏ Kháng Sinh Trong Nước Thải

Sponge-MBR có khả năng loại bỏ một phần kháng sinh trong nước thải y tế. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ chưa cao và cần kết hợp với các phương pháp xử lý khác để loại bỏ hoàn toàn kháng sinh. Nước thải sau xử lý vẫn cần được giám sát chặt chẽ để đảm bảo an toàn. "Mặt khác hệ thống còn có khả năng xử lý một phần chất kháng sinh trong nước thải bênh viện với nồng độ kháng sinh đầu vào cao và thiếu ổn định".

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Sponge MBR

Công nghệ Sponge-MBR là giải pháp tiềm năng cho xử lý nước thải y tế hiệu quả. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng rộng rãi Sponge-MBR trong thực tế. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình vận hành, nâng cao hiệu quả xử lý, và giảm chi phí. Việc kết hợp Sponge-MBR với các công nghệ xử lý tiên tiến khác hứa hẹn mang lại giải pháp toàn diện cho xử lý nước thải y tế.

5.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Vận Hành Sponge MBR

Cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố vận hành (lưu lượng, thời gian lưu nước, DO, pH, nhiệt độ) đến hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng. Sử dụng các phương pháp mô hình hóa để dự đoán và tối ưu hóa quy trình vận hành. Áp dụng các kỹ thuật điều khiển tự động để duy trì điều kiện vận hành ổn định và tối ưu.

5.2. Nâng Cao Hiệu Quả Loại Bỏ Kháng Sinh Bằng Sponge MBR

Nghiên cứu các phương pháp tăng cường khả năng loại bỏ kháng sinh của Sponge-MBR, như sử dụng vật liệu sponge cải tiến, bổ sung vi sinh vật đặc biệt, hoặc kết hợp với quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs). Đánh giá hiệu quả loại bỏ các loại kháng sinh khác nhau và cơ chế loại bỏ của Sponge-MBR.

5.3. Nghiên Cứu Ứng Dụng Sponge MBR Trong Thực Tế

Thực hiện các nghiên cứu thí điểm và ứng dụng Sponge-MBR tại các bệnh viện và cơ sở y tế khác nhau. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của việc ứng dụng Sponge-MBR so với các công nghệ xử lý nước thải y tế khác. Xây dựng hướng dẫn thiết kế và vận hành hệ thống Sponge-MBR cho các cơ sở y tế.

Tổng quan nghiên cứu

Nước thải y tế chứa nhiều thành phần ô nhiễm độc hại như vi khuẩn, virus, các hợp chất dược phẩm và hóa chất, đặc biệt là các chất kháng sinh khó phân hủy sinh học. Tại Việt Nam, nồng độ COD trong nước thải bệnh viện dao động từ 250 đến 500 mg/L, tổng nitơ (T-N) từ 50 đến 90 mg/L, và tổng photpho (T-P) từ 3 đến 12 mg/L, gây áp lực lớn lên môi trường nếu không được xử lý hiệu quả. Công nghệ sinh học màng (MBR) đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhờ khả năng loại bỏ chất rắn lơ lửng và các hợp chất khó phân hủy, đồng thời tiết kiệm diện tích xây dựng. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của MBR là hiện tượng bẩn màng, làm giảm hiệu suất và tăng chi phí vận hành.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ Sponge-MBR với module màng sợi rỗng kích thước lỗ 0,4 µm, bổ sung giá thể bọt biển polyethylene chiếm 20% thể tích bể phản ứng, nhằm xử lý nước thải bệnh viện Trưng Vương, TP. Hồ Chí Minh. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, tổng nitơ, tổng photpho, đặc tính bẩn màng và khả năng loại bỏ các chất kháng sinh trong nước thải y tế. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm với các thông lượng vận hành 10, 15 và 20 LMH, tương ứng thời gian lưu nước từ 5 đến 10 giờ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải y tế hiệu quả, thân thiện môi trường và giảm thiểu ô nhiễm do các chất kháng sinh gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Công nghệ sinh học màng (MBR) kết hợp quá trình bùn hoạt tính và quá trình lọc màng vi lọc (MF) hoặc siêu lọc (UF), giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước thải. Màng sợi rỗng (Hollow Fiber - HF) được sử dụng phổ biến do diện tích bề mặt lớn và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, hiện tượng bẩn màng do tích tụ vi sinh vật, chất keo và các hợp chất hòa tan là thách thức lớn, làm tăng áp suất chuyển màng (TMP) và giảm tuổi thọ màng.

Giá thể sponge (bọt biển polyethylene) với độ xốp cao được bổ sung vào bể MBR nhằm giảm bẩn màng bằng cơ chế va chạm và ma sát giữa giá thể và màng, làm bong tróc lớp bùn bám trên màng. Ngoài ra, sponge còn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển bám dính, tăng hiệu quả xử lý nitơ nhờ quá trình thiếu khí bên trong giá thể. Các khái niệm chính bao gồm: trở lực màng tổng (Rt), trở lực lớp bánh bùn (Rc), trở lực lớp keo (Rf), và áp suất chuyển màng (TMP).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình Sponge-MBR quy mô phòng thí nghiệm với bể kính kích thước 28x8x60 cm, thể tích hữu ích 8 lít, màng MF dạng sợi rỗng Mitsubishi có kích thước lỗ 0,4 µm và diện tích bề mặt 0,1 m². Giá thể sponge chiếm 20% thể tích bể, kích thước 1x1x1 cm, khối lượng riêng 28-45 kg/m³.

