Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ từ xơ dừa để xử lý Amoni trong nước thải bệnh viện

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

BÙI THỊ LAN ANH

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội –2016


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

BÙI THỊ LAN ANH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG
NƢỚC THẢI BỆNH VIỆN
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa ho ̣c: PGS.TS TRỊNH VĂN TUYÊN
TS. PHẠM THỊ THÚY

Hà Nội –2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này do tơi thực hiện trong chƣơng trình đào tạo của
trƣờng 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 chƣa từng đƣợc công bố. Tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm về nội dung luận văn.
Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016
Ngƣời thực hiện luận văn

Bùi Thị Lan Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, trƣớc hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trƣờng - Viện hàn lâm khoa học
và công nghệ Việt Nam; TS. Phạm Thị Thúy – Khoa môi trƣờng – Trƣờng đại học
khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết hƣớng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ - Khoa môi trƣờng – Trƣờng
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 q trình học tập và giúp em hồn thiện luận
văn này.
Em xin cảm ơn các anh chị trong Viện Công nghệ môi trƣờng – Viện hàn lâm
khoa học và cơng 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, ngƣời 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

Ngƣời 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
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 4
1.1 Tổng quan về tình hình ơ nhiễm amoni trong nƣớc thải bệnh viện ....................4
1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nƣớc thải bệnh viện E – Hà Nội .........................6
1.3 Một số phƣơng pháp xử lý amoni trong nƣớc thải ...........................................10
1.3.1 Phƣơng pháp Clo hóa ................................................................................10
1.3.2 Phƣơng pháp kiềm hóa và làm thống ......................................................11
1.3.3 Phƣơng pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua ..........................................12
1.3.4 Phƣơng pháp trao đổi ion ..........................................................................12
1.3.5 Phƣơng pháp sinh học ..............................................................................13

1.3.6 Phƣơng pháp hấp phụ ................................................................................14
1.4 Cơng trình nghiên cứu xử lý amoni trong nƣớc thải ở thế giới và Việt Nam ...17
1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nƣớc thải trên thế giới ..............17
1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nƣớc 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 cơng nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt
Nam ........................................................................................................................25
1.6.1 Tổng quan về phƣơng pháp cacbon hóa ....................................................25
1.6.2 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ cacbon hóa trên thế giới .......................27

iii


1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam ..........................................32
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 36
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................36
2.2 Dụng cụ thí nghiệm ...........................................................................................36
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................37
2.3.1 Phƣơng pháp tài liệu ..................................................................................37
2.3.2.Phƣơng 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 Phƣơng pháp phân tích ..............................................................................47
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 50
3.1 Đánh giá q 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 nƣớc 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 ƣu cho quá trình hấp phụ amoni trong nƣớc 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 hƣởng của dung lƣợng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni
trong nƣớc thải bệnh viện .....................................................................................59

iv


3.3.3 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ ....................................................................62
3.3.4 Ảnh hƣởng của tỷ lệ rắn: lỏng ...................................................................63
3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa ở thị trƣờng 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 q 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 ngun mơi trƣờng

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 nƣớc thải bệnh viện .................................. 4
Bảng 1.2 Chất lƣợng nƣớc thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc.......................... 5
Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ơ 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 thƣớc 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 đƣờng chuẩn xác định N-NH4+ theo phƣơng 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 phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......... 60
Bảng 3.6 Các thơng số xác định phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ........ 62

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nƣớc thải bệnh viện E .............................................................. 7

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ ..................................................................... 18
Hình 1.3 Lị nung cacbon hố đặt tại Viện Công nghệ môi trƣờng và mẫu tre khô
trƣớc cabon hố 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 q trình Cacbon hóa .................................................. 39
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm ........................................................ 40
Hình 2.3 Lị nung ...................................................................................................... 40
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị thí nghiệm pilot ................................................ 41
Hình 2.5 Mơ hình và thiết bị Jartest của q trình thí nghiệm hấp phụ .................... 42
Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục ................................................. 47
Hình 2.7 Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn amoni ................................................... 49
Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lị cacbon hóa ........................................... 50
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nƣớc 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 lƣợng 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 thƣớc mao quản của than cacbon hóa xơ dừa ................................... 57
ở T= 500oC, t= 30 phút ............................................................................................. 57
Hình 3.9 Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ ............................................ 58
Hình 3.10 Đồ thị ảnh hƣởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý................ 59
Hình 3.11Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir ..................................................................... 61

