Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fentonôzon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước” được thực hiện nhằm tìm ra giải pháp xử lý nước thải bệnh vi

có thể Nhân đây chúng tôi muốn gủi lời cảm ơn đến:

Gia đình và những người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để hỗ trợ, động viên chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài

Chúng tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô trong khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên nói chung, thầy cô bộ môn Kỹ thuật Môi trường nói riêng đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian qua

Đồng thời chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của cán bộ công nhân viên của bệnh viện Đa Khoa Châu Thành – Hậu Giang đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài

Bên cạnh đó chúng tôi xin cảm ơn các bạn lớp Kỹ thuật Môi Trường K39, đặc biệt là những bạn làm luận văn cùng chúng tôi đã chia sẻ, hỗ trợ và động viên chúng tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã thực hiện vuợt mức khối luợng đề tài nhưng khả năng viết còn hạn chế do đó không thể tránh khó các thiếu sót Kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để luận văn đuợc hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lam Sơn Huỳnh Lương Kiều Loan

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước” được thực hiện nhằm tìm ra giải pháp xử lý

nước thải bệnh viện tuyến huyện đạt hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế

Đề tài được tiến hành với các thí nghiệm định hướng để xác định các thông số vận hành thích hợp cho quá trình Fenton/ô-zon như thời gian phản ứng, tỉ lệ

H2O2 : Fe2+, và xác định thời gian lưu nước thích hợp cho bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước Các kết quả thí nghiệm cho thấy quy trình Fenton/ô-zon được thực hiện ở pH=3, tỉ lệ H2O2 : Fe2+ là 0,8 mg H2O2 : 1 mg Fe2+ trong 45 phút và công suất máy ô-zon là 200-400 mg/h cho hiệu quả loại bỏ SS, COD, BOD5, N-

NO3-, N-NH3, P-PO43-, tổng Coliforms lần lượt là 86,21%, 77,40%, 61,32%,

16,44%, 24,2%, 92,92%, 100% Nước thải sau xử lý bằng Fenton/ô-zon được đưa vào bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước vận hành ở thời gian lưu nước 2 giờ, tải nạp BOD5 trung bình theo thể tích hoạt động của bể là 0,723 kgBOD5/m3.ngày cho nuớc thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 28:2010 (cột A) ở các chỉ tiêu theo dõi, với hiệu suất loại bỏ SS, COD, BOD5, P-PO43- lần lượt là 21,62%, 56,05%, 65,48%, 55,03%

Thêm vào đó đề tài còn tiến hành xử lý nuớc thải bệnh viện bằng phuơng pháp keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon Các kết quả thí nghiệm cho thấy quá trình keo tụ bằng phèn PAC với liều lượng 100 mg/L cho hiệu suất xử lý SS, COD lần lượt là 61,19% và 59,49% Nuớc thải sau khi keo tụ cho qua qui trình Fenton/ô-zon trong 45 phút ở pH = 3, tỉ lệ H2O2 : Fe2+ là 0,8 mg H2O2 : 1 mg

Fe2+ và công suất máy ô-zon là 200 - 400 mg/h cho nước thải sau xử lý đạt QCVN 28:2010 (cột A) với tổng hiệu suất xử lý là SS, COD, BOD5, N-NO3-, N-

NH3, PO43-, tổng Coliforms của toàn bộ qui trình keo tụ - lắng kết hợp

Fenton/ô-zon lần lượt là 94,78%, 91,12%, 82,02%, 25,67% 76,36%, 87,76%, 100%

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan luận văn được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của chúng tôi và các số liệu, kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn nào trước đây

Cần Thơ, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lam Sơn Huỳnh Lương Kiều Loan

MỤC LỤC XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Error! Bookmark not defined.

LỜI CẢM TẠ i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1.THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN 3

2.2.TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN 5

2.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TẠO BÔNG 8

2.3.1 Khái niệm quá trình keo tụ-tạo bông 8

2.3.2 Bản chất của quá trình keo tụ - tạo bông 9

2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông 9

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông 11

2.3.5 Đặc điểm của phèn PAC 12

2.4 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH FENTON/Ô-ZON 12

2.4.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton 12

2.4.2 Quá trình ô-zon 15

2.4.3 Một số nghiên cứu và ứng dụng của quá trình Fenton và ô-zon vào xử lý nước thải 16

2.5.BỂ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC 17

2.5.1 Bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước 18

2.5.2 Một số nghiên cứu và ứng dụng của lọc sinh học hiếu khí có giá thể ngập trong nước 22

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 23

NGHIÊN CỨU 23

3.1 ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 23

3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 23

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu 23

3.2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 24

3.3 PHƯƠNG TIỆN, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 24

3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG QUY TRÌNH FENTON/Ô-ZON KẾT HỢP BỂ LỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC 28

3.5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ KẾT HỢP FENTON/Ô-ZON 31

3.6 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH MẪU 34

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ & THẢO LUẬN 35

4.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN ĐA KHOA, CHÂU THÀNH – HẬU GIANG 35

4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 38

4.2.1 Thí nghiệm 1: So sánh hiệu quả xử lý của quá trình Fenton và

Fenton/ô-zon 38

4.2.2 Các thí nghiệm định hướng lựa chọn thông số vận hành của quá trình Fenton/ô-zon 39

4.2.3 Thí nghiệm chính thức đánh giá hiệu quả xử lý sơ cấp nước thải bệnh viện bằng quá trình Fenton/ô-zon 41

4.2.4 Hiệu quả xử lý nước thải sau quá trình Fenton/ô-zon bằng mô hình bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước 44

4.2.5 Kết quả xử lý nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon 48

4.2.6 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ kết hợp với Fenton/ô-zôn 53

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 58

5.1 KẾT LUẬN 58

5.2 KIẾN NGHỊ 59

Tài Liệu Tham Khảo 59

PHỤ LỤC A 63

PHỤ LỤC B 64

PHỤ LỤC C 66

PHỤ LỤC D 69

PHỤ LUC E 71

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả phân tích nước thải một số bệnh viện ở Hà Nội 4Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm của một số mô hình công nghệ xử lý nước thải bệnh viện 7Bảng 2.3 Thế ô-xy hóa của một số chất 15Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của giá thể nhựa S20-4 27Bảng 3.2 Phương pháp và phương tiên phân tích các chỉ tiêu theo dõi trong đề tài 35Bảng 4.1 Thể tích xả thải của bệnh viện từ 5 giờ sáng đến 12 giờ trưa 36Bảng 4.2 Thành phần, tính chất nước thải của bệnh viện Đa Khoa Châu Thành - Hậu Giang 37Bảng 4.3 Các thông số điều kiện phản ứng 38

Bảng 4.4 Hiệu qủa loại bỏ COD, tổng Coliforms của quá trình Fenton và

Fenton/ô-zon 38Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý nước thải trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các mức thời gian phản ứng khác nhau 39Bảng 4.6 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon ở các tỉ lệ H2O2 :

Fe2+ khác nhau 40Bảng 4.7 Các thông số vận hành bể phản ứng Fenton/ô-zon 41Bảng 4.8 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zon 41Bảng 4.9 Kết quả phân tích COD trong 3 ngày để theo dõi sự ổn định của bể lọc sinh học ở thời gian lưu 2 giờ 45Bảng 4.10 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải trước xử lý, sau xử lý Fenton/ô-zôn và lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước 45Bảng 4.11 Các thông số vận hành của mô hình ở thời gian lưu 2 giờ 46Bảng 4.13 Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu của nước thải bệnh viện sau quá trình keo

tụ ở mức liều lượng thu hẹp khác nhau của phèn PAC 50Bảng 4.14 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các mức liều lượng H2O2 khác nhau 51Bảng 4.15 Hiệu quả xử lý trước và sau quá trình Fenton/ô-zon với các mức liều lượng Fe2+ khác nhau 52Bảng 4.16 Các thông số vận hành bể keo tụ - lắng 53Bảng 4.17 Các thông số vận hành bể phản ứng Fenton/ô-zon 53Bảng 4.18 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zôn 54Bảng 4.19 Nồng độ nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zôn 54

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính 6

Hình 2.3 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng công nghệ AAO 6

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện theo công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt 6

Hình 2.4 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện nguyên lý hợp khối 7

Hình 2.5 Quá trình keo tụ và tạo bông của các hạt keo 9

Hình 2.6 Mô hình lý thuyết hai lớp điện tích của hạt keo 10

Hình 2.7 Chu trình hình thành và bong tróc màng 20

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nước thải 23

Hình 3.2 Mô hình bể keo tụ - lắng 25

Hình 3.3 Ảnh chụp (trái) và sơ đồ cấu tạo bể phản ứng Fenton/ô-zon (phải) 26

Hình 3.4 Mô hình bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nuớc 27

Hình 3.5 Giá thể nhựa S20-4 27

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xử lý nuớc thải bệnh viện bằng quy trình Fenton/ô-zon 30

Hình 3.7 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xử lý nước thải bệnh viện bằng bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước 31

Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn liều lượng PAC thích hợp 33

Hình 3.9 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ - lắng kết hợp Fenton ô-zon 34

Hình 4.1 Diễn biến nồng độ và hiệu suất loại bỏ COD của nước thải sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zon theo thời gian phản ứng 39

Hình 4.2 Diễn biến nồng độ hiệu suất xử lý COD của nước thải sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zon ở các tỉ lệ H2O2 : Fe2+ 40

Hình 4.3 Nồng độ các chỉ tiêu nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zon 42

Hình 4.4 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải bệnh viện trước và sau xử lý bằng quy trình Fenton/ô-zon và bể lọc sinh học 47