Nước thải được lấy từ bể điều hòa hệ thống xử lý nước thải bệnh viện Trưng Vương, với nồng độ COD trung bình 300 mg/L, NH4+-N 6,6 mg/L, PO43--P 1,3 mg/L và tổng coliform 2x10^8 MPN/100 ml. Bùn hoạt tính ban đầu có MLSS 5000 mg/L được lấy từ hệ thống MBR bệnh viện Bưu Điện 2.

Mô hình vận hành ở các thông lượng 10, 15 và 20 LMH, tương ứng thời gian lưu nước 10, 6,7 và 5 giờ, thời gian lưu bùn 20 ngày. Các chỉ tiêu phân tích gồm pH, độ kiềm, TSS, COD, T-P, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, TKN, MLSS, MLVSS, SVI, TMP, UVA254 và nồng độ các chất kháng sinh sulfamethoxazole, norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin. Phân tích kháng sinh được thực hiện bằng phương pháp SPE-HPLC-MS/MS.

Trở lực màng được xác định qua các bước đo TMP ở các thông lượng khác nhau, phân tách thành trở lực màng sạch (Rm), trở lực lớp bánh bùn (Rc) và trở lực lớp keo (Rf). Mẫu nước và bùn được lấy định kỳ theo tần suất từ 1 đến 5 lần mỗi tuần, TMP được đo 3 lần/ngày để theo dõi đặc tính bẩn màng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý COD: Ở các thông lượng 10, 15 và 20 LMH, hiệu suất loại bỏ COD đạt lần lượt 97%, 96% và 96%, với nồng độ COD đầu ra luôn dưới 20 mg/L, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT (50 mg/L). Điều này chứng tỏ hệ thống Sponge-MBR vận hành ổn định và hiệu quả cao trong xử lý nước thải y tế có nồng độ COD trung bình khoảng 300 mg/L.

2. Hiệu quả xử lý nitơ và photpho: Tỷ lệ loại bỏ tổng nitơ (TN) dao động từ 53% đến 65%, tổng photpho (TP) từ 43% đến 47% tùy theo thông lượng vận hành. Kết quả này cho thấy khả năng xử lý nitơ và photpho của hệ thống Sponge-MBR tương đối tốt, phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải y tế.

3. Đặc tính bẩn màng: Áp suất chuyển màng (TMP) tăng rất chậm trong suốt quá trình vận hành, cho thấy hiệu quả giảm bẩn màng rõ rệt nhờ bổ sung giá thể sponge. Trở lực lớp bánh bùn (Rc) chỉ chiếm 13-16% tổng trở lực màng, thấp hơn nhiều so với hệ thống MBR thông thường, giúp kéo dài tuổi thọ màng và giảm chi phí vận hành.

4. Khả năng loại bỏ kháng sinh: Hệ thống Sponge-MBR có khả năng xử lý một phần các chất kháng sinh phổ biến trong nước thải bệnh viện như sulfamethoxazole, norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin, mặc dù nồng độ đầu vào cao và biến động. Tuy nhiên, nước thải sau xử lý vẫn cần áp dụng thêm các phương pháp xử lý bổ sung để loại bỏ triệt để các chất này.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý COD và các chất dinh dưỡng của hệ thống Sponge-MBR vượt trội so với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống nhờ sự kết hợp giữa sinh trưởng vi sinh vật lơ lửng và bám dính trên giá thể sponge. Kết quả tương đồng với các nghiên cứu trước đây cho thấy công nghệ MBR với màng sợi rỗng có thể đạt hiệu suất xử lý COD trên 80% và COD đầu ra dưới 30 mg/L.

Đặc tính bẩn màng được cải thiện rõ rệt nhờ cơ chế va chạm và ma sát của giá thể sponge, làm giảm sự tích tụ lớp bánh bùn và lớp keo trên màng. Biểu đồ TMP theo thời gian thể hiện sự tăng áp suất rất thấp, minh chứng cho hiệu quả giảm bẩn màng, giúp giảm tần suất rửa màng và chi phí vận hành.

Khả năng loại bỏ kháng sinh mặc dù chưa hoàn toàn triệt để nhưng đã cho thấy tiềm năng ứng dụng của Sponge-MBR trong xử lý nước thải y tế chứa các hợp chất khó phân hủy sinh học. So với các nghiên cứu khác, việc bổ sung giá thể sponge còn giúp tăng hiệu quả khử nitơ nhờ quá trình thiếu khí diễn ra bên trong các bọt biển.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường áp dụng công nghệ Sponge-MBR: Khuyến khích các cơ sở y tế và nhà máy xử lý nước thải y tế áp dụng công nghệ Sponge-MBR để nâng cao hiệu quả xử lý COD, nitơ, photpho và giảm bẩn màng, giảm chi phí vận hành trong vòng 1-2 năm tới.

