THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN QUẬN I

SVTH: Đỗ Khánh Trình 14 3.1 Những đặc điểm chính của nước thải bệnh viện: 3.1.1 Nguồn và chế độ hình thành nước thải bệnh viện: Nước thải bệnh viện là một dạng của nước thải sinh hoạt

Trang 1

SVTH: Đỗ Khánh Trình 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

1.3 NỘI DUNG LUẬN VĂN

Trang 2

1.1 Đặt vấn đề và tính cấp thiết của đề tài:

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố Hồ Chí Minh đã giúp cho đời sống của người dân càng được nâng cao Chính vì thế, nhu cầu đòi hỏi về điều kiện sống của người dân ngày càng được hoàn thiện hơn Không những về mặt tiện nghi vật chất, mà còn phải được chăm sóc tốt hơn về sức khỏe cộng đồng Như chúng ta đã biết, với tình trạng môi trường sống đang bị ô nhiễm nghiêm trọng như hiện nay Đặc biệt, tại các quận như quận 1, quận 3, quận 5…nơi có tốc độ phát triển

đô thị rất nhanh trong những năm qua và một hậu quả tất yếu là làm cho sức khỏe của chúng ta ngày một yếu đi và mắc nhiều bệnh tật Chính vì thế, tại các bệnh viện người dân đến khám chữa bệnh ngày một gia tăng và điều này dẫn đến tình trạng chung là các bệnh viện lớn đều quá tải, tạo ra một sức ép nặng nề cho ngành y tế

Thống kê của Sở Tài nguyên và Môi Trường TP.HCM, vào 6 tháng đầu năm

2011 cho thấy, TP.HCM có 113 bệnh viện, 322 trạm y tế phường, ã, và hơn 7000 phòng khám, bình quân mỗi ngày thải khoảng 17 000 – 20 000m3

nước thải, chưa kể lượng nước thải của các cơ sở y tế dự phòng, các cơ sở đào tạo y dược và sản uất thuốc Dự kiến đến năm 2015, lượng nước thải y tế phải ử lý lên tới trên 300 000

m3/ngày đêm Phần lớn trong số này không được ử lý, trực tiếp đi từ bệnh viện ra hệ thống cống chung của thành phố Nước thải y tế thành phố đang bị ô nhiễm nặng về mặt hữu cơ và vi sinh với hàm lượng BOD5 vượt tiêu chuẩn 7 – 8 lần; hàm lượng chất rắn lơ lửng SS vượt 2.5-3 lần, hàm lượng vi sinh cao gấp 100-1000 lần tiêu chuẩn cho phép

Quyết định thành lập bệnh viện Quận 1 trực thuộc UBND Q1 số 10/2007 UBND cấp ngày 23/01/2007.Chất thải sinh ra từ các hoạt động của bệnh viện chủ yếu

QĐ-ở dạng rắn và lỏng, chúng chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các vi sinh gây bệnh Trong đó, nhiều loại vi khuẩn – vi rút gây ra các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm, các hóa chất dùng trong khám chữa bệnh ảnh hường xấu tới môi trường và sức khỏe cộng đồng Vì vậy, cần phải quản lý và xử lý tốt chất thải bệnh viện để tránh làm ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng nói riêng và môi trường nói chung

Nhiều bệnh viện được đầu tư công trình xử lý nước thải đủ tiêu chuẩn nhưng sau khi được bàn giao một thời gian thì xuống cấp do thiếu nhân lực, kinh phí, chuyển giao công nghệ chưa hoàn chỉnh… Tình trạng này không chỉ xảy ra ở các bệnh viện tuyến địa phương mà có có cả ở những bệnh viện nhà nước Tuy nhiên, điều đáng nói

là bên cạnh lý do khó khăn về kinh phí, quy chế phối hợp trong xử lý chất thải cho một cụm bệnh viện cũng không được xem xét nghiêm túc Các bệnh viện hiện chưa có được sự kết hợp trong xử lý nước thải y tế Đôi khi trong cùng một khu vực, 2 hoặc 3 bệnh viện lớn ở cạnh nhau có thể chung một trạm xử lý nước thải để tiết kiệm chi phí

Trang 3

đầu tư và vận hành hệ thống nhưng vấn đề đó chưa bao giờ được đặt ra đối với các nhà

quản lý bệnh viện

Tóm lại, có thể thấy những khó khăn chính trong việc xử lý nước thải bệnh viện ở

nước ta nói chung và TP.Hồ Chí Minh nói riêng, đó là:

mô bệnh viện

1.2 Nhiệm vụ luận văn:

 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện Quận I công suất 150

m3/ngày.đêm Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường quy định QCVN 28:2010/ Bộ Tài Nguyên Môi Trường

1.3 Nội dung luận văn:

 Tổng quan về bệnh viện Quận I

 Nước thải bệnh viện

 Các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

 Lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý

 Tính toán, thiết kế các công trình đơn vị

 Ước tính chi phí đầu tư và ử lý

 Quản lý và vận hành hệ thống xử lý

 Các bản vẽ kỹ thuật

Trang 5

2.1 Thông tin chung:

 Quá trình thành lập:

Năm 1976 Phòng Y tế Quận I được thành lập trên cơ sở sát nhập Phòng Y tế Q1

và Q2 cũ, toàn quận lúc đó có 25 phường Hiện nay sắp xếp lại thành 10 phường và mỗi phường có một trạm y tế

Ngày 22/11/1993 Trung Tâm Y tế quận 1 được thành lập theo quyết định số 1751/QĐ-UB-NC của UBND thành phố Hồ Chí Minh Trung tâm y tế quận 1 chịu sự chỉ đạo quản lý về chuyên môn nghiệp vụ của Sở Y tế TP Hồ Chí Minh và chịu sự chỉ đạo quản lý của UBND quận 1 trong việc xây dựng kế hoạch, tổ chức thực hiện kế hoạch phát triển y tế toàn quận

Quyết định thành lập bệnh viện quận 1 trực thuộc UBND Q1 số 10/2007 UBND cấp ngày 23/01/2007

QĐ-Hình 2.1: Bệnh viện Quận I

Bệnh viện quận 1 có tổng diện tích 2659.3 m2, địa chỉ 338 Hai Bà Trưng, Phường Tân Định, Quận 1, Tp HCM Có các ranh giới như sau:

 Phía Đông giáp với đường Hai Bà Trưng

 Phía Tây Bắc giáp với nhà dân

 Phía Tây Nam giáp chợ Tân Định

 Phía Đông Bắc giáp với đường Bà Lê Chân

Trang 6

 Nghiên cứu khoa học về y học

 Chỉ đạo tuyến dưới về chuyên môn, kỹ thuật

Và một số công trình phụ trợ khác: phòng kỹ thuật, phòng nghỉ nhân viên, nhà rác, phòng máy…

 Quy mô hoạt động:

Tổng số giường 150 giường Tổng số người (bệnh nhân, thân nhân, cán bộ CNV) khoảng 520 người/ngày

 Nhu cầu về điện:

Trang 7

2.2 Vị trí - địa lý tự nhiên:

 Vị trí địa lý:

Bệnh viện nằm trong khuôn viên quận 1, tp HCM Sau năm 1975, Quận 1: gồm Quận 1 và Quận 2 cũ nhập lại Phía Bắc giáp Quận Bình Thạnh, Quận Phú Nhuận, lấy kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè làm ranh giới và giáp Quận 3 lấy đường Hai Bà Trưng và đuờng Nguyễn Thị Minh Khai làm ranh giới Phía Đông giáp Quận 2, lấy sông Sài Gòn làm ranh giới Phía Tây giáp Quận 5, lấy đường Nguyễn Văn Cừ làm ranh giới Phía Nam giáp Quận 4, lấy kênh Bến Nghé làm ranh giới Diện tích 7.72 km2 chiếm 0.35% diện tích thành phố Đứng hàng thứ năm về diện tích trong số 12 quận nội thành Trong đó, diện tích sông rạch chiếm 8.1%; diện tích xây dựng chiếm 57.27% diện tích quận và thuộc hàng đầu so với các quận huyện khác

Dân số: 227.569 người, mật độ dân số: 29.506 người/km2, đứng hàng thứ tư về mật

độ dân số so với các quận huyện trong thành phố Trong đó người Kinh chiếm 10.2%, các dân tộc khác chiếm 0.5%

 Vị trí địa hình:

Về mặt địa hình trên toàn khu vực thành phố Hồ Chí Minh và vùng phụ cận, các vùng đất cao, đồi gò là các phù sa tạo thành phù sa cổ, tại các vùng tương đối bằng phẳng thấp hơn là các phù sa tạo thành phù sa trẻ, còn ở các vùng bằng phẳng thấp hơn

là các lớp tạo thành phù sa sông và biển hiện đại

 Cấu trúc địa chất: có cấu trúc địa chất tương đối ổn định

 Điều kiện khí hậu thời tiết:

Nằm trong vùng thời tiết gió mùa cận xích đạo, thành phố HCM có nhiệt độ cao đều trong năm và có hai mùa mưa – khô rõ rệt Mùa mưa được bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, còn mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Trung bình thành phố HCM

có từ 160 – 270 giờ nắng trong một tháng, nhiệt độ trung bình 27C , nhiệt độ cao nhất

40C, thấp nhất 13.8C Hàng năm, thành phố có 300 ngày nhiệt độ trung bình từ 25 –

28C

Trang 8

Bảng 2.1: Nhiệt độ không khí trung bình (trạm Tân Sơn Hòa),C

Năm 2006 2007 2008 2009 2010

Cả năm 27.9 28.0 28.0 28.2 28.2 Tháng 1 27.4 27.2 26.5 25.4 25.4 Tháng 2 27.7 26.7 26.3 26.7 26.7 Tháng 3 28.5 28.5 26.9 28.7 28.7 Tháng 4 29.1 30.1 29.1 29.3 29.3 Tháng 5 28.7 29.5 28.3 28.2 28.2 Tháng 6 28.1 28.1 28.9 28.9 28.8 Tháng 7 27.7 27.8 27.5 27.7 27.7 Tháng 8 27.9 28.0 28.4 28.7 28.7 Tháng 9 28.2 27.9 27.9 27.8 27.8 Tháng 10 26.7 27.5 27.6 27.5 27.4 Tháng 11 27.4 28.0 27.5 27.6 27.5 Tháng 12 27.0 26.6 26.2 26.5 26.5

