Tổng quan nghiên cứu

Nước thải bệnh viện là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng do chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh, hóa chất khử trùng, dược phẩm và các chất phóng xạ. Theo khảo sát tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng, nước thải có các chỉ tiêu như BOD5 dao động từ 184 đến 212 mg/l, COD từ 290 đến 306 mg/l, Amoni khoảng 30-33 mg/l, Photphat 12-15 mg/l và tổng Coliform từ 7.000 đến 8.800 MPN/100ml, đều vượt mức quy chuẩn cho phép theo QCVN 28:2010/BTNMT. Với lưu lượng nước thải khoảng 200 m³/ngày đêm, việc xử lý nước thải bệnh viện đạt hiệu quả là yêu cầu cấp thiết nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là tính toán thiết kế công nghệ Johkasou kết hợp quy trình AO trong xử lý nước thải bệnh viện, nhằm đạt được chất lượng nước thải đầu ra theo quy chuẩn Việt Nam. Nghiên cứu thực hiện tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng trong năm 2020, tập trung vào thiết kế các hạng mục xử lý chính, đánh giá hiệu quả xử lý và phân tích chi phí đầu tư, vận hành. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bệnh viện nhỏ gọn, hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: công nghệ xử lý sinh học AO (Anoxic - Oxic) và hệ thống xử lý nước thải Johkasou. Công nghệ AO bao gồm quá trình thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic), trong đó vi sinh vật thiếu khí khử nitrat thành khí nitơ, đồng thời xử lý photphat, còn vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ, BOD, COD và amoni. Johkasou là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt dạng module hợp khối, sử dụng vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí, vật liệu đệm sinh học di động (MBBR), màng lọc khuẩn, giúp xử lý nước thải hiệu quả với diện tích nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận hành.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học 5 ngày) và COD (Nhu cầu oxy hóa học) đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ.
  • Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat trong bể Anoxic.
  • Vật liệu mang di động MBBR tăng diện tích bề mặt tiếp xúc vi sinh vật.
  • Các chỉ tiêu môi trường như pH, DO, Amoni, Photphat, Coliform.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp điều tra khảo sát thực tế tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng để thu thập số liệu về lưu lượng, đặc tính nước thải, quy mô bệnh viện. Dữ liệu được tổng hợp và phân tích bằng phần mềm Excel. Phương pháp tính toán thiết kế dựa trên các thông số đầu vào, tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT, tính toán thể tích các bể điều hòa, thiếu khí, hiếu khí, lắng, khử trùng theo công thức kỹ thuật và các tham số vận hành.

Phương pháp thực nghiệm được tiến hành sau khi xây dựng hệ thống xử lý Johkasou kết hợp công nghệ AO, nuôi cấy vi sinh trong 20 ngày, vận hành liên tục trong tháng 9/2020. Mẫu nước thải đầu vào và đầu ra được lấy hàng ngày, phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, Amoni, Photphat, Nitrat, Coliform, cùng các thông số nhiệt độ, DO, pH đo trực tiếp tại hiện trường.

Phân tích hiệu quả xử lý dựa trên so sánh các chỉ tiêu trước và sau xử lý, đánh giá mức độ đạt quy chuẩn. Đồng thời, tính toán chi phí đầu tư và vận hành hệ thống, bao gồm chi phí xây dựng, thiết bị, điện năng, hóa chất, nhân công và bảo dưỡng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính nước thải đầu vào: Nước thải bệnh viện có pH ổn định từ 7,1 đến 7,45, BOD5 dao động 184-212 mg/l, vượt 4,2 lần so với quy chuẩn; COD 290-306 mg/l, vượt 3,06 lần; Amoni 30-33 mg/l, vượt 3,3 lần; Photphat 12-15 mg/l, vượt 1,5 lần; Coliform 7.000-8.800 MPN/100ml, vượt 1,76 lần. Tổng lưu lượng nước thải khoảng 200 m³/ngày đêm.