viii

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

ix


MỞ ĐẦU
Nƣớc thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các
nhà quản lý mơi trƣờng vì chúng có thể gây ơ nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm
đến đời sống con ngƣời.
Hiện nay, nƣớc thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều
thành phần ơ nhiễm vƣợt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trƣờng [4]. Trong
nƣớc thải bệnh viện có một số thành phần giống nhƣ nƣớc thải sinh hoạt, chứa
lƣợng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trƣng bằng chỉ tiêu BOD5, các chất
dinh dƣỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lƣợng 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 lƣợng
amoni trong nƣớc sẽ rất cao vƣợt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn
nƣớc thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4]. Vì là yếu tố gây độc nên việc
xử lý amoni trong nƣớc thải là đối tƣợng rất đáng quan tâm.
Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý
amoni nhƣ: Clo hóa, màng lọc, làm thống, trao đổi ion, phƣơng pháp sinh học. Các
phƣơng pháp trên đều có ƣu, nhƣợc điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau.
Một trong các phƣơng pháp xử lý amoni là hấp phụ và thƣờng đƣợc sử dụng ở
giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trƣờng. Phƣơng

pháp này có nhƣợc 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 vơ
cùng cần thiết. Trong đó có phƣơng pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp
nhƣ tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nƣớc thải nhuộm [24], ứng dụng
trong mơ hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải
hấp.
Ở Việt Nam dừa đƣợc trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ
dừa đƣợc thải bỏ ra môi trƣờng và gây ơ nhiễm mơi trƣờng trong đó có xơ dừa.
Hiện nay xơ dừa đƣợc sử dụng để làm đồ thủ cơng mỹ nghệ, tấm lót, phân bón
trong nơng nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ƣu của xơ dừa nhƣ vậy

1


khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị
của nó cịn 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 dừa để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện”.
 Mục tiêu đề tài:
Luận văn đƣợc thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng
phƣơng pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý
amoni trong nƣớc 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 nƣớc thải bệnh viện và các phƣơng pháp xử lý amoni trong nƣớc
thải, giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa.
2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phƣơng 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 lƣợng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích
thƣớc mao quản.
3. Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nƣớc thải bệnh viện sau khi đã qua hệ
thống xử lý sinh học bằng phƣơng pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hƣởng của pH,
tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nƣớc thải và lựa chọn
loại than cacbon hóa cho q trình xử lý.
- Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lƣu lƣợng
khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nƣớc
thải của vật liệu.
 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
-

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

2


-

Sản phẩm than thành phẩm thu đƣợc có những đặc trƣng nhƣ xốp, có cấu
trúc mao quản và chất lƣợng phù hợp để xử lý nƣớc thải bệnh viện sau xử lý
sinh học hiếu khí.

-

Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nơng 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 của đề tài:
Các thực nghiệm đƣợc tiến hành trong phịng thí nghiệm.

3


Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về tình hình ơ nhiễm amoni trong nƣớc thải bệnh viện
Nƣớc thải bệnh viện là dung dịch thải từ các cơ sở khám, chữa bệnh. Nguồn tiếp
nhận nƣớc thải là: nƣớc mặt, vùng nƣớc biển ven bờ, hệ thống thoát nƣớc, nơi mà
nƣớc thải y tế thải vào. Nƣớc thải y tế chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm
bệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của ngƣời bệnh, các loại hóa
chất độc hại từ cơ thể, chế phẩm điều trị, chất phóng xạ [16]. Ngồi ra cịn có các
chất bẩn khống, hữu cơ đặc thù nhƣ chế phẩm thuốc, chất khử trùng, các dung mơi
hóa học, dƣ lƣợng thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng xạ đƣợc sử dụng trong q
trình chuẩn đoán và điều trị bệnh. Thành phần và nguồn gốc phát sinh nƣớc thải
bệnh viện đƣợc 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 ơ nhiễm Cacbonhydrat, protein, chất béo, Nƣớc thải sinh hoạt của
hữu cơ, các chất nguồn gốc động vật và thực vật, bệnh nhân, ngƣời 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

Xƣởng 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 ƣớp xác và dùng bảo quản
chất

halogen

nhƣ mẫu xét nghiệm ở một số

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

Sử dụng trong q 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 ngƣời mang

trùng gây bệnh

liên cầu, Virus đƣờng 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 dƣới dạng hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat
và amoni. Amoni thực ra không quá độc với cơ thể con ngƣời. Nhƣng khi ra môi
trƣờng nếu hàm lƣợng amoni vẫn cịn cao thì các vi sinh vật trong nƣớc nhờ oxi
khơng khí chuyển amoni thành cách nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), tích tụ trong nƣớc
mặt. Các hợp chất chứa nito trong nƣớc có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho
cơ thể ngƣời sử dụng nƣớc.Hàm lƣợng một số chỉ tiêu ô nhiễm trong nƣớc thải bệnh
viện các tỉnh phía Bắc đƣợc đƣa ra ở bảng dƣới đây cho thấy mức độ nguy hại của
nƣớc thải bệnh viện:
Bảng 1.2 Chất lượng nước thải một số bệnh viện khu vực phía Bắc
STT