Hình 4.5 Diễn biến SS & độ đục trong nước thải sau xử lý bằng quá trình keo tụ ở các mức liều lượng PAC khác nhau 49

Hình 4.6 Nồng độ và hiệu suất xử lý COD trong nước thải sau xử lý bằng quá trình keo tụ ở các khoảng liều lượng PAC khác nhau 49

Hình 4.7 Độ đục, nồng độ COD & SS trong nước thải trước và sau xử lý bằng quá trình keo tụ ở các mức liều lượng thu hẹp khác nhau của phèn PAC 51

Hình 4.8 Diễn biến nồng độ và hiệu suất xử lý COD trong nước thải bằng quá trình Fenton/ô-zon ở các mức liều lượng H2O2 khác nhau 52

Hình 4.9 Hiệu suất xử lý COD trong nước thải sau xử lý bằng quá trình Fenton/ô-zon ở các mức liều lượng Fe2+ khác nhau 53

Hình 4.10 Nồng độ các chỉ tiêu theo dõi trước và sau xử lý

bằng quá trình keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon 55

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

NTU Nephelometric turbidity units Đơn vị đo độ đục

AAO Anaerobic – Anoxic - Oxic Cụm bể xử lý sinh học Yếm khí –

Thiếu khí– Hiếu khí TKN Total Kjeldahl Nitrogen Tổng Nitơ Kjeldahl

PAC Poly Aluminium Chloride Phèn PAC

SMEWW

Standard Methods for Examination of Water and Wastewater

Các phương pháp chuẩn để khảo sát nước và nước thải

EPA Environmental Protection

ASTM American Society for Testing

and Materials Hiệp hội kiểm định và vật liệu Mỹ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Để đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe của người dân, các trung tâm y tế đã không ngừng nâng cao chất lượng khám chữa bệnh thông qua tăng cường thiết bị khám chữa bệnh và số giường bệnh Trên toàn quốc từ năm 2012 đến 2014 tổng

số giường bệnh đã tăng thêm 17,5% tương đương với 38.913 giường bệnh (Cục Quản lý khám chữa bệnh, 2015) Điều này cũng làm cho lượng nước thải phát sinh tại các bệnh viện ngày càng tăng Nhưng việc quản lý nước thải bệnh viện ở Việt Nam còn một số bất cập và chưa đáp ứng được các quy định về bảo vệ môi trường Nhiều cơ sở y tế chưa lựa chọn được loại hình công nghệ phù hợp, số còn lại đang áp dụng các công nghệ xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính, lọc sinh học nhỏ giọt hay công nghệ AAO, nhưng các hệ thống xử lý này vẫn chưa đáp ứng được quy chuẩn môi trường hiện hành (Nguyễn Thanh Hà, 2015),

do trong nước thải bệnh viện có các mầm bệnh nên khi xử lý bằng các hệ thống sinh học hiếu khí sẽ tạo ra và phát tán các sol khí sinh học ảnh hưởng đến sức

khỏe của con người (Lin et al., 2016) Bên cạnh đó nước thải bệnh viện còn chứa

dư lượng kháng sinh thải ra từ người bệnh có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động

sinh học của các hệ thống xử lý nước thải (Santos et al., 2013) Hiện trạng trên

cho thấy việc tìm ra công nghệ có khả năng xử lý hiệu quả nước thải bệnh viện là

vô cùng cần thiết

Tác nhân Fenton có thể dùng trong xử lý nước thải để chuyển hóa nhiều chất ô nhiễm thành các chất không nguy hại hay thành các chất có khả năng phân hủy sinh học và dư lượng của tác nhân Fenton không gây nguy hại cho môi trường (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016) Lợi dụng ưu điểm của tác nhân Fenton, Umadevi (2015) đã sử dụng qui trình Fenton để xử lý nước thải bệnh viên cho hiệu quả loại bỏ COD khoảng 89,87% Tuy nhiên theo Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) quá trình Fenton sử dụng rất nhiều hóa chất làm cho chi phí xử lý cao, do đó để giảm chi phí xử lý nên chọn quá trình Fenton làm bước tiền xử lý để giảm độc tính và tiêu diệt các mầm bệnh trong nước thải bệnh viện, sau đó nước thải sẽ được tiến hành xử lý sinh học Hiện nay, một số nghiên cứu cho thấy việc kết hợp Fenon và ô-zon có khả năng làm tăng hiệu quả loại bỏ

chất ô nhiễm và tiêu diệt các mầm bệnh (Coelho et al., 2009) Nước thải sau khi

xử lý sơ cấp sẽ được tiếp tục xử lý bằng qui trình sinh học tăng trưởng lơ lửng hoặc tăng trưởng bám dính, trong đó qui trình sinh học tăng trưởng bám dính có

ưu điểm hơn do hệ vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính giúp tăng hiệu quả xử lý nước thải (Nguyễn Văn

Phước, 2007) Chính vì vậy đề tài “Xử lý nước thải bệnh viện bằng qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước” được tiến hành

trên cơ sở kế thừa các nguyên lý xử lý trên nhằm tìm ra giải pháp xử lý nước thải bệnh viện một cách hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, để các bệnh viện tuyến huyện có thể áp dụng được, cụ thể là xác định các thông số vận hành thích hợp cho qui trình Fenton/ô-zon kết hợp bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước để xử

lý nước thải bệnh viện đạt QCVN 28:2010/BTNMT (loại A) Kết quả của đề tài

sẽ cung cấp các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện theo phương án này Thêm vào đó đề tài còn tiến hành thêm các nghiên cứu xử lý

nước thải bệnh viện bằng quá trình keo tụ kết hợp Fenton/ô-zon để giảm chi phí

xử lý và độ phức tạp trong việc vận hành

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1.THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004) nước thải bệnh viện gồm các nguồn chính:

- Nước thải từ các phòng điều trị, các phòng xét nghiệm (phòng giải phẫu, huyết học, truyền máu, lau rửa các dụng cụ phẫu thuật…) đây là nguồn tạo ra các chất thải nguy hại

- Nước thải chứa các hóa chất (trong đó chứa các chất độc hại) sinh ra từ các phòng dược như các loại thuốc, vắc-xin, huyết thanh, dung môi hữu cơ, hóa chất xét nghiệm…

- Nước thải sinh hoạt của các phòng cán bộ công nhân viên, người nuôi bệnh, bệnh nhân, nhà bếp, nhà ăn, chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, các hợp chất vô cơ…

Nước thải bệnh viện chứa các chất ô nhiễm độc hại như: vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, vi-rút), các hóa chất từ dược phẩm và phòng xét nghiệm (kháng sinh, phenol và chloroform) Các hóa chất độc hại và thành phần hữu cơ như protein, chất béo, carbohydrate, các thành phần này thường vượt quá tiêu chuẩn và nếu xả thẳng vào môi trường nước có thể gây ô nhiễm môi trường và các vấn đề liên

quan đến sức khỏe cho con người (Prayitno et al., 2014 ; Nasr & Yazdanbakhsh,

2008)

Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) các yếu tố nguy hại có trong nước thải bệnh viện

từ các khoa, phòng khác nhau có thể liệt kê như sau:

- Các hoạt động của các cơ sở y tế, các bệnh viện, thường sử dụng hóa chất khử trùng khá nhiều, các chất này chủ yếu là các hợp chất của clo (cloramin B, clorua vôi, ) sẽ đi vào nguồn nước thải và làm giảm hiệu quả xử lý của các công trình

xử lý nước thải sử dụng phương pháp sinh học

- Các hóa chất liên quan đến tráng rửa phim (một số kim loại nặng như chì (Pb), thủy ngân (Hg), cadimi (Cd),…có nguồn gốc từ phòng chụp X-quang Các hóa chất độc hại từ phòng này có thể đi vào nước thải qua quá trình tráng rửa Và quá trình thu gom nếu phân loại không triệt để sẽ đi vào hệ thống nước thải có nguy

cơ gây ra ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận

- Khu vực nha khoa là nơi có khả năng phát sinh thủy ngân (Hg) vào nước thải cao khi hỗn hống thủy ngân được sử dụng trong trám răng không được tách loại bằng thiết bị tách đặt phía dưới bồn rửa Nhà bếp trong bệnh viện thường phát thải lượng hữu cơ cao, dầu mỡ động thực vật liên quan đến các khâu chế biến thức ăn vào trong nước thải

- Khu vực giặt ủi làm cho nước thải có độ pH tăng cao, tăng hàm lượng P-PO4

3-và đặc biệt là các hợp chất chứa clo có nguồn gốc từ chất khử trùng được sử dụng Ở khu vực điều trị, lượng kháng sinh, chất khử trùng (glutaraldehyde) làm cho nước thải ô nhiễm hơn Đồng thời, lượng ô nhiễm hữu cơ tăng cao khi tiếp nhận dịch rửa từ cơ thể của người bệnh

Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004) nước thải bệnh viện luôn

có những nguy cơ tiềm ẩn dưới đây:

-Các vi khuẩn gây bệnh có thể tìm thấy trong nước thải gồm: tụ cầu, Salmonella, Shigella, Coliforms, Pseudomonas, Fecal streptococci … các chủng này thường

kháng nhiều loại kháng sinh

+ Coliforms và Fecal Coliforms: Coliforms là các vi khuẩn hình que gram âm có

khả năng lên men lactose sinh sản ở nhiệt độ 35 ± 0,50C Coliforms có khả năng

sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặc biệt trong môi trường khí hậu nóng

+ Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động vật như Streptococcus Bovis và S.equinus Một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S.faecalis và S.faecium

