Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu hiếu khí (AO) sử dụng giá thể sinh học eco – bio – block (EBB) cải tiến

Vì vậy việc nghiên cứu, tìm ra giải pháp công nghệ thích hợp ñể xử lý hiệu quả nước thải bệnh viện ñảm bảo các tiêu chuẩn cho phép khi thải ra môi trường ñã ñược các nhà môi trường trong

ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Môi trường và phát triển bền vững

(Chương trình ñào tạo thí ñiểm)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRỊNH VĂN TUYÊN

HÀ NỘI - 2016

LỜI CÁM ƠN

ðầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ñã tận tình hướng dẫn giúp tôi hoàn thành luận văn ñúng yêu cầu ñề ra

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Hoàng Lương và các bạn bè ñồng nghiệp ở Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường ñã truyền ñạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại Trung tâm, cũng như gia ñình, bạn bè ñã khuyến khích, ñộng viên tạo mọi ñiều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này

Trân trọng cảm ơn

Hà Nội, ngày 04 tháng 11 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

ðặng Thị Thùy Nguyên

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu nêu

trong luận văn là trung thực, không sử dụng số liệu của tác giả khác khi chưa ñược

công bố hoặc chưa ñược sự ñồng ý Những kết quả nghiên cứu của tác giả chưa

từng ñược công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Hà Nội, ngày 04 tháng 12 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

ðặng Thị Thùy Nguyên

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về nước thải bệnh viện 5

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải bệnh viện 5

1.1.2 Tính chất và thành phần nước thải bệnh viện 5

1.1.3 Phương án phân nguồn nước thải bệnh viện 6

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện 7

1.2.1 Phương pháp mương ôxy hóa 8

1.2.2 Phương pháp bùn hoạt tính 9

1.2.3 Phương pháp lọc sinh học ngập nước 10

1.2.4 Phương pháp màng vi sinh tầng chuyển ñộng (MBBR) 11

1.2.5 Phương pháp bể phản ứng theo mẻ (SBR) 12

1.2.6 Phương pháp thiết bị sinh học màng 13

1.2.7 Phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt 15

1.2.8 Phương pháp thực vật thủy sinh 16

1.2.9 Phương pháp Anammox 17

1.3 Tổng quan về vật liệu EBB 18

1.3.1 Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trên thế giới: 18

1.3.2 Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trong nước: 22

1.3.3 Nguyên lý hoạt ñộng của EBB cải tiến 27

1.3.4 Ưu ñiểm và nhược ñiểm của công nghệ EBB cải tiến 28

1.4 Phân tích và lựa chọn công nghệ thích hợp 29

CHƯƠNG 2: ðỊA ðIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 ðịa ñiểm, thời gian nghiên cứu 31

2.1.1 ðịa ñiểm nghiên cứu 31

2.1.2 Thời gian nghiên cứu 31

2.2 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 Phương pháp luận 31

2.2.2 Các phương pháp nghiên cứu 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Sản xuất vật liệu EBB cải tiến 37

3.1.1 Xác ựịnh tỷ lệ phối trộn các vật liệu 37

3.1.2 Xác ựịnh tỷ lệ phối trộn nước 38

3.1.3 Cấy VSV lên giá thể EBB cải tiến 40

3.1.4 Quy trình sản xuất EBB cải tiến 41

3.2 đánh giá hiệu suất xử lý COD, Amoni, TSS trên hệ thống AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến 43

3.2.1 đánh giá hiệu suất xử lý COD trên hệ thống AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến 44

3.2.2 đánh giá hiệu suất xử lý Amoni trên hệ thống AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến 51

3.2.3 đánh giá hiệu suất xử lý TSS trên hệ thống AO sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến 57

3.3 đề xuất công nghệ xử lý nước thải bệnh viện 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DO

EBB

Hàm lượng ô xy hòa tan Vật liệu mang vi sinh PVC

QCVN

Nhựa Polyvinylclorua Quy chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần nước thải bệnh viện 6

Bảng 1.2 Hiệu suất xử lý của công nghệ EBB tại Mayur Vihar 20

Bảng 1.3 Giới thiệu một số ñặc ñiểm của vật liệu Karemzit 23

Bảng 1.4 ðặc tính kỹ thuật vật liệu Zeolit 24

Bảng 3.1 ðộ rỗng và tỷ lệ phối trộn của vật liệu EBB cải tiến 37

Bảng 3.2 Tỷ lệ nước ñể phối trộn 38

Bảng 3.3 Vi sinh vật hiếu khí tổng số (CFU/g) 41

Bảng 3.4 Vi sinh vật kị khí tổng số (CFU/g) 41

Bảng 3.5 Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải của Bệnh viện E 44

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của lưu lượng ñến hiệu suất và tải lượng xử lý 63

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ ñồ nguyên tắc phân nguồn nước thải bệnh viện 7

Hình 1.2 Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp mương ôxy hóa 8

Hình 1.3 Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính 9 Hình 1.4 Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng lọc sinh học ngập nước 10

Hình 1.5 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp MBBR 11

Hình 1.6 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp SBR 12

Hình 1.7 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp MBR 14

Hình 1.8 Xử lý nước thải bằng công nghê lọc sinh học nhỏ giọt 15

Hình 1.9 Xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh 17

Hình 1.10 Xử lý nước thải bằng công nghệ Anammox 18

Hình 1.11 EBB ñược ứng dụng trong xử lý nước sông Melaka Malaysia 20

Hình 1.12 Ứng dụng của EBB trong làm sạch bể cá cảnh 21

Hình 1.13 Hình ảnh viên EBB nguyên mẫu Nhật Bản 21

Hình 1.14 Hình ảnh SEM của than cacbon hóa ở nhiệt ñộ 6400C 25

Hình 1.15 Chế phẩm sinh học Sagi Bio 27

Hình 1.16 Nguyên lý hoạt ñộng của EBB cải tiến 28

Hình 2.1 Sơ ñồ khối hệ thống thực nghiệm thiếu - hiếu khí 32

Hình 2.2 Mô hình thực nghiệm hệ thống thiếu - hiếu khí 33

Hình 2.3 Hình dáng khuôn mẫu vật liệu EBB cải tiến 35

Hình 3.1 Lượng nước phối trộn 100ml 38

Hình 3.2 Lượng nước phối trộn 150ml 39

Hình 3.3 Lượng nước phối trộn120 ml 39

Hình 3.4 Cấy VSV vào EBB cải tiến 40

Hình 3.5 EBB cải tiến trước và sau khi cấy VSV 40

Hình 3.6 Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu EBB cải tiến

(dùng cho xử lý nước thải bệnh viện) 42

Hình 3.7 Sản phẩm EBB cải tiến ñược chế tạo tại Viện Công nghệ môi

trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 43

Hình 3.8 Hệ thí nghiệm A-O 43

Hình 3.9 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý COD qua cột thiếu khí 45

Hình 3.10 Tải lượng xử lý COD qua cột thiếu khí 475

Hình 3.11 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý COD qua cột hiếu khí 497