Chỉ tiêu ơ nhiễm

Đơn vị tính

Hàm lƣợng trung bình
Tổng

BV

tuyến BV

tuyến

tỉnh

trung ƣơng

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, nƣớc 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
tƣờng và khả năng lây truyền do nƣớc thải bệnh viện gây ra ở Hà Nội cho thấy hiện
tƣợng tăng vƣợt trội ở các khu dân dƣ tiếp xúc với nƣớc thải bệnh viện nhất là bệnh
đƣờng tiêu hóa.
Với các đặc tính nguy hại của nƣớc 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 Giới thiệu về công nghệ xử lý nƣớc thải bệnh viện E – Hà Nội
Thiết bị xử lý nƣớc thải CN-2000 đƣợc thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh
học. Thiết bị CN-2000 có cơng suất 120 - 150m3/ngày đêm, đƣợc ứng dụng để xử lý
các nguồn nƣớc thải có ô nhiễm hữu cơ và Nitơ. Các thông số nƣớc thải đầu vào:
COD từ 250-300mg/l, BOD từ 100-250 mg/l, nồng độ các độc tố có hại cho các q
trình xử lý bằng vi sinh đạt mức cho phép [6].
Nguyên lý hoạt động:

6


Thu gom nƣớc
thải

Song chắn rác

Bể khử trùng

Bể lắng đợt 2

Bể lắng
đợt 1

Bể điều hịa

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 nƣớc thải đƣợc thu gom từ các khoa, buồng bệnh, các bể
phốt trong bệnh viện đến bể hợp khối gồm các công đoạn ngăn thu nƣớc 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 lƣu lƣợng và nồng chất bẩn trong nƣớc

thải, đồng thời tại đây nƣớc thải đƣợc 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 nƣớc
thải đƣợc khuấy trộn và làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống sục khí. Phần nƣớc thải sau
khi đi qua hệ điều hòa đƣợc lắng sơ bộ và phần nƣớc gạn trong bể nén bùn đƣợc
chảy sang bể hiếu khí gồm 2 ngăn, tại đây hàm lƣợng bùn hoạt tính đƣợc 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. Mơi
trƣờng hiếu khí trong bể đạt đƣợc do sử dụng hệ thống sục khí nhằm duy trì hỗn
hợp lỏng trong thiết bị ln ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn [6].
Sau khi qua xử lý tại bể hiếu khí nƣớc thải đƣợc bơm lên thiết bị hợp khối
dạng thám thiết bị xử lý có đệm vi sinh đƣợc chế tạo từ vật liệu nhựa có thơng 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 cƣỡng bức có cƣờng độ cao bằng việc dùng khơng khí thổi cƣỡng
bức để hút và đẩy nƣớc thải

-

Lọc vi sinh dịng xi có lớp đệm vi sinh ngập nƣớc
Thời gian lƣu của nƣớc thải trong thiết bị hợp khối là 2-2,5 giờ. Khi nƣớc thải

tƣới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ đƣợc 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 dƣỡng nhƣ muối khống, hợp chất hữu cơ
và oxy có trong nƣớc 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 đƣợc hình
thành và chia thành 2 lớp: Lớp ngồi cùng là lớp hiếu khí, đƣợc 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, ngồi ra cịn 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 lƣợng cặn lơ lửng trong nƣớc tăng lên.
Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn [6].
Sau đó nƣớc 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 đƣờng cấp hóa chất keo tụ nhằm
tạo bơng keo tụ nâng cao hiệu suất lắng.
Phần nƣớc trong đƣợc qua bộ phận khử trùng bằng dung dịch NaOCl hoặc
Ca(OCl)2 nồng độ 3-5 mg (tính theo lƣợng Clo hoạt tính)/m3 nƣớc thải. Cuối cùng
nƣớc thải đƣợc xả ra ngoài cống. Phần bùn, cặn lắng ở ngăn lắng và từng ngăn xử lý
sinh học đƣợc máy bơm hồi lƣu một phần bùn hoạt hóa trở lại thiết bị sinh học để
đảm bảo đƣợc nồng độ xử lý còn phần bùn dƣ đƣợc bơm về máy nén bùn [6].
Nguyên lý hợp khối cho phép thực hiện kết hợp nhiều quá trình cơ bản xử lý
nƣớc thải đã biết trong không gian thiết bị của mỗi mơ-đun để tăng hiệu quả và
giảm chi phí vận hành xử lý nƣớc thải. Thiết bị xử lý hợp khối cùng một lúc thực