- Vi-rút: chủ yếu là vi-rút đường tiêu hóa, vi-rút gây tiêu chảy ở trẻ em

- Nước thải bệnh viện có mức độ nhiễm khuẩn cao, khả năng tồn tại của vi khuẩn lâu, và các vi khuẩn gây bệnh có thể nhân lên của trong điều kiện giàu chất hữu

cơ của nước thải Nước thải bệnh viện có thể mang các mầm bệnh: tả, thương hàn, lỵ, bệnh vàng da, nhiễm trùng, viêm gan siêu vi trùng, giun sán…

Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) trong nước thải bệnh viện hoặc các cơ sở y tế khác, hàm lượng cặn lơ lửng dao động từ 75 mg/L đến 250 mg/L BOD5 dao động từ 120 mg/L đến 200 mg/L COD thường có giá trị từ 150 mg/L đến 250 mg/L Trong nước thải chứa các nguyên tố dinh dưỡng gồm ni-tơ và phốt-pho, các chất này cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và thực vật Nước thải y tế thường có hàm lượng N-NH3phụ thuộc vào loại hình cơ sở y tế Phốt-pho trong nước thường tồn tại dưới dạng ortho-phốt-phát (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4) hay poly-phốt-phát [Na3(PO3)6] và P-PO43- hữu cơ Ngoài những chất ô nhiễm thông thường, trong nước thải bệnh viện còn có thể có cả 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 chẩn đoán và điều trị bệnh

Bảng 2.1 Kết quả phân tích nước thải một số bệnh viện ở Hà Nội

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị

Bệnh viện phổi Trung ương

Bệnh viện phụ sản

Bệnh viện 354

Bệnh viện giao thông vận tải

2.2.TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

Theo qui định của Bộ Y Tế mỗi bệnh viện phải có hệ thống thu gom, xử lý nước thải đồng bộ và có hệ thống thu gom nước mưa chảy tràn tách riêng với nước thải

từ các khoa, phòng Hệ thống thu gom nước thải phải là hệ thống ngầm hoặc có nắp đậy Hệ thống xử lý nước thải phải có bể thu gom bùn và nước thải trước khi thải ra môi trường phải đáp ứng các yêu cầu giới hạn cho phép về các thông số ô nhiễm theo QCVN 28:2010/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải

y tế (Nguyễn Thanh Hà,2015)

Nhưng hiện tại vẫn còn một số bất cập và chưa đáp ứng được các quy định hiện hành về bảo vệ môi trường Nhiều cơ sở y tế chưa lựa chọn được loại hình công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế của đơn vị để đầu tư hệ thống xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải tại một số cơ sở y tế chưa đáp ứng được quy chuẩn hiện hành Nếu không đươc thu gom, xử lý đảm bảo các quy chuẩn hiện hành trước khi thải ra môi trường thì sẽ có nguy cơ gây ô nhiễm, suy thoái các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng đến chất lượng môi trường đất và có thể phát tán các dịch bệnh trong cộng đồng Theo Nguyễn Xuân Nguyên & Phạm Hồng Hải (2004) các bệnh viện trung ương và cấp tỉnh thường có quy mô 400 – 600 giường bệnh nằm trong các trung tâm dân cư đông đúc Bệnh viện cấp huyện nhỏ hơn với quy

mô 50 – 100 giường bệnh nằm chủ yếu ở các thị trấn với điều kiện trang bị kém hơn

2.2.1.Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đang áp dụng tại các bệnh viện

ở Việt Nam

Theo Nguyễn Thanh Hà (2015) các bệnh viện hiện tại ở Việt Nam như bệnh viện mắt Đà Nẵng, Phụ Sản - Nhi đồng (Đà Nẵng), bệnh viện Đa khoa Đức Thọ (Hà Tĩnh) … đang áp dụng một số hệ thống xử lý nước thải như lọc sinh học nhỏ giọt, bể bùn hoạt tính, AAO và nguyên lý hợp khối Quy trình xử lý nước thải

bệnh viện của các hệ thống trên được trình bày trong Hình 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 :

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện bằng bể bùn hoạt tính

Bể sinh học nhỏ giọt

Yếm khí

Bể lắng đợt 2

Hiếu khí Thiếu khí

Bể khử trùng Thải bỏ

Bể nén bùn

Bể lắng 1

Bể điều hòa

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện theo công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt

Hình 2.4 Quy trình xử lý nước thải bệnh viện nguyên lý hợp khối

(Nguyễn Thanh Hà, 2015) Trong số 4 mô hình đã được giới thiệu có điểm chung là nước thải đều qua quá trình xử lý sơ cấp sau đó xử lý sinh học là chủ yếu và mỗi một mô hình đều có một số ưu điểm và nhược điểm nhất định Một mô hình công nghệ phù hợp phải được tính toán, chọn lựa sao cho phù hợp nhất với điều kiện thực tế của cơ sở y

tế đang hoạt động

Bảng 2.2 So sánh ưu nhược điểm của một số mô hình công nghệ xử lý nước thải

bệnh viện

1 Lọc sinh học nhỏ giọt - Chi vận hành thấp

- Không đòi hỏi kỹ năng vận hành cao

và theo dõi liên tục

- Ít cần bảo trì, có thể vận hành khi mất điện

- Bùn ở bể lắng có thể tích nhỏ, ít nước,

ổn định

- Ít tiêu thụ năng lượng, vì có thông khí tự nhiên

- Ít tạo bọt

- Có chi phí đầu tư và diện tích đất sử dụng cao

-Thường gặp sự cố về mùi hôi, nhiều ruồi

- Chất lượng nước sau khi xử lý có độ N-

NO3- cao, SS cao

- Có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết

2 Bể bùn hoạt tính -Chi phí đầu tư và

diện tích đất sử dụng thấp

- Ít gặp sự cố về mùi hôi, không có ruồi,

độ ồn cao

- Ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết

- Chi phí vận hành cao

- Đòi hỏi kỹ năng vận hành cao và theo dõi liên tục

- Bùn bể lắng có thể tích lớn, nhiều nước, khó làm khô, ít ổn định

- Đòi hỏi bảo trì thường xuyên các motor, không thể vận hành khi mất điện

Bể bùn hoạt tính

Bể nén bùn

Bể điều hòa

Bể lắng thứ cấp

Bể khử

trùng

Nước thải

sau xử lý

- Tiêu thụ năng lượng cao, do cần sục khí, khuấy trộn và hoàn lưu bùn

5%) đạt giá trị làm phân bón Khử N-

NO3- tốt hơn quy trình A/O

- Xử lý hiệu quả nước thải có thành hữu cơ và ni-tơ cao

Hiệu suất xử lý tương đối ổn định

- Kỹ thuật vận hành đơn giản và ổn định hơn công nghệ bùn hoạt tính

- Chiếm ít diện tích hơn công nghệ bùn hoạt tính

- Hoạt động không ổn định ở thời tiết lạnh Phức tạp hơn quy trình A/O

Chi phí đầu tư cao do phải sử dụng vật liệu lọc sinh học (khoảng 15-25 triệu đồng/m3nước thải)

- Không thể vận hành nếu mất điện

- Có thể phát sinh tiếng ồn và mùi hôi nếu vận hành không đúng

(Tổng hợp từ Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016; Nguyễn Thanh Hà, 2015)

2.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TẠO BÔNG

2.3.1 Khái niệm quá trình keo tụ-tạo bông

Theo Nguyễn Văn Sức (2012) keo tụ là phá vỡ độ bền của các hạt keo và liên kết các hạt keo lại với nhau, tạo bông là tạo thành các cụm bông cặn lớn hơn từ các hạt nhỏ

Hình 2.5 Quá trình keo tụ và tạo bông của các hạt keo

(a) Keo tụ, (b) Tạo bông

(US Army Corps of Engineers, 2001) 2.3.2 Bản chất của quá trình keo tụ - tạo bông

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) hạt keo là các hạt có kích

thước rất nhỏ (lớn hơn nguyên tử và ion nhưng không thể nhìn thấy bằng mắt

thường), kích thước của các hạt keo biến thiên từ 0,001 m đến 10 m Tỉ lệ

giữa khối lượng và diện tích bề mặt của hạt keo rất nhỏ, điều này tạo cho các hạt

keo có đặc điểm là tác động của trọng lực không đáng kể, tác động điện tích bề

mặt chiếm ưu thế Do bề mặt lớn và có mang điện tích, các hạt keo có khuynh

hướng hấp phụ các ion vào môi trường xung quanh nó

2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ - tạo bông

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) quá trình làm mất tính ổn

định của hạt keo diễn ra theo 4 cơ chế chính:

a Làm giảm độ dày 2 lớp điện tích của hạt keo

Khi cho chất điện phân với nồng độ cao vào trong nước thải nó sẽ phân ly tạo

thành các ion Các ion trái dấu sẽ len lỏi vào khu vực các ion làm phân tán và

điện tích ở khu vực này bị giảm đi hay thậm chí là bị mất hẳn, do đó các hạt keo

bị mất lực đẩy (do có cùng điện tích) Vì vậy các hạt keo có thể tiến gần nhau và

kết lại với nhau để hình thành các bông cặn

b Hấp phụ và trung hòa điện tích bề mặt của hạt keo

Khi cho các a-min hữu cơ cao phân tử vào nước thải nó sẽ phân ly và tạo thành

các phân tử a-min có điện tích dương (R-NH3+), các a-min hữu cơ là các chất kỵ

nước Do đó các phân tử này nhanh chóng di chuyển đến và bị hấp phụ bởi các

hạt keo có điện tích âm Điện tích của các hạt keo này sẽ bị trung hòa, lực đẩy tĩnh điện của nó sẽ giảm hay mất dần Tuy nhiên khi sử dụng ở liều lượng vượt mức cần thiết nó có thể làm nghịch đảo điện tích bề mặt của các hạt keo và các hạt keo trở về trạng thái ổn định

