NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BÊNH VIỆN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

T

N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG
NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O

Hà Nội –2016

ỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

T

N N

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ XƠ DỪ ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG
NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O
N

: PGS.TS TR N

ỌC
VĂN TUYÊN

TS. PHẠM TH THÚY

Hà Nội –2016


LỜ C M ĐO N
Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện trong chương trình đào tạo của
trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội. Các số liệu và kết
quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố. Tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm về nội dung luận văn.
Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016
Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trường - Viện hàn lâm khoa học
và công nghệ Việt Nam; TS. Phạm Thị Thúy – Khoa môi trường – Trường đại học
khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ - Khoa môi trường – Trường
đại học Khoa học tự nhiên đã giúp đỡ, tạo điều kiện, tận tình dạy bảo và truyền đạt
những kiến thức quý báu cho em suốt quá trình học tập và giúp em hoàn thiện luận
văn này.
Em xin cảm ơn các anh chị trong Viện Công nghệ môi trường – Viện hàn lâm
khoa học và công nghệ Việt Nam đã tận tình dạy bảo, trang bị kiến thức giúp em
hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, người thân đã động viên tạo điều kiện
cho em hoàn thành tốt luận văn này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 02 tháng 01

năm 2016

Người thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................vi

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 4
1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện ....................4
1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà Nội .........................6
1.3 Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải ...........................................10
1.3.1 Phương pháp Clo hóa ................................................................................10
1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng ......................................................11
1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua ..........................................12
1.3.4 Phương pháp trao đổi ion ..........................................................................12
1.3.5 Phương pháp sinh học ..............................................................................13
1.3.6 Phương pháp hấp phụ ................................................................................14
1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở thế giới và Việt Nam ...17
1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới ..............17
1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam ...............18
1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam ...............................19
1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam ..................................................................19
1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam ..........................................................21
1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt
Nam ........................................................................................................................25
1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa ....................................................25
1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới .......................27

iii


1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam ..........................................32
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 36
2.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................36

2.2 Dụng cụ thí nghiệm ...........................................................................................36
2.3 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................37
2.3.1 Phương pháp tài liệu ..................................................................................37
2.3.2.Phương pháp thực nghiệm .........................................................................37
2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa....................................37
2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa
dạng viên .........................................................................................................43
2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh ........................................................43
2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột ...........................................................46
2.3.3 Phương pháp phân tích ..............................................................................47
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 50
3.1 Đánh giá quá trình thực nghiệm cacbon hóa ....................................................50
3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa................................50
3.1.2 Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm .....................................51
3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa ..........................................52
3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa .................................................................52
3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm của vật liệu khi tiến hành cacbon hóa
...............................................................................................................................53
3.2 Khảo sát lựa chọn loại than tối ưu cho quá trình hấp phụ amoni trong nước thải
bệnh viện ................................................................................................................55
3.3 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp phụ
tĩnh .........................................................................................................................57
3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của
các dải pH .............................................................................................................57
3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni
trong nước thải bệnh viện .....................................................................................59

iv

3.3.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ ....................................................................62
3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng ...................................................................63
3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trường với than
cacbon hóa xơ dừa đã chế tạo ...............................................................................64
3.4 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ chế tạo từ quá trình
cacbon hóa theo cột................................................................................................65
3.4.1 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ là 100% than cacbon hóa từ
xơ dừa ...................................................................................................................66
3.4.2 Hiệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ dạng viên ..........................67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 70
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 74

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD

Nhu cầu oxy hóa sinh học

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

COD

Nhu cầu oxy hóa hóa học

NH4+

Amoni

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC

Tổng cacbon

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện .................................. 4
Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc.......................... 5
Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E ......................... 9
Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp ……....30
Bảng 1.5 TOC của than carbon hóa từ các vật liệu khác nhau ................................. 33
Bảng 1.6 Kích thước và diện tích bề mặt riêng của than cacbon hóa ....................... 35
trên các vật liệu khác nhau ........................................................................................ 35
Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị cần thiết cho quá trình nghiên cứu ........................ 36
Bảng 2.2 Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ..................................... 36
Bảng 2.3 Hóa chất lập đường chuẩn xác định N-NH4+ theo phương pháp Nessler.. 49

Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa.................................................................................... 52
Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa ............................................................................... 52
Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T= 400oC, T= 500oC . 53
Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH ........................................................ 57
Bảng 3.5 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......... 60
Bảng 3.6 Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ........ 62