[nguồn: Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ] Bảng 2.2: Số giờ nắng trong năm (Trạm Tân Sơn Hòa), giờ

Năm 2006 2007 2008 2009 2010

Cả năm 2002.9 2080.8 2071.9 1923.2 1891.1 Tháng 1 192.8 181.8 164.8 131.0 113.3 Tháng 2 193.1 190.7 215.3 157.7 193.6 Tháng 3 186.8 220.6 252.9 221.6 229.5 Tháng 4 190.6 216.9 225.6 213.4 213.5 Tháng 5 181.9 176.3 200.4 208.7 182.5 Tháng 6 161.3 143.6 185.6 161.5 128.0 Tháng 7 168.1 164.5 153.1 140.2 147.7 Tháng 8 139.1 161.3 178.1 157.2 135.8 Tháng 9 180.4 162.3 142.2 141.4 130.8

Tháng 10 105.6 146.8 138.8 127.2 147.0

Tháng 11 166.0 167.3 124.6 142.1 127.5

Tháng 12 137.2 148.7 90.5 121.2 141.8

[nguồn: Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ]

Một năm, thành phố có trung bình 159 ngày mưa tập trung nhiều vào các tháng 5 đến 11, chiếm khoảng 90%, đặc biệt vào hai tháng 6 và tháng 9 Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều, khuynh hướng theo trục Tây Nam –

Trang 9

Đông Bắc Các quận nội thành và các huyện phía Bắc có lượng mưa cao hơn khu vực còn lại Lượng mưa bình quân biến động từ 1750-2550 mm/năm Mưa giảm dần từ địa giới TP.HCM sang phía Tây và Tây Nam Tháng 4 và tháng 12 hằng năm là những tháng chuyển tiếp giữa 2 mùa, có lượng mưa trung bình từ 30 đến 50 mm Lượng mưa các tháng trong mùa mưa biến động từ 150 mm đến 250 mm/tháng Số ngày mưa trong các tháng mùa mưa biến động từ 12-18 ngày/tháng.Trong mùa mưa thường xảy ra những đợt ít mưa hoặc không mưa liên tục từ 7 đến 12 ngày vào các tháng 7 và 8 hằng năm Số ngày mưa trong năm biến động từ 104 đến 116 ngày Thời gian mưa thật sự biến động từ 156 đến 164 ngày, các tháng 1, 2, 3 trong mùa khô rất ít mưa

Bảng 2.3: Lượng mưa trong năm (Trạm Tân Sơn Hòa), mm

Năm 2006 2007 2008 2009 2010

Cả năm 2729.5 1783.6 1742.8 1798.4 2340.2 Tháng 1 74.0 0.1 - - 0.4 Tháng 2 27.3 - - 72.7 -

Tháng 3 86.0 - - 8.6 59.3 Tháng 4 187.6 13.2 9.6 212.1 7.7 Tháng 5 478.0 263.9 143.6 299.2 327.9 Tháng 6 270.7 246.8 273.9 139.4 188.8 Tháng 7 371.3 355.9 228.0 168.6 414.3 Tháng 8 343.3 201.3 146.3 349.0 301.0 Tháng 9 158.2 283.7 182.9 247.7 495.4

Tháng 10 428.0 309.0 388.6 256.1 391.2

Tháng 11 182.1 97.0 264.5 16.1 147.1 Tháng 12 123.0 12.7 105.4 28.9 7.1

[nguồn:Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ]

Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây – Tây Nam và Bắc – Ðông Bắc Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độ trung bình 3,6 m/s, vào mùa mưa Gió Gió Bắc – Ðông Bắc từ biển Đông, tốc độ trung bình 2.4 m/s, vào mùa khô Ngoài ra còn có gió tín phong theo hướng Nam – Đông Nam vào khoảng tháng 3 tới tháng 5, trung bình 3.7 m/s Có thể nói Thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng không có gió bão Cũng như lượng mưa, độ ẩm không khí ở thành phố lên cao vào mùa mưa, 80%, và xuống thấp vào mùa không, 74.5% Trung bình, độ ẩm không khí đạt bình quân/năm 79.5%

Trang 10

Bảng 2.4: Độ ẩm không khí bình quân của thành phố Hồ Chí Minh, %

Năm 2006 2007 2008 2009 2010

Cả năm 77 75 75 76 76 Tháng 1 71 68 69 73 69 Tháng 2 71 70 69 68 68 Tháng 3 72 70 67 71 71 Tháng 4 75 71 70 73 69 Tháng 5 79 75 74 75 80 Tháng 6 80 80 77 81 80 Tháng 7 80 81 81 81 83 Tháng 8 80 80 78 82 82 Tháng 9 78 81 80 81 83

Tháng 10 86 79 82 81 82

Tháng 11 77 73 79 75 76

Tháng 12 76 72 77 73 72

2.3 Nguồn gây tác động môi trường:

2.3.1 Nguồn gây ô nhiễm nước:

Nước thải của bệnh viện chứa nhiều các chất bẩn hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh(Trực khuẩn Shigella gây bệnh lị, Salmonella gây bệnh đường ruột, S.typhimurium gây bệnh thương hàn…), ngoài ra trong nước thải bệnh viện còn chứa chất phóng xạ

Nước thải bệnh viện phát sinh từ những nguồn chính sau:

- Nước thải là nước mưa chảy tràn trên toàn bộ diện tích của bệnh viện

- Nước thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên y tế trong bệnh viện, của bệnh nhân và của người nhà bệnh nhân đến thăm và chăm sóc bệnh nhân

- Nước thải từ các hoạt động khám và điều trị như:

+ Nước thải từ các phòng xét nghiệm như: Huyết học và xét nghiệm sinh hoá chứa chất dịch sinh học(nước tiểu, máu và dịch sinh học, hoá chất)

+ Khoa xét nghiệm vi sinh: Chứa chất dịch sinh học, vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng, hoá chất

+ Khoa giải phẫu bệnh: Gồm nước rửa sản phẩm các mô, tạng tế bào

+ Khoa X-Quang: Nước rửa phim

+ Điều trị bệnh: Nước thải chứa hoá chất và chất phóng xạ

+ Khoa sản: Nước thải chứa máu và các tạp chất khác

- Nước giặt giũ quần áo, ga, chăn màn…cho bệnh nhân

Trang 11

- Nước từ các công trình phụ trợ khác.

Tác động của nước thải: nước thải y tế có đặc tính là khi chưa bị phân hủy chứa nhiều cặn lơ lửng và có mùi tanh khó chịu Trong nước thải y tế có chứa nhiều vi khuẩn, mầm bệnh, máu, hóa chất, thuốc men và các chất thải mang các chất ô nhiễm khác nhau sau khi thực hiện công tác khám và chữa bệnh thải ra môi trường nước Nước thải y tế thải ra chứa vô số vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn với số lượng 108

và nước tiểu, đó là những vi sinh vật có khả năng gây bệnh

Hàm lượng hữu cơ cao trong nước thải sinh hoạt sau một thời gian tích lũy sẽ lên men, phân hủy, tạo ra các khí, mùi và màu đặc trưng, ảnh hưởng đến mỹ quan môi trường

Mặt khác, nước thải chứa nhiều chất hữu cơ sẽ là môi trường thuận lợi cho vi trùng phát triển, khi thoát ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, làm cho nguồn nước không sử dụng vào các mục đích khác được

2.3.2 Các nguồn phát sinh chất thải rắn:

Bệnh viện quận 1 với quy mô 150 giường bệnh mỗi ngày tiếp nhận khám chữa bệnh cho hàng trăm lượt bệnh nhân nên nguồn rác thải y tế là rất lớn Rác thải y tế

được phân làm các loại sau:

+ Rác thải sinh hoạt: bao gồm các loại rác sinh hoạt của cán bộ CNV của bệnh

viện và của bệnh nhân và thân nhân nuôi bệnh Lượng rác thải này nếu không được thu gom xử lý hợp lý sẽ gây các mùi hôi thối ảnh hưởng đến môi trường trong khuôn viên bệnh viện

+ Rác thải y tế: gồm các loại bệnh phẩm thải ra sau các ca phẩu thuật, các dụng

cụ y khoa sau khi sử dụng như kim tiêm, ống chuyền, chai lọ đựng thuốc, bông băng, gạc…đây là những chất thải có nguy cơ lây nhiễm cao và chứa nhiều vi trùng, vi khuẩn gây bệnh Nếu chất thải này không được thu gom và

xử lý triệt để thì sẽ ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và là mầm mống phát sinh dịch bệnh nguy hiểm

2.3.3 Các nguồn gây ô nhiễm không khí:

Trong quá trình hoạt động của bệnh viện, nguồn có thể gây ô nhiễm không khí là: + Khí thải từ quá trình chạy máy phát điện của bệnh viện, để đảm bảo công tác điều trị bệnh nhân, bệnh viện quận 1 đã trang bị 2 máy phát điện dự phòng với công suất 3 KVA và 5KVA Máy phát điện sử dụng nguyên liệu là dầu DO

Trang 12

nên khi hoạt động sẽ sinh ra các chất gây ô nhiễm không khí như: nhiệt độ,

NOx, SOx, CO2, bụi… nhưng do bệnh viện nằm ở trung tâm thành phố nên nguồn điện tương đối ổn định, cộng với thời gian hoạt động của máy phát điện là không đáng kể

+ Nguồn thải do các hoạt động vệ sinh của bệnh viện Các chất tẩy rửa làm vệ sinh có thể gây mùi khó chịu cho bệnh nhân và những người có mặt trong bệnh viện Nhưng những loại khí này chỉ phát sinh trong thời gian ngắn + Khí thải phát ra từ nhà kho chứa và phân loại rác thải bệnh viện