Khi sử dụng chất keo tụ là các loại muối kim loại, chúng phân ly tạo thành các ion kim loại và tạo thành các phức có điện tích dương, khi các phức này bị hấp phụ lên bề mặt của các hạt keo, chúng sẽ trung hòa điện tích của các hạt keo Các muối kim loại thường sử dụng là muối kim loại hóa trị 3 như xút và nhôm, các muối nhôm sẽ tạo thành phức Al6(OH)153+, Al7(OH)174+, các muối sắt tạo thành phức Fe2(OH)24+và Fe3(OH)45+

c Kết dính các hạt keo vào các chất kết tủa

Khi cho các loại phèn nhôm hay phèn sắt vào trong nước thải nó sẽ tạo thành Al(OH)3 hay Fe(OH)3, các chất này có độ hòa tan kém, độ nhờn cao và tỉ trọng hơi lớn hơn nước Sau khi hình thành các chất này sẽ lắng chậm xuống, trên đường đi nó sẽ kết dính các hạt keo và đưa các hạt keo này lắng xuống

d Hấp phụ và tạo cầu nối giữa các hạt keo

Các chất cao phân tử sẽ làm mất tính ổn định của hạt keo bởi việc tạo thành các cầu nối liên kết các hạt keo lại với nhau do các polyme này có các nhóm chức có khả năng giữ các hạt keo lại, khi sử dụng polyme quá liều có thể dẫn đến việc các hạt keo trở lại trạng thái ổn định

Theo Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga (2002) cơ chế của quá trình keo tụ có thể giải thích đơn giản bằng mô hình hai lớp:

Hình 2.6 Mô hình lý thuyết hai lớp điện tích của hạt keo

(Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002) Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu Một

số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này

là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra Khi các hạt rắn mang điện tích

âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện

tích dương ở lớp bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta hay thế điện động Giá trị của thế zeta sẽ xác định lực đẩy tĩnh điện của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002)

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ - tạo bông

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn

a Mật độ hạt keo

Mật độ hạt keo ảnh hưởng đến liều lượng chất keo tụ sử dụng và hiệu quả của quá trình keo tụ Mật độ hạt keo cao sẽ kéo theo liều lượng chất keo tụ cần sử dụng cao Tuy nhiên ở mật độ hạt keo thấp, tốc độ keo tụ sẽ diễn ra rất chậm do

bị hạn chế cơ hội tiếp xúc với nhau (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

b Liều lượng chất keo tụ

Liều lượng chất keo tụ sử dụng còn phụ thuộc vào nồng độ hạt keo và pH nước thải

c Hiệu điện thế zeta

Hiệu điện thế zeta càng lớn thì lực đẩy tĩnh điện của các hạt keo càng lớn và các hạt keo càng ổn định

d Ái lực của hạt keo với nước

Các hạt keo ưa nước có độ ổn định cao vì các chất keo tụ khó thay thế vị trí của các phân tử nước trên bề mặt hạt keo Độ ổn định của hạt keo ưa nước phụ thuộc vào ái lực của nó với nước hơn là điện tích bề mặt

e Ion âm trong dung dịch

Khi sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt ở liều lượng cao có thể dẫn đến việc tái ổn định của các hạt keo Tuy nhiên hiện tượng này không xảy ra nếu trong nước có chứa nhiều ion âm như sulfate, P-PO43-

f Ion dương trong dung dịch

Sự hiện diện của các ion dương Ca, Mg trong nước thải giúp việc keo tụ các hạt keo có điện tích âm tốt hơn vì nó làm giảm điện tích âm và lực đẩy tĩnh điện của các hạt keo

g Nhiệt độ thấp làm giảm hiệu quả của quá trình keo tụ, nhất là khi sử dụng

phèn nhôm

Nhiệt độ cao có thể làm tăng quá trình keo tụ do các cơ chế sau:

Tăng vận tốc phản ứng

Giảm thời gian cần thiết để tạo bông cặn

Giảm độ nhớt của nước

Thay đổi cấu trúc của các bông cặn

2.3.5 Đặc điểm của phèn PAC

Theo Gebbie (2011) phèn PAC có một số ưu điểm sau:

- PAC có thể làm việc tốt ở nhiệt độ của nước thải thấp Đối với phèn nhôm sulfate bùn lắng chậm ở nhiệt độ thấp, còn đối với phèn PAC thì bùn lắng tốt ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ thường

- PAC tạo ra ít bùn hơn phèn nhôm sulfate khi sử dụng cùng liều lượng

- Ở cùng liều lượng thì hiệu quả xử lý của PAC cao hơn phèn nhôm sultate

- Dung dịch phèn PAC được lưu giữ trong khoảng thời gian từ 4 - 5 tháng khi bảo quản dưới 500C, và có thể lưu trữ với số lượng lớn

- Phèn PAC có thể hoạt động ở khoảng pH rộng là 5 – 8

2.4 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH FENTON/Ô-ZON

2.4.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của tác giả J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng ô-xy hóa a-xít malic bằng hydrogen peroxit đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt Sau đó tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân ô-xy hóa rất hiệu quả cho

nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton”

Quá trình Fenton có ưu điểm ở chỗ các tác nhân H2O2 và phèn sắt tương đối rẻ và

có sẵn, đồng thời không độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng trong khi đó hiệu quả ô-xy hóa được nâng cao hơn rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình Áp dụng quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải có thể dẫn đến khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ Tuy nhiên, trong điều kiện đó phải sử dụng rất nhiều hóa chất làm cho chi phí xử lý cao (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006) Do vậy trong nhiều trường hợp chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ không thể hoặc khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy sinh học nhằm có thể áp dụng thuận lợi quá trình xử lý sinh học tiếp sau, dư lượng của Fenton không gây nguy hại cho môi trường Nhược điểm của nó là bị ảnh hưởng bởi các chất khác trong nước thải (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016; Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006)

Quá trình Fenton có thể được phân loại thành hai quá trình đó là quá trình Fenton

đồng thể và quá trình Fenton dị thể (Poyatos et al., 2010)

a Quá trình Fenton đồng thể

Theo Uslu & Balcıoğlu (2009), Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) hệ tác nhân Fenton cổ điển là hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II (thường dùng muối FeSO4) và hydrogen peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl HO., còn Fe2+ bị ô-xy hóa thành ion Fe3+

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO + OH- (2.1)

Mặt khác, gốc hydroxyl HO. cũng có thể được tạo ra thêm, khi nồng độ H2O2cao, thì sẽ phản ứng với gốc hữu cơ (.R) được tạo ra từ phản ứng giữa gốc tự do hydroxyl HO. và chất hữu cơ (Uslu & Balcıoğlu, 2009)

.

R + H2O2 ROH + HO. (2.2)

Gốc tự do hydroxyl HO sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2, nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục kiểu dây chuỗi:

xy hóa dị thể bằng hệ H2O2/FeOOH trên đây có nhiều ưu thế trong ứng dụng Và cũng có thể sử dụng các ô-xít sắt (III) khác như lepidocrorite ( -FeOOH), hematite ( -Fe2O3), ô-xít sắt từ (Fe3O4)… tuy nhiên tốt nhất trong số này chỉ có Goethite Goethite ( -FeOOH) là một khoáng sản có sẵn trong thiên nhiên Tuy vậy, Goethite ( -FeOOH) cũng có thể thu được bằng cách tổng hợp từ feric ni-trát và kali hydroxit ở nhiệt độ cao

Cơ chế của quá trình dị thể kiểu như Fenton xảy ra phản ứng với H2O2 trên goethite có thể theo hai khả năng:

Phản ứng Fenton được khởi đầu bằng việc sản sinh ra Fe (II) nhờ sự có mặt của

H2O2 xảy ra hiện tượng khử - hòa tan goethite và tái kết tủa Fe (III) trở về goethite

Theo Hartmann et al (2010) Fenton dị thể sẽ khắc phục được một số nhược điểm

của Fenton đồng thể như: chỉ hoạt động tốt ở pH a-xít, sau xử lý phải nâng pH >

7 để thu được kết tủa Fe3+ và tạo ra nhiều bùn có chứa sắt

c Các yếu tố ảnh hưởng quá trình Fenton đồng thể

Các yếu tố như độ pH, nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+: H2O2 các anion vô cơ cũng sẽ

là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình Fenton

-Ảnh hưởng của độ pH

Theo Parsons (2004), Umadevi (2015) trong quá trình Fenton, pH được điều chỉnh trong khoảng a-xít, để tạo ra số gốc hydroxyl tối đa để ô-xy hóa các chất hữu cơ, tuy nhiên giá trị pH không nên quá thấp (pH < 2) sẽ làm cho phản ứng chậm lại Mặt khác, ở pH cao (pH > 4) sự tạo thành gốc hydroxyl sẽ chậm lại Vì thế pH nằm trong khoảng từ 2 – 4 sẽ tạo ra các gốc hydroxyl tối đa để ô-xy hóa các hợp chất hữu cơ cao nhất

Nhìn chung phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH từ 3 - 5 Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH (pH từ 1 đến 8) đến tốc độ phản ứng ô-xy hóa các chất hữu

cơ bằng hệ Fenton Fe2+ : H2O2 trong điều kiện dư Fe2+ (để loại trừ ảnh hưởng của ion Fe2+), cho thấy khi pH 3, tốc độ phản ứng xảy ra nhanh vì theo cơ chế tạo gốc hydroxyl HO trực tiếp từ H2O2 và Fe2+ như phương trình (2.1) Tuy nhiên khi pH tăng (pH > 4) tốc độ phản ứng ô-xy hóa chậm lại (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006)