Hình 3.12 Tải lượng xử lý COD qua cột hiếu khí 47

Hình 3.13 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý COD qua hệ AO 49

Hình 3.14 Tải lượng xử lý COD qua hệ AO 49

Hình 3.15 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý Amoni qua cột thiếu khí 51

Hình 3.16 Tải lượng xử lý Amoni qua cột hiếu khí 51

Hình 3.17 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý Amoni qua bể hiếu khí 53

Hình 3.18 Tải lượng xử lý Amoni qua bể hiếu khí 53

Hình 3.19 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý Amoni qua hệ AO 55

Hình 3.20 Tải lượng xử lý Amoni qua hệ AO 55

Hình 3.21 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý TSS qua bể thiếu khí 57

Hình 3.22 Tải lượng xử lý TSS qua bể thiếu khí 57

Hình 3.23 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý TSS qua bể hiếu khí 59

Hình 3.24 Tải lượng xử lý TSS qua bể hiếu khí 59

Hình 3.25 Nồng ñộ và hiệu suất xử lý TSS qua hệ AO 61

Hình 3.26 Tải lượng xử lý TSS qua hệ AO 61

Hình 3.27 Sơ ñồ khối phương án xử lý nước thải bệnh viện công nghệ AO 64

Hình 3.28 Sơ ñồ dòng chảy nước thải bệnh viện bằng phương pháp AO 65

MỞ ðẦU

Tốc ñộ phát triển kinh tế cao mang lại những lợi ích to lớn như cải thiện mức sống của người dân và tiềm lực kinh tế cho ñất nước, tuy nhiên nó cũng có tác ñộng nặng nề ñến chất lượng môi trường Trong ñó, ô nhiễm do nước thải là một trong những vấn ñề nhức nhối nhất

Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc ñối với các nhà quản lý môi trường và xã hội vì chúng có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và nguy hiểm ñến ñời sống con người

Theo thống kê của Bộ Y tế, tính ñến nay cả nước hiện có 1.087 bệnh viện (1.023 bệnh viện nhà nước, 64 bệnh viện tư nhân) với tổng số hơn 140.000 giường bệnh, ngoài ra còn có hơn 10.000 trạm y tế xã, hàng chục ngàn cơ sở phòng khám

tư nhân, cơ sở nghiên cứu, ñào tạo, sản xuất dược phẩm, sinh phẩm y tế Các cơ sở

y tế, thải ra khoảng 250.000 m3 nước thải mỗi ngày Loại nước thải y tế này ô nhiễm nặng về mặt hữu cơ và hàm lượng vi sinh cao gấp 100-1000 lần tiêu chuẩn cho phép Tuy nhiên, khoảng 46% số bệnh viện hiện chưa có hệ thống xử lý nước thải và 70% số hệ thống xử lý nước thải hiện có không ñạt tiêu chuẩn [3]

Do kinh tế còn nhiều khó khăn, việc quản lý và xử lý chất thải bệnh viện ở nhiều ñịa phương chưa ñược quan tâm và ñầu tư ñúng mức Chất thải bệnh viện, ngoài những ñặc tính chung giống như chất thải sinh hoạt, còn có ñặc tính tiêng biệt

là chứa rất nhiều vi trùng gây bệnh có khả năng lây nhiễm cao, gây nên những vấn

ñề nhức nhối về vệ sinh, môi trường và sức khỏe cộng ñồng Theo ông Jordan Ryan, nguyên Trưởng ñại diện thường trú Quỹ Môi trường Toàn cầu (GEF) tại Việt Nam,

có 80% trường hợp mắc bệnh do nguồn nước bị ô nhiễm, trong ñó có một phần là

từ nước thải các bệnh viện [8]

Vì vậy việc nghiên cứu, tìm ra giải pháp công nghệ thích hợp ñể xử lý hiệu quả nước thải bệnh viện ñảm bảo các tiêu chuẩn cho phép khi thải ra môi trường ñã ñược các nhà môi trường trong và ngoài nước quan tâm Hiện nay, các nước trên

thế giới và nước ta ñã ứng dụng nhiều giải pháp công nghệ khác nhau ñể xử lý hiệu quả và an toàn nước thải bệnh viện, trong ñó thường sử dụng phổ biến là công nghệ sinh học Nước thải bệnh viện là một nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì

có hàm lượng hữu cơ, các chất dinh dưỡng cao và ñặc biệt có chứa nhiều vi khuẩn, virut gây bệnh Ở Việt Nam, các nhà khoa học ñã nghiên cứu, phát triển nhiều công nghệ xử lý nước thải bệnh viện như bể sinh học tiếp xúc hiếu khí, công nghệ bùn hoạt tính trong các bể aeroten truyền thống, xử lý hiếu khí theo mẻ SBR, lọc sinh học ngập nước, công nghệ AAO, công nghệ màng sinh học MBR… Tuy nhiên, các công nghệ này ñòi hỏi chi phí ñầu tư cao, vận hành gặp nhiều khó khăn

Eco-Bio Block (EBB) nguyên mẫu từ Nhật Bản EBB từ Nhật Bản là một khối rắn ñược sản xuất thông qua quá trình pha trộn các vật liệu như ñá núi lửa ở Nhật kết hợp gắn các hệ vi sinh vật thân thiện với môi trường [20]

EBB cải tiến ñã ñược Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công bằng cách sử dụng các vật liệu sẵn có trong nước (sỏi nhẹ keramzite phối trộn với cát, xi măng và than hoạt tính, cấy vi sinh vật) Viện Công nghệ môi trường ñã có các nghiên cứu về việc sử dụng EBB cải tiến ñể xử lý nước thải sinh hoạt và nước hồ ao cho thấy hiệu quả xử

lý của EBB cải tiến với các loại nước thải này khá cao

Chính vì vậy tôi thực hiện ñề tài luận văn “Nghiên cứu ñánh giá hiệu quả xử

lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu - hiếu khí (AO) sử dụng giá thể

sinh học EBB cải tiến” ñể ñánh giá hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của vật liệu EBB

cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý cho ñối tượng nước thải bệnh viện, góp phần cải thiện môi trường nước nói riêng và môi trường sống nói chung

Mục tiêu của ựề tài:

- Nghiên cứu sản xuất vật liệu EBB phù hợp cho xử lý nước thải bệnh viện

ở Việt Nam

- Thử nghiệm và ựánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu - hiếu khắ (AO) sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến, góp phần cải thiện môi trường nước

đánh giá hiệu quả xử lý COD;

đánh giá hiệu quả xử lý Amoni;

đánh giá hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng;

- đề xuất phương pháp xử lý nước thải bệnh viện mới phù hợp với ựiều kiện Việt Nam

đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, amoni, chất rắn lơ lửng của mô hình xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp thiếu hiếu khắ kết hợp sử dụng giá thể sinh học EBB cải tiến Nước thải ựược lấy từ bể ựiều hòa bệnh viện E, quận Cầu Giấy, Hà Nội

Quy mô nghiên cứu

Quy mô phòng thắ nghiệm

Bố cục của ựề tài:

Chương 1 Tổng quan

- Tổng quan về nước thải bệnh viện

- Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

- Tổng quan về vật liệu EBB

- Lựa chọn công nghệ thắch hợp

Chương 2 địa ựiểm, thời gian, phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả nghiên cứu

- Sản xuất vật liệu EBB

- Nghiên cứu hiệu suất xử lý COD trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thế sinh học EBB cải tiến

- Nghiên cứu hiệu suất xử lý Amoni trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thế sinh học EBB cải tiến

- Nghiên cứu hiệu suất xử lý TSS trong hệ thí nghiệm AO sử dụng giá thế sinh học EBB cải tiến

- ðề xuất phương pháp mới xử lý nước thải bệnh viện

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nước thải bệnh viện

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện là dung dịch thải từ cơ sở khám, chữa bệnh

Nước thải bệnh viện phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như: pha chế thuốc - tẩy khuẩn, lau chùi dụng cụ y tế, rửa trôi các mẫu bệnh phẩm, rửa vết thương bệnh nhân, nước thải từ các phòng phẫu thuật, phòng xét nghiệm, phòng thí nghiệm, từ các khoa khám, chữa bệnh, khu ñiều trị bệnh nhân,… ñược thu gom chung ñưa về hệ thống xử lý nước thải Nước thải loại này có chứa chủ yếu các hợp chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, máu, mủ và ñặc biệt là các loại vi trùng gây bệnh

Ngoài ra, một lượng lớn nước thải phát sinh trong quá trình sinh hoạt của cán

bộ, nhân viên, bệnh nhân và người nhà bệnh nhân Nước thải này có chứa chủ yếu các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng (N, P), các chất rắn lơ lửng (SS), các chất hữu

cơ (BOD5, COD và vi khuẩn), nếu không ñược xử lý trước khi thải ra ngoài sẽ gây ô nhiễm tới môi trường

1.1.2 Tính chất và thành phần nước thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học khá cao (ñại diện bởi thông số BOD5), lượng chất rắn lơ lửng lớn ðặc biệt, nước thải bệnh viện là nguồn ñiển hình chứa lượng lớn các vi khuẩn gây bệnh Tại hầu hết các bệnh viện ñã khảo sát, khi phân tích mẫu nước thải cho thấy, tổng coliform nằm trong khoảng 106- 107 MNP/100ml, vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần [4] Ngoài các loại vi khuẩn này, trong nước thải bệnh viện còn có một lượng không ít vi khuẩn gây bệnh khác Do vậy, nước thải bệnh viện nếu không có biện pháp xử lý hữu hiệu, các mầm bệnh này sẽ bị phát tán ra môi trường và thủy vực tiếp nhận, làm gia tăng nguy cơ bùng phát dịch bệnh, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe cộng ñồng

Thành phần của nước thải bệnh viện thường ở mức như bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần nước thải bệnh viện

Nguồn: Tài liệu quản lý chất thải bệnh viện, 2015 [2]

Ngoài ra nước thải bệnh viện còn có một số kim loại nặng với hàm lượng nhỏ như: mangan, ñồng, thủy ngân, crôm, Các kết quả phân tích các kim loại nặng trong nước thải bệnh viện thường cho thấy hàm lượng các kim loại này ñều nhỏ hơn quy chuẩn cho phép (QCVN 28:2010/BTNMT)

1.1.3 Phương án phân nguồn nước thải bệnh viện

Nhằm giảm thiểu lượng nước thải cho hệ xử lý, giảm chi phí ñầu tư, giảm chi phí xử lý và nhằm ñảm bảo cho hệ thống xử lý hoạt ñộng ổn ñịnh và ñạt hiệu quả cao, cần tách riêng nước mưa và nước thải thành các dòng riêng biệt

- Nước mưa, nước mặt chảy tràn cần ñược thu gom riêng vào hệ thống cống thoát nước mặt riêng biệt Nước từ hệ thống cống này sẽ ñược xả thẳng ra mương thoát nước

- Nước thải từ các khoa, phòng bao gồm cả nước thải sinh ra trong quá trình khám chữa bệnh và nước thải sinh hoạt của các cán bộ công nhân viên, bệnh nhân, người nhà bệnh nhân ñược thu gom dẫn theo ñường ống riêng ñến khu xử lý nước thải theo hình 1.1

Hình 1.1 Sơ ñồ nguyên tắc phân nguồn nước thải bệnh viện

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

Các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện theo kiểu truyền thống mặc dù ñầu

ra có ñạt QCVN nhưng ngày càng bộc lộ nhiều yếu ñiểm như: Tốn diện tích, chi phí vận hành và chi phí ñầu tư cao, thời gian thi công chậm, phát sinh mùi hôi trong quá trình vận hành, chất lượng nước sau xử lý không ổn ñịnh, lượng bùn thải ra lớn

Việc nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bệnh viện không chỉ cần thỏa mãn các tiêu chuẩn quy ñịnh, mà còn phải ñảm bảo các yếu tố: chiếm ít diện tích, dễ lắp ñặt vận hành và bảo dưỡng, không gây ô nhiễm thứ cấp ảnh hưởng ñến môi trường xung quanh

Các nước trên thế giới và nước ta ñã ứng dụng nhiều giải pháp công nghệ khác nhau ñể xử lý hiệu quả và an toàn nước thải bệnh viện Ở một số nước phát triển như ðức, Nhật Bản, Pháp, Mỹ, Canada,… các nhà khoa học ñã nghiên cứu và ứng dụng thành công các phương pháp sinh học cho việc xử lý nước thải, bao gồm các phương pháp kỵ khí, hiếu khí, thiếu khí có sử dụng vi sinh vật Ưu thế của việc

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là ñơn giản, tiết kiệm, tận dụng ñược

Hệ nước thải chung

Nước mưa chảy tràn

xử lý

nguồn sinh vật sẵn có trong môi trường và hạn chế ñến mức tối ña ảnh hưởng tiêu cực trong quá trình xử lý

Qui trình xử lý nước thải trên thế giới hiện nay thường ñược tiến hành theo những bước như sau:

Xử lý cấp 1 (Primary Treatment): Dùng những biện pháp hóa lý loại bỏ bớt những chất thải rắn không hòa tan trong nước

Xử lý cấp 2 (Secondary Treatment): Sử dụng vi sinh vật ñể loại bỏ những chất thải hữu cơ hòa tan trong nước

Xử lý cấp 3 (Tertiary Treatment): Kết hợp các biện pháp xử lý hóa học, vật lý, sinh học ñể loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước

1.2.1 Phương pháp mương ôxy hóa

Mương ôxy hóa là một dạng thiết bị sục khí kéo dài Phương pháp này có ưu ñiểm là có thể xử lý hiệu quả ñồng thời hữu cơ và nitơ, vận hành ñơn giản, tốn ít năng lượng, tạo ra ít bùn Tuy nhiên, phương pháp này cần diện tích xây dựng lớn Phương pháp này ñược sử dụng khá phổ biến ñối với quy mô nhỏ (xem Hình 1.2)