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E .............................................................. 7
Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ ..................................................................... 18
Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt tại Viện Công nghệ môi trường và mẫu tre khô
trước cabon hoá và mẫu than ....................................................................................33
Hình 1.4 Ảnh SEM của than cacbon hoá các ........................................................... 34
thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy .................................................... 34
Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm quá trình Cacbon hóa .................................................. 39
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm ........................................................ 40
Hình 2.3 Lò nung ...................................................................................................... 40
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot ................................................ 41
Hình 2.5 Mô hình và thiết bị Jartest của quá trình thí nghiệm hấp phụ .................... 42
Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục ................................................. 47
Hình 2.7 Phương trình đồ thị đường chuẩn amoni ................................................... 49
Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hóa ........................................... 50
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa theo thời gian ................... 51
Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gian ....................... 53
ở các mức nhiệt độ khác nhau ................................................................................... 53
Hình 3.4 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 3000C ............................................... 54
Hình 3.5 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 4000C ............................................... 54

Hình 3.6 Xơ dừa sau khi nung ở nhiệt độ T = 5000C ............................................... 55
Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại than cacbon hóa đã chế tạo
ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau ....................................................................... 56
Hình 3.8 Kích thước mao quản của than cacbon hóa xơ dừa ................................... 57
ở T= 500oC, t= 30 phút ............................................................................................. 57
Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ ............................................ 58
Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý................ 59
Hình 3.11Đường đẳng nhiệt Langmuir ..................................................................... 61

viii


Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt Freundlich .................................................................. 62
Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý amoni ..................... 63
Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối lượng than đến hiệu suất xử lý NH4+ ..................... 64
Hình 3.15 So sánh khả năng hấp phụ của than hoạt tính thị trường ......................... 65
và than cacbon chế tạo .............................................................................................. 65
Hình 3.16 Khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ ở mô hình dạng cột ................... 66
Hình 3.17 Khả năng hấp phụ của vật liệu dạng viên ................................................ 67

ix


MỞ ĐẦU
Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các
nhà quản lý môi trường vì chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm
đến đời sống con người.
Hiện nay, nước thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều
thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường [4]. Trong
nước thải bệnh viện có một số thành phần giống như nước thải sinh hoạt, chứa

lượng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trưng bằng chỉ tiêu BOD5, các chất
dinh dưỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lượng amoni sau khi xử lý sinh học
có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng
khám đa khoa, cơ sở y tế do quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lượng
amoni trong nước sẽ rất cao vượt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn
nước thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4]. Vì là yếu tố gây độc nên việc
xử lý amoni trong nước thải là đối tượng rất đáng quan tâm.
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý
amoni như: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao đổi ion, phương pháp sinh học. Các
phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau.
Một trong các phương pháp xử lý amoni là hấp phụ và thường được sử dụng ở
giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trường. Phương
pháp này có nhược điểm là chi phí cao, vật liệu hấp phụ phải tái sử dụng để giảm
chi phí.Vì vậy lựa chọn vật liệu hấp phụ có giá thành rẻ có sẵn trong tự nhiên là vô
cùng cần thiết. Trong đó có phương pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp
như tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nước thải nhuộm [24], ứng dụng
trong mô hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải
hấp.
Ở Việt Nam dừa được trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ
dừa được thải bỏ ra môi trường và gây ô nhiễm môi trường trong đó có xơ dừa.
Hiện nay xơ dừa được sử dụng để làm đồ thủ công mỹ nghệ, tấm lót, phân bón
trong nông nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ưu của xơ dừa như vậy

1


khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị
của nó còn tăng cao. Chất thải cacbon hóa sau khi hấp phụ amoni có thể dùng làm
phân bón cải tạo đất trồng.
Xuất phát từ thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo

vật liệu hấp phụ từ xơ ừ để xử lý m

tr

c thải bệnh việ ”.

 Mụ t êu đề tài:
Luận văn được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng
phương pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý
amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học.
 Nội dung nghiên cứu
Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:
1. Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý amoni trong nước
thải, giới thiệu về phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa.
2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa.
Tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ các khác nhau 300oC, 400oC, 500oC và
các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của
vật liệu, khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích
thước mao quản.
3. Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau khi đã qua hệ
thống xử lý sinh học bằng phương pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hưởng của pH,
tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn
loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý.
- Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lưu lượng
khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước
thải của vật liệu.
 Ý
-

ĩ

và ý

ĩ t ực tiễn.

Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa từ phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) tuy là
vật liệu không mới nhưng chưa được chú ý đến nhiều.

2


-

Sản phẩm than thành phẩm thu được có những đặc trưng như xốp, có cấu
trúc mao quản và chất lượng phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện sau xử lý
sinh học hiếu khí.

-

Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt
Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với
điều kiện kinh tế ở Việt Nam

 Phạm vi củ đề tài:
Các thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm.

3


C

ơ

1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm m

tr

c thải bệnh viện

Nước thải bệnh viện là dung dịch thải từ các cơ sở khám, chữa bệnh. Nguồn tiếp
nhận nước thải là: nước mặt, vùng nước biển ven bờ, hệ thống thoát nước, nơi mà
nước thải y tế thải vào. Nước thải y tế chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm
bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa
chất độc hại từ cơ thể, chế phẩm điều trị, chất phóng xạ [16]. Ngoài ra còn có các
chất bẩn khoáng, hữu cơ đặc thù như chế phẩm thuốc, chất khử trùng, các dung môi
hóa học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ được sử dụng trong quá
trình chuẩn đoán và điều trị bệnh. Thành phần và nguồn gốc phát sinh nước thải
bệnh viện được thể hiện ở bảng 1.1:
Bảng 1.1 Thành phần và nguồn phát sinh nước thải bệnh viện
Nhóm

Thành phần

Nguồn phát sinh

Các chất ô nhiễm Cacbonhydrat, protein, chất béo, Nước thải sinh hoạt của
hữu cơ, các chất nguồn gốc động vật và thực vật, bệnh nhân, người nhà
vô cơ

các hợp chất nito, photpho

bệnh nhân, khách vãng
lai, cán bộ công nhân viên
trong bệnh viện

Các chất tẩy rửa
Các loại hóa chất

Muối của các axit béo bậc cao

Xưởng giặt của bệnh viện

-

Formaldehyde

Sử dụng trong khoa giải

-

Các chất quang hóa học

phẫu bệnh, triệt khuẩn,

-

Các dung môi gồm các hợp ướp xác và dùng bảo quản
chất

halogen

như mẫu xét nghiệm ở một số

Cloroform, các thuốc mê khoa.
sốc hơi như halothan, các Có trong dung dịch dùng
hợp chất khác như xylem, cố định và tráng phim
axeton
-

Sử dụng trong quá trình

Các chất hóa học hỗn hợp điều trị và chuẩn đoán

4


gồm các dịch làm sạch và bệnh.
khử khuẩn
-

Thuốc sử dụng cho bệnh
nhân

Các loại vi khuẩn Vi khuẩn Salmonalla, Shigella, Có trong máu, dịch đơm,
virut,

kí

sinh Vibrio, Cholorae, coliorm, tụ cầu, phân của người mang

trùng gây bệnh

liên cầu, Virus đường tiêu hóa, bệnh
virus bại liệt, nhiễm các loại ký
sinh trùng, amip và các loại nấm
(Nguồn: Bộ y tế và DTM Dự án xây dựng 2007) [16]

Các hợp chất chứa nito có thể tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat
và amoni. Amoni thực ra không quá độc với cơ thể con người. Nhưng khi ra môi
trường nếu hàm lượng amoni vẫn còn cao thì các vi sinh vật trong nước nhờ oxi
không khí chuyển amoni thành cách nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), tích tụ trong nước
mặt. Các hợp chất chứa nito trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho
cơ thể người sử dụng nước.Hàm lượng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải bệnh
viện các tỉnh phía Bắc được đưa ra ở bảng dưới đây cho thấy mức độ nguy hại của
nước thải bệnh viện:
Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc
STT