2.3.4 Chất thải nguy hại:

+ Chất thải phóng xạ lỏng là dung dịch có chứa tác nhân phóng xạ phát sinh trong quá trình chẩn đoán, điều trị như nứơc tiểu của người bệnh, các chất bài tiết, nước súc rửa các dụng cụ có chứa phóng xạ(Nước súc rửa dụng cụ trong chẩn đoán hình ảnh có chứa hạt nhân phóng xạ tia  , hạt nhân nguyên tử 67Ga ,75Se,133Xe )

Trang 14

3.1 Những đặc điểm chính của nước thải bệnh viện:

3.1.1 Nguồn và chế độ hình thành nước thải bệnh viện:

Nước thải bệnh viện là một dạng của nước thải sinh hoạt và chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư Tuy nhiên, nước thải bệnh viện cực kỳ nguy hiểm về phương diện vệ sinh dịch tễ, bởi vì ở các bệnh viện tập trung những ngưởi mắc bệnh là nguổn của nhiều loại bệnh với bệnh nguyên học đã

biết hay chưa biết đối với y học hiện đại

Nước thải bệnh viện ngoài ô nhiễm thông thường (ô nhiễm khoáng chất và ô nhiễm các chất hữu cơ) còn chứa các tác nhân gây bệnh – những vi trùng, động vật nguyên sinh gây bệnh, trứng giun, virus, Chúng sẽ nhiều nếu bệnh viện có khoa truyền nhiễm Còn nguy hiểm hơn về phương diện dịch tễ là nước thải bệnh viện truyển nhiễm chuyên khoa, các khoa lao và những khoa khác Các chất ô nhiễm vào hệ thống thoát nước thông qua những thiết bị vệ sinh như: nhà tắm, bồn rửa mặt, nơi giặt

giũ,…khi mà những đối tượng tiếp xúc với người bệnh

3.1.2 Những đặc điểm hóa lý của nước thải bệnh viện:

Trong nước thải bệnh viện có những chất bẩn khoáng và hữu cơ đặc thù: các chế phẩm thuốc, các chất khử trùng, các đồng vị phóng xạ được sử dụng trong quá trình khám và điều trị bệnh Những chất này đã làm giảm hiệu quả xử lý nước thải

bệnh viện

Việc sử dụng các chất hoạt độnh bề mặt đã làm giảm khả năng tạo huyền phù trong bể lắng, đa số các vi khuẩn tích tụ lại trong bọt Những chất tẩy rửa riêng biệt ảnh hưởng đến quá trình làm sạch sinh học nước thải, chất tẩy rửa anion làm tăng lượng bùn hoạt

tính, chất tẩy rửa cation lại làm giảm đi

Lượng chất bẩn từ một giường bệnh trong ngày lớn hơn so với lượng chất bẩn của một người của khu dân cư thải vào hệ thống thoát nước là do việc hòa vào dòng thải không chỉ chất thải từ người bệnh mà còn là bộ phận phục vụ, chất thải từ quá trình điều trị Nồng độ chất bẩn còn phụ thuộc vào nguồn nước sử dụng từ hệ thống

đường ống cấp nước do nhà máy cung cấp hay từ hệ thống khoan giếng cục bộ

3.1.3 Đặc trưng về vi trùng, virus và giun sán của nước thải bệnh viện:

Điểm đặc thù của thành phần nước thải bệnh viện khác với nước thải sinh hoạt khu dân cư là sự lan truyển rất mạnh của các loại vi khuẩn gây bệnh Về phương diện này đặc biệt nguy hiểm là những bệnh viện có các khoa truyền nhiễm hay khoa lao,

cũng như các khoa lây các bệnh soma

Đặc biệt nguy hiểm là nước thải nhiễm các vi khuẩn gây bệnh có thể dẫn đến dịch bệnh cho người và động vật qua nguồn nước, qua các loại rau được tưới bằng nước thải Những bệnh truyền nhiễm là bệnh tả, thương hàn, phó thương hàn, khuẩn salmonella, lỵ, bệnh do amip, bệnh do Lamblia, bệnh do Brucella, giun sán, viêm

gan,… Nước thải bệnh viện khác với nước thải sinh hoạt bởi những đặc điểm sau:

Trang 15

+ Lượng chất bẩn gây ô nhiễm tính trên một giường bệnh lớn hơn 2 – 3 lần lượng chất bẩn tính trên một đầu người Ở cùng một tiêu chuẩn sử dụng thì nước thải

bệnh viện đặc hơn, nghĩa là nồng độ chất bẩn cao hơn nhiều

+ Thành phần nước thải bệnh viện không ổn định, do chế độ làm việc của bệnh

viện không đều

+ Nước thải bệnh viện còn chứa những chất bẩn hữu cơ, khoáng đặc biệt và một

lượng lớn các vi khuẩn gây bệnh (chất tẩy rửa, đồng vị phóng xạ,…)

Bảng 3 : Thành phần, tính chất nước thải tại một số bệnh viện Hà Nội

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị

Bệnh viện

ao Phạm Trung Ương

Bệnh viện phụ sản

Bệnh viện 354

Bệnh viện giao thông vận tải Lưu ượng nước thải m 3 /ng 160 130 1200 170

Hàm ượng cặn ơ ửng mg/l 96 90 80 92

Độ đục NTU 135 149 _ _

BOD 5 mg/l 195 180 160 190 COD mg/l 260 250 210 240

[nguồn: Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện – PGS TSKH Nguyễn Xuân

Nguyên, TS Phạm Hồng Hải,NXB Khoa học và kỹ thuật]

Trang 16

Bảng 3.2: Thành phần nướ thải ệnh viện h Nhuận

Stt Thông số Đơn vị

Tính chất nước thải đầu vào

QCVN 28:2010/BTNMT Loại A

nguồn: Bệnh viện h Nhuận 2

3.2 Tổng quan về nước thải ệnh viện Quận I:

3.2.1 Các nguồn nước thải ệnh viện:

Nước thải của bệnh viện Quận I phát sinh chủ yếu từ: nước mưa chảy tràn, nước

thải sinh hoạt, và nước thải từ các khu khám và điều trị

 Nước thải là nướ mưa:

Lượng nước thải này sinh ra do nước mưa rơi trên mặt bằng khuôn viên bệnh

viện, được thu gom vào hệ thống thoát nước Chất lượng của nước thải này phụ thuộc vào độ sạch của khí quyển và mặt bằng rửa trôi của khu vực bệnh viện Nếu khu vực mặt bằng của bệnh viện như: sân bãi, đường xá không sạch chứa nhiều rác tích tụ lâu ngày, đường xá lầy lội thì nước thải loại này sẽ bị nhiễm bẩn nặng, nhất là nước mưa đợt đầu Ngược lại, khâu vệ sinh sân bãi, đường xá tốt… thì lượng nước mưa chảy tràn

qua khu vực đó sẽ có mức độ ô nhiễm thấp

Bảng 3.3: Lượng mưa trung nh th ng tại thành phố Hồ hí inh

Trang 17

 Nước thải sinh hoạt:

Là loại nước thải ra sau khi sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt trong bệnh viện của

cán bộ công nhân viên, bệnh nhân, người nhà bệnh nhân như:

Nước thải ở nhà ăn, nhà vệ sinh, nhà tắm, từ các khu làm việc… Lượng nước thải này phụ thuộc vào số cán bộ công nhân viên bệnh viện, số giường bệnh và số người

nhà bệnh nhân thăm nuôi bệnh nhân, số lượng người khám bệnh

Nước thải sinh hoạt chiếm gần 80% lượng nước được cấp cho sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thường chứa những tạp chất khác nhau Các thành phần này bao gồm: 52% chất hữu cơ, 48% chất vô cơ ngoài ra còn chứa nhiều loại VSV gây bệnh, phần lớn

các VSV có trong nước thải là các virus, vi khuẩn gây bệnh tả, lị, thương hàn…

Bảng 3.4: Lượng nước thải ở các bệnh viện

[nguồn: Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện – PGS TSKH Nguyễn Xuân

Nguyên, TS Phạm Hồng Hải,NXB Khoa học và kỹ thuật]

 Nước thải từ khâu kh m và điều trị bệnh:

Trong các dòng nước thải của bệnh viện thì dòng thải này có thể coi là loại nước

thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao và chứa nhiều vi trùng gây bệnh nhất

Nước thải loại này phát sinh từ nhiều quá trình khác nhau trong hoạt động của bệnh viện(chẳng hạn từ khâu xét nghiệm, giải phẫu, sản nhi, súc rửa các dụng cụ y khoa, các ống nghiệm, các lọ hoá chất hoặc giặt tẩy quần áo bệnh nhân, chăn màn, ga giường cho các phòng bệnh và vệ sinh lau nhà, cọ rửa tẩy uế các phòng bệnh và phòng làm việc…) Nhìn chung nước thải loại này bao gồm: Cặn lơ lửng, các chất hữu cơ hoà tan, vi trùng gây bệnh, có thể cả chất phóng xạ… Đây là loại nước thải độc hại gây ô nhiễm môi trường lớn và ảnh hưởng nhiều tới sức khoẻ cộng đồng Do đó, nước thải

loại này nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường

 Nước thải từ các công trình phụ trợ khác:

Trang 18

Nước còn có thể từ các công trình phụ trợ khác như : nhà máy phát điện dự phòng,

khu rửa xe

Như vậy xét các nguồn phát sinh và thành phần của các nước thải bệnh viện, có

thể nói rằng nước thải bệnh viện là loại nước thải nguy hiểm, chứa rất nhiều vi trùng gây bệnh và các hợp chất hữu cơ độc hại khác, nếu không qua xử lý mà thải ra hệ thống thoát nước chung sẽ gây ô nhiễm nặng cho môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ của toàn cộng đồng

3.2.2 Đặc tính nước thải ệnh viện:

+ Các chất hữu cơ: Các chất hữu cơ trong nước thải bệnh viện đa phần là những chất dễ phân huỷ sinh học Hàm lượng các chất hữu cơ dễ bị vi sinh vật phân huỷ được ác định một cách gián tiếp thông qua nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) của nước thải Thông thường người ta lấy giá trị BOD5 để đánh giá độ nhiễm bẩn chất hữu cơ có trong nước thải Sự có mặt của các chất hữu cơ là nguyên nhân chính gây ra sự giảm lượng o y hoà tan trong nước, gây ảnh hưởng tới đời

sống của động thực vật thuỷ sinh

+ Các chất dinh dưỡng của N, P: là nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng cho nguồn nước tiếp nhận dòng thải, ảnh hưởng tới sinh vật sống trong môi

trường thuỷ sinh

+ Các chất rắn lơ lửng: gây ra độ đục của nước, đồng thời trong quá trình vận chuyển, sự lắng đọng của chúng sẽ tạo ra cặn có thể làm tắc nghẽn đường ống

cống dẫn…

+ Các vi trùng, vi khuẩn gây bệnh: Nước thải bệnh viện là nguồn điển hình chứa lượng lớn các vi sinh vật có khả năng gây ra những căn bệnh rất nguy hiểm Chúng là nguyên nhân chính của các dịch bệnh truyền nhiễm như: thương hàn,

tả, lỵ…ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ cộng đồng

Bảng 3.5: Thành phần nướ thải ệnh viện uận I

Stt Chất ô nhiễm Đơn vị Nồng độ

Trung ình

QCVN 28:2010/BTNMT Cột A

Trang 19

8 Nitrat (NO 3 - ) mg/L 10 30

9 Tổng Co i orm MNP/100 ml 2.4 × 10 14 3000

[nguồn: Bệnh viện Quận I, 2010]

3.3 Các phương pháp ử nước thải ệnh viện:

3.3.1 Phương pháp cơ học:

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thường người ta sử dụng các quá trình thuỷ cơ Việc lựa chọn phương pháp ử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hoá

lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết

Phương pháp ử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm BOD đến 30% Để tăng hiệu suất của các công trình xử

lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ… Hiệu quả xử lý có thể lên tới 75%

Lưới chắn rác Tách các chất rắn có kích thước nhỏ hơn

Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn, đồng

nhất

Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng và nồng độ (tải trọng BOD, SS)

Khuấy trộn Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, giữ cặn lắng

trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học

Lọc Tách các hạt cặn còn lại sau xử lý sinh học, hóa học

Trang 20

Dựa vào các phản ứng hóa học giữa các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào

Các phương pháp ử lý hóa học gồm có: oxy hóa khử, trung hòa - kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại

Bảng 3.7: Áp dụng các quá trình hoá học trong xử lý nước thải (Metcalf & Eddy,

1991)

Quá trình Áp dụng

Trung hoà Đưa pH của nước thải về khoảng 6,5 – 8,5 thích hợp cho

công đoạn xử lý tiếp theo

Kết tủa Tách phospho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ

lửng ở bể lắng đợt 1

Hấp phụ Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp

hoá học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học

Nó cũng được sử dụng để tách kim loại nặng, khử Chlorine của nước thải trước khi xả vào nguồn

Khử trùng bằng Chlorine Phá huỷ chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Chlorine là loại

hoá chất được sử dụng rộng rãi nhất

Khử Chlorine Tách lượng chlor dư còn lại sau quá trình chlor hoá

Khử trùng bằng

ClO2/BrCl2/Ozone/UV

Phá huỷ chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh

Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thường được dùng trong các hệ thống xử lý nước

khép kín

Nhượ điểm: chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các hệ thống xử lý

nước thải có quy mô lớn

Trang 21

3.3.3 Phương pháp hóa :

Áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động đến các chất ô nhiễm nhằm biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hoặc không gây ô

nhiễm môi trường

Các phương pháp hóa lý bao gồm : keo tụ, tạo bông, tuyển nổi, trao đổi ion,

đông tụ, hấp phụ, thấm lọc ngược và siêu lọc…

Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các

phương pháp cơ học, hóa học, sinh học

nên khối lượng sinh khối được tăng lên

Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, phương pháp này thường dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải bằng các quá trình đã trình bày ở phần trên Đối với các chất vô cơ chứa trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử sulfide, muối amoni, nitrate – tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là: khí CO2, N2, nước, ion sulfate, sinh khối Cho đến nay, người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên

và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo

Giải pháp xử lý bằng biện pháp sinh học có thể được xem là tốt nhất trong các

phương pháp trên với các lí do sau:

+ Chi phí thấp

+ Có thể xử lý được độc tố

+ Xử lý được N-NH3

+ Tính ổn định cao

 Điều kiện nước thải được phép xử lý sinh học:

Nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ

có trong nước thải Nghĩa là nước thải phải thoả các điều kiện sau:

 Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hệ vi sinh vật trong nước thải Trong

số các chất độc phải chú ý đến các kim loại nặng Theo mức độ độc hại của các

kim loại, sắp xếp theo thứ tự là:

Trang 22

là cơ chất dinh dưỡng, rất tốt cho vi sinh vật

 Nước thải đưa vào ử lý sinh học có 2 thông số đặc trưng là BOD và COD Tỉ

số của 2 thông số này phải là COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 thì mói có thể đưa vào ử lý sinh học (hiếu khí) Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong

đó nếu có cellulose, hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý

sinh học kị khí

 Nước thải khi đưa tới công trình xử lý sinh học cần thoả:

+ Nước thải phải có pH trong khoảng 6.5 – 8.5

+ Nhiệt độ nước thải trong khoảng từ 10 – 40 0C

+ Tổng hàm lượng các muối hoà tan không vượt quá 15 g/L

Một số công nghệ được áp dụng hiện nay:

3.3.4.1 Thiết ị ọc sinh học:

Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí Trong các thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu đệm bao phủ bởi màng vi sinh vật Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng sinh học tăng lên Màng vi sinh chết

được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học

Vật liệu đệm là vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và bề mặt riêng

phần lớn như sỏi đá, ống nhựa, sợi nhựa, sơ dừa,…

Màng sinh học đóng vai trò tương tự như bùn hoạt tính Nó hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Cường độ oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn aerotank Phần lớn các vi sinh vật có khả năng âm chiếm bề mặt vật rắn nhờ polymer ngoại bào, tạo thành một lớp màng nhầy Việc phân hủy chất hữu cơ diễn ra ngay trên

bề mặt và ở trong lớp màng nhầy này Quá trình diễn ra rất phức tạp, ban đầu oxy và thức ăn vận chuyển tới bề mặt lớp màng Khi này, bề dày lớp màng còn tương đối nhỏ, oxy có khả năng uyên thấu vào trong tế bào Theo thời gian, bề dày lớp màng này tăng lên, dẫn tới việc bên trong màng hình thành một lớp kỵ khí nằm dưới lớp hiếu khí Khi chất hữu cơ không còn, các tế bào bị phân hủy, tróc thành từng mảng, cuốn

theo dòng nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc o y hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh

Trang 23

học, thành phần vi sinh, diện tích và chiều cao thiết bị, đặc tính vật liệu đệm (kích thước, độ xốp và bề mặt riêng phân), tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá

trình, tải trọng thủy lực, cường độ tuần hoàn, sự phân phối nước thải

Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt có năng suất thấp nhưng bảo đảm xử lý tuần hoàn Tải trọng thủy lực là 0.5 ÷ 3 m3/m2.ngày đêm Chúng có thể áp dụng nước với

năng suất

100m3/ngày đêm nếu BOD ≤ 200mg/l

Thiết bị lọc sinh học cao tải hoạt động với tải trọng thủy lực 10 ÷ 30 m3/m2.ngày đêm, lớn hơn thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt 10 ÷ 15 lần, nhưng nó không bảo đảm xử lý sinh học hoàn toàn Để hoàn tan oxy tốt hơn, người ta tiến hành thông khí Thể tích không khí không vượt quá 16 m3/m3 nước thải Khi BOD5 > 600 mg/l

nhất định phải tuần hoàn nước thải

Tháp lọc sinh học được sử dụng để xử lý nước thải có năng suất lên đến 5.000

m3/ngày

a Bể lọc sinh học nhỏ giọt:

Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý nước thải triệt để, thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật Đặc điểm riêng của bể là kích thước hạt vật liệu lọc nhỏ hơn 25 ÷ 30

mm, tải trọng thủy lực 0,5 ÷ 1 m3/m3 vật liệu lọc.ngày Hiệu suất xử lý rất cao, có thể

lên đến 90% (theo BOD)

Công suất oxy hóa lượng oxy tính theo BOD trong ngày trên 1m3 vật liệu lọc, được xác định dựa trên nhiệt độ nước thải, mức độ nhiễm bẩn, vật liệu lọc và phương

pháp thông khí

b Bể lọc sinh học cao tải:

Bể lọc sinh học cao tải có chiều cao công tác và tải trọng thủy lực cao hơn so với

bể lọc sinh học nhỏ giọt, có thể lên đến 10 ÷ 30 m3/m3 vật liệu lọc.ngày Bể này có tốc

độ lọc và sự trao đổi không khí lớn nên quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra rất nhanh, có thể dùng để xử lý từng phần hay hoàn toàn với công suất 50.000 m3/ngày

Bể lọc sinh học với vật liệu lọc là đá, than cục có kích thước vật liệu lọc 60 ÷ 100

mm, có chiều cao lớp vật liệu lọc 0,9 ÷ 2,5 m

Để loại tạp chất hữu cơ và tiến hành quá trình nitrit hóa, khử nitrit, người ta sáng

chế

thiết bị “Hei Flon” Phần cơ bản của nó là tháp với lớp vật liệu hạt giả lỏng (cát) Trên

bề mặt lớp vật liệu này, các vi sinh vật sẽ được gieo cấy và hình thành Nước thải sau khi bão hòa oxy sơ bộ được cho chảy vào tháp theo chiều từ dưới lên trên với vận tốc

25 ÷ 60 m/h Trong tháp sẽ hình thành lớp giả lỏng với bề mặt tải riêng phần khoảng 3.200 m2/m3, lớn hơn aerotank 20 lần và lớn hơn thiết bị lọc sinh học thông thường khoảng 40 lần Quá trình xử lý diễn ra với vận tốc rất lớn: BOD giảm 85 ÷ 90% chỉ