Hình 1.2 Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp mương ôxy hóa [11]

1.2.2 Phương pháp bùn hoạt tính

Sử dụng bể Aeroten (bể bùn hoạt tính) kết hợp với lắng sơ cấp, lắng thứ cấp

và khử trùng Bùn cặn từ bể lắng sơ cấp và bùn hoạt tính dư ñược ñưa qua bể phân hủy bùn dạng yếm khí (xem Hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

- Quá trình này ñòi hỏi phải hồi lưu một phần bùn từ bể lắng về bể sục khí ñể duy trì nồng ñộ bùn hoạt tính trong bể sục khí trong khoảng mong muốn Vì vậy, cần phải kiểm tra, phân tích nồng ñộ bùn và ñiều chỉnh lưu lượng bùn hồi lưu thường xuyên, dẫn ñến vận hành rất phức tạp

- Quá trình này dễ bị xảy ra hiện tượng bùn khó lắng, khi ñó hiệu quả xử lý kém và

hệ mất ổn ñịnh Khắc phục hiện tượng này khá phức tạp, ñòi hỏi người vận hành có

Nước

xử lý

Bể ñiều hoà

Khử trùng Lắng 1

Xử lý bùn Nước thải

Bùn thải

Bùn

Bể bùn hoạt tính Lắng 2 Bùn

kiến thức chuyên môn sâu Do ñó, quá trình này vận hành phức tạp, nhìn chung là không thuận lợi ñối các cơ sở không có cán bộ kỹ thuật chuyên trách về xử lý nước thải

1.2.3 Phương pháp lọc sinh học ngập nước

Sử dụng bể lọc sinh học hiếu khí có vật liệu mang vi sinh vật ngập trong nước kết hợp với lắng sơ cấp, lắng thứ cấp và khử trùng Bùn và cặn phát sinh trong quá trình xử lý sẽ ñược thu gom và xử lý tiếp bằng phương pháp phân huỷ bùn yếm khí

Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng lọc sinh học ngập nước ở hình 1.4

Hình 1.4 Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng lọc sinh học ngập nước

+ Ưu ñiểm:

- Hiệu suất xử lý hữu cơ và nitơ cao, chất lượng nước thải sau xử lý tốt và ổn ñịnh

do có thể duy trì ñược nồng ñộ vi sinh vật trong hệ cao và chủng loại vi sinh vật phong phú

- Thời gian lưu của nước thải trong hệ thống ngắn nên diện tích mặt bằng sử dụng không lớn

- Không cần hồi lưu bùn, hạn chế ñược hiện tượng bùn khó lắng, do ñó so với quá trình bùn hoạt tính, vận hành ñơn giản và ổn ñịnh hơn

Xử lý bùn

- Có thể làm kín nên giảm mùi thứ cấp

+ Nhược ñiểm:

- Quá trình này không giảm ñược chi phí xử lý do vẫn phải cấp khí cưỡng bức

- Chi phí ñầu tư lại cao hơn so với quá trình bùn hoạt tính do phải sử dụng thêm vật liệu lọc sinh học (vật liệu mang vi sinh)

1.2.4 Phương pháp màng vi sinh tầng chuyển ñộng (MBBR)

Nước thải ñược xử lý bằng phương pháp vi sinh tại các bể xử lý vi sinh Nước thải sau xử lý vi sinh ñược lọc qua lớp vật liệu lọc nổi tại bể lọc nhằm loại bỏ cặn vi sinh trong nước và khử một phần nitrat Lượng bùn trong trong bể lọc ñược quay vòng một phần về bể xử lý vi sinh, phần bùn dư còn lại ñược ñưa về bể ủ bùn Bùn ủ sau một thời gian ñược hút và thải bỏ giống như bã thải tại các bể phốt Nước thải sau khi qua bể lọc ñược loại bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh tại bể khử trùng trước khi thải ra môi trường

Sơ ñồ công nghệ xử lý nước thải bằng màng vi sinh tầng chuyển ñộng (MBBR) xem Hình 1.5

Hình 1.5 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp MBBR

Bể ñiều hòa

Bể lắng

Bể MBBR Song chắn rác

Bể phân hủy bùn Bùn thải (làm phân hoặc chôn lấp) Nước tràn

Bùn Bùn

1.2.5 Phương pháp bể phản ứng theo mẻ (SBR)

SBR (Sequencing Batch Reactor) - bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử

lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai ñoạn sục khí và lắng diễn ra gián ñoạn trong cùng một bể SBR không cần sử dụng bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hoàn bùn, thay vào ñó là quá trình xả cặn trong bể Hệ thống SBR là hệ thống dùng ñể xử lý nước thải chứa chất hữu cơ và nitơ cao Hệ thống SBR linh ñộng

có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng Quá trình lắng tĩnh giúp nồng ñộ TSS ñầu ra thấp Bể ñiều hòa, bể lắng sơ cấp, xử lý sinh học, bể lắng thứ cấp và khử dinh dưỡng có thể kết hợp lại thành 1, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat cao Tuy nhiên, do hệ thống hoạt ñộng theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt ñộng ñồng thời với nhau, công suất xử lý thấp, người công nhân vận hành hệ thống phải có kỹ thuật cao [7]

Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp SBR ñược mô tả bằng Hình 1.6

Hình 1.6 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp SBR [6]

1.2.6 Phương pháp thiết bị sinh học màng

Thiết bị sinh học màng (Membrane Bioreactor, MBR) là hệ thống xử lý nước thải kết hợp quá trình lọc màng (như vi lọc hay siêu lọc) với quá trình sinh học sinh trưởng lơ lửng Phương pháp này ñược phát triển mạng mẽ trong vài thập niên trở lại ñây, và hiện nay ñang ngày càng ñược sử dụng rộng rãi ñể xử lý nước thải ở nhiều nước trên thế giới với công suất lên tới 48.000 m3/ngày

So với quá trình xử lý truyền thống, quá trình MBR có nhiều ưu ñiểm nổi bật: thiết bị nhỏ gọn, tốn ít mặt bằng xây dựng, hiệu quả xử lý các chất hữu cơ cao (do duy trì ñược lượng sinh khối lớn trong bể phản ứng sinh học), lượng bùn thừa sinh

ra ít, chất lượng nước xử lý ñạt rất cao và luôn ổn ñịnh có thể ñáp ứng ñược yêu cầu tái sử dụng, không cần bể lắng cuối và khử trùng, dễ dàng mở rộng và nâng cấp các

hệ thống xử lý cũ

Sự phát triển và cải tiến mạnh mẽ của công nghệ - kỹ thuật và sự giảm ñáng

kể giá thành màng trong thời gian gần ñây ñã làm cho quá trình MBR trở thành một công nghệ chính thức trong xử lý nước thải