8


hiện đồng thời q 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 nƣớc thải. Thiết bị
hợp khối còn áp dụng phƣơng pháp lắng có lớp bản mỏng (lamen) cho phép tăng bề

mặt lắng và rút ngắn thời gian lƣu.
Đi kèm với giải pháp cơng 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 dƣỡng 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 đƣợc sự quá tải của bể phốt, giảm kích
thƣớc thiết bị, tiết kiệm chi phí chế tạo và chi phí vận hành, cũng nhƣ diện tích mặt
bằng cho hệ thống xử lý. Chất keo tụ PACN-95 khi hòa tan vào trong nƣớc sẽ tạo
màng hạt keo, liên kết với cặn bẩn (bùn vơ 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 đƣợc kích
thƣớc thiết bị lắng (bể lắng) đáng kể mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn đầu ra của nƣớc
thải [6].
Dƣới đây là bảng số liệu kết quả phân tích thực hàm lƣợng một số chỉ tiêu ô
nhiễm trong nƣớc thải bệnh viện E sau khi qua hệ thống xử lý sinh học:
Bảng 1.3 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu ơ nhiễm tại bệnh viện E
STT

Chỉ tiêu ơ nhiễm

Đơn vị tính

Nồng 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 lƣợng các chất ô nhiễm sau khi nƣớc thải
đƣợc xử lý sinh học cho thấy pH, hàm lƣợng COD, SS, NO3-, NO2- đạt tiêu chuẩn
cho phép (QCVN 28:2010/BTNMT) [4] tuy nhiên hàm lƣợng amoni (NH4+) thì vẫn
cao vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép.
1.3 Một số phƣơng pháp xử lý amoni trong nƣớc thải
Trong nƣớc thải Amoni là thành phần khá phổ biến. Các dịng thải chứa Nito
có thể gây độc đối với mơi trƣờng nƣớc, gây ra hiện tƣợng giảm nồng độ oxi trong
nƣớc, hiện tƣợng phú dƣỡng, ảnh hƣởng đến khả năng loại bỏ Clo. Vì vậy cần phải
loại bỏ Nito trong nƣớc 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 phƣơng pháp xử lý amoni trong nƣớc cấp và nƣớc thải đã đƣợc
các nƣớc trên thế giới thử nghiệm và đƣa vào áp dụng: làm thoáng để khử NH3, ở
mơi trƣờng pH cao (pH= 10-11); clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến trên
đƣờng cong hấp thụ clo trong nƣớc, tạo cloramin trao đổi ion NH4+ và NO3- bằng
các vật liệu trao đổi cation/anion nhƣ Klynoptilolyle hay Sepiolite; Nitrat hóa bằng
các phƣơng pháp sinh học; nitrat hóa kết hợp khử nitrat; cơng nghệ anammox;

phƣơng 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
phịng thành N2. Khi hòa tan Clo trong nƣớc tùy theo pH của nƣớc mà có thể nằm
dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phƣơng trình:
Cl2 + H2O → HCl + HClO (pH <7)
HClO -> H+ + ClO- (pH > 8)
Khi trong nƣớc 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 dƣ sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các Cloramin

10


HClO + 2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O
Khử Clo dƣ trong nƣớc sau khi lọc bằng Natrisunfit (Na2SO3)
Na2SO3 + Cl2 + H2O -> 2HCl + Na2SO4
Khử Clo dƣ trong nƣớc sau khi lọc bằng Trionatrisunfit (Na2S2O3)
4Cl2 + Na2S2O3 +5H2O -> 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4
Khi đó lƣợng Clo dƣ trong nƣớc sẽ giảm tới số lƣợng nhỏ nhất vì xảy ra phản
ứng phân hủy Cloramin. Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dƣ sẽ phản ứng với các
hợp chất hữu cơ có trong nƣớc để hình thành nhiều hợp chất Clo có mùi đặc trƣng
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 thƣ và bị hạn chế
nồng độ nghiêm ngặt. Ngoài ra với lƣợng Clo cần dùng rất lớn, vấn đề an tồn trở
lên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn. Nhƣ vậy phƣơng pháp này tuy đơn giản
về thiết bị và rẻ về kinh tế và