2. Phát triển công nghệ xử lý bổ sung: Nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp xử lý bổ sung như hấp phụ than hoạt tính, oxy hóa nâng cao để loại bỏ triệt để các chất kháng sinh còn tồn dư trong nước thải sau xử lý Sponge-MBR, nhằm đảm bảo an toàn môi trường.

3. Tối ưu hóa kích thước và tỷ lệ giá thể sponge: Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước và tỷ lệ thể tích giá thể sponge đến hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng, nhằm tối ưu hóa thiết kế hệ thống trong vòng 1 năm.

4. Giám sát và kiểm soát quá trình vận hành: Thiết lập hệ thống giám sát liên tục các chỉ tiêu như TMP, COD, nitơ, photpho và nồng độ kháng sinh để điều chỉnh kịp thời các thông số vận hành, đảm bảo hiệu quả xử lý ổn định và kéo dài tuổi thọ màng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm chi tiết về công nghệ Sponge-MBR, giúp phát triển các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải y tế và công nghệ màng.

2. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành nhà máy xử lý nước thải: Thông tin về đặc tính bẩn màng, hiệu quả xử lý và vận hành mô hình giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, giảm chi phí bảo trì và nâng cao hiệu suất xử lý.

3. Cơ quan quản lý môi trường và y tế: Cung cấp dữ liệu khoa học về hiệu quả xử lý nước thải y tế, đặc biệt là khả năng loại bỏ các chất kháng sinh, hỗ trợ xây dựng chính sách và quy chuẩn xử lý nước thải bệnh viện.

4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp công nghệ xử lý nước: Tham khảo để đánh giá tiềm năng ứng dụng và phát triển công nghệ Sponge-MBR trong các dự án xử lý nước thải y tế, góp phần nâng cao giá trị đầu tư và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ Sponge-MBR có ưu điểm gì so với MBR truyền thống?
   Sponge-MBR giảm bẩn màng hiệu quả nhờ giá thể sponge va chạm làm bong tróc lớp bùn bám, giảm áp suất chuyển màng (TMP) và kéo dài tuổi thọ màng. Ngoài ra, sponge còn tăng hiệu quả xử lý nitơ nhờ quá trình thiếu khí bên trong giá thể.

2. Hiệu quả loại bỏ COD của hệ thống Sponge-MBR đạt bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại bỏ COD đạt trên 96% ở các thông lượng vận hành khác nhau, với nồng độ COD đầu ra luôn dưới 20 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT.

3. Khả năng xử lý các chất kháng sinh trong nước thải như thế nào?
   Hệ thống Sponge-MBR có khả năng loại bỏ một phần các chất kháng sinh phổ biến như sulfamethoxazole, norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin, tuy nhiên cần kết hợp thêm các phương pháp xử lý bổ sung để đạt hiệu quả triệt để.

4. Tại sao cần bổ sung giá thể sponge vào bể MBR?
   Giá thể sponge có độ xốp cao tạo môi trường cho vi sinh vật bám dính phát triển, đồng thời va chạm với màng giúp giảm bẩn màng, giảm trở lực màng và tăng hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm.

5. Thời gian lưu bùn và thông lượng vận hành ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?
   Thời gian lưu bùn 20 ngày đảm bảo vi sinh vật nitrate hóa phát triển tốt. Thông lượng vận hành từ 10 đến 20 LMH tương ứng thời gian lưu nước từ 10 đến 5 giờ, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng, trong đó hiệu quả xử lý COD duy trì ổn định trên 96% ở tất cả các mức thông lượng.

Kết luận

• Công nghệ Sponge-MBR với module màng sợi rỗng và giá thể sponge chiếm 20% thể tích bể phản ứng đạt hiệu quả xử lý COD trên 96%, nitơ 53-65% và photpho 43-47%, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải nước thải y tế.
• Giá thể sponge giúp giảm đáng kể hiện tượng bẩn màng, với trở lực lớp bánh bùn chỉ chiếm 13-16% tổng trở lực màng, làm chậm tốc độ tăng TMP và kéo dài tuổi thọ màng.
• Hệ thống có khả năng loại bỏ một phần các chất kháng sinh phổ biến trong nước thải bệnh viện, tuy nhiên cần kết hợp xử lý bổ sung để đạt hiệu quả triệt để.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc ứng dụng và phát triển công nghệ xử lý nước thải y tế hiệu quả, thân thiện môi trường.
• Đề xuất tiếp tục tối ưu hóa kích thước giá thể sponge, phát triển công nghệ xử lý bổ sung và giám sát vận hành để nâng cao hiệu quả xử lý trong các ứng dụng thực tế.

Hành động tiếp theo: Các nhà nghiên cứu và đơn vị xử lý nước thải nên triển khai thử nghiệm công nghệ Sponge-MBR quy mô lớn, đồng thời phát triển các giải pháp xử lý bổ sung nhằm hoàn thiện công nghệ xử lý nước thải y tế hiện đại, bền vững.