Chỉ tiêu ô nhiễm

Đơn vị tính

Hàm lượng trung bình
Tổng

BV

tuyến BV

tuyến

tỉnh

trung ương

1

pHc

mg/l

±7,16

±7,02

±6,81

2

CODc

mg/l

±148,79

±134,81

±142,42

3

SSa

mg/l

48,35

35,70

66,43

4

NH4+ (tính theo N)c mg/l

±22,44

±27,99

±29,44

5

NO3- (tính theo P)c

mg/l

±0,15

±0,32

±0,53

6

PO43- (tính theo P)c

mg/l

±6,57

±6,7

±8,37

5


7

Dầu mỡ động thực Mg/l

±2,62

±2084

±2,35

±81x104

±93 x104

±75 x104

vậtc
8

Coliform/100mlb

-

a. Số liệu năm 2011
b. Số liệu năm 2012-2013, nước thải sau xử lý
c. Số liệu năm 2010 -2013
(Nguồn: Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường, Kết quả quan trắc
môi trường bệnh viện 2010-2013) [5]
Theo Đào Ngọc Phong và các cộng sự 1998 [18] nghiên cứu về ô nhiễm môi
tường và khả năng lây truyền do nước thải bệnh viện gây ra ở Hà Nội cho thấy hiện
tượng tăng vượt trội ở các khu dân dư tiếp xúc với nước thải bệnh viện nhất là bệnh
đường tiêu hóa.
Với các đặc tính nguy hại của nước thải bệnh viện cần có những hệ thống
công nghệ xử lý để loại bỏ hết các thành phần chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn QCVN
28:2010/BTNMT [4].
1.2 Gi i thiệu về công nghệ xử lý

c thải bệnh viện E – Hà Nội

Thiết bị xử lý nước thải CN-2000 được thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh

học. Thiết bị CN-2000 có công suất 120 - 150m3/ngày đêm, được ứng dụng để xử lý
các nguồn nước thải có ô nhiễm hữu cơ và Nitơ. Các thông số nước thải đầu vào:
COD từ 250-300mg/l, BOD từ 100-250 mg/l, nồng độ các độc tố có hại cho các quá
trình xử lý bằng vi sinh đạt mức cho phép [6].
Nguyên lý hoạt động:

6


Thu gom nước
thải

Song chắn rác

Bể khử trùng

Bể lắng đợt 2

Bể điều hòa

Bể lắng
đợt 1

Bể hiếu khí

Bể nén bùn

Ra cống thành
phố, ao hồ

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện E [6]
Theo sơ đồ hình vẽ nước thải được thu gom từ các khoa, buồng bệnh, các bể
phốt trong bệnh viện đến bể hợp khối gồm các công đoạn ngăn thu nước thải có lắp
đặt song chắn rác để loại bỏ các thành phần rác, ngăn điều hòa, ngăn làm lắng sơ
bộ, bể hiếu khí và ngăn thu bùn.
Bể điều hòa làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng chất bẩn trong nước
thải, đồng thời tại đây nước thải được trộn các chế phẩm vi sinh nhằm tăng nhanh
quá trình phân hủy sơ bộ các chất hữu cơ, xử lý một phần COD, BOD. Tại đây nước
thải được khuấy trộn và làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống sục khí. Phần nước thải sau
khi đi qua hệ điều hòa được lắng sơ bộ và phần nước gạn trong bể nén bùn được
chảy sang bể hiếu khí gồm 2 ngăn, tại đây hàm lượng bùn hoạt tính được duy trì lơ
lửng để oxy hóa các chất bẩn, hợp chất hữu cơ thành những chất ổn định tạo thành
bông cặn dễ lắng. Tại bể này thực hiện quá trình khử BOD, COD và Nito. Môi
trường hiếu khí trong bể đạt được do sử dụng hệ thống sục khí nhằm duy trì hỗn
hợp lỏng trong thiết bị luôn ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn [6].
Sau khi qua xử lý tại bể hiếu khí nước thải được bơm lên thiết bị hợp khối
dạng thám thiết bị xử lý có đệm vi sinh được chế tạo từ vật liệu nhựa có thông số độ
rỗng > 90%., bề mặt riêng 250-300 m2/m3 [6]. Tại đây thực hiện quá trình xử lý vi
sinh:

7


-

Trộn khí cưỡng bức có cường độ cao bằng việc dùng không khí thổi cưỡng
bức để hút và đẩy nước thải

