Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện chi phí thấp

1. Tổng quan về nước thải ngành y tế:

Ngành y tế hiện nay được xem như là những ngành bền vững và đóng vai trò nền tảng trong xã hội con người hiện nay nói riêng, xã hội Việt Nam nói chung. Chính về thế mối quan tâm tới ngành này là vô cùng to lớn đặc biệt trong đó là mối quan tâm tới môi trường từ ngành y tế. Trong bài viết này, tập trung vào vấn đề nước thải từ ngành y tế ở quy mô các bệnh viện.

Bệnh viện là trung tâm y tế đa ngành từ các ngành khoa ngoại cho tới các ngành khoa nội đồng thời là các dịch vụ xét nghiệm, phục hồi khác,…Bởi vì hoạt động đa ngành nên lượng chất thải y tế là rất lớn và chứa nhiều các mầm bệnh nên chính vì thế cần phải được xử lý một cách kĩ càng. Có nhiều quy mô bệnh viện khác nhau và lượng chất thải thì phù thuộc vào quy mô bệnh viện, trong đó đáng chú ý nhất là lượng nước thải bệnh viện:

• Bệnh viện quy mô nhỏ: 200 – 500 lít/người/ngày
• Bệnh viện quy mô lớn: 400 – 700 lít/người/ngày
• Bệnh viện trường học: 500 – 900 lít/người/ngày

2.Nguồn gốc, tính chất của nước thải bệnh viện:

1. Nguồn gốc của nước thải y tế:

• Nước thải sinh hoạt đến từ hoạt động sinh hoạt của bệnh nhân, bác sĩ cùng với các nhân viên trong trung tâm y tế
• Nước thải đến từ bồn tự hoại từ hoạt động vệ sinh của con người trong trung tâm
• Nước thải đến từ các khoa trong trung tâm y tế
• Nước thải từ các hoạt động vệ sinh, giặt giũ, khử trùng các dung cụ y tế.

2. Tính chất của nước thải y tế:

Nước thải từ trung tâm y tế được thu gom tập trung từ rất nhiều phòng ban về để có thể xử lý tập trung trong hệ thống xử lý nước thải rồi được thải ra nguồn thải bên ngoài. Nước thải từ trung tâm y tế, trạm y tế thì nó phù hợp vào thời gian hoạt động của con người, từ đó ảnh hưởng tới lưu lượng nước thải đầu vào của hệ thống.

Các thành phần ô nhiễm của nước thải y tế chủ yếu là:

• Các thành phần ô nhiễm hữu cơ: Chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học ở 2 dạng là rắn hoặc hòa tan. Trong đó đặc biệt là các chất rắn hữu cơ là các tế bào, máu, protein, cặn chỉ cặn vô cơ chứa các chất thuốc kháng sinh đến từ các hoạt động khám chửa bệnh trong trung tâm COD nước thải từ 300 – 500 Mg/L, BOD trong khoảng 120 – 200 Mg/L
• Thành phần chất rẵn hữu cơ: Chủ yếu là các cặn hữu cơ. Ngoài ra thì còn có các vụn cặn từ các dụng cụ y tế.TSS trong nước thải trong khoảng 75 – 250 mg/L lớn nhất là 500 mg/L
• Thành phần các chất dinh dưỡng: TN, TP chủ yếu đến từ hoạt động bài tiết và hoạt động chữa bệnh trong bệnh viện.
• Chất khử trủng và các hóa chất làm thuốc: Việc xuất hiện dư lượng thuốc kháng sinh trong nước thải là một vấn đề lớn cũng như là thuốc khử trùng. Do ứng dụng quá nhiều thuốc kháng sinh cũng như các hóa chất khử trung trong hoạt động y tế khiến cho đầu ra nước thải chứa nhiều các thành phần này là điều khó tránh khỏi
• Các VSV gây bệnh: Do nước thải của các hoạt động khám chữa bệnh trong bệnh viện nên có tiếp xúc lớn với các bệnh nhân cũng như thiết bị y tế có chứa các VSV gây bệnh. Và khi thải ra nước thải bên ngoài có thể làm lây lan các Vi khuẩn nay đối với con người và sinh vật các vi khuẩn gây bệnh phổ biến trong nước thải y tế là: vi khuẩn như Samonella typhi gây bệnh thương hàn, Shigella sp. gây bệnh lỵ, Vibrio cholerae gây bệnh tả,…

 3.Quy trình xử lý nước thải bệnh viện:

Đối với nước thải bệnh viện ta ứng dụng công nghệ AAO – MBR để có thể xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm.