Hiện nay, nước thải giàu dinh dưỡng là một trong những nguồn chủ yếu gây

ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng nguồn nước Nguồn nước thải giàu dinh dưỡng rất ña dạng và phức tạp: nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi, lò mổ, nhà máy chế biến thực phẩm, công nghiệp thuộc da, nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt… Nhìn chung trong thành phần của những loại nước thải này thường chứa chất hữu cơ, nitơ, photpho với hàm lượng cao Nguồn nước thải này không qua xử lý hoặc xử lý không triệt ñể ñược xả trực tiếp vào các thuỷ vực gây ra các hiện tượng: phú dưỡng, làm giảm oxy hòa tan trong nước, phá hủy hệ ñộng, thực vật thủy sinh của các thủy vực tiếp nhận, gây mùi hôi thối ảnh hưởng ñến cảnh quan, môi trường, sức khỏe của con người và thậm chí có thể làm chết các loài ñộng vật sống dưới nước Bình thường thực vật trong các thủy vực phát triển cân bằng với lượng ñộng vật trong chuỗi thức ăn và bị giới hạn bởi hàm lượng các chất dinh dưỡng Tuy nhiên, nếu ñưa vào nguồn tiếp nhận quá nhiều chất dinh dưỡng N, P sẽ dẫn ñến sự phát triển bùng nổ các loài thực vật thuỷ sinh như rong, tảo và các loại

thực vật trôi nổi khác Khi các sinh vật này chết ñi sẽ gây ra các hiện tượng như

“dòng sông chết” do ñó khó có thể kiểm soát ñược và dẫn ñến làm suy giảm chất lượng nguồn nước và gây nên ô nhiễm cho môi trường

Hàm lượng cho phép của các thành phần dinh dưỡng N, P ñược qui ñịnh khá ngặt nghèo trong tiêu chuẩn thải của nhiều quốc gia cũng như của Việt Nam Vì vậy, trong xử lý nước thải, ngoài việc xử lý các thành ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD),

SS việc xử lý các thành phần dinh dưỡng N, P cũng là yêu cầu rất quan trọng Tuy nhiên trong thực tế, do nhiều lý do như công nghệ phức tạp, chi phí ñầu tư cao mà việc xử lý các thành phần N, P chưa ñược quan tâm ñúng mức ở nước ta hiện nay Quá trình MBR ñược ứng dụng trong thực tế hiện nay chủ yếu là quá trình sinh học hiếu khí kết hợp với lọc màng Quá trình này có hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và amoni cao, tuy nhiên hiệu quả xử lý tổng nitơ (T-N) bị hạn chế, ñặc biệt

là ñối với các loại nước thải công nghiệp ô nhiễm nitơ ở mức ñộ cao như nước thải thực phẩm, chế biến mủ cao su, chăn nuôi …

So với quá trình xử lý truyền thống, quá trình MBR có nhiều ưu ñiểm nổi bật hơn hẳn: tốc ñộ sử dụng cơ chất cao, diện tích mặt bằng lắp ñặt nhỏ gọn, khả năng phối hợp cao

Sơ ñồ công nghệ ñiển hình sử dụng MBR trong xử lý ñược thể hiện ở Hình 1.7

Hình 1.7 Công nghệ xử lý nước bằng phương pháp MBR [15]

Bể phân hủy bùn Bùn thải (làm phân hoặc chôn lấp) Nước tràn

Bùn dư Bùn cặn

1.2.7 Phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt

Sử dụng tháp lọc sinh học nhỏ giọt cấp khí tự nhiên kết hợp với lắng sơ cấp, lắng thứ cấp và khử trùng Bùn thải phát sinh trong quá trình xử lý sẽ ñược thu gom

và ñưa về bể phân hủy bùn dạng yếm khí Bùn cặn sau xử lý trong các bể xử lý bùn

sẽ ñược ñịnh kỳ hút mang ñi chôn lấp ñúng nơi qui ñịnh (xem Hình 1.8)

Hình 1.8 Xử lý nước thải bằng công nghê lọc sinh học nhỏ giọt [16]

+ Ưu ñiểm:

- Quá trình ñơn giản, ổn ñịnh, hiệu suất xử lý tương ñối cao

- Ưu ñiểm nổi bật của quá trình này là cấp khí theo phương thức ñối lưu khí tự nhiên, nên ưu việt hơn hẳn hai quá trình nêu trên về phương diện chi phí năng lượng cho xử lý

- Về mặt cấu tạo, lọc sinh học dạng tháp có bề mặt tiếp xúc pha lớn khi dùng vật liệu lọc có bề mặt riêng và ñộ rỗng lớn ñảm bảo hiệu suất xử lý nhưng chiếm diện tích mặt bằng nhỏ hơn so với bể Aerotan

- Trong công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến, các bể ñiều hoà và lắng sơ bộ ñược thay bằng cụm bể ñiều hoà kết hợp với xử lý yếm khí và lắng sơ bộ, do ñó giảm nhẹ ñáng kể tải trọng hữu cơ (COD, BOD) cho tháp lọc sinh học phía sau Vì vậy nâng cao khả năng xử lý kể cả xử lý amoni (nitrat hoá) của tháp lọc sinh học Một phần nước sau xử lý ñược hồi lưu trở lại cụm bể ñiều hoà kết hợp với xử lý yếm khí và lắng sơ bộ ñể xử lý nitơ (khử nitrat hoá) Nhờ sự cải tiến này, khả năng xử lý amoni

và nitơ tổng ñược cải thiện rất nhiều so với công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt truyền thống

- Không gây ô nhiễm tiếng ồn

- Có thể làm kín nên giảm mùi thứ cấp

- Vận hành và bảo dưỡng ñơn giản, phù hợp và thuận lợi cho nhưng cơ sở không có cán bộ kỹ thuật chuyên trách về xử lý nước thải, những nơi có nguồn ñiện không ổn ñịnh

- Chi phí ñầu tư tương ñương phương pháp bùn hoạt tính, chi phí xử lý và bảo dưỡng thấp

+ Nhược ñiểm:

- Chỉ phù hợp với các ñối tượng nước thải có mức ô nhiễm không cao như nước thải bệnh viện, nước thải sinh hoạt, không phù hợp với các loại nước thải giàu hữu cơ, nitơ

- Quá trình xử lý ñòi hỏi nước thải tại ñầu vào của bể lọc phải ñược phân phối ñều trên bề mặt lọc

1.2.8 Phương pháp thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó

có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng Tuy nhiên lợi dụng chúng ñể xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu thêm ñược lợi nhuận

Thực vật thủy sinh cạnh tranh dinh dưỡng và có thể loại bỏ một phần chất dinh dưỡng từ nước thải Hệ rễ của thực vật thủy sinh là nơi ẩn nấp của loại Daphnia ăn tảo và chứa những sinh vật bám quanh rễ có thể loại bỏ một phần P hòa

tan trong nước Một số loài thực vật thủy sinh như Miriophyllum sp Chara và

Elodea còn tiết ra những chất ức chế sinh trưởng của vi khuẩn

Hình 1.9 là một ví dụ về việc sử dụng thực vật thủy sinh ñể xử lý nước

ñiều khiển quá trình nitrit hóa một phần amoni sao cho chỉ một nửa lượng amoni ñược chuyển hóa thành nitrit