Trang 24

trong vòng 15 phút, trong khi ở aerotank, thời gian đó là 6 ÷ 8h

c Bể lọc sinh học với lớp vật liệu lọc ngập trong nước

Nước sau khi qua bể lắng 1 được bơm lên máng phân phối, theo ống dẫn phân bố

đều trên diện tích đáy bể Nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua dàn

phân phối Hỗn hợp khí – nước thải đi cùng chiều từ dưới lên, qua lớp vật liệu lọc Tại đây ảy ra quá trình khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3- Lớp vật liệu lọc cũng có khả năng khử cặn lơ lửng trong nước thải Khi bể lọc đạt đến tổn thất áp lực yêu cầu, ta tiến hành rửa bể lọc Đóng van cấp nước và khí, đóng, mở van xả rửa liên

tục nhiều lần Có hai cách tiến hành xả rửa:

 Cùng chiều và đi từ dưới lên

 Ngược chiều: nước thải đi từ trên xuống, gió đi từ dưới lên

Quy trình cùng chiều cho hiệu quả cao và tổn thất áp lực nhỏ

d Ứng dụng oxy kỹ thuật để thông khí nước thải

Hiện nay đã bắt đầu sử dụng oxy kỹ thuật để thông khí nước thải thay cho oxy

thông

thường Quá trình này được gọi là lắng sinh học Nó được tiến hành trong thiết bị kín

và được gọi là oxiten Việc áp dụng o y thay cho không khí để thông khí nước thải có

nhiều ưu điểm:

 Hiệu suất sử dụng o y tăng từ 8 ÷ 9 đến 20 ÷ 25%

 Cường độ o y hóa tăng 5 ÷ 6 lần

 Để đảm bảo cùng nồng độ o y trong nước thải yêu cầu vận tốc khuấy trộn thấp hơn, do đó bùn tạo thành ở dạng bông to và chặt nên dễ lắng và lọc, cho phép

tăng nồng độ bùn đến 10g/l mà không cần tăng kích thước bể lắng II

 Khi nồng độ oxy cao, các vi khuẩn không phát triển

 Trong nước đã ử lý, nồng độ o y còn dư lớn nên có thể thúc đẩy các quá trình

xử lý tiếp theo

 Quá trình xử lý không tạo mùi do tiến hành trong thiết bị kín

 Chi phí đầu tư nhỏ

 Tuy nhiên, phương pháp này đắt do tốn kém cho việc sản xuất oxy, vì vậy nó được ứng dụng trong trường hợp xí nghiệp có sẵn oxy Trong oxiten do nồng độ CO2 cao hơn trong aerotank nên pH giảm đáng kể Thời gian xử lý giảm gây cản trở quá trình nitrit hóa Đồng thời hệ số tăng trưởng của bùn cũng giảm từ

0,6 ÷ 1,2 đối với aerotank, còn 0,4 ÷ 0,6 đối với oxiten

 Phụ thuộc vào thành phần nước thải, nồng độ oxy tối ưu trong nước thải của

oxiten là 10 ÷ 12 mg/l, còn liều lượng bùn 7 ÷ 10g/l

Trang 25

sử dụng rộng rãi trên nhiều nhà máy của các nước trên thế giới Trong những năm

1980, người ta sử dụng MBBR để loại bỏ Nitơ của nguồn thải thải ra biển Bắc Các kỹ

sư và nghiên cứu sinh đã nhận ra rằng trong nhiều trường hợp cần có một quá trình sinh học với nồng độ sinh khối cao để tăng hiệu quả ử lý và giảm chi phí [Odegaard

và cộng sự, 1991 Với mục đích loại bỏ chất hữu cơ, amonia và Nitơ, công nghệ này

đã được nghiên cứu và đã chứng tỏ những ưu điểm r rệt qua nhiều nghiên cứu khác

nhau

Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình

ử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học Bể MBBR hoạt động giống như quá trình ử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể Đây là quá trình ử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể lơ lửng, mà những giá thể lơ lửng này có thể di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ lại bên trong bể phản ứng được đặt ở cửa ra của bể Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống các phương pháp ử lý bằng màng biofilm khác Vì vậy, nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá trình ử lý Cũng như các quá trình sinh trưởng lơ lửng, sinh khối trong bể MBBR có nồng độ cao hơn, dẫn đến thể tích bể nhỏ gọn hơn

quá trình bùn hoạt tính thông thường Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí

H nh 3.2: ô tả qu tr nh ử lý ủa ể BB hiếu khí (a) và thiếu khí( )

Trang 26

Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình được thổi từ máy thổi khí Trong khi đó, ở bể thiếu khí/ kị khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự áo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt

thẳng đứng hay nằm ngang

b.Giá thể động:

Nhân tố quan trọng của quá trình ử lý này là các giá thể động có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề mặt đạt hiệu dụng lớn nhất, để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước và tiếp úc

với chất dinh dưỡng

Kaldnes Miljøteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và kích thước khác nhau Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền ử lý, tiêu chuẩn ả thải và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả ử lý khác nhau Hiện tại trên thị

trường có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, Natri và Biofilm Chip M

Bảng 3.8 : Thông số loại gi thể al n s

STT Loại giá thể Chất iệu ích thước

(D×L)

iện tích hữu ụng (m 2 /m 3 )

1 K1 Polyetylen 10 mm × 7 mm 500

4 Natrix Polyetylen 44 mm × 36 mm 200

5 Biofilm Chip M Polyetylen 48 mm × 2 mm 900

nguồn: al n s ilj t knologi, 2

Trang 27

có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67% Trong mỗi quá trình ử lý bằng màng sinh học thì sự khuếch tán của các chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình ử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả ử lý Chiều sâu mà cơ chất

có thể âm nhập vào lớp màng nhỏ hơn 100 m, điều này có nghĩa là chiều dày lớp màng rất mỏng để các chất dinh dưỡng khuêch tán vào bề mặt lớp màng Để đạt được điều này, độ áo trộn của giá thể trong bể là nhân tố rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh dưỡng lên bề mặt của màng và đảm bảo chiều dày của lớp màng trên giá

Trang 28

H nh 3.4: àng io ilm tr n gi thể

Hiện tượng bào mòn các giá thể động ảy ra khi các giá thể chuyển động trong bể lớn, các giá thể va chạm vào nhau, làm cho lớp màng hình thành trên giá thể dễ bong tróc

và giảm hiệu quả của quá trình ử lý Khu vực phía trong giá thể ít bị tác động bởi lực

ma sát giữa các giá thể, giữa các giá thể và nước, quá trình thổi khí do đó độ dày của

màng sinh học bên trong giá thể cao hơn bên ngoài giá thể

c Lớp màng biofilm:

 Cấu tạo lớp màng biofilm:

Lớp màng biofilm là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tương tự như đối với hệ thống ử lý bùn hoạt tính

lơ lửng Màng sinh học có thể bao gồm bất kỳ loại vi sinh vật, bao gồm tảo, nấm, vi khuẩn, Achaea và động vật nguyên sinh meta oa và trong hầu hết các màng sinh học

tự nhiên, bao gồm các các cộng đồng vi khuẩn phức tạp với nhiều loài Brion s và

Raskin, 2003] Hầu hết các loại vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưỡng

(chúng sử dụng carbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm

ưu thế Lớp màng biofilm (microbial films) được chia thành hai lớp: lớp màng nền

(base film) và lớp màng bề mặt (surface film)

Trang 29

H nh 3.5: Hệ màng io ilm th o kh i niệm

Cấu tạo của lớp màng biofilm bao gồm những cộng đồng vi sinh vật và một số vật chất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào (gelatin) do vi sinh vật (cả protozoa và vi khuẩn) sản sinh ra trong quá trình trao đổi chất, quá trình tiêu huỷ tế bào và do có sẵn trong nước thải Thành phần chủ yếu của các polymer ngoại tế bào

này là polysaccharides, proteins

Trước đây hầu hết các mô hình toán về màng vi sinh thường không quan tâm

đúng tới vai trò của lớp màng bề mặt, mà chỉ chú ý tới lớp màng nền

Nhờ sự phát triển của các công cụ mới nhằm nghiên cứu màng vi sinh, những hình ảnh mới về cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần được xác định Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúc không đồng nhất bao gồm những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhau trên bề mặt đệm, bên trong ma trận polymer ngoại tế bào, trong màng vi sinh vật tồn tại những khoảng trống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang

và chiều đứng Những khoảng trống này có vai trò như những lỗ rỗng theo chiều đứng

và như những kênh vận chuyển theo chiều ngang Kết quả là sự phân bố sinh khối trong màng vi sinh vật không đồng nhất Sự vận chuyển cơ chất từ chất lỏng ngoài vào màng và giữa các vùng bên trong màng không chỉ bị chi phối bởi sự khuếch tán đơn thuần như những quan niệm cũ chất lỏng có thể lưu chuyển qua những lỗ rỗng bởi cả quá khuếch tán và thẩm thấu, quá trình thẩm thấu và khuếch tán đem vật chất tới cụm sinh khối và quá trình khuếch tán có thể xảy ra theo mọi hướng trong đó Do đó, hệ số khuếch tán hiệu quả mô tả quá trình vận chuyển cơ chất, chất o y hoá…giữa pha lỏng

và màng vi sinh thay đổi theo chiều sâu của màng, do vậy quan điểm cho rằng hằng số

khuếch tán là một hằng số là không hợp lí

Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể chia thành hai lớp (đúng trong trường hợp quá trình màng vi sinh hiếu khí): lớp màng kị khí ở bên

Trang 30

trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài Trong màng vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi sinh vật kị khí và vi sinh vật hiếu khí, do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kính của khối vi sinh vật, oxy hoà tan trong nước chỉ khuếch tán vào gần bề mặt màng và làm cho lớp màng phía ngoài trở thành hiếu khí, còn lớp màng bên trong

không tiếp úc được với oxy trở thành lớp màng kị khí

 Cơ chế hấp phụ và khuếch tán chất dinh dưỡng qua lớp màng biofilm:

Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng o y hòa tan trong hỗn hợp nước thải, nếu

o y hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/ Nitrat như là chất nhận điện tử Tại bề mặt màng biofilm là lớp chất lỏng ứ đọng để phân lập lớp màng biofilm với chất lỏng được áo trộn trong bể phản ứng Chất dinh dưỡng và o y khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ đọng từ hỗn hợp chất lỏng áo trộn trong bể MBBR tới lớp màng biofilm Trong khi chất dinh dưỡng và o y khuếch tán thông qua lớp ứ đọng tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản uất ra những sản phẩm khuếch tán từ lớp màng biofilm, ngược lại hỗn hợp chất lỏng được áo trộn trong bể MBBR Quá trình khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm vẫn tiếp tục ảy ra Khi các vi sinh vật phát triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc Bề dày sinh khối ảnh hưởng đến

khả năng hòa tan o y và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để o y hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm Khi o y hòa tan và chất lỏng ứ đọng khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cùng của màng biofilm thì

sẽ được các vi sinh vật tiêu thụ nhiều hơn so với lớp biofilm phía trước Sự giảm nồng

độ o y hòa tan qua lớp màng biofilm đã tạo ra các lớp hiếu khí, tùy tiện, kị khí trên

màng biofilm

Những hoạt động vi sinh vật khác nhau ảy ra trong mỗi lớp màng này vì những vi sinh vật đặc trưng phát triển trong những môi trường khác nhau trên biofilm Ví dụ như các vi sinh vật trong mỗi lớp màng bioifilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối với môi trường o y/ cơ chất trong lớp màng này Ở lớp ngoài của màng biofilm khi nồng độ o y hòa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu khí chiếm ưu thế Lớp biofilm sâu hơn khi nồng độ o y và cơ chất giảm thì những vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác Trong những lớp này, quá trình nitrat hóa ảy ra khi nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện Vì vậy, nhưng vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuếch tán o y và cơ chất giảm dần qua lớp màng Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu đi thì hoạt động áo trộn những giá thể sẽ rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể

Trang 31

H nh 3.6: ơ hế trao đ i hất ủa màng vi sinh vật

Không giống như sự phát triển của hệ thống lơ lửng khác, tốc độ phản ứng trong một bể có giá thể di chuyển phụ thuộc tuyến tính hay gần tuyến tính với nồng độ

o y trong điều kiện bị hạn chế o y Quá trình này có thể quan sát thấy từ tốc độ o y

khuếch tán qua các lớp chất lỏng ứ đọng và thâm nhập các màng sinh học [Hem,

1994] Một số lượng lớn nồng độ o y cao hơn làm tăng gradient khuếch tán qua màng

sinh học này Sự tăng cường năng lượng áo trộn dưới quá trình tăng vận tốc thổi khí cũng giúp cải thiện sự tiếp úc của chất lỏng tới màng sinh học Nếu tải trọng hữu cơ được giữ cố định (ví dụ dựa vào độ dày và thành phần màng sinh học) tốc độ Nitrat

hóa có thể được dự kiến sẽ tăng tuyến tính với sự gia tăng nồng độ o y hòa tan

 Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật:

Quy luật chung trong sự phát triển của màng vi sinh vật bởi quá trình tiêu thụ cơ chất có trong nước thải và làm sạch nước thải như sau: quá trình vi sinh vật phát triển

dính bám trên bề mặt giá thể được chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất: khi màng vi sinh vật còn mỏng và chưa bao phủ hết bề mặt rắn Trong điều kiện này, tất cả vi sinh vật phát triển như nhau, cùng

điều kiện, sự phát triển giống như quá trình vi sinh vật lơ lửng

- Giai đoạn thứ hai: độ dày màng trở nên lớn hơn bề dày hiệu quả Trong giai đoạn thứ hai, tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì bề dày lớp màng hiệu quả không thay đổi bất chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng, và tổng lượng vi sinh đang phát triển cũng không thay đổi trong suốt quá trình này Lượng cơ chất tiêu thụ chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh vật và không có

NH3Vùng

Trang 32

sự gia tăng sinh khối Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối và lớp màng sẽ bị mỏng dần đi

nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối

- Trong giai đoạn thứ ba: bề dày lớp màng không thay đổi nhiều và trở nên ổn định Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước Lượng vi sinh vật không thay đổi do chiều dày lớp màng hiệu quả không thay đổi và không có sự gia tăng sinh khối trong giai đoạn này Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối Trên thực tế, quá trình phân hủy nội bào và quá trình trao đổi chất sẽ diễn ra đồng thời với nhau Khi đó tốc độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân huỷ nội bào, phân huỷ theo dây chuyền thực phẩm, hoặc

bị rửa trôi bởi lực cắt của dòng chảy

Trong quá trình phát triển của màng vi sinh vật, vi sinh vật thay đổi cả về chủng loại và số lượng Lúc đầu, hầu hết sinh khối là vi khuẩn, sau đó proto oas và tiếp đến

là metazoas phát triển hình thành nên một hệ sinh thái Proto oas và meta oa ăn màng

vi sinh vật làm giảm lượng bùn dư Tuy nhiên, trong điều kiện môi trường nào đó, chẳng hạn nhiệt độ nước hay chất lượng nước thuận lợi cho metazoas phát triển quá mạnh sẽ ăn quá nhiều màng vi sinh làm ảnh hưởng tới khả năng làm sạch nước Nghiên cứu của Inamori cho thấy có hai loài thực dưỡng sống trong màng vi sinh vật Một loài ăn vi khuẩn lơ lửng và thải ra chất kết dính Kết quả là làm tăng tốc độ làm sạch nước Loài kia ăn vi khuẩn trong màng vi sinh do đó thúc đẩy sự phân tán sinh khối Và nếu hai loài này có sự cân bằng hợp lí thì hiệu quả khoáng hoá chất hữu cơ và làm sạch nước thải cao

Nồng độ sinh khối trên giá thể MBBR được nghiên cứu rằng có độ tương đương với nồng độ chất rắn lơ lửng của quá trình bùn hoạt tính, các giá trị thông thường khoảng 1000 – 5000 mg/L (tính theo chất rắn lơ lửng) Tuy nhiên với cùng một thể tích bể phản ứng, kết quả cho thấy rằng hiệu suất ử lý của bể MBBR có thể cao

hơn nhiều so với sự phát triển của hệ thống lơ lửng ust n và ộng s , 5 Những

nguyên nhân sau có thể giải thích cho tính hiệu quả hơn của bể MBBR:

 Sự hoạt động của nồng độ sinh khối cao từ việc kiểm soát hiệu quả của độ dày màng sinh học trên các giá thể bằng quá trình áo trộn trong bể hoặc do sự ma

sát giữa các giá thể lơ lửng với nhau

 Khả năng giữ lại sinh khối cao chuyên biệt và cụ thể cho mỗi điều kiện khác

nhau bên trong mỗi bể phản ứng, độc lập với SRT của hệ thống tổng thể

 Hệ số khuếch tán chấp nhận được sinh ra từ các điều kiện hỗn loạn trong bể

phản ứng

Trang 33

pH của dung dịch nhỏ hơn giá trị mà ở đó bề mặt không có sự vận chuyển điện tích Khi điểm đẳng điện của bề mặt vi sinh vật thay đổi trong vùng acid (pH 4 – 5), tế bào

vi sinh vật trong trong nước trung tính được coi như là hạt keo với sự vận chuyển điện tích âm Hơn nữa, lực kéo tĩnh điện hoạt động giữa các vi sinh vật và các phân tử hay

bề mặt rắn với một sự vận chuyển điện tích rõ ràng, vì vậy chúng có thể dính chặt dễ dàng Mặt khác, sự bám dính của vi sinh vật lên các phân tử hay các bề mặt rắn với sự

vận chuyển điện tích âm rất khó nhận ra

Đặc tính vật lí của bề mặt rắn có ảnh hưởng đến khả năng dính bám của màng vi sinh vật Các quan sát cho thấy bề mặt gồ gề có ảnh hưởng đến thời kì đầu hình thành lớp màng và số lượng gắn kết cao hơn nhiều so với bề mặt nhẵn Nhưng sự gồ gề của

bề mặt không phải là nhân tố quan trọng trong tổng lượng màng vi sinh được tạo thành Theo các nghiên cứu khi so sánh đặc tính dính bám của màng sinh học trên các vật liệu: polyvynylchloride (bề mặt không xử lí) và polyethylene (A), vật liệu lọc cùng loại được chà láng bằng giấy nhám mịn (B), chà bằng giấy thô (C) và gắn chúng vào 1 đĩa trong đơn vị lọc tiếp xúc quay Và kết quả cho thấy tốc độ kết dính và tổng lượng kết dính như sau: A < B < C Vậy độ gồ ghề ít ảnh hưởng đến sự kết hợp của màng vi sinh lên bề mặt rắn, nó chỉ ảnh hưởng đến tổng lượng màng bám dính và đặc tính bám dính thay đổi theo điều kiện sinh lý của vi sinh vật Ngoài ra khả năng dính bám của màng cũng phụ thuộc vào vận tốc dòng nước chảy qua bề mặt màng Tốc độ cao ảnh hưởng đến sự hình thành lớp màng cơ bản, nhưng khi lớp màng đã hình thành thì tốc

độ dòng chảy càng cao thì sự sinh trưởng càng tăng nhanh

Các vi khuẩn tạo thành ba ơ từ chuỗi thức ăn thông qua hoạt động của chất hữu cơ trong nước thải đã được ử lý Các chất hòa tan tăng lên một cách nhanh chóng trong khi các phân tử chât keo bị sụt giảm tạo thành các lớp sệt Tại đó, chúng trải qua quá trình gắn kết với en ym ngoại bào, giải phóng một lượng nhỏ phân tử mà chúng chuyển hóa được Hệ vi khuẩn gồm các thực vật hoại sinh sơ cấp và thứ cấp, giống như trong hệ thống tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bao gồm các loài: Achromobacterium, Alcaligenes, Flavobacterium, Pseudomonas, Sphaerotilus và Zooglea Tuy nhiên không hoàn toàn giống như trong hệ thống tác nhân sinh trưởng lơ lửng, sự phân bố các loài này có thể thay đổi vị trí trong các phản ứng Tác nhân sinh