4. Thuyết mình công nghệ:

1. Hố gom:

Nhiệm vụ: Thu gom nước thải, nước thải từ các khu vự trong cơ sở y tế sẽ được theo hệ thống thu gom nước thải và chảy về hố gom. Tại đây nước thải được thu gom tổng thể và bơm về hệ thống xử lý. Trước khi đi vào trong hố thu gom thì các song chắn rác được lắp đặt để có thể chắn lại các rác thải, cặn SS trong nước thải ở dạng lớn.

2. Bể điều hòa:

Nhiệm vụ: Giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Qua đó oxy hóa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của trạm. Bể được sục khí để đảm bảo không xảy ra quá trình phân hủy kỵ khí ở trong bể từ đó làm xuất hiện hiện tượng đóng bùn trong bể điều hòa đồng thời gây ra các mùi hôi thối.

Trong bể được trang bị các bơm hoạt động theo mực nước và timer, bơm giúp bơm một lưu lượng nước thải ổn định vào trong các công trình phía sau giúp tránh hiện tượng sốc tải. Nước thải trong bể được bơm vào bể sinh học thiếu khí Anoxic.

3. Bể kỵ khí:

Nhiệm vụ: Bể kỵ khí thực hiện phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí thành các dạng khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ khác. Bể sinh học kỵ khí là một trong những công trình xử lý kị khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do các đặc điểm chính:

• Cả ba quá trình: phân hủy - lắng - tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. Thích nghi với nồng độ chất hữu cơ và nhiệt độ cao.
• Tạo thành các loại bùn hạt dạng lơ lửng có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Ngoài ra do có lớp vật liệu lọc nên đồng thời cũng tạo nên lớp màng sinh học kỵ khí và giúp cho việc tăng cường hiệu quả xử lý khi nồng độ nước thải tăng cao do vật liệu lọc có tác dụng giữ bùn kỵ khí không trôi ra ngoài.

Quá trình kị khí xảy ra quá 3 giai đoạn:

• Giai đoạn1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
• Giai đoạn2: Axít hóa
• Giai đoạn3: Methane hóa. Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH_4­ và CO₂) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt

Các phương trình phản ứng:

CH₃COOH → CH₄ + CO₂

2C₂H₅OH + CO₂ → CH₄ + 2CH_3­COOH

CO₂ + 4H₂ → CH4 + 2H₂O

Các protein có khả năng phân hủy bị thủy phân:

NH₃ + HOH → NH₄^- + OH^-

Khi OH- sinh ra sẽ phản ứng với CO₂ tạo thành ion bicacbonat.

Nước thải sau bể kỵ khí chảy qua bể thiếu khí anoxic

4. Bể Anoxic

Nhiệm vụ:  Bể sinh học thiếu khí anoxic tiếp nhận 2 dòng nước thải:

• Dòng nước thải từ bể kỵ khí
• Dòng nước thải tuần hoàn từ bể MBR

Bể anoxic có nhiệm vụ là phân hủy Nitrate và nitrite trong nước thải thành N₂ thông qua quá trình phản nitrate hóa.

NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

Việc có dòng nước thải tuần hoàn từ bể hiếu khí là để tiếp nhận dòng nước thải có đã được chuyển hóa nitrate trong bể hiếu khí đồng thời là tiếp nhận thêm dinh dưỡng trong nước thải để đảm bảo được cân bằng dinh dưỡng BOD:N:P=100:5:1. Một hệ thống xáo trộn được lắp đặt, thường là sử dụng hệ thống máy khuấy chìm để tạo ra dòng khuấy trộn trong bể cho nước thải có thể tiếp xúc với không khí bên trên tạo nên môi trường thiếu khí với DO trong nước thải khoảng 0.3 mg/L. Nước thải trong bể sẽ đượ theo dòng tự chảy qua bể MBR