-Ảnh hưởng của nồng độ H 2 O 2 và tỉ lệ Fe 2+ : H 2 O 2

Theo Belgiorno et al (2011), Al-Harbawi et al (2013) nồng độ H2O2 có hai ảnh hưởng đối nghịch nhau trong quá trình phản ứng, nếu H2O2 thấp thì không đủ tạo thành gốc HO. trong dung dịch, mặt khác nồng độ ban đầu của H2O2 trong dung dịch cao thì sẽ tăng quá trình ô-xy hóa dẫn tới tăng nồng độ của gốc HO đến một khoảng nhất định thì H2O2 sẽ phản ứng với các gốc HO làm giảm hiệu quả xử lý

Tốc độ phản ứng Fenton tăng khi nồng độ H2O2 tăng, đồng thời nồng độ H2O2cần thiết lại phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD Nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+ : H2O2 có ảnh hưởng đến sự tạo thành và

sự tiêu hao gốc hydroxyl, vì thế tồn tại một tỉ lệ Fe2+: H2O2 tối ưu khi sử dụng

Tỷ lệ tối ưu này nằm trong khoảng rộng, khoảng 0,3-1:10 (mol/mol), tùy theo đối tượng nước thải cần xử lý và do đó cần phải xác định bằng thực nghiệm khi áp dụng vào từng đối tượng cụ thể (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006)

-Ảnh hưởng các anion vô cơ

Theo Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung (2006) một số anion vô cơ thường có mặt trong nước thải cũng có thể làm giảm hiệu quả của quá trình Fenton hệ đồng thể, đặc biệt trong nước thải dệt nhuộm vì quá trình nhuộm sử dụng rất nhiều hóa chất phụ trợ (auxiliary chemicals) có nguồn gốc vô cơ Những anion thường gặp nhất bao gồm carbonate ( , bicarbonate ( ), chloride ( ) do chúng

có khả năng “tóm bắt” các gốc hydroxyl HO làm tiêu hao số lượng gốc hydroxyl, giảm khả năng tiến hành phản ứng ô-xy hóa Một số anion khác có thể tạo thành những phức chất không hoạt động với Fe3+ nhờ các gốc sun-fat ( , ni-trát ( ), phốt-phat ( do vậy cũng khiến hiệu quả của quá trình Fenton giảm đi

2.4.2 Quá trình ô-zon

a Giới thiệu quá trình ô-zon

Ô-zon có thế ô-xy hóa mạnh và nó là chất không bền, mà phải được tạo ra tại thời điểm sử dụng Ô-zon đã được sử dụng để khử trùng nước uống ở các nước châu Âu trong nhiều năm Nó cũng đã được sử dụng để xử lý một số chất thải công nghiệp, đặc biệt là để loại bỏ xy-a-nua và phe-nol Từ năm 1980, ô-zon bắt đầu được sử dụng để xử lý nước thải, chất thải công nghiệp và xử lý bùn trên một

quy mô lớn (Wang et al., 2007)

Bảng 2.3 Thế ô-xy hóa của một số chất

Chất ô-xy hóa Gốc

hydroxyl Ô-zon H 2 O 2

Ion permanganate

A-xít hypochlorous

(Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

Theo Lê Văn Cát (2007) zon là loại khí được điều chế tại chỗ và là một chất

ô-xy hóa mạnh Thế ô-ô-xy hóa trong môi trường a-xít là 2,07 V, trong môi trường kiềm là 1,24 V Chính hoạt tính cao của ô-zon hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong công nghệ xử lý nước thải, vì ngoài phản ứng với các tạp chất trong nước

nó còn tự phân hủy Phân hủy ô-zon là một quá trình phân hủy dây chuyền theo

cơ chế hình thành các gốc tự do Phản ứng ô-xy hóa chất hữu cơ xảy ra được là

do gốc tự do tạo thành

b Cơ chế của quá trình ô-zon

Theo Riaño et al (2014) ô-zon có thể ô-xy hóa các chất khác theo hai cách:

- Ô-xy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon hòa tan trong nước

- Ô-xy hóa thông qua gốc hydroxyl HO được tạo ra do sự phân hủy ô-zon khi hòa tan vào nước

Hai con đường xy hóa nói trên của zon xảy ra cạnh tranh nhau Quá trình

ô-xy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon xảy ra tương đối chậm so với ô-ô-xy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl do sự phân hủy ô-zon tạo ra Tuy vậy, nồng độ ô-zon trong nước khi ô-zon hóa tương đối cao, trong khi đó, nồng độ gốc hydroxyl trong điều kiện ô-zon hóa thông thường lại tương đối nhỏ, vì thời gian sống của gốc hydroxyl ngắn, nên nồng độ gốc hydroxyl khi ô-xy hóa bằng ô-zon không bao giờ vượt quá 10-12M Trong điều kiện a-xít con đường ô-xy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon là chủ yếu, trong khi đó điều kiện pH cao, hoặc trong những điều kiện có những tác nhân khác như H2O2, UV, chất xúc tác… tạo thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl, con đường ô-xy gián tiếp thông qua gốc hydroxyl

sẽ là chủ yếu và hiệu quả ô-xy hóa được nâng cao hơn (Trần Mạnh Trí & Trần Mạnh Trung, 2006)

c Các yếu tố ảnh hưởng

Các yếu tố như giá trị pH, thời gian tiếp xúc sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình

ô-zon

-Ảnh hưởng của giá trị pH

Theo nghiên cứu trong hệ ô-xy hóa ô-zon, thời gian bán phân hủy của ô-zon thay đổi từ vài phút đến vài giờ và độ bền của ô-zon trong nước phụ thuộc nhiều vào

pH, trong môi trường ở pH thấp, chất hữu cơ trong nước sẽ bị ô-xy hóa trực tiếp bằng phân tử ô-zon, ở pH > 8,5 ngoài ô-zon các chất bẩn còn bị ô-xy hóa bằng tác nhân hydroxyl HO tạo ra từ quá trình phân hủy ô-zon theo phản ứng:

Tốc độ phản ứng của các gốc HO trong nước lớn hơn 106

- 109 lần tốc độ phản

ứng của phẩn tử ô-zon (Nguyễn Văn Phước et al, 2010a)

Theo Uslu & Balcıoğlu (2009) xử lý ô-zon sẽ hiệu quả hơn trong môi trường kiềm, vì trong môi trường kiềm, sẽ tạo ra gốc HO. có thế ô-xy hóa cao nhất

-Ảnh hưởng của thời gian

Theo nghiên cứu Prayitno et al (2014) trong 10 phút đầu tiên, quá trình ô-xy hóa

của ô-zon trong nước thải diễn ra chậm Trong 15 đến 40 phút tiếp theo, thì lượng ô-zon được hòa tan vào nước sẽ tăng lên, do đó quá trình ô-xy hóa của ô-zon sẽ diễn ra nhanh, và đạt trạng thái ổn định ở phút thứ 40

2.4.3 Một số nghiên cứu và ứng dụng của quá trình Fenton và ô-zon vào xử

H2O2 được sử dụng là 600 mg/L và liều lượng Fe2+ là 500 mg/L, tương đương

với tỉ lệ H2O2 : Fe2+ sử dụng là 1,2 : 1 Kết quả cho thấy, lượng COD được loại

bỏ khoảng 89,87%

Coelho et al (2009) đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước bị nhiễm thành phần

diclofenac (diclofenac là một loại thuốc giảm đau thông thường, thuốc chống viêm khớp và chống thấp khớp, một trong những hợp chất thường xuyên được phát hiện trong nước) bằng quá trình ô-zon Phản ứng được thực hiện ở nồng độ ô-zon là 0,22 g/L và thời gian phản ứng của quá trình là 30 phút Kết quả cho thấy quá trình ô-zon đã loại bỏ hơn 99% lượng diclofenac có trong nước

Đối với nước thải trong chăn nuôi

Riaño et al (2014) đã ứng dụng quá trình Fenton và ô-zon để xử lý nước thải

trong quá trình chăn nuôi heo Với quá trình ô-zon được thực hiện ở pH = 8,1; liều lượng dao động từ 0,7 – 4,3 g/h, trong thời gian phản ứng là 30 phút, đã xử

lý được tổng COD khoảng 27 - 30% và độ màu khoảng 53 - 88% Với quá trình Fenton được thực hiện với liều lượng Fe2+ là 100 mg/L và H2O2 là 800 mg/L ở

pH = 3 Kết quả cho thấy quá trình Fenton đã loại bỏ tổng COD là 78% và độ màu là 96%

Đối với nước thải công nghiệp

Mandal et al (2010) đã ứng dụng của quá trình Fenton để tiền xử lý nước thải

công nghiệp thuộc da cho một hệ thống sinh học, với nồng độ đầu vào COD là

2533 mg/L, BOD5 là 977 mg/L, tổng crom là 258 mg/L Phản ứng được thực hiện ở pH = 2,5, nhiệt độ 300C và trong 30 phút Kết quả sau 3 ngày xử lý kết hợp quá trình Fenton và sinh học, đã xử lý được COD là 93%, BOD là 98%, tổng crom là 62% và loại bỏ được độ màu là 100% Nên quá trình Fenton đã cải thiện được sự phân hủy sinh học và giảm thời gian xử lý sinh học

Đối với nước thải sản xuất cồn

Nguyễn Văn Phước (2010a) ứng dụng hệ quang hóa ô-zon để nghiên cứu xử lý nước thải cồn với lượng COD đầu vào dao động từ 1300 – 1800 mg/L Phản ứng được thực hiện ở pH = 9, liều lượng ô-zon sử dụng là 54 mg/h, công suất đèn UV

là 8W/h trong 120 phút Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý màu là 100% và lượng COD được loại bỏ là 93%