Trang 34

trưởng bám dính cũng bao gồm vi khuẩn Nitrat hóa, như các loài Nitrosomonas và Nitrobacter, thường được phát hiện ở các vùng có nồng độ các chất hữu cơ lơ lửng thấp Sinh khối trong các thiết bị ử lý ứng dụng quá trình màng vi sinh vật tương đối lớn Quá trình vi sinh vật sản sinh ra ít bùn dư hơn quá trình bùn hoạt tính vì chuỗi

thức ăn dài hơn

 Vận hành hệ thống của thiết bị ử lý:

Ưu điểm quan trọng nhất của quá trình màng vi sinh vật so với quá trình vi sinh vật

lơ lửng là sự dễ dàng trong vận hành hệ thống xử lí Việc vận hành hệ thống bùn hoạt tính đòi hỏi phải duy trì ổn các thông số như nồng độ vào ổn định, khả năng lắng của bùn, tuần hoàn bùn và loại bỏ bùn dư …Đặc biệt khi sự phát triển quá mức của vi khuẩn Filamentous như Sphaelotilus natans, beggiatoa… làm giảm khả năng lắng của bùn và gây khó khăn trong việc vận hành hệ thống Trong quá trình vi sinh dính bám những điều kiện vận hành như trên hầu như không cần quan tâm tới Trong khi bể lắng sau bể Aeroten còn nhiệm vụ duy trì nồng độ bùn trong bể hoạt tính thì bể lắng sau thiết bị màng vi sinh vật chỉ có tác dụng loại bỏ chất rắn sinh học (lớp màng bị bong ra trong nước thải sau khi qua thiết bị xử lí bằng màng) mà không ảnh hưởng gì tới hoạt động của màng vi sinh vật Do tác dụng của chuỗi thức ăn tồn tại trong quá trình màng

vi sinh dài nên lượng bùn dư sinh ra ít, do vậy sẽ làm giảm phức tạp trong quá trình

vận hành cũng như làm cho hệ thống xử lí ít công trình đơn vị xử lí hơn

Tuy vậy, sự đơn giản trong vận hành dẫn tới khả năng điều chỉnh tình trạng của hệ thống xử lí đang hoạt động thấp Với bùn hoạt tính có thể điều chỉnh nồng độ bùn trong bể bằng cách điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn từ bể lắng, hay muốn tăng khả năng loại bỏ nitơ có thể tăng thời gian lưu bùn, nói chung thì có thể điều khiển các thông số để đảm bảo hiệu quả xử lí nước thải trong bùn hoạt tính Trái lại đối với quá trình màng vi sinh vật không thể điều khiển chính xác sinh khối trong hệ thống, các chủng vi sinh vật bởi vì không có một phương pháp hiệu quả nào được tìm thấy nhằm điều khiển quá trình này Có thể nói rằng thông số có thể được điều khiển để vận hành

hệ thống màng vi sinh vật chỉ có chất lượng nước đầu vào và cường độ sục khí (hiếu

khí)

 Đặc tính về sự loại bỏ cơ chất:

Những tính chất về sự loại bỏ cơ chất trong quá trình màng vi sinh khác xa với quá trình vi sinh vật lơ lửng như bùn hoạt tính Sự khác biệt chủ yếu ở hai quan điểm: + Một quan điểm cho rằng phản ứng sinh học được điều chỉnh bởi hai yếu tố:

(1)sự khuếch tán, (2) sự tiêu thụ cơ chất trong màng Quá trình khuếch tán sẽ

là quá trình hạn chế tốc độ nếu bề dày màng đạt tới một giá trị đủ lớn Quá trình khuếch tán là một quá trình hoá lí, ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn những hoạt động sinh học như trao đổi chất hay sự tiêu thụ cơ chất Trong quá

Trang 35

bẻ gãy các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn

 Khởi động nhanh chóng:

Trong quá trình bùn hoạt tính, thời gian khởi động tối thiểu khoảng 1 tháng để đạt được hiệu quả ổn định và thông thường là 2 tháng So với quá trình màng vi sinh vật, thì thời gian khởi động khoảng 2 tuần đối với thiết bị lọc sinh học ngập nước và thiết

bị tiếp xúc quay, và cần thời gian dài hơn đối với thiết bị lọc nhỏ giọt

Nguyên nhân làm cho thời gian khởi động của quá trình màng vi sinh ngắn hơn là do hầu hết sinh khối sinh ra đều tích luỹ lại mà không bị tiêu thụ sớm trong quá trình khởi động, khi màng vi sinh còn mỏng Nhờ vậy việc khôi phục vận hành cũng rất nhanh ngay cả khi một lượng lớn sinh khối bị suy giảm do một lí do nào đó Quá trình cũng

chịu được sự thay đổi bất thường về tải trọng hữu cơ

 Khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm:

Có hai quan điểm giải thích về khả năng loại bỏ những cơ chất phân huỷ chậm của quá trình màng vi sinh vật Những cơ chất có chứa các loại chất hữu cơ như Polyvinyl Alcohol (PCA), Linear Alkylbenzen Sulfonate (LAS), lignin, các hợp chất hữu cơ có gốc Clo,…hay các chất vô cơ như nitrate, cyanide,…Những hợp chất này đều là các hợp chất có thể phân huỷ sinh học, tuy nhiên tốc độ phân huỷ rất chậm, và tốc độ tăng trưởng của các loài vi sinh sử dụng các hợp chất trên làm cơ chất chính rất thấp Ví dụ tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn nitơ Nitrosomonas chỉ bằng 1/10 tốc độ phát triển của Escherichia coli Các loài vi sinh vật có tốc độ tăng trưởng nhỏ có khả năng loại bỏ các

loại bỏ các cơ chất phân huỷ chậm

Nguyên nhân thứ hai liên quan đến tỉ lệ của bề dày màng hiệu quả với bề dày của

tổng màng Nói chung, tốc độ tiêu thụ một cơ chất chậm liên quan đến sự vận chuyển bởi quá trình khuếch tán phân tử của nó, độ sâu nó có thể vào trong màng vi sinh vật,

Trang 36

tương ứng với độ sâu của lớp màng hiệu quả Nói cách khác, nếu tốc độ tiêu thụ một

cơ chất nhỏ thì lượng vi sinh cần thiết sẽ lớn tương ứng và ngược lại Vì vậy, sự khác biệt về khả năng phân huỷ sinh học sẽ không ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ tiêu thụ cơ chất của màng vi sinh vật Do đó, màng vi sinh thích hợp để xử lí những loại nước thải

có chứa những cơ chất phân huỷ sinh học chậm

 Khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải trọng ô nhiễm:

Tốc độ khuếch tán và phản ứng sinh học đều giảm khi nhiệt độ giảm, và mức độ phụ thuộc của phản ứng sinh học quan trọng hơn sự khuếch tán Năng lượng hoạt hoá được dùng để đánh giá mức độ phụ thuộc của phản ứng sinh học vào nhiệt độ, năng lượng càng lớn sự phụ thuộc càng cao Năng lượng hoạt hoá của khuếch tán phân tử chỉ chừng vài kcal/mol trong khi đó năng lượng hoạt hoá của phản ứng sinh học khoảng 20 – 30 kcal/mol Do vậy, ngay cả khi nhiệt độ nước thải xuống thấp tốc độ tiêu thụ cơ chất bởi màng vi sinh vật cũng không ảnh hưởng lớn bằng bản thân tốc độ phản ứng sinh học nội tại, với động lực phản ứng giống như đối cơ chất phân huỷ chậm, do tốc độ khuếch tán phân tử giảm chậm hơn nhiều tốc độ phản ứng theo nhiệt

độ Ngược lại, khi nhiệt độ nước tăng tốc độ tiêu thụ cơ chất cũng không tăng nhiều như phản ứng sinh học nội tại Vậy hiệu quả xử lí của màng vi sinh vật ổn định ít phụ

thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ

Đối với sự thay đổi tải lượng ô nhiễm thì hiệu quả xử lí cũng ổn định Khi tải lượng đầu vào tăng lên thì nồng độ cơ chất trên bề mặt của màng tăng tương ứng, do vậy bề dày hiệu quả của màng cũng tăng theo Ngược lại, khi tải lượng ô nhiễm giảm thì bề

dày màng cũng giảm theo Kết quả là hiệu quả xử lí được giữ ổn định

 Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp:

Thực nghiệm cho thấy không thể xử lí nước thải có nồng độ BOD thấp hơn 20 mg/l bằng quá trình bùn hoạt tính, vì rất khó duy trì giá trị MLSS và hiệu quả xử lí Tuy nhiên, đối với quá trình màng vi sinh vật chỉ cần nồng độ cơ chất cao hơn giá trị cần thiết để duy trì sự trao đổi chất (giá trị rất thấp), nước thải với nồng độ cơ chất thay đổi trong khoảng rộng vẫn đảm bảo được hiệu quả xử lí Đối với màng vi sinh vật nước

Trang 37

nhiều loại nước khác nhau Cụ thể như thiết bị lọc sinh học sử dụng vật liệu đệm lơ lửng dùng để xử lí nước thải có nồng độ chất hữu cơ từ vài trăm đến vài ngàn mg/l, lọc sinh học ngập nước thiết bị tiếp xúc quay và lọc nhỏ giọt thích hợp xử lí nước thải

nồng độ thấp từ vài chục đến vài trăm mg/l, thường dùng để xử lí bậc hai

+ Bể lọc sinh học tiếp súc quay (RBC): RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau Đĩa nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm Tương tự như bể lọc sinh học, màng vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa Khi đĩa quay, mang sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ô y Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể lắng đợt hai Trục RBC phải tính toán đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay Chiều dài tối đa của trục thường 8m Vật liệu nhựa tiếp xúc thường có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhà chế tạo Diện tích bề mặt trung bình khoảng 9.300 – 16.700 m2/trục dài 8m Thể tích bể thích hợp khoảng 5 L/m2 diện tích vật liệu (METCALF and EDDY,