5. Bể màng MBR:

Bể MBR là nơi  kết hợp diễn ra quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ, quá trình Nitrat hoá và quá trình phân tách pha cơ học thông qua các lỗ màng trong điều kiện cấp khí nhân tạo bằng máy thổi khí. Lượng khí cung cấp vào bể với mục đích: cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ hòa tan thành nước và CO₂, nitơ hữu cơ thành ammonia thành nitrat NO₃^-; xáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các cơ chất cần xử lý; giải phóng các khí ức chế quá trình sống của vi sinh vật và cấp khí để giũ các sợi màng cũng như là cho quá trình rửa màng hạn chế cặn bám trên các lỗ màng.Các khí này sinh ra trong quá trình vi sinh vật phân giải các chất ô nhiễm; tác động tích cực đến quá trình sinh sản của vi sinh vật.

Quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ:

Trong bể sinh học các vi sinh vật (VSV) hiếu khí sử dụng oxi được cung cấp chuyển hóa các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải một phần thành vi sinh vật mới, một phần thành khí CO2 và NH3 bằng phương trình phản ứng sau:

VSV + C₅H₇NO₂ (chất hữu cơ) + 5O₂ → 5CO₂ + 2H₂O + NH₃ + VSV mới

Quá trình nitrate hóa:

Quá trình Nitrate hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất chứa Nitơ, đầu tiên là Ammonia thành Nitrite sau đó oxy hóa Nitrite thành Nitrate. Quá trình Nitrate hóa ammonia diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 loại vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter.

Bước 1: Ammonium được chuyển thành nitrite được thực hiện bởi Nitrosomonas:

NH₄⁺ + 1.5 O₂ → NO₂^-  +  2 H⁺  +  H₂O

Bước 2: Nitrite được chuyển thành nitrate được thực hiện bởi loài Nitrobacter:

NO₂^- + 0.5 O₂ → NO₃^-

Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải gọi là dung dịch xáo trộn (mixed liquor). Trong bể sinh học hiếu khí còn được lắp đặt bơm bùn tuần hoàn để tuần hoàn hỗn hợp bùn + nước thải chứa nitrat và cơ chất về bể anoxic, tạo điều kiện cho quá trình khử nitrate xử lý để nitơ.

 Quy trình tiếp theo là quá trình phân tách pha qua màng MBR. Màng lọc với kích thước lỗ lọc là 0,03 µm, được đặt ngập trong bể. Diễn ra quá trình phân tách giữa nước sạch và các chất rắn lơ lững và vi khuẩn gây bệnh. Nước thải sẽ được đưa ra ngoài nhờ vào hoạt động của bơm hút.

Sau khi hoạt động được một thời gian ngắn, thì ta cần phải thực hiện quá trình rửa lọc trong bể. Khi áp suất lọc diễn ra quá lớn thì một hệ thống châm hóa chất rửa ngược được lắp đặt để bơm hóa chất khử ngược vào dòng nước rửa ngược được bơm vào bằng bơm rửa người để rửa ngược màng MBR làm giảm áp suất lọc giúp cho màng được lọc một cách chơn chu.

Hỗn hợp bùn trong bể được qua một hệ thống bùn tuần hoàn (bùn tuần hoàn khí nâng hoặc bơm bùn tuần hoàn) chảy về vào bể anoxic với mục đích là nhằm duy trì được lượng bùn vi sinh có trong các bể thiếu khí và hiếu khí ở mức MLSS trong khoảng từ 3000 – 3500 mg/L khoảng bùn vi sinh tối ưu cho bể sinh học.

Phần nước sạch sẽ bơm vào bể khử trùng

6. Bể khử trùng:

Nước thải sau khi tách bùn ở bể MBR được châm Chlorine khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Chlorine, chất oxy hóa mạnh thường được sử dụng rộng rãi trong quá trình khử trùng nước thải. Ngoài mục đích khử trùng, Chlorine còn có thể sử dụng để giảm mùi. Hàm lượng chlorine cần thiết để khử trùng cho nước sau lắng ở 3-15mg/L. Hàm lượng chlorine cung cấp vào nước thải ổn định bằng bơm định lượng hóa chất. Sau đó nước thải được thải đạt QCVN 28:2010/BTNMT thải ra ngoài nguồn thải.