Nước rỉ rác rác

Cortez et al (2011) đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân Fenton và

ô-zon với lượng COD đầu vào đã được pha loãng là 340 mg/L Đối với tác nhân Fenton được thực hiện ở thời gian phản ứng 120 phút, pH lần lượt là 2, 3, 4, 5, 6,

7 thì hiệu quả xử lý COD lần lượt là 38%, 46%, 43%, 42%, 38%, 34%, kết quả cho thấy ở giá trị pH = 3 đã xử lý được COD cao nhất là 46% Còn đối với quá trình ô-zon được thực hiện ở thời gian phản ứng là 60 phút, liều lượng ô-zon sử dụng là 5,6 g/h và pH lần lượt là 5,5 ; 7, 9 ; 11 thì hiệu quả xử lý COD tương ứng

là 18%, 27%, 45%, 49% Kết quả cho thấy ở giá trị pH = 11 đã xử lý được COD cao nhất là 49%

2.5.BỂ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC

2.5.1 Bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

a Giới thiệu bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Bể lọc sinh học có vật liệu ngập nước đã được sử dụng ở Pháp, Mỹ, Úc trong những năm 90 thế kỷ XX dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghệ thực phẩm Bể lọc sinh học hoạt động theo chu kỳ: nước thải và không khí cùng chiều hay ngược chiều, đi từ dưới lên hay đi từ trên xuống tiếp xúc với vật liệu lọc Bể lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như khí, trong đó nước thải được lọc qua lớp vật liệu ngập trong nước được bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật Hệ vi sinh vật trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi sinh vật trong bùn hoạt tính giúp gia tăng hiệu quả xử lý nước thải (Nguyễn Văn Phước, 2007)

Hệ thống lọc sinh học được thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mỹ năm 1891 Ðến năm 1940, tại Mỹ đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học Năm 1946, phương pháp lọc sinh học đã được triển khai phổ biến tại nhiều quốc gia, đặc biệt là sau khi ra đời các vật liệu lọc polyme Công nghệ lọc sinh học tiếp tục được phát triển, ứng

dụng rộng rãi và ngày càng được ưa chuộng trên thế giới (Nguyễn Văn Phước et

al, 2010b)

Theo Pramanik (2012) lọc sinh học hiếu khí là sự kết hợp của sự cung cấp không khí và quá trình lọc nước của vi khuẩn Quá trình lọc sinh học hiếu khí bao gồm quá trình xử lý hiếu khí và quá trình tách sinh khối theo chiều sâu cột lọc, loại bỏ chất rắn lơ lửng Lọc sinh học hiếu khí là một quá trình xử lý sinh học có thể được ứng dụng để xử lý thứ cấp cho nước thải công nghiệp, sinh hoạt Bể lọc sinh học hiếu khí đã ngày càng phổ biến ở châu Âu do có kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm được diện tích

b Cơ chế của bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Theo Hoàng Văn Huệ (2010) ô-xy và các chất dinh dưỡng được nước thải vận chuyển và khuếch tán qua màng sinh học cho tới khi các tế bào ở sâu nhất không tiếp xúc được với ô-xy và thức ăn trực tiếp nữa Sau một thời gian nhất định xuất hiện sự phân tầng của lớp hiếu khí chồng lên lớp kị khí Ở lớp hiếu khí có sự khuếch tán ô-xy, lớp kị khí ở sâu hơn không có ô-xy Lớp màng sinh học không được tiếp xúc với ô-xy bị phân hủy kị khí tạo khí H2S, a-môn, a-xít hữu cơ,… những sản phẩm này được các vi khuẩn hiếu khí ô-xy hóa để tạo thành H2SO4, HNO3, CO2 và nước

Trong quá trình lọc có thể khử được BOD, chuyển hóa NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng (Lương Đức Phẩm, 2007)

c Vật liệu lọc

Theo Pramanik (2012) vật liệu lọc nên có khả năng chống hao mòn, có độ bề cơ học cao, có khối lượng riêng thích hợp, diện tích bề mặt riêng cao, và có khả năng ổn định hóa học, dễ lắp đặt và không bị tắc nghẽn Trên thực tế, diện tích bề mặt riêng của vật liệu lọc là quan trọng để thúc đẩy quá trình tăng trưởng sinh học, cho phép vận chuyển ô-xy tối đa cho vi khuẩn

Theo Nguyễn Văn Phước et al (2010b) trong những năm gần đây, do kĩ thuật

chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinyl Chloride), PP (polypropylen), được làm thành tấm nhựa lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa, dạng vách ngăn có đặc điểm là rất nhẹ và đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật như diện tích bề mặt riêng lớn (từ 80-220 m2/m3) tạo điều kiện cho quá trình hấp thụ và phát triển của vi sinh vật, lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lượng cần sử dụng cho máy bơm)

Theo Lương Đức Phẩm (2007) các yếu tố cần quan tâm khi chọn vật liệu lọc: -Diện tích bề mặt riêng lớn (thay đổi từ 80-220 m2/m3)

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) sự hình thành màng sinh học trải qua các giai đoạn sau:

- Khi các giá thể còn sạch các chất hữu cơ cao phân tử trong nước sẽ bám lên các giá thể tạo thành một lớp màng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật bám vào lớp màng này

- Các vi sinh vật tiết ra các chất cao phân tử ngoại bào, các chất này sẽ tạo nên một phức hợp và tương tác với môi trường để cung cấp thức ăn cho các vi sinh vật, nhóm polyhidroxyl của các chất cao phân tử ngoại bào sẽ giữ lấy các vi khuẩn, lúc này chúng không thể tách ra khỏi màng được nữa Các khuẩn lạc nhỏ được tạo thành bên trong phức hợp của các cao phân tử ngoại bào này và được ngăn cách bởi các lỗ hay rảnh nước nhỏ, các rãnh này đóng vai trò vận chuyển thức ăn cho các vi sinh vật trong màng sinh học

- Màng sinh học tiếp tục phát triển kích thước bằng cách giữ các hạt chất rắn trong nước và các vi khuẩn trôi nổi trong nước thải

- Khi màng sinh học phát triển đến một mức thích hợp nào đó sẽ tạo thành các tín hiệu, lúc này một số vi khuẩn nhất là các vi khuẩn mới sẽ tách ra khỏi màng và phát tán vào môi trường xung quanh

Hình 2.7 Chu trình hình thành và bong tróc màng

(Lâm Minh Triết & Lê Hoàng Việt, 2009) Màng sinh học hiếu khí theo Nguyễn Văn Phước (2010c) là một hệ vi sinh vật

tùy tiện Ở ngoài cùng màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy nhất là trực

khuẩn Bacillus, ở giữa là các vi sinh vật tùy tiện như Alkaligenes, Pseudomonas,

Flavobacterium, Mircocus và cả lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí

khử lưu huỳnh và khử N-NO3- như Bacillus, Desulfovibrio Phần cuối cùng của

màng sẽ là các động vật nguyên sinh Vi sinh vật trong màng sẽ ô-xy hóa các

chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Màng vi sinh

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

e Ưu nhược điểm của quá trình lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Theo Nguyễn Văn Phước (2010c) bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước có các

ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm

+Thời gian khởi động nhanh: 2 tuần

+ Có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ phân hủy chậm

+ Có khả năng chịu biến động về nhiệt và tải lượng ô nhiễm

+ Hiệu quả xử lý cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp

+ Có mật độ sinh khối cao hơn bể bùn, do đó bể phản ứng nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích hơn

Nhược điểm

+ Không có khả năng điều khiển sinh khối

+ Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán: vật liệu làm giá thể phải

có tiết diện bề mặt riêng lớn Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn

f Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình hoạt động của bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của các loại bể lọc sinh học ngập nước cũng giống như các yếu ảnh hưởng đến các loại hình tăng trưởng bán dính khác, bao gồm:

- Tı̉ lệ BOD5/COD nên lớn hơn 0,5 nếu tỉ lệ này nhỏ hơn nên sử dụng các biện pháp ô-xy hóa hóa học để cắt ngắn mạch và các chất hữu cơ, biến chúng thành các chất đơn giản có thể phân hủy sinh học

- Nồng độ SS đưa vào bể lọc sinh học phải nhỏ hơn 150 mg/L Do đó nếu nước thải đầu vào có nồng độ SS cao hơn mức này nên có các quá trình xử lý lý học để đưa nồng độ SS xuống

- Đối với các dưỡng chất, kiểm tra chủ yếu tỉ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 Nếu nước thải thiếu ni-tơ và phốt-pho, bổ sung dưỡng chất cho quá trình

- Không có độc tố ảnh hưởng đến vi sinh vật trong hệ thống

Theo Nguyễn Văn Phước (2010c) trong bể lọc sinh học BOD toàn phần của nước thải nên nhỏ hơn 500 mg/L

Ảnh hưởng của pH

Giá trị pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Các công trình xử lý nước thải áp dụng biện pháp sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 – 7,6 Như đã biết môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH từ 7 – 8 (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

Theo Nguyễn Văn Phước (2007) giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật là từ 6,5–8,5 Nếu pH < 5 sẽ thúc đẩy sự phát triển của nấm, pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất, vi sinh vật sẽ chết

Ảnh hưởng của nồng độ DO

Theo Shakerkhatibi et al (2010) nồng độ DO trong nước thải nên được duy trì

trên 2 mg/L để cung cấp đủ ô-xy cho sự phát triển của các vi sinh vật trong bể lọc sinh học