  2. Thiết kế các hạng mục xử lý:

    • Bể điều hòa có thể tích 67,2 m³, điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải.
    • Bể Anoxic thể tích 26 m³, thời gian lưu nước 3,12 giờ, xử lý khử nitrat và photphat hiệu quả.
    • Bể hiếu khí MBBR thể tích 55 m³, thời gian lưu 6,6 giờ, xử lý BOD5, COD, Amoni với hiệu suất cao.
    • Bể lắng và bể khử trùng đảm bảo loại bỏ bùn và vi sinh vật gây bệnh.

  3. Hiệu quả xử lý:

    • COD giảm từ 306 mg/l xuống dưới 100 mg/l, đạt mức giảm trên 67%.
    • BOD5 giảm từ 212 mg/l xuống dưới 50 mg/l, đạt mức giảm trên 76%.
    • Amoni giảm từ 33 mg/l xuống dưới 10 mg/l, đạt mức giảm trên 70%.
    • Photphat giảm từ 15 mg/l xuống dưới 10 mg/l, đạt mức giảm trên 33%.
    • Coliform giảm từ 8.800 MPN/100ml xuống dưới 5.000 MPN/100ml, đạt mức giảm trên 43%.

  4. Chi phí đầu tư và vận hành:

    • Chi phí đầu tư hệ thống xử lý khoảng 1.200.000 VNĐ/m³ nước thải.
    • Chi phí vận hành trung bình 5.000 VNĐ/m³, bao gồm điện năng, hóa chất, nhân công và bảo dưỡng.
    • So sánh với công nghệ AO thông thường, chi phí vận hành giảm khoảng 15-20% nhờ thiết kế module Johkasou tối ưu.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ thống Johkasou kết hợp công nghệ AO phù hợp với đặc tính nước thải bệnh viện có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh cao. Việc sử dụng vật liệu mang di động MBBR giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc vi sinh, nâng cao hiệu quả xử lý BOD, COD và nitơ. Bể Anoxic với thời gian lưu hợp lý đảm bảo quá trình khử nitrat và photphat diễn ra hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm dinh dưỡng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy công nghệ AO truyền thống có hiệu quả xử lý tương tự nhưng chi phí vận hành cao hơn do thiết kế không tối ưu. Hệ thống Johkasou có ưu điểm nhỏ gọn, dễ lắp đặt, vận hành tự động, phù hợp với các bệnh viện quy mô vừa và nhỏ. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, BOD5, Amoni và Coliform thể hiện sự giảm rõ rệt sau xử lý, minh chứng cho tính khả thi của công nghệ.

Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu của module Johkasou cao hơn so với bể bê tông truyền thống, cần cân nhắc trong các dự án có ngân sách hạn chế. Ngoài ra, việc duy trì vận hành và bảo dưỡng định kỳ là yếu tố quyết định hiệu quả lâu dài của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai ứng dụng rộng rãi công nghệ Johkasou kết hợp AO tại các bệnh viện quy mô vừa và nhỏ nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể là các cơ sở y tế và đơn vị quản lý môi trường.

  2. Đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải hiện có tại các bệnh viện lớn, đặc biệt các hệ thống đã xuống cấp hoặc quá tải, nhằm đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt quy chuẩn. Khuyến nghị thực hiện trong 3 năm, phối hợp giữa Bộ Y tế và Sở Tài nguyên Môi trường.

  3. Tăng cường đào tạo, nâng cao năng lực vận hành, bảo dưỡng hệ thống cho cán bộ kỹ thuật tại các bệnh viện để duy trì hiệu quả xử lý ổn định. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành môi trường thực hiện.

  4. Xây dựng cơ chế tài chính hỗ trợ đầu tư và vận hành hệ thống xử lý nước thải bệnh viện, bao gồm nguồn vốn vay ưu đãi, ngân sách nhà nước và các chính sách khuyến khích đầu tư tư nhân. Thời gian triển khai trong 2-3 năm, do Bộ Tài chính và Bộ Y tế phối hợp thực hiện.