1991)

+ Bể lọc sinh học nhỏ giọt: là loại bể lọc sinh học không ngập nước Các vật liệu

lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất

trong điều kiện có thể Khi nước chạm vào lớp vật liệu lọc sẽ chia thành các dòng hoặc các hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu lọc, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu lọc và được làm sạch do

vi sinh vật của màng phân huỷ hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kị khí sinh

ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi giá thể, bị nước cuốn theo Trên bề mặt

vật liệu làm giá thể sẽ hình thành lớp màng Hiện tượng này lặp đi lặp lại

thường xuyên Kết quả là BOD của nước thải sẽ được vi sinh vật sử dụng làm

chất dinh dưỡng Do đó nước thải được làm sạch

+ Bể lọc sinh học hiếu khí ngập nước hiếu khí:giống như lọc kị khí nhưng khí

được cung cấp vào bể nhờ hệ thống các máy sục khí

 Không có khả năng điều khiển sinh khối:

Thông thường không dễ dàng để điều khiển sinh khối trong màng vi sinh vật Hơn nữa, sự tăng bề dày màng vượt quá một giá trị bề dày hiệu quả không đóng góp gì vào việc xử lí ô nhiễm mà còn làm giảm diện tích hiệu quả của màng vi sinh vật và thời

gian lưu nước trong thiết bị xử lí

Không có khả năng kiểm soát được sinh khối do không thể kiểm soát được thời gian lưu bùn và do đó không kiểm soát được các loài vi sinh vật có trong màng Trong

Trang 38

quá trình bùn hoạt tính, để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn nitơ, nhằm kiềm hãm quá trình nitrate hoá thì thời gian lưu bùn chỉ cần rút ngắn lại Ngược lại, để thúc đẩy quá trình nitrate hoá hay phát triển protozoa và metazoa chỉ cần tăng thời gian lưu bùn bằng cách giảm lượng bùn dư lấy ra Vì vậy hoàn toàn có thể điều khiển được các loài

vi sinh có trong bùn hoạt tính Đối với quá trình màng vi sinh vật sự đa dạng sinh học cao, dẫn tới chuỗi thức ăn được kéo dài và làm giảm lượng bùn dư Không có phương pháp nào được phát triển để kiểm soát số lượng loài vi sinh có trong màng, do đó sự phát triển quá mức của một số vi sinh vật cỡ lớn như Daphnia hay Nais sẽ xâm chiếm màng vi sinh vật, chiếm bậc cao trong chuỗi thức ăn và làm giảm khả năng ử lí của

hệ thống vì chúng ăn một lượng lớn các vi sinh vật khác và sản sinh ra các sản phẩm

bền khó lắng trong nước đầu ra

Do vậy, quá trình màng vi sinh vật có rất ít các yếu tố điều khiển Do vậy, dễ vận

hành nhưng khó điều khiển để đạt được hiệu quả xử lí cao

 Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán

Trong quá trình màng vi sinh vật, các yếu tố điều khiển quá trình làm sạch nước là

sự vận chuyển cơ chất và oxy vào màng vi sinh vật và tốc độ phản ứng sinh học của vi sinh vật Trong đa số trường, sự vận chuyển cơ chất bởi quá trình khuếch tán trở thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng (sự hạn chế khuếch tán), nồng độ cơ chất trở thành yếu

tố điều khiển phản ứng làm sạch Màng vi sinh vật càng dày, nồng độ o y trong nước

thải càng cao thì tốc độ phản ứng càng cao

Nồng độ oxy hoà tan phải được duy trì cao trong nước thải khi thiết kế bể lọc sinh học hiếu khí, do vậy năng lượng sục khí cũng phải cao tương ứng Do đó để hạn chế ảnh hưởng của quá trình khuếch tán diện tích màng vi sinh vật phải đủ lớn tương ứng với lượng sinh khối lớn Như vậy cần sử dụng vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt riêng lớn Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn để duy trì

bề dày hiệu quả của màng thích hợp để tăng cường khả năng khuếch tán của cơ chất và oxy vào trong lớp màng Hơn nữa cần phải thiết kế thiết bị xử lí sao cho vận tốc nước

chảy đều mọi nơi trong khối vật liệu đệm

d.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ử lý bằng công nghệ MBBR:

 Giá thể:

Diện tích bề mặt riêng của giá thể động là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống, đồng nghĩa với sự tập trung mật độ vi sinh trong lớp màng biofilm sẽ kiểm soát hiệu suất Các nghiên cứu cho rằng hiệu suất của hệ thống MBBR tăng khi

diện tích bề mặt lớp màng sinh học càng cao gaar và ộng s , 2

Diện tích bề mặt riêng thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể ử

lý dẫn đến thể tích bể nhỏ Theo các báo cáo, nồng độ biofilm dao động từ 3000 -4000 gTS/m3, tương tự với những giá trị có được trong bùn hoạt tính với tuổi bùn cao Điều

Trang 39

này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình ử lý bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều Bản chất của các giá thể là phân bố đều và mang một lớp màng sinh học mỏng cho phép chuyển hóa chất nền và o y đến bề mặt màng sinh học Do đó, khi màng sinh học quá dày thì hiệu quả lại giảm vì cơ chất không thể đi sâu vào bên trong của lớp màng nền nếu lớp màng dày hơn 100 m Khi màng sinh học đủ độ dày cần thiết thì lớp màng sẽ

tự động bong tróc ra để duy trì độ dày tối ưu cho quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng Điều đó đòi hỏi duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết sao cho hệ thống có hiệu

quả.[ Odegaard và ộng s , 4] Không nên làm cho các vật liệu đệm bị áo trộn

quá mạnh Ngoài ra, ma sát và sự ăn mòn giá thể trong bể phản ứng là nguyên nhân làm vỡ màng sinh học từ bề mặt ngoài giá thể Kaldnes Chính vì thế, các giá thể MBBR được gia công với bề mặt ngoài có độ dính bám, có các “vây” bên ngoài để bảo vệ màng sinh học và thúc đẩy tăng trưởng sinh khối Diện tích bề mặt của các “

vây” không được tính vào diện tích bề mặt thực tế của biofilm [ Odegaard, 1994]

diện tích trung bình hiệu quả của giá thể MBBR là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt

màng biofilm dính bám vào giá thể

Mật độ các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, tối ưu

là 67% Tuy nhiên, mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu ử lý cụ thể Thực tế thường sử dụng mật độ giá thể thấp hơn 67% thể tích bể

phản ứng

 Độ áo trộn:

Một yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện áo trộn trong

bể ử lý Độ áo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất và

o y đến bề mặt biofilm Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không được mong đợi đối với hệ thống Độ áo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ các sinh khối dư và duy trì

độ dày thích hợp cho biofilm Độ dày biofilm nhỏ hơn 100 m đối với việc ử lý cơ chất luôn được ưu tiên Độ áo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình Độ áo trộn quá cao sẽ làm tách sinh khối ra khỏi giá thể và

làm giảm hiệu suất quá trình ử lý

 Tải trọng hữu cơ:

Không thể ác định được diện tích thực được bao phủ bởi biofilm trên bề mặt giá thể, người ta đánh giá hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng để ử lý Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống MBBR có thể hoạt động với các tải trọng khác

nhau tùy vào mục đích ử lý

Trang 40

Bảng 3 : gi trị điển h nh ủa ể BB th o tải trọng B D

Các ứng ụng Tải trọng O (g/m 2

giá thể ngày Tải trọng cao ( oại 75 – 80% BOD) >20

Tải trọng trung ình ( oại 80 – 90

%BOD)

5 – 15 Tải trọng thấp( tiền Nitrat hóa 5

nguồn: ho s opithorn và ộng s , 2

+ Tải trọng ao: các phản ứng có giá thể di động có thể em ét khi một hệ thống tải

trọng cao nhỏ gọn là cần thiết để đáp ứng các tiêu chuẩn ử lý Trong các ứng dụng hiệu suất cao, MBBR là hoạt động theo tải trọng hữu cơ cao, với mục đích chính của việc loại bỏ BOD hòa tan và dễ phân hủy Trong điều kiện tải trọng cao

sẽ làm bong tróc màng Do đó, hệ thống MBBR tải trọng cao thường kết hợp với

quá trình keo tụ và tạo bông, tuyển nổi hay có một bước để loại bỏ chất rắn

+ Tải trọng trung nh: các thiết kế tải trong trung bình có hiệu quả khi nước thải đã

được loại bỏ photpho

+ Tải trọng thấp: thiết kế tải trọng thấp được em ét để tăng quá trình Nitrat hóa

Điều này đảm bảo rằng tốc độ Nitrat hóa cao có thể đạt được trong các bể phản ứng với tải trọng BOD thấp Trong những trường hợp khi tải trọng BOD cho quá trình Nitrat hóa MBBR không giảm, thì tốc độ Nitrat hóa sẽ giảm đáng kể và các

bể phản ứng có thể không hiệu quả Ví dụ, tốc độ Nitrat hóa đạt 0.8 g/m2.ngày ở tải trọng BOD là 2 gBOD/m2.ngày và nồng độ o y hòa tan là 6 mg/L nhưng tỉ lệ này sẽ giảm khoảng 50% nếu tải trọng BOD tăng lên đến 3 gBOD/m2.ngày Có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng nồng độ o y hòa tan cao hơn để giúp bù đắp quá trình ức chế này, hoặc giảm tải trọng bề mặt Tuy nhiên, điều quan trong cần lưu ý rằng những lựa chọn khác phải có tính kinh tế và có phương pháp tiếp cận hiệu quả Thay vào đó, các phương pháp thích hợp sẽ ác định kích thước bể MBBR để loại bỏ BOD bằng cách sử dụng tải trọng thấp, để đạt hiệu quả Nitrat hóa tối đa có

thể đạt được trong dòng hạ lưu của bể MBBR

e.Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBBR:

 Không giống như quá trình bùn hoạt tính lơ lửng, sự phát triển vi sinh vật trong

bể MBBR không phụ thuộc vào quá trình phân hủy chất rắn, vì sinh khối luôn

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	6,53 MB