-

Lọc vi sinh dòng xuôi có lớp đệm vi sinh ngập nước
Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị hợp khối là 2-2,5 giờ. Khi nước thải

tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ,
sinh sống và phát triển trên bề mặt đó. Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chất
galatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng trong lớp chất nhày này. Đầu
tiên vi khuẩn phát triển tập trung ở một khu vực sau đó chúng phát triển lan dần và
phủ kín bề mặt vật liệu lọc. Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ
và oxy có trong nước thải khuếch tán qua màng sinh vật và có thể vào tận lớp
Xenlulose đã tích lũy phía trong cùng. Sau một thời gian, màng sinh vật được hình
thành và chia thành 2 lớp: Lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxy hóa khuếch tán
xâm nhập vào, lớp trong là lớp thiếu oxy. Thành phần sinh vật chủ yếu của màng vi
sinh vật là vi khuản, ngoài ra còn có các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn. Sau
một thời gian hoạt động màng sinh vạt dày lên, các chất khí tích tụ phía trong tăng
lên và màng bị tách ra khỏi vật liệu lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên.
Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn [6].
Sau đó nước thải cùng bùn hoạt hóa chuyển qua bể lắng đợt 2 (lắng lamen) để
tách khỏi bùn hoạt hóa và cặn hữu cơ khác. Tại bể lắng lamen có xếp đệm làm tăng
bề mặt tiếp xúc, tăng khả năng va chạm. Bể này có đường cấp hóa chất keo tụ nhằm
tạo bông keo tụ nâng cao hiệu suất lắng.
Phần nước trong được qua bộ phận khử trùng bằng dung dịch NaOCl hoặc
Ca(OCl)2 nồng độ 3-5 mg (tính theo lượng Clo hoạt tính)/m3 nước thải. Cuối cùng
nước thải được xả ra ngoài cống. Phần bùn, cặn lắng ở ngăn lắng và từng ngăn xử lý
sinh học được máy bơm hồi lưu một phần bùn hoạt hóa trở lại thiết bị sinh học để
đảm bảo được nồng độ xử lý còn phần bùn dư được bơm về máy nén bùn [6].
Nguyên lý hợp khối cho phép thực hiện kết hợp nhiều quá trình cơ bản xử lý
nước thải đã biết trong không gian thiết bị của mỗi mô-đun để tăng hiệu quả và
giảm chi phí vận hành xử lý nước thải. Thiết bị xử lý hợp khối cùng một lúc thực

8

hiện đồng thời quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc nhỏ giọt. Việc kết hợp đa
dạng này sẽ tạo mật độ màng vi sinh tối đa mà không gây tắc các lớp đệm, đồng
thời thực hiện oxy hóa mạnh và triệt để các chất hữu cơ trong nước thải. Thiết bị
hợp khối còn áp dụng phương pháp lắng có lớp bản mỏng (lamen) cho phép tăng bề
mặt lắng và rút ngắn thời gian lưu.
Đi kèm với giải pháp công nghệ hợp khối này có các hóa chất phụ trợ gồm:
chất keo tụ PACN-95 và chế phẩm vi sinh DW-97-H giúp nâng cao hiệu suất xử lý,
tăng công suất thiết bị. Chế phẩm DW-97-H là tổ hợp của các vi sinh vật hữu hiệu
(nấm sợi, nấm men, xạ khuẩn và vi khuẩn), các enzym thủy phân ngoại bào (amilaz,
cellulaz, proteaz) các thành phần dinh dưỡng và một số hoạt chất sinh học sẽ làm
phân giải (thủy phân) các chất hữu cơ từ trong bể phốt của bệnh viện nhanh hơn
(tốc độ phân hủy tăng 7 - 9 lần và thủy phân nhanh các cao phân tử khó tan, khó
tiêu thành các phân tử dễ tan, dễ tiêu), giảm được sự quá tải của bể phốt, giảm kích
thước thiết bị, tiết kiệm chi phí chế tạo và chi phí vận hành, cũng như diện tích mặt
bằng cho hệ thống xử lý. Chất keo tụ PACN-95 khi hòa tan vào trong nước sẽ tạo
màng hạt keo, liên kết với cặn bẩn (bùn vô cơ hoặc bùn hoạt tính tại bể lắng) thành
các bông cặn lớn và tự lắng với tốc độ lắng cặn nhanh; nhờ đó, giảm được kích
thước thiết bị lắng (bể lắng) đáng kể mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra của nước
thải [6].
Dưới đây là bảng số liệu kết quả phân tích thực hàm lượng một số chỉ tiêu ô
nhiễm trong nước thải bệnh viện E sau khi qua hệ thống xử lý sinh học:
Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ô nhiễm tại bệnh viện E
STT

Chỉ tiêu ô nhiễm

Đơ vị tính

Nồ

độ

QCVN
(mức B)