  5. Tăng cường công tác kiểm tra, giám sát chất lượng nước thải đầu ra tại các cơ sở y tế, đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường, đồng thời xử lý nghiêm các vi phạm. Thực hiện liên tục, do các cơ quan quản lý môi trường và y tế địa phương đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và y tế: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để xây dựng chính sách, quy định về xử lý nước thải bệnh viện, nâng cao hiệu quả quản lý và giám sát.

  2. Các kỹ sư môi trường và chuyên gia thiết kế hệ thống xử lý nước thải: Tham khảo phương pháp tính toán thiết kế chi tiết, ứng dụng công nghệ Johkasou kết hợp AO, giúp tối ưu hóa quy trình xử lý và tiết kiệm chi phí.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Tài liệu tham khảo về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện, phương pháp phân tích, thực nghiệm và đánh giá hiệu quả xử lý, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Các cơ sở y tế và bệnh viện: Hướng dẫn lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp với quy mô và đặc tính nước thải, giúp cải thiện chất lượng môi trường và đảm bảo an toàn sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ Johkasou là gì và có ưu điểm gì trong xử lý nước thải bệnh viện?
    Johkasou là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt dạng module hợp khối, sử dụng vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí kết hợp vật liệu mang di động MBBR. Ưu điểm gồm kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, hiệu quả xử lý cao, tiết kiệm điện năng và thân thiện môi trường.

  2. Công nghệ AO hoạt động như thế nào trong xử lý nước thải?
    Công nghệ AO gồm hai giai đoạn: Anoxic (thiếu khí) xử lý khử nitrat và photphat, Oxic (hiếu khí) phân hủy chất hữu cơ, BOD, COD và amoni bằng vi sinh vật hiếu khí. Quá trình này giúp xử lý đồng thời chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải.

  3. Hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng công nghệ Johkasou kết hợp AO đạt được mức nào?
    Theo kết quả thực nghiệm, công nghệ này giảm BOD5 trên 76%, COD trên 67%, Amoni trên 70%, Photphat trên 33% và Coliform trên 43%, đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT.

  4. Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống xử lý này có cao không?
    Chi phí đầu tư khoảng 1.200.000 VNĐ/m³ nước thải, vận hành khoảng 5.000 VNĐ/m³, thấp hơn 15-20% so với công nghệ AO truyền thống nhờ thiết kế module tối ưu và tiết kiệm năng lượng.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các bệnh viện quy mô lớn không?
    Công nghệ phù hợp nhất với bệnh viện quy mô vừa và nhỏ do tính linh hoạt, dễ lắp đặt. Với bệnh viện lớn, cần thiết kế hệ thống mở rộng hoặc kết hợp với các công nghệ xử lý khác để đảm bảo công suất và hiệu quả.

Kết luận

  • Nước thải bệnh viện có đặc tính ô nhiễm cao, vượt nhiều chỉ tiêu quy chuẩn môi trường, cần xử lý hiệu quả trước khi thải ra môi trường.
  • Công nghệ Johkasou kết hợp quy trình AO được thiết kế và vận hành thành công tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng với lưu lượng 200 m³/ngày đêm.
  • Hệ thống đạt hiệu quả xử lý cao với mức giảm BOD5, COD, Amoni, Photphat và Coliform vượt trội, đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 28:2010/BTNMT.
  • Chi phí đầu tư và vận hành hợp lý, tiết kiệm so với công nghệ truyền thống, phù hợp với các bệnh viện quy mô vừa và nhỏ.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng rộng rãi, nâng cấp hệ thống hiện có, đào tạo nhân lực và xây dựng cơ chế tài chính hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện trên toàn quốc.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở y tế và đơn vị quản lý môi trường cần phối hợp triển khai áp dụng công nghệ này, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô và cải tiến kỹ thuật để đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải ngày càng tăng.