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. Theo số liệu khảo sát tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng, nước thải đầu vào có các chỉ tiêu như BOD5 dao động từ 184 đến 212 mg/l, COD từ 290 đến 306 mg/l, hàm lượng 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 (cột B). Với lưu lượng nước thải khoảng 200 m³/ngày đêm, việc xử lý nước thải bệnh viện trở thành vấn đề cấp thiết nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến 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 hiệu quả xử lý cao, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào nước thải bệnh viện Đại học Y Hải Phòng trong giai đoạn năm 2020-2021, với phạm vi thiết kế công suất xử lý 200 m³/ngày đêm.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp giải pháp công nghệ xử lý nước thải bệnh viện hiệu quả, tiết kiệm diện tích xây dựng, chi phí vận hành thấp và thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng xử lý nước thải y tế, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm nguồn nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Công nghệ Johkasou: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt dạng module hợp khối, sử dụng quá trình sinh học kết hợp vi sinh vật kị khí và hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ, vô cơ và vi khuẩn gây hại. Johkasou có ưu điểm nhỏ gọn, dễ lắp đặt, tiết kiệm diện tích và thân thiện môi trường, phù hợp cho các khu vực có hạ tầng xử lý nước thải chưa phát triển.

  2. Quy trình AO (Anoxic - Oxic): Công nghệ xử lý sinh học gồm hai giai đoạn thiếu khí và hiếu khí. Giai đoạn thiếu khí (Anoxic) chủ yếu thực hiện quá trình khử nitrat thành khí nitơ phân tử, giảm hàm lượng nitơ trong nước thải. Giai đoạn hiếu khí (Oxic) sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ, đồng thời xử lý các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho. Công nghệ AO được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải có hàm lượng N, P cao, với ưu điểm chi phí đầu tư thấp, vận hành ổn định và hiệu quả xử lý cao.

Các khái niệm chính bao gồm: BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học 5 ngày), COD (Nhu cầu oxy hóa học), Amoni (N-NH4+), Nitrat (N-NO3-), Photphat (PO43-), Coliform, bùn hoạt tính, vật liệu mang di động (MBBR).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ khảo sát thực tế tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng, bao gồm số liệu về lưu lượng nước thải, thành phần ô nhiễm, đặc tính nước thải đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp phân tích tiêu chuẩn như đo COD theo TCVN 6491:1999, BOD5 theo TCVN 6001-1:2008, Amoni bằng phương pháp trắc quang thuốc thử Nessler, Nitrat theo TCVN 6180:1996, Photphat theo TCVN 6202:2008, và xác định tổng Coliform theo TCVN 6187-1:2009.

  • Phương pháp tính toán thiết kế: Tính toán công suất xử lý dựa trên số giường bệnh và số cán bộ nhân viên, xác định thể tích các bể xử lý (bể điều hòa, bể thiếu khí, bể hiếu khí, bể lắng, bể khử trùng) theo các công thức kỹ thuật dựa trên tải lượng ô nhiễm và thời gian lưu nước cần thiết.

  • Phương pháp thực nghiệm: Lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải sử dụng module Johkasou kết hợp công nghệ AO tại Bệnh viện Đại học Y Hải Phòng trong tháng 09/2020, lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra hàng ngày để đánh giá hiệu quả xử lý.

  • Timeline nghiên cứu: Khảo sát và thu thập số liệu trong năm 2020, thực nghiệm vận hành hệ thống trong tháng 09/2020, phân tích và tổng hợp kết quả đến đầu năm 2021.

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, COD 290-306 mg/l, Amoni 30-33 mg/l, Photphat 12-15 mg/l và tổng Coliform 7.000-8.800 MPN/100ml, đều vượt quy chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT (cột B) từ 1,5 đến hơn 4 lần.

  2. Hiệu quả xử lý COD và BOD5: Sau xử lý bằng module Johkasou kết hợp công nghệ AO, COD giảm từ trung bình 298 mg/l xuống dưới 100 mg/l, đạt hiệu quả xử lý khoảng 66%. BOD5 giảm từ 198 mg/l xuống dưới 50 mg/l, tương ứng hiệu quả xử lý trên 75%.

  3. Hiệu quả xử lý Amoni và Nitrat: Nồng độ Amoni giảm từ 31,5 mg/l xuống dưới 10 mg/l, đạt hiệu quả xử lý trên 68%. Nitrat được khử hiệu quả trong bể thiếu khí, giảm từ 25 mg/l xuống dưới 5 mg/l, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải.

  4. Giảm tải Coliform: Tổng Coliform giảm từ mức 8.000 MPN/100ml xuống dưới 5.000 MPN/100ml, đạt tỷ lệ loại bỏ khoảng 38%, đảm bảo yêu cầu vệ sinh dịch tễ.

  5. Chi phí đầu tư và vận hành: Chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải bệnh viện với công nghệ Johkasou kết hợp AO ước tính khoảng 1.200.000 VNĐ/m³ nước thải, thấp hơn khoảng 20% so với công nghệ AO truyền thống. Chi phí vận hành trung bình khoảng 3.500 VNĐ/m³, bao gồm điện năng, hóa chất và nhân công.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của công nghệ Johkasou kết hợp AO được giải thích bởi sự kết hợp giữa quá trình sinh học kị khí và hiếu khí trong module nhỏ gọn, giúp xử lý đồng thời các chất hữu cơ, nitơ và vi sinh vật gây bệnh. So với các nghiên cứu trước đây áp dụng công nghệ AO hoặc AAO truyền thống, hệ thống này cho thấy khả năng xử lý tương đương hoặc vượt trội với diện tích xây dựng nhỏ hơn và chi phí vận hành thấp hơn.

Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD và BOD5 cho thấy sự giảm mạnh các chỉ tiêu ô nhiễm sau bể hiếu khí và bể khử trùng, minh chứng cho hiệu quả của quá trình sinh học và khử trùng bằng chlorine. Bảng số liệu so sánh nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý cũng cho thấy sự ổn định của hệ thống trong suốt thời gian vận hành thực nghiệm.

Kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ Johkasou trong xử lý nước thải bệnh viện tại Việt Nam, đặc biệt phù hợp với các bệnh viện có quy mô vừa và nhỏ, nơi có hạn chế về diện tích và nguồn lực đầu tư.

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 trên toàn quốc nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Thời gian thực hiện: 2-3 năm.

  2. Đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải hiện có bằng cách tích hợp module Johkasou để cải thiện hiệu suất xử lý, giảm diện tích xây dựng và chi phí vận hành. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý bệnh viện, Sở Y tế.

  3. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực vận hành hệ thống xử lý nước thải cho cán bộ kỹ thuật tại các cơ sở y tế nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả, duy trì chất lượng nước thải đầu ra. Thời gian: liên tục hàng năm.

  4. Xây dựng chính sách hỗ trợ tài chính và ưu đãi đầu tư cho các bệnh viện áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến như Johkasou, nhằm khuyến khích đổi mới công nghệ và bảo vệ môi trường. Chủ thể thực hiện: Bộ Y tế, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

  5. Thực hiện giám sát, quan trắc định kỳ chất lượng nước thải sau xử lý để đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường, phát hiện sớm các sự cố và điều chỉnh kịp thời. Thời gian: hàng quý, hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý bệnh viện và cơ sở y tế: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp, giúp nâng cao hiệu quả quản lý môi trường tại bệnh viện.

  2. Chuyên gia và kỹ sư môi trường: Tài liệu chi tiết về thiết kế, vận hành và đánh giá hiệu quả công nghệ Johkasou kết hợp AO, hỗ trợ trong việc tư vấn và triển khai các dự án xử lý nước thải y tế.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và y tế: Thông tin về thực trạng xử lý nước thải bệnh viện, các chỉ tiêu ô nhiễm và giải pháp công nghệ, phục vụ công tác xây dựng chính sách và quy chuẩn kỹ thuật.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ xử lý nước thải y tế, phương pháp tính toán thiết kế và phân tích hiệu quả xử lý, làm tài liệu tham khảo học thuật.

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 kị khí và hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ và vi sinh vật gây hại. Ưu điểm gồm nhỏ gọn, dễ lắp đặt, tiết kiệm diện tích, chi phí vận hành thấp và thân thiện môi trường.

  2. Quy trình AO trong xử lý nước thải hoạt động như thế nào?
    Quy trình AO gồm hai giai đoạn: Anoxic (thiếu khí) xử lý khử nitrat thành khí nitơ, và Oxic (hiếu khí) phân hủy chất hữu cơ và xử lý dinh dưỡng. Quá trình này giúp loại bỏ đồng thời BOD, COD, nitơ và photpho trong nước thải.

  3. Hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng công nghệ Johkasou kết hợp AO đạt được bao nhiêu phần trăm?
    Nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 66%, BOD5 trên 75%, Amoni giảm trên 68% và Coliform giảm khoảng 38%, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi trường.

  4. Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống xử lý này có cao không?
    Chi phí đầu tư ước tính khoảng 1.200.000 VNĐ/m³ nước thải, thấp hơn khoảng 20% so với công nghệ AO truyền thống. Chi phí vận hành trung bình khoảng 3.500 VNĐ/m³, bao gồm điện năng, hóa chất và nhân công.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các bệnh viện quy mô nhỏ không?
    Công nghệ Johkasou kết hợp AO rất phù hợp cho các bệnh viện quy mô nhỏ và vừa do thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt, tiết kiệm diện tích và chi phí vận hành thấp, đồng thời đảm bảo hiệu quả xử lý cao.

Kết luận

  • Nước thải bệnh viện Đại học Y Hải Phòng có các chỉ tiêu ô nhiễm vượt quy chuẩn từ 1,5 đến hơn 4 lần, cần xử lý hiệu quả trước khi xả thải.
  • Công nghệ Johkasou kết hợp quy trình AO được thiết kế và vận hành thành công với công suất 200 m³/ngày đêm, đạt hiệu quả xử lý cao các chỉ tiêu BOD5, COD, Amoni, Nitrat và Coliform.
  • Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống thấp hơn so với công nghệ truyền thống, phù hợp với điều kiện các bệnh viện quy mô vừa và nhỏ.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để ứng dụng rộng rãi công nghệ Johkasou trong xử lý nước thải bệnh viện tại Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng công nghệ, nâng cao năng lực vận hành và xây dựng chính sách hỗ trợ nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Các cơ sở y tế và nhà quản lý cần xem xét áp dụng công nghệ này, đồng thời tăng cường giám sát và đào tạo vận hành để đảm bảo hiệu quả lâu dài.