Hình 1.10 Xử lý nước thải bằng công nghệ Anammox

1.3 Tổng quan về vật liệu EBB

1.3.1 Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trên thế giới:

Eco-Bio Block (EBB) là một khối rắn ñược sản xuất thông qua quá trình pha trộn các vật liệu như ñá núi lửa kết hợp gắn các hệ vi sinh vật thân thiện với môi trường và ñược ứng dụng trong xử lý môi trường [20] Cơ chế hoạt ñộng của EBB ñược thực hiện thông qua vai trò của các vi sinh vật ñược gắn trong trong khối với mật ñộ ñộ rỗng cao và diện tích bề mặt tiếp xúc lớn của vật liệu [21] Trên thế giới

ñã có những công trình công bố nghiên cứu cơ bản về sử dụng EBB trong việc loại

bỏ COD và nitơ, amoni trong nước thải Thông thường EBB ñảm nhận vai trò loại

bỏ các chất ô nhiễm bằng cách duy trì sự cân bằng tự nhiên và loại bỏ liên tục các vi sinh vật có hại trong nguồn nước bị ô nhiễm Bên cạnh ñó, nghiên cứu của Hitoshi

ñã khảo sát về vai trò của EBB trong việc loại bỏ các ký sinh trùng, ấu trùng muỗi trong nước thải và khả năng lọc sạch nước thải ñể loại bỏ các chất ô nhiễm [24,25]

Qua nghiên cứu , tác giả ñã thu ñược những số liệu có giá trị hữu hiệu về mặt khoa học trong việc làm rõ ñược khả năng tăng hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm và sản sinh ít chất pyriproxyfen, ñây là một pyridine có vai trò tiêu diệt các ấu trùng

của ñộng vật thân ñốt và các vi khuẩn Bacillus subtilis natto cố ñịnh trong khối

EBB sẽ làm tăng hiệu quả xử lý Trong nghiên cứu, của Mohd lại ñề cập ñến vai trò của EBB trong việc ñánh giá chất lượng nước của sông Sungai Kenawar Segamat tại Malaysia Các thông số ñược nhóm tác giả tiến hành khảo sát ñể ñánh giá như: hàm lượng ô xy hòa tan (DO), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu ôxy sinh học (BOD), nhu cầu ô xy hóa hóa học (COD), các hợp chất ni tơ NH3-N, NO3- và NO2- Qua nghiên cứu này, tác giả ñã kết luận việc ứng dụng EBB cho xử lý nước thải ô nhiễm tại các lạch, mương, sông nhỏ là rất phù hợp, mang lại hiệu quả cao, không

sử dụng hóa chất hay tốn chi phí về năng lượng cho quá trình xử lý [20] EBB còn ñược nghiên cứu rất tỉ mỉ và chi tiết về nhiều khía cạnh trong việc ứng dụng ñể xử

lý nước thải tại các ao hồ, sông nhỏ và mương dẫn của các khu dân cư trong luận văn tốt nghiệp của tác giả Ridzuan, 2006 tại trường ðại học Công nghệ Malaysia [22] Tác giả ñã ñưa ra ñược những thông số về hữu cơ, nitơ thích hợp ñể ứng dụng EBB trong xử lý nước thải Kết quả cuối cùng Ridzuan cho rằng EBB rất phù hợp cho xử lý theo mô hình mương ô xy hóa cho ñối tượng nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư với mật ñộ không cao ðược phát minh tại Nhật Bản và ngày ñược ứng dựng rộng rãi tại nhiều quốc gia, EBB ñã chứng minh ñược tính năng ưu việt như không sử dụng hóa chất, không tốn chi phí năng lượng và thân thiện với môi trường Các dự án lớn ứng dụng EBB trong xử lý nước thải của sông Melaka Malaysia (xem hình 1.11) ðặc biệt, EBB còn ñược dùng làm sạch các bể cá cảnh, (xem hình 1.12) Công nghệ EBB ñã thể hiện vai trò rất rõ rệt tại nhiều quốc gia Nhật Bản, Ấn ñộ, Malaysia, Singaopre Viên EBB sản xuất tại Nhật Bản có hình dạng như hình 1.13 Trong khi ñó, một nghiên cứu trên quy pilot tại ñiểm xả thải Mayur Vihar, Ấn ðộ, tiến hành từ tháng 12 năm 2006 ñến tháng 4 năm 2007 cho thấy hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm ñã giảm ñược xấp xỉ trên dưới 50% (trình bày trong bảng 1.2)

Bảng 1.2 Hiệu suất xử lý của công nghệ EBB tại Mayur Vihar [19]

Hình 1.12 Ứng dụng của EBB trong làm sạch bể cá cảnh [21]

Hình 1.13 Hình ảnh viên EBB nguyên mẫu Nhật Bản [20]

1.3.2 Tổng quan về nghiên cứu vật liệu EBB trong nước:

Ở Việt Nam, những nghiên cứu về EBB hiện vẫn là một lĩnh vực hoàn toàn mới Tuy nhiên, Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ñã bước ñầu tiếp cận với EBB nguyên mẫu từ Nhật Bản Tại ñây các nhà nghiên cứu ñã tìm ra công thức chế tạo EBB cải tiến bằng các vật liệu sẵn có trong nước Cụ thể như vật liệu chính là sỏi nhẹ keramzite phối trộn với cát, xi măng và than hoạt tính, nhóm nghiên cứu ñã phối trộn thành công khối EBB ñầu tiên có tính chất cơ lý rất giống với EBB nguyên mẫu từ Nhật Bản Việc ứng dụng vật liệu sỏi nhẹ làm giá thể cho vi sinh vật ñã ñược thực hiện trên những nghiên cứu trước ñây

EBB cải tiến ñược hình thành và chế tạo thông qua 5 loại vật liệu chính như cát, sỏi nhẹ kazemzit, xi măng, than cacbon hóa và chế phẩm vi sinh Sagi - bio [9] EBB là công nghệ sinh học thân thiện với môi trường Công thức chế tạo EBB cải tiến bằng các vật liệu sẵn có trong nước Quá trình sản xuất EBB thông qua một quy trình theo dõi nghiêm ngặt trong chế ñộ pha trộn giữa tỉ lệ sỏi nhẹ kezamzite phối trộn với cát, xi măng và than hoạt tính, vi sinh vật thân thiện với môi trường ñể ñạt chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế phù hợp Các vi sinh vật trong khối EBB xử lý nước bằng cách duy trì sự cân bằng tự nhiên và loại bỏ liên tục các vi sinh vật có hại có trong nguồn nước bị ô nhiễm

ðặc ñiểm các loại vật liệu trong viên EBB

a Cát

Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt ñá và khoáng vật nhỏ và mịn Khi ñược dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực ñịa chất học, kích thước cát hạt cát theo ñường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới

2 mm (thang Wentworth sử dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05 mm tới 1 mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt Nam hiện nay) Một hạt vật liệu tự nhiên nếu có kích thước nằm trong các khoảng này ñược gọi là hạt cát Lớp kích thước hạt nhỏ hơn kế tiếp trong ñịa chất học gọi là ñất bùn (Mỹ) với các hạt có ñường kính nhỏ

hơn 0,0625 mm cho tới 0,004 mm hoặc bụi (Nga) với các hạt có ñường kính nhỏ hơn 0,05 mm cho tới 0,001 mm Lớp kích thước hạt lớn hơn kế tiếp là sỏi/cuội với ñường kính hạt nằm trong khoảng từ 2 mm tới 64 mm (Mỹ) hay từ 1 tới 3 mm (Nga) Khi cọ xát giữa các ngón tay thì cát tạo ra cảm giác sàn sạn (chứ không như ñất bùn tạo cảm giác trơn như bột)

b Sỏi nhẹ Kazemzit

Sỏi nhẹ keramzit là vật liệu xây dựng nhân tạo ñược sản xuất từ các loại khoáng sét dễ chảy bằng phương pháp nung phồng nhanh Chúng có cấu trúc tổ ong với các lỗ rỗng nhỏ và kín Xương và vỏ của sỏi karemzit rất vững chắc, rất sạch ñối với môi trường sinh thái nên phù hợp cho VSV hữu ích sinh trưởng, phát triển và

bám dính trên giá thể này

Mật ñộ khối lượng/thể tích (kg/m3) nhẹ hơn rất nhiều so với ñá xây dựng dùng làm bê tông Kích thước (mm) chia ra 3 loại : 5 - 10; 10 - 20 và 20 – 40 Người ta chia ra thành các mác căn cứ theo mật ñộ khối lượng/thể tích Dưới ñây là một số mác và giới hạn bền nén thông dụng của vật liệu Keramzit

Bảng 1.3 Giới thiệu một số ñặc ñiểm của vật liệu Karemzit [18]

c Zeolit

- Phạm vi ứng dụng: có thể thay thế ñồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước và nước thải Sản phẩm ñược chứng nhận an toàn cho sử dụng cấp nước sinh hoạt và ăn uống

Bảng 1.4 ðặc tính kỹ thuật vật liệu Zeolit [18]

- Giảm hàm lượng một số hợp chất hữu cơ có trong nước

d Xi măng

Xi măng là chất kết dính thủy lực ñược tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp ñó, do sự hình thành

của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt ñầu quá trình ninh kết sau ñó là quá trình hóa cứng ñể cuối cùng nhận ñược một dạng vật liệu có cường ñộ và ñộ ổn ñịnh nhất ñịnh

Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng ñược xếp vào loại chất kết dính thủy lực Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc không thủy lực Các loại xi măng thủy lực như xi măng Portland cứng lại dưới tác ñộng của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật, ở ñây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giữ ñược ñộ cứng khi ñặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi măng khan ñược trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước

e Than cacbon hóa

Ưu ñiểm của than cacbon hoá là có thành phần TOC rất cao có thể tự phân huỷ theo thời gian Cấu trúc, mật ñộ lỗ trên than ñược phân tích trên thiết bị Scanning Electron Micrograph (SEM) Hình 1.14 cho thấy, ñại ña số lỗ trên than có kích thước ở cỡ macro D> 50nm, thích hợp cho làm giá thể dính bám của vi sinh vật

Hình 1.14 Hình ảnh SEM của than cacbon hóa ở nhiệtñộ 6400 C

g Chế phẩm Sagi - bio

Chế phẩm vi sinh học Sagi Bio là phương pháp xử lý chất thải bằng công nghệ sinh học, với cơ chế dựa trên các hoạt ñộng sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong chất thải, ñể xử lý chất thải Các chế phẩm sinh học Sagi Bio gồm các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn ñược tuyển chọn và ñược ñánh giá có mức ñộ an toàn sinh học cao

ðược sản xuất từ các chủng vi sinh vật hữu ích thuộc nhóm chịu nhiệt và ưa nhiệt (nhiệt ñộ sinh trưởng tối ưu 45-550C) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại

bào (xenlulaza, amylaza và proteinaza) ñể phân hủy nhanh các chất thải hữu cơ

thành mùn Cạnh tranh dinh dưỡng và ức chế các vi sinh vật gây bệnh trong chất thải, giảm phát sinh mùi hôi thối và làm sạch môi trường

ðược sản xuất từ các chủng vi sinh vật hữu ích thuộc nhóm vi sinh vật ưa ấm (nhiệt ñộ sinh trưởng tối ưu 15 -370C) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại bào

(xenlulaza, amylaza và proteinaza), cạnh tranh dinh dưỡng với các vi sinh vật gây

hại trong môi trường nước giảm phát sinh mùi hôi thối

Chế phẩm sinh học Sagi Bio dùng cho các công trình xử lý nước thải giàu hữu

cơ hiếu khí, thiếu khí và ao hồ bị ô nhiễm hữu cơ Thúc ñẩy nhanh quá trình phân huỷ chất thải hữu cơ làm sạch môi trường nước

Chế phẩm này có tác dụng phân huỷ các chất thải hữu cơ, khử mùi và ức chế

sự phát triển của nhóm vi khuẩn Coliform trong chất thải Thành phần gồm vi khuẩn Bacillus, Lactobacillus và nấm men, mật ñộ vi sinh vật hữu ích ≥ 108CFU/ml chế phẩm và phụ gia [5,6]

EBB cải tiến dùng chế phẩm Sagi-Bio do PGS.TS Tăng Thị Chính, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu và sản xuất (hình 1.15)

Hình 1.15 Chế phẩm sinh học Sagi Bio

Viện Công nghệ môi trường ñã có phòng nghiên cứu chuyên về phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt lực cao trong xử lý môi trường, các công trình ñã ñược công bố rất rộng rãi ðây là một lợi ñiểm rất lớn trong việc kết hợp giữa vi sinh vật Sagi-Bio ñược tuyển chọn cấy vào giá thể EBB làm tăng khả năng xử lý của công nghệ này Bên cạnh ñó, việc sử dụng than hoạt tính ñể phối trộn cùng vật liệu khác

ở các tỷ lệ cho phép sẽ làm tăng ñộ xốp của khối EBB, diện tích bề mặt riêng của vật liệu và chống lại sự bết tắc của vật liệu

1.3.3 Nguyên lý hoạt ñộng của EBB cải tiến

Các vi sinh vật trong khối EBB xử lý nước bằng cách duy trì sự cân bằng tự nhiên và loại bỏ liên tục các vi sinh vật có hại có trong nguồn nước bị ô nhiễm

Cơ chế phân hủy chất hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nước thải là nhờ các chủng VSV thân thiện với môi trường, trong ñó có cả VSV hiếu khí, thiếu khí và

kỵ khí Khi tiếp xúc với dòng nước thải giàu chất hữu cơ và chất dinh dưỡng thì cứ sau 30 phút VSV phát triển theo cấp số nhân và tạo ra ñược hệ VSV hữu ích vô cùng phong phú (xem hình 1.16)

