Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu khám chữa bệnh và chăm sóc sức khỏe tại Việt Nam, đặc biệt là tại Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM), ngày càng tăng cao. Theo thống kê của Cục Quản lý môi trường y tế Bộ Y tế, cả nước hiện có khoảng 13.640 cơ sở y tế, thải ra khoảng 120.000 m³ nước thải y tế mỗi ngày. Tuy nhiên, chỉ khoảng 53,4% bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn, còn lại nhiều cơ sở chưa đầu tư hoặc xử lý chưa hiệu quả, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Tại TPHCM, trong số 108 bệnh viện lớn, có gần 48 bệnh viện chưa đạt chuẩn xử lý nước thải và khoảng 15 bệnh viện chưa có hệ thống xử lý nước thải y tế.

Nước thải y tế chứa nhiều thành phần độc hại như vi sinh vật gây bệnh, dược phẩm, hóa chất khử trùng, và các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải y tế hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả xử lý nước thải y tế bằng hệ thống pilot UMBR-MBR (Upflow Multi-layer Bioreactor kết hợp Membrane Bioreactor) công suất 2 m³/ngày, vận hành tại Bệnh viện Bưu Điện 2, TPHCM. Nghiên cứu tập trung xác định tỷ số tuần hoàn nội bộ (IR) tối ưu (IR = 1, 2, 3), đánh giá chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra, cũng như đặc tính màng và hiệu quả xử lý trong điều kiện vận hành thực tế. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất giải pháp xử lý nước thải y tế hiệu quả, tiết kiệm diện tích và chi phí, đồng thời đáp ứng quy chuẩn môi trường QCVN 28:2010/BTNMT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai công nghệ xử lý nước thải chính: công nghệ UMBR và công nghệ MBR.

  • Công nghệ UMBR (Upflow Multi-layer Bioreactor): Là bể phản ứng sinh học kết hợp các quá trình kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí trong cùng một bể, sử dụng dòng chảy ngược để phân tầng bùn, tăng hiệu quả xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng. UMBR giúp giảm diện tích xây dựng, tiết kiệm năng lượng và giảm lượng bùn sinh ra.

  • Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor): Kết hợp xử lý sinh học bùn hoạt tính với quá trình lọc màng (MF hoặc UF) để tách sinh khối vi sinh vật, loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và virus. MBR cho chất lượng nước sau xử lý cao, có thể tái sử dụng, giảm diện tích và chi phí xây dựng.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Tỷ số tuần hoàn nội bộ (IR): Tỷ lệ lưu lượng tuần hoàn từ bể MBR về bể UMBR, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và quá trình nitrat hóa, khử nitrat.

  • Thời gian lưu bùn (SRT): Thời gian giữ bùn trong hệ thống, ảnh hưởng đến sự phát triển vi sinh vật và hiệu quả xử lý.

  • Áp suất chuyển màng (TMP): Chỉ số phản ánh mức độ bẩn màng, ảnh hưởng đến hiệu suất lọc và cần được kiểm soát qua rửa màng.

  • Các chỉ tiêu phân tích: pH, DO, COD, BOD5, SS, NH4+-N, NO2--N, NO3--N, TKN, TP, MLSS, MLVSS, coliform.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nước thải y tế được lấy từ hồ ga sau nhà vệ sinh khu khám chữa bệnh Bệnh viện Bưu Điện 2, TPHCM. Khảo sát đặc tính nước thải và điều kiện mặt bằng tại 22 cơ sở y tế trên địa bàn TPHCM.

  • Mô hình nghiên cứu: Hệ thống pilot UMBR-MBR công suất 2 m³/ngày, gồm bể UMBR và bể MBR dạng bể trụ tròn kích thước 0,8 x 1,6 m, sử dụng module màng sợi rỗng PVDF kích thước lỗ 0,2 µm. Hệ thống vận hành với thời gian lưu bùn 30 ngày, tỷ số tuần hoàn nội bộ IR lần lượt là 1, 2 và 3.

  • Phương pháp phân tích: Lấy mẫu nước thải đầu vào, đầu ra và tại các bể theo tần suất định kỳ. Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm theo tiêu chuẩn APHA (1998). Đo trực tiếp các thông số pH, DO, TMP tại hiện trường. Kiểm soát vận hành bằng điều chỉnh lưu lượng, thời gian lọc/nghỉ của màng (8 phút lọc, 2 phút nghỉ), rửa ngược màng khi TMP đạt 40 kPa.