1

pH

-

7-8

6,5-8,5

2

COD

mg/l

85

100

3

SS

mg/l

35

100

4

NH4+

mg/l

20-25

10

9

28:2010/BTNMT


Qua bảng số liệu phân tích hàm lượng các chất ô nhiễm sau khi nước thải
được xử lý sinh học cho thấy pH, hàm lượng COD, SS, NO3-, NO2- đạt tiêu chuẩn
cho phép (QCVN 28:2010/BTNMT) [4] tuy nhiên hàm lượng amoni (NH4+) thì vẫn
cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
1.3 Một số p

ơ

p áp xử lý m

tr

c thải

Trong nước thải Amoni là thành phần khá phổ biến. Các dòng thải chứa Nito
có thể gây độc đối với môi trường nước, gây ra hiện tượng giảm nồng độ oxi trong
nước, hiện tượng phú dưỡng, ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ Clo. Vì vậy cần phải
loại bỏ Nito trong nước thải là cần thiết. Quá trình loại bỏ các hợp chất nito chủ yếu
là sinh học hay các quá trình kết hợp giữa hóa lý và vật lý [36].
Có rất nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước cấp và nước thải đã được
các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng: làm thoáng để khử NH3, ở
môi trường pH cao (pH= 10-11); clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến trên
đường cong hấp thụ clo trong nước, tạo cloramin trao đổi ion NH4+ và NO3- bằng
các vật liệu trao đổi cation/anion như Klynoptilolyle hay Sepiolite; Nitrat hóa bằng
các phương pháp sinh học; nitrat hóa kết hợp khử nitrat; công nghệ anammox;
phương pháp điện hóa, điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều [1].
1.3.1 Phương pháp Clo hóa
Clo là chất oxi hóa mạng có khả năng oxi hóa amoni/ammoniac ở nhiệt độ
phòng thành N2. Khi hòa tan Clo trong nước tùy theo pH của nước mà có thể nằm
dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình:
Cl2 + H2O → HCl + HClO (pH <7)
HClO -> H+ + ClO- (pH > 8)
Khi trong nước có NH4+sẽ xảy ra các phản ứng sau:
HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (monocloramin)
HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin)
HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin)
Nếu Clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các Cloramin

10


HClO + 2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O
Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Natrisunfit (Na2SO3)
Na2SO3 + Cl2 + H2O -> 2HCl + Na2SO4
Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Trionatrisunfit (Na2S2O3)
4Cl2 + Na2S2O3 +5H2O -> 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4
Khi đó lượng Clo dư trong nước sẽ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra phản
ứng phân hủy Cloramin. Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dư sẽ phản ứng với các
hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất Clo có mùi đặc trưng
khó chịu. Trong đó khoảng 15% là các hợp chất nhóm THM- Trihalometan và
HAA- Axit axetic halogen đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế
nồng độ nghiêm ngặt. Ngoài ra với lượng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở
lên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn. Như vậy phương pháp này tuy đơn giản
về thiết bị và rẻ về kinh tế và xây dựng nhưng lại khó áp dụng [1].
1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng
Amoni tồn tại trong nước dạng cân bằng:
NH4+ ↔ NH3 + H+ ; pKa = 9,5
Ở pH gần 7 chỉ có một lượng nhỏ khí NH3 so với ion amoni. Nếu ta nâng pH
tới 9.5 tỷ lệ NH3/NH4+= 1, càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành
NH3. Khi đó nếu áp dụng các kĩ thuật sục khí hoặc thổi khí thì NH3 sẽ bay hơi theo
định luật Henry là chuyển cân bằng về phía phải [1]:
NH4+ + OH- ↔H3 + H2O
Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 10,5- 11 để biến 99% NH4+ thành khí
NH3 hòa tan trong nước.
Nâng pH của nước thô: Năng lên bằng cách dùng vôi hoặc xút. Sau bề lọc pha
axit vào nước để đưa pH từ 10,5- 11,0 xuống còn 7,5.
Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa dược nồng độ
NH4+ xuống dưới 1,5 mg/l nên rất hiếm khi được áp dụng để xử lý nước cấp [1].