Hình 1.16 Nguyên lý hoạt ñộng của EBB cải tiến

1.3.4 Ưu ñiểm và nhược ñiểm của công nghệ EBB cải tiến

Ưu ñiểm của công nghệ EBB cải tiến

- Sử dụng công nghệ EBB thân thiện với môi trường, thanh lọc nhanh các chất thải hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, ức chế phần lớn các vi khuẩn có hại làm cho nguồn nước trong hơn và mùi hôi giảm một cách ñáng kể

- Thiết kế linh hoạt ñể phù hợp với ñịa hình và ñối tượng cần xử lý Hệ thống xử lý xây dựng ñơn giản, không cần những ñường ống phức tạp nên lắp ñặt và vận hành vô cùng thuận lợi

- Khối chất rắn EBB ñược thiết kế và chế tạo gọn nhẹ nên dễ vận chuyển ñến những nơi có ñịa hình phức tạp

- EBB cải tiến ñược thiết kế lấy nguồn oxy tự nhiên, tránh ñược tình trạng khi hệ thống xử lý không có nguồn ñiện cấp vào thì khối chất rắn EBB vẫn duy trì ñược sự sống cho VSV

Nhược ñiểm của công nghệ EBB cải tiến

- Nhược ñiểm lớn nhất của khối chất rắn EBB là ở những ñiểm có nồng ñộ SS quá

cao có thể gây tắc nghẽn khối rỗng bên trong EBB, ảnh hưởng ñến hiệu suất xử lý của VSV Chính vì thế, những nơi có lượng bùn nhiều ở dưới ñáy người ta không

xếp EBB ở dưới mà xếp cách lượng bùn dưới ñáy một khoảng cách thích hợp

1.4 Phân tích và lựa chọn công nghệ thích hợp

Ở Việt Nam có một số nhiệm vụ ñược ñề ra nhằm ñưa ra các tiêu chí và lượng hóa các tiêu chí ñó ñể có sự thống nhất về việc lựa chọn công nghệ xử lý môi trường Tuy nhiên cho ñến nay vẫn chưa ñược ban hành bởi các cơ quan quản lý nhà nước

Thông thường ñể lựa chọn một công nghệ xử lý môi trường người ta phải dựa theo các tiêu chí cơ bản sau ñây:

- Tiêu chí về môi trường (là tiêu chí quan trọng nhất): ðạt tiêu chuẩn xả thải (Vi khuẩn, COD, T-N, T-P,….)

- Tiêu chí về kinh tế: Chi phí ñầu tư hợp lý, chi phí vận hành thấp, tiết kiệm diện tích mặt bằng xử lý

- Tiêu chí sử dụng: Công nghệ ổn ñịnh, bảo hành bảo dưỡng ñơn giản, ñảm bảo tính

ổn ñịnh mà không cần phải kiểm soát nghiêm ngặt

- An toàn, thân thiện với môi trường

Công nghệ thiếu - hiếu khí kết hợp giá thể vi sinh ra ñời cách ñây vài năm tại Châu Âu, phù hợp ñể xử lý các loại nước thải chứa nhiều chất hữu cơ ô nhiễm dễ phân hủy sinh học như: sản xuất bánh kẹo, nước thải thủy sản, nước thải mía ñường, nước thải bệnh viện, nước thải khách sạn, nước thải ñô thị, sản xuất tinh bột sắn…

Sau khi xem xét ñưa ra các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện ta có thể thấy công nghệ thiếu - hiếu khí kết hợp sử dụng EBB cải tiến là công nghệ có thể xử lý ñược hiệu quả chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải y tế EBB cải tiến thân thiện với môi trường, thanh lọc nhanh các chất thải hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, ức chế phần lớn các vi khuẩn có hại làm cho nguồn nước trong hơn và mùi hôi giảm một cách ñáng kể Ngoài ra, ưu ñiểm của công nghệ này là tránh ñược tình trạng khi hệ thống xử lý không có nguồn ñiện cấp vào thì hệ thống ngừng hoạt ñộng Với khối chất rắn EBB, khi không có ñiện vẫn duy trì ñược sự sống cho VSV

Công nghệ ñược thiết kế linh hoạt ñể phù hợp với ñịa hình và ñối tượng cần

xử lý Hệ thống xử lý xây dựng ñơn giản, không cần những ñường ống phức tạp nên

lắp ñặt và vận hành vô cùng thuận lợi Do vậy, công nghệ EBB cải tiến có tính khả thi hơn so với các công nghệ khác

Mục ñích việc lựa chọn chế phẩm vi sinh là nhằm bổ sung những chủng VSV ñặc chủng cho việc xử lý chất thải ô nhiễm môi trường, làm tăng ưu ñiểm của khối chất rắn EBB cải tiến cũng như giảm thời gian nuôi cấy VSV mà những năm gần ñây các hệ thống xử lý nước thải truyền thống, có sử dụng vật liệu ñệm phải mất rất nhiều thời gian cho việc nuôi cấy vi sinh

Trong ñề tài luận văn này, tôi sử dụng chế phẩm Sagi - bio Chế phẩm này do phòng Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường sản xuất và ñã ñược ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường cho nhiều ñối tượng khác nhau

Chế phẩm Sagi - bio gồm các chủng Bacillus, Lactobacillus and Saccharomycete với mật ñộ VSV hữu ích lên ñến 108 CFU/ml sẽ ñược bổ sung vào khối chất rắn EBB cải tiến nhằm tăng hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trường và giảm thời gian vận hành hệ thống Công dụng của chế phẩm Sagi - bio là có tác dụng phân huỷ các thải hữu cơ, khử mùi và ức chế sự phát triển của nhóm vi khuẩn Coliform trong nước thải

CHƯƠNG 2

ðỊA ðIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ðịa ñiểm, thời gian nghiên cứu

2.1.1 ðịa ñiểm nghiên cứu

Nước thải bệnh viện lấy nước từ bệnh viện E, Cầu Giấy, Hà Nội và làm thí nghiệm, chạy hệ thí nghiệm, phân tích nước thải trước và sau xử lý tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.1.2 Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu ñược tiến hành từ tháng 4 năm 2015 ñến tháng 11 năm 2015 Các

số liệu ñược thực hiện trong phòng thí nghiệm

2.2 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp luận

Trong ñề tài, cách tiếp cận chính ñã ñược sử dụng tiếp cận hệ thống, nhấn mạnh vào việc mô tả mối liên kết giữa các yếu tố và tương tác cũng như bản thân yếu tố và tương tác Một hệ thống là một tập hợp các thành tố tương tác với nhau

Sự thay ñổi một thành tố sẽ làm thay ñổi một thành tố khác, từ ñó làm thay ñổi thành tố thứ 3 Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng vừa có tính nguyên nhân, vừa có tính ñiều khiển

Trong phạm vi ñề tài luận văn này, tác giả sử dụng tiếp cận hệ thống ñể xác ñịnh ảnh hưởng giữa lưu lượng, nồng ñộ ñầu vào, nồng ñộ ñầu ra, tải lượng, hiệu suất xử lý của hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp AO kết hợp giá thể EBB ñể từ ñó ñánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý và ñề xuất phương án xử

lý hiệu quả hơn