  • Timeline nghiên cứu: Thời gian vận hành và thu thập dữ liệu kéo dài 9 tháng, trong đó 15 ngày thích nghi hệ thống, 2 tháng đánh giá hiệu quả xử lý ở từng tỷ số tuần hoàn IR.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng:

    • Nồng độ COD đầu vào dao động từ 75 đến 184 mg/L, sau xử lý giảm xuống trung bình 8 mg/L, đạt hiệu suất loại bỏ trên 90%.

    • Nồng độ NH4+-N đầu vào khoảng 15 mg/L, sau xử lý giảm đáng kể, hiệu quả khử nitơ đạt trên 70%, với tỷ số tuần hoàn IR = 2 cho kết quả tối ưu.

  2. Ảnh hưởng của tỷ số tuần hoàn nội bộ (IR):

    • IR = 2 cho hiệu quả xử lý tốt nhất, cân bằng giữa quá trình nitrat hóa và khử nitrat, giảm thiểu nitơ dạng amoni và nitrat trong nước thải đầu ra.

    • IR = 1 và IR = 3 đều cho hiệu quả thấp hơn, IR = 3 gây quá tải tuần hoàn, làm giảm hiệu quả xử lý.

  3. Đặc tính màng và quá trình bẩn màng:

    • Áp suất chuyển màng (TMP) tăng chậm trong suốt 9 tháng vận hành, chỉ tiến hành rửa màng 2 lần, cho thấy quá trình bẩn màng diễn ra chậm.

    • Việc vận hành theo chu kỳ lọc 8 phút và nghỉ 2 phút giúp duy trì thông lượng màng ổn định.

  4. Chất lượng nước thải sau xử lý:

    • Các chỉ tiêu COD, BOD5, SS, NH4+-N, NO3--N, TN, TP đều đạt hoặc vượt quy chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT.

    • Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng cho các mục đích tưới cây hoặc các ứng dụng không tiếp xúc trực tiếp.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ thống UMBR-MBR nhờ sự kết hợp ưu điểm của bể UMBR trong xử lý chất hữu cơ và nitơ với công nghệ màng MBR giúp loại bỏ triệt để các chất rắn lơ lửng và vi sinh vật. Tỷ số tuần hoàn IR là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cân bằng sinh học trong bể, IR = 2 được xác định là tối ưu trong nghiên cứu này, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về công nghệ tương tự.

Quá trình bẩn màng được kiểm soát hiệu quả nhờ chế độ vận hành hợp lý, giảm tần suất rửa màng, từ đó giảm chi phí vận hành và kéo dài tuổi thọ màng. So sánh với các nghiên cứu khác, hiệu quả xử lý COD và nitơ của hệ thống tương đương hoặc vượt trội, đồng thời hệ thống không sử dụng hóa chất bổ sung, thân thiện với môi trường.

Việc áp dụng công nghệ UMBR-MBR tại các cơ sở y tế có diện tích hạn chế như tại TPHCM là giải pháp khả thi, tiết kiệm diện tích xây dựng hơn 20% so với công nghệ truyền thống, đồng thời giảm chi phí đầu tư và vận hành. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần nâng cao nhận thức về xử lý nước thải y tế, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống UMBR-MBR tại các cơ sở y tế quy mô nhỏ và vừa:

    • Áp dụng công nghệ UMBR-MBR công suất từ 2 m³/ngày trở lên, ưu tiên các bệnh viện, phòng khám có diện tích hạn chế.

    • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng cho giai đoạn khảo sát và lắp đặt.

  2. Tối ưu tỷ số tuần hoàn nội bộ (IR) trong vận hành:

    • Khuyến nghị vận hành với IR = 2 để đạt hiệu quả xử lý tối ưu, ổn định chất lượng nước thải đầu ra.

    • Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành và quản lý hệ thống xử lý nước thải.

  3. Kiểm soát và bảo trì màng lọc định kỳ:

    • Thực hiện rửa màng khi TMP đạt 40 kPa, kết hợp rửa ngược và rửa hóa chất khi cần thiết để duy trì hiệu suất lọc.

    • Đào tạo nhân viên vận hành về quy trình bảo trì màng.

  4. Nâng cao nhận thức và đào tạo nhân sự:

    • Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành, bảo trì hệ thống UMBR-MBR cho cán bộ kỹ thuật tại các cơ sở y tế.