11


1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua
Xử lý NH4+ bằng O3 với sự có mặt của Br- cũng diễn ra theo cơ chế giống như
phương pháp xử lý dùng Clo [1]. Dưới tác dụng của O3thì Br- bị oxi hóa thành BrOtheo phản ứng:
Br- + O3 + H+ = HBrO + O2
Phản ứng oxy hóa NH4+ được thực hiện bởi ion BrO- giống như của ion ClONH3 + HBrO = NH2Br + H2O
NH2Br + HBrO = NHBr2 + H2O
NH2Br + NHBr2 = N2 + 3Br- + H+
1.3.4 Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một quá trình hóa lý thuận nghịch trong đó xảy ra phản ứng
trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bờ mặt hoặc bên trong
của pha răn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật bảo toàn điện
tích, phương trình trao đổi ion được mô tả như sau [1]:
AX + B- ↔ AB + XCY + D+ ↔ CD +Y+
Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation
Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận là chiều trao đổi,
chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh. Mức độ trao đổi ion phụ thuộc
vào:
- Kích thước hóa trị của ion.
- Nồng độ ion có trong dung dịch.
- Bản chất của chất trao đổi ion.
- Nhiệt độ.
Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong dung
dịch và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có cùng dấu
điện tích. Nhựa trao đổi cation là những hợp chất cao phân tử hữu cơ có chứa các
nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là RX. Trong đó, R là gốc hữu

12


cơ phức tạp có thể là COOH-, Cl-… Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và
cation có trong dung dịch [1].
R-H(Na) + NH4+ = R-NH4 + H+(Na)
2R-H + Ca2+ = R2Ca + 2H+
Chất trao đổi ion có thể có sẵn trong tự nhiên như các loại khoáng sét trong đó
quan trọng nhất là Zeolit, các loại sợi…cũng có thể là chất vô cơ tổng hợp hoặc hữu
cơ. Trong thực tế nhựa trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng rộng rãi nhất [1].
1.3.5 Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat
a. Quá trình nitrat hóa:
Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học:
NH4+ + 1,3O2 → NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 0,5O2 → NO3Phương trình tổng NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O(1)
Như vậy 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1gN_NH4+ tiêu thụ 4,57g O2, 1
mol NH4+tạo thành 1 mol NO3- , 1 mol NH4+ tạo thành 2 mol H+. Lượng tạo ra
phản ứng với độ kiềm HCO3- như vậy 1gN_NH4+ tiêu thụ 7,14g độ kiềm. Các
phương trình trên không tính đến quá trình sinh tổng hợp sinh khối (vi khuẩn). Ta
có:
1,02NH4+ + 1,82O2 + 2,02HCO3-→ 0,021C5H7O2N + NO3- + 1,92 H2CO3 + 1,06
H2O
Như vậy 1g N-NH4+ tiêu thụ 4,3g O2, 1g N-NH4+ tiêu thụ 7,2g độ kiềm (quy về
CaCO3). Để thiết kế người ta hay dùng các con số suy ra từ phương trình.
b. Quá trình khử nitrat hóa:
Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat
sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu khí anoxic. Các vi khuẩn
ở đây là dị dưỡng nghĩa là nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới. Nitrit và
nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2.

13


Quá trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất chúng có thể là chất hữu cơ phổ biến là
axit axetic, H2 và S. Khi có mặt đồng thời NO3- và các chất cho điện tử, chất cho
điện tử bị oxi hóa, đồng thời NO3- nhận điện tử và khử về N2
Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồm: Bacilus, Pseudoomnas,
Methanomanas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus....[35]
Đây là phương pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài
nước quan tâm và cũng có kết quả khả quan.
1.3.6 Phương pháp hấp phụ.
Hấp phụ là phương pháp tách các chất, trong đó các cấu tử hỗn hợp lỏng, hoặc
khí hấp phụ trên bề mặt xốp, rắn. Chất hấp phụ là những vật rắn có chứa các mao
quản. Chất bị hấp phụ là chất nằm trong pha lỏng hoặc pha khí. Khi quá trình hấp
phụ xảy ra tức là có dòng pha lỏng hoặc dòng pha khí chuyển động và tiếp xúc với
chất hấp phụ. Hấp phụ là quá trình chuyển động của các chất bị hấp phụ vào các
ống mao quản và trên bề mặt của chất rắn xốp. Quá trình ngược lại được gọi là quá
trình nhả hấp [9].
 Hấp phụ vật lý
Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân(nguyên tử, phân tử,
các ion, …) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van der waals yếu. Nói một
cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị
ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân
tử yếu (lực Van der waals) và liên kết hydro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận
nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn [13].
 Hấp phụ hóa học

Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng
hóa trị, liên kết phối trí,...) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp

14