Ảnh hưởng của thời gian lưu nước

Theo Priya (2015) đã nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất dược phẩm cho thấy ở các mốc thời gian lưu là 10 giờ, 6 giờ, 4 giờ và 2 giờ thì hiệu suất loại bỏ COD

lần lượt là 93,69 ± 1,13%; 79,49 ± 1,02%; 63,16 ± 0,85% và 55,59 ± 1,12%

2.5.2 Một số nghiên cứu và ứng dụng của lọc sinh học hiếu khí có giá thể

ngập trong nước

Đối với nước thải bệnh viện

Theo nghiên cứu của Prayitno et al (2014) đã xử lý nước thải từ các bệnh viện

tại thành phố Malang, In-đô-nê-sia ứng dụng công nghệ lọc sinh học hiếu khí và quá trình ô-zon tại pH=8, thời gian lưu nước trong bể lọc sinh học là 3 giờ và thời gian sục ô-zôn là 40 phút với nồng độ chất ô nhiễm đầu vào BOD5 là 240,25

mg/L, phenol là 0,04 mg/L, fecal coli là 2.400 MPN/100 mL và chì là 0,025

mg/L Kết quả cho thấy nồng độ BOD5 đã được xử lý là 97,92%, phenol là 99,23%, và Pb là 100%

Theo nghiên cứu của Priya et al (2015) xử lý nước thải dược phẩm bằng bể lọc

sinh học ngập nước với tải nạp chất hữu cơ là 17 kg/m3/ngày và thời gian lưu nước là 10 giờ thì hiệu quả xử lý COD là 96%

Đối với nước thải tinh bột mì

Nguyễn Văn Phước et al (2010b) đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc sinh

học ngập nước với giá thể xơ dừa xử lý nước thải tinh bột mì, với thành phần nước thải đầu vào COD là 4.800 - 16.000 mg/L, tổng ni - tơ là 145 - 470 mg/L, tổng phốt-pho là 127 - 432 mg/L Kết quả đã xử lý được COD trên 95% , N và P dao động khoảng 60 - 90% với lưu lượng cấp khí là 5 L/phút, nhiệt độ dao động trong khoảng từ 30 - 32oC, pH được trung hòa trong khoảng từ 7,1 – 7,5 ; và tải nạp COD là 1 kgCOD/m3.ngày

Đối với nước thải giết mổ

Ngô Thị Phương Nam et al (2008) đã nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ gia súc

bằng quá trình lọc sinh học hiếu khí với hiệu suất loại bỏ COD gần 90% với nồng

độ COD đầu vào là 560 mg/L, nhiệt độ trong bể là 32oC và tốc độ sục khí là 0,3 L/phút

Đối với nước thải thủy sản

Lê Hoàng Việt et al (2015) đã nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản

bằng bể lọc sinh học hiếu khí ngập nước Ở thời gian lưu 8 giờ, nồng độ COD đầu vào khoảng 1200 mg/L, bể lọc sinh học có dòng khí - nước ngược chiều cho hiệu suất loaị bỏ COD, BOD5, TKN, và TP lần lươṭ là 97,12%, 98,58%, 95,65%, 78,43%

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

NGHIÊN CỨU

3.1 ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại Khoa Môi trường & TNTN – Trường Đại học Cần Thơ trên mô hình bể phản ứng Fenton/ô-zon, mô hình bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước và mô hình bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng ngang Các mô hình được đặt tại phòng Xử lý nước thuộc Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường Các chỉ tiêu cần theo dõi trong thí nghiệm được phân tích tại các phòng thí nghiệm thuộc bộ môn

Kỹ thuật Môi trường – Trường Đại học Cần Thơ

Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2016

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là nước thải của bệnh viện Đa Khoa huyện Châu Thành – tỉnh Hậu Giang Để xác định nồng độ một số chất ô nhiễm chủ yếu nhằm định hướng cho các thí nghiệm, nước thải được lấy từ cống thu gom nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý, mẫu được lấy từ 7 giờ sáng đến 11 giờ trưa (thời gian diễn ra nhiều nhất các họat động khám chữa bệnh) theo kiểu lấy mẫu

tổ hợp theo tỉ lệ lưu lượng, mẫu được lấy trong 3 ngày từ 10 – 12/08/2016

Nước thải dùng để vận hành các mô hình được lấy theo kiểu lấy mẫu đơn vào lúc

9 giờ sáng hằng ngày

Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nước thải

3.2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu tổng quát của đề tài là góp phần bảo vệ môi trường thông qua tìm ra giải pháp xử lý nước thải bệnh viện một cách hiệu quả về mặt kinh tế - kỹ thuật

để các bệnh viện tuyến huyện có thể áp dụng được, chất lượng nước thải sau xử

lý bằng các giải pháp này đạt QCVN 28:2010/BTNMT (loại A)

Để đạt đuợc mục tiêu trên các mục tiêu cụ thể đuợc đặt ra là: xác định các thông

số vận hành thích hợp của quy trình Fenton/ô-zon kết hợp với lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước; và các thông số vận hành thích hợp của quy trình keo tụ - lắng kết hợp Fenton/ô-zon để xử lý nước thải bệnh viện đạt QCVN 28:2010/BTNMT (loại A) Từ đó làm cơ sở khoa học để thiết kế hệ thống xử lý theo các quy trình này

3.3 PHƯƠNG TIỆN, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Đề tài được thực hiện trên mô hình bể phản ứng Fenton/ô-zon, mô hình bể lọc sinh học có giá thể ngập nước, bộ Jartest và mô hình bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng

- Bộ Jartest

Bộ Jartest bao gồm:

+ Phần chứa mẫu: 6 beaker

+ Hệ thống khuấy trộn (motor và cánh khuấy): gồm 6 cánh khuấy có thể điều chỉnh được vận tốc khuấy từ 10 – 200 vòng/phút

+ Chức năng hẹn giờ từ 1 – 999 phút hoạt động liên tục

- Mô hình bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng

Mô hình được chế tạo bằng thủy tinh dày 5 mm, được bố trí hệ thống cánh khuấy, với motor có công suất 125 (W), số vòng quay của motor là 160 vòng/phút, hệ thống sử dụng các đĩa xích và dây xích để truyền động Mô hình gồm 2 phần kết hợp với nhau: phần bể keo tụ và phần bể lắng cơ học theo phương ngang; phần bể keo tụ gồm 3 ngăn: ngăn khuấy nhanh (1), ngăn khuấy chậm (2,3) Mô hình được thiết kế ứng với lưu lượng nước thải Q = 0,4 L/phút tương ứng với thời gian lưu nước ở các ngăn của bể keo tụ lần luợt là 1,5 phút,

13 phút, 13 phút, và ở bể lắng là 60 phút

+ Ngăn khuấy nhanh (1):

Vận tốc khuấy: 150 vòng/phút

Thời gian lưu: t 1 = 1,5 phút

Thể tích ngăn khuấy nhanh: V1 = 0,4 L/phút x 1,5 phút = 0,6 L

Chiều cao mực nước ngăn khuấy: H1 = 0,06 m

Ngăn được thiết kế dạng hình vuông cạnh 0,1 m

+ Ngăn khuấy chậm (2,3):

Ngăn khuấy chậm trong mô hình được thiết kế thành 2 ngăn có kích thước và thời gian lưu bằng nhau Vận tốc từng ngăn khuấy chậm (2,3) lần lượt là 80 vòng/phút và 40 vòng/phút

Thời gian lưu mỗi ngăn: t 2 = 13 phút

Thể tích mỗi ngăn khuấy chậm: V2 = 0,4 L/phút x 13 phút = 5,2 L

Chiều cao mực nước ngăn khuấy chậm: H2 = 0,2 m

Ngăn được thiết kế dạng hình vuông cạnh 0,1 m

Chiều rộng mỗi ngăn: B2 = 0,15 m

Chiều dài mỗi ngăn: L2 = 0,175 m

Chiều dài ngăn: L3 = 80 cm

Chiều cao mặt thoáng của bể: Ht = 10 cm

- Mô hình bể phản ứng Fenton/ô-zon

Mô hình gồm các bể có kích thước (dài x rộng x cao): 0,1 x 0,1 x 1,5 m, chiều cao công tác là 1,2 m Các bể được trang bị hệ thống khuấy trộn (motor, cánh khuấy) gồm 4 cánh khuấy đồng trục và có thể thay đổi vận tốc từ 0 đến 200 vòng/phút Ngoài ra còn có máy tạo ô-zon GENQAO FD 3000 II, có công suất

200 - 400 mg/h Bể được vận hành theo nguyên tắc bể phản ứng theo mẻ

Hình 3.3 Ảnh chụp (trái) và sơ đồ cấu tạo bể phản ứng Fenton/ô-zon (phải) -Mô hình bể lọc sinh học

Mô hình bể lọc sinh học nền ngập nước có kích thước : 0,15 x 0,15 x 1,2 m chế tạo bằng kính trong suốt, số lượng giá thể đưa vào mô hình là 1.800 giá thể có khối lượng 1,224 kg, chiếm chiều cao cột 0,65 m và có tổng diện tích bề mặt của giá thể là 9,18 m2 Bể vận hành liên tục theo kiểu khí nước ngược chiều

Hình 3.4 Mô hình bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nuớc

Giá thể được sử dụng trong thí nghiệm là giá thể nhựa S20-4 mua tại Công ty TNHH Hộp Xanh (Địa chỉ: phòng 402, Lầu 4, số 37A Phan Xích Long, Phường

3, Quận Phú Nhuận, Thành phố Hồ Chí Minh) giá thể có các thông số kỹ thuật:

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của giá thể nhựa S20-4

Số lượng đóng gói (giá thể/m3)