    • Thời gian: định kỳ hàng năm.

  5. Xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích đầu tư:

    • Các cơ quan quản lý nhà nước cần có chính sách ưu đãi, hỗ trợ tài chính cho các cơ sở y tế đầu tư hệ thống xử lý nước thải hiện đại.

    • Thúc đẩy áp dụng công nghệ thân thiện môi trường, giảm thiểu ô nhiễm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và y tế:

    • Lợi ích: Hiểu rõ về đặc tính nước thải y tế và giải pháp xử lý hiệu quả, từ đó xây dựng chính sách quản lý và quy chuẩn phù hợp.

    • Use case: Xây dựng kế hoạch đầu tư hệ thống xử lý nước thải tại các bệnh viện.

  2. Kỹ sư và chuyên gia công nghệ môi trường:

    • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ UMBR-MBR, phương pháp vận hành và kiểm soát quá trình xử lý nước thải y tế.

    • Use case: Thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải y tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ môi trường:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích dữ liệu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải hiện đại.

    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ hoặc tiến sĩ.

  4. Các cơ sở y tế và bệnh viện:

    • Lợi ích: Hiểu rõ về giải pháp xử lý nước thải phù hợp với quy mô và điều kiện thực tế, đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường.

    • Use case: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải, nâng cấp hệ thống xử lý hiện có.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống UMBR-MBR có phù hợp với các bệnh viện nhỏ không?

    • Có, hệ thống được thiết kế với công suất nhỏ từ 2 m³/ngày, phù hợp với các cơ sở y tế quy mô nhỏ và vừa, tiết kiệm diện tích và chi phí đầu tư.
  2. Tỷ số tuần hoàn nội bộ (IR) ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?

    • IR điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn giữa các bể, ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa và khử nitrat. IR = 2 được xác định là tối ưu trong nghiên cứu, cân bằng hiệu quả xử lý và ổn định hệ thống.
  3. Quá trình bẩn màng được kiểm soát như thế nào?

    • Bằng cách vận hành theo chu kỳ lọc 8 phút và nghỉ 2 phút, kết hợp rửa ngược màng khi áp suất TMP đạt 40 kPa, giúp duy trì thông lượng màng ổn định và kéo dài tuổi thọ màng.
  4. Chất lượng nước thải sau xử lý có đạt quy chuẩn không?

    • Nước thải sau xử lý đạt các chỉ tiêu COD, BOD5, SS, NH4+-N, NO3--N, TN, TP theo QCVN 28:2010/BTNMT, có thể tái sử dụng cho mục đích tưới cây hoặc các ứng dụng không tiếp xúc trực tiếp.
  5. Chi phí vận hành hệ thống UMBR-MBR có cao không?

    • So với công nghệ truyền thống, UMBR-MBR tiết kiệm diện tích và chi phí xây dựng, vận hành đơn giản, không sử dụng hóa chất bổ sung, do đó chi phí vận hành được đánh giá hợp lý và thân thiện môi trường.

Kết luận

  • Hệ thống pilot UMBR-MBR công suất 2 m³/ngày vận hành tại Bệnh viện Bưu Điện 2, TPHCM cho hiệu quả xử lý nước thải y tế cao, đáp ứng quy chuẩn môi trường.

  • Tỷ số tuần hoàn nội bộ IR = 2 được xác định là điều kiện vận hành tối ưu, cân bằng hiệu quả xử lý và ổn định hệ thống.

  • Quá trình bẩn màng diễn ra chậm, chỉ cần rửa màng 2 lần trong 9 tháng vận hành, giúp giảm chi phí bảo trì.

  • Công nghệ UMBR-MBR tiết kiệm diện tích xây dựng hơn 20% so với công nghệ truyền thống, phù hợp với các cơ sở y tế có quỹ đất hạn chế.

  • Đề xuất triển khai rộng rãi công nghệ này tại các bệnh viện và cơ sở y tế nhỏ và vừa, đồng thời nâng cao đào tạo và chính sách hỗ trợ để đảm bảo vận hành hiệu quả.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở y tế và nhà quản lý môi trường nên xem xét áp dụng công nghệ UMBR-MBR, đồng thời tổ chức đào tạo vận hành và bảo trì để tối ưu hiệu quả xử lý nước thải y tế, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.