Phèn PAC: công thức hóa học là Aln(OH)m Cl3n-m, xuất xứ Trung Quốc, nồng độ 30%

Phèn sắt: công thức hóa học là FeSO4.7H2O, xuất xứ Trung Quốc, độ tinh khiết 99%

Hydro peroxid: công thức hóa học H2O2, xuất xứ Trung Quốc, nồng độ 30%

Ngoài ra đề tài còn sử dụng các thiết bị phụ trợ khác để vận hành các mô hình như: máy thổi khí để cung cấp ô-xy, bình ma-ri-ốt để cung cấp nước thải ở lưu lượng ổn định

3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN BẰNG QUY TRÌNH FENTON/Ô-ZON KẾT HỢP BỂ LỌC HIẾU KHÍ NỀN NGẬP NƯỚC

Thí nghiệm này được tiến hành theo các bước sau đây

Bước 1: Xác định thành phần, tính chất của nước thải làm thí nghiệm, lấy mẫu

nước thải trong 3 ngày liên tiếp để phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, tổng Coliforms, N-NO3-, N-NH3, P-PO43-, DO, SS, pH, để định hướng cho các thí nghiệm

Bước 2: Kiểm tra hoạt động của mô hình bằng nước cấp để xem các bộ phận có

hoạt động ổn định không và có hướng khắc phục kịp thời

Bước 3: Tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình Fenton và Fenton/ô-zon

Mục đích thí nghiệm: để so sánh hiệu quả xử lý nước thải giữa quá trình Fenton

và Fenton/ô-zon, từ đó nhận xét đánh giá lựa chọn quá trình xử lý thích hợp Thí nghiệm được thực hiện ở pH = 3 (Umadevi, 2015), hai bể phản ứng Fenton

và Fenton/ô-zon có chiều cao cột nước hoạt động là 1,2 m

Thí nghiệm được thực hiện với các bước:

- Cố định tỉ lệ H2O2 : Fe2+ là 1 mg H2O2 : 1 mg Fe2+ theo khối lượng 500 mg

H2O2, 500 mg Fe2+ (Umadevi, 2015)

- Tiến hành thí nghiệm ở mốc thời gian phản ứng là 65 phút

- Phân tích COD, tổng Coliforms của nước thải trước và sau xử lý ở 2 bể trên

Thí nghiệm được tiến hành 1 lần để so sánh hiệu quả xử lý của 2 bể trên

Bước 4: Tiến hành các thí nghiệm định hướng để xác định các thông số phù hợp

để vận hành quy trình Fenton/ô-zon bao gồm các thí nghiệm về thời gian phản ứng, tỉ lệ H2O2 : Fe2+, các thí nghiệm định hướng này đuợc bố trí như sau:

Thí nghiệm 2: Xác định thời gian phản ứng của quá trình Fenton/ô-zon

Mục đích của thí nghiệm: từ kết quả ở thí nghiệm 1 để tìm ra thời gian phản ứng

cho hiệu quả xử lý COD, tổng Coliforms cao và hiệu quả về kinh tế Thí nghiệm

được tiến hành với các điều kiện phản ứng giống như thí nghiệm 1 nhưng thời gian phản ứng được biến thiên từ 30 – 90 phút, mỗi khoảng biến thiên 15 phút Mẫu được thu và phân tích các chỉ tiêu như thí nghiệm 1

Thí nghiệm 3: Xác định tỉ lệ H 2 O 2 : Fe 2+

Mục đích của thí nghiệm: xác định tỉ lệ H2O2 : Fe2+ phù hợp để vận hành quy trình Fenton/ô-zon Thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện phản ứng giống như thí nghiệm 2, các tỉ lệ H2O2 : Fe2+ được cho biến thiên từ 0,2 : 1 đến 1,2 : 1 mỗi khoảng biến thiên 0,2 : 1 Mẫu được thu và phân tích các chỉ tiêu như thí nghiệm 1 Thí nghiệm được tiến hành với các bước:

- Cố định lượng Fe2+ = 500 mg/L và cho H2O2 (30%) vào bể phản ứng với khối lượng biến thiên từ 100 – 600 mg/L mỗi khoảng biến thiên 100 mg/L

-Tiến hành phân tích COD, tổng Coliforms của nước thải trước và sau xử lý để

chọn nồng độ thích hợp Thí nghiệm được tiến hành 1 lần để xác định tỉ lệ H2O2 :

Fe2+

Bước 5: Tiến hành vận hành chính thức xử lý nước thải bệnh viện bằng quy trình

Fenton/ô-zon với thời gian phản ứng và tỉ lệ H2O2 : Fe2+ đã được tìm ra ở thí nghiệm 2 & 3 Thí nghiệm được tiến hành 3 lần lặp lại trong 3 ngày, mẫu nước thải đầu vào và ra được thu để phân tích các chỉ tiêu: COD, BOD5, tổng Coliforms , N-NO3-, N-NH3, P-PO43-, DO, SS, pH nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình Fenton/ô-zon

Bước 6: Tiến hành xử lý nước thải bệnh viện sau quá trình tiền xử lý bằng

Fenton/ô-zon, bằng bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Song song với quá trình tiến hành thí nghiệm Fenton/ô-zon ở trên bắt đầu vận hành bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước để tạo màng sinh học trên các giá thể bằng nước thải sinh hoạt Khi màng đã hình thành (sờ tay lên giá thể có cảm giác nhờn) thì tiếp tục tiến hành quá trình thích nghi màng sinh học với nước thải sau xử lý Fenton/ô-zon bằng cách pha nước thải sinh họat với nuớc thải sau xử lý bằng Fenton/ô-zon theo tỉ lệ tăng dần Tỉ lệ 70% nước thải sinh hoạt và 30% nước thải đã xử lý ở bể phản ứng Fenton/ô-zon, 50% nước thải sinh hoạt và 50% nước thải đầu ra bể phản ứng Fenton/ô-zon, 70% nước thải đầu ra bể phản ứng Fenton/ô-zon và 30% nước thải sinh hoạt vào bể lọc sinh học để tạo thích nghi Cuối cùng là dùng 100% nước thải đầu ra bể phản ứng Fenton/ô-zon để cho vào

bể lọc sinh học Khi bể ổn định tiến hành thí nghiệm chính thức

Thí nghiệm 4: Xác định thời gian lưu thích hợp của bể lọc sinh học hiếu khí nền ngập nước

Mục đích thí nghiệm: tìm ra thời gian lưu nước phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện đã qua xử lý bằng Fenton/ô-zon Mốc thời gian lưu nước tiến hành trong thí nghiệm này được xác định dựa trên nồng độ các chất ô nhiễm từ thí nghiệm vận hành chính thức Nước thải trước và sau xử lý được phân tích các chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả xử lý cũng như so sánh với QCVN 28: 2010 (cột A)

Nếu nước thải sau xử lý đạt QVCN 28:2010 (cột A) sẽ tiến hành với thời gian tồn lưu ngắn hơn và nếu không đạt QCVN 28:2010 (cột A) sẽ tiến hành với thời gian tồn lưu cao hơn

Các bước thực hiện:

bể lọc sinh học

Các thí nghiệm định hướng của quá trình Fenton/ô-zon

Nước thải bệnh viện sau quá trình sơ lắng

Vận hành chính thức bể phản ứng Fenton/ô-zon

Phân tích các chỉ tiêu đầu vào

Chọn được thời gian phản ứng,

tỉ lệ H2O2:

Fe2+thích hợp

Phân tích các chỉ tiêu sau xử lý

Phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5,

tổng Coliforms , N-NO3

, N-NH3, P- PO43-, DO, SS, pH

Vận hành bể với thời gian lưu đã lựa chọn Nước thải sau xử lý Fenton/ô-zon

Hình 3.7 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xử lý nước thải bệnh viện bằng bể lọc sinh

Thí nghiệm 5: Chọn liều lượng chất keo tụ thích hợp

Để keo tụ nước thải người ta có thể sử dụng nhiều loại phèn khác nhau, trong đó phèn PAC (Poly Aluminium Chloride) có thể hoạt động ở khoảng pH rộng là 5 –

8, tạo ra ít bùn hơn phèn nhôm sun-fat khi sử dụng cùng liều lượng, thêm vào đó đây là loại phèn đang phổ biến trên thị trường với giá thành chấp nhận được (Gebbie, 2011) Vì vậy PAC được lựa chọn để sử dụng cho các thí nghiệm trong

Không đạt QCVN 28:2010

b) Tiến hành thí nghiệm ở khoảng liều lượng xung quanh với liều lượng được chọn ở thí nghiệm a, mỗi khoảng biến thiên ± 20 mg/L Thí nghiệm được tiến hành trên bộ Jartest

- Đặt 6 beaker nước thải vào bộ Jartest và khởi động máy

- Châm chất keo tụ ở 6 mức liều lượng đã định trước

- Khuấy nhanh ở tốc độ 150 vòng/phút trong vòng 3 phút

- Sau đó khuấy chậm ở 2 mức là 80 vòng/phút và 40 vòng/phút với thời gian khuấy trộn mỗi mức là 13 phút

- Tắt máy khuấy để lắng 30 phút lấy phần nước trong phía trên của beaker tiến hành phân tích COD, SS, đo pH và độ đục của nước thải trước và sau xử lý ở các liều lượng phèn khác nhau

200 (mg/L)

Cốc 4

250 (mg/L)

Cốc 5

150 (mg/L)

Lấy phần nước trong đo pH, độ đục, phân tích COD

Nước thải bệnh viện

Đo pH, độ đục, phân tích COD, SS Phèn PAC

300 mg/L

Cốc 6

50 mg/L

100 mg/L

150 mg/L

200 mg/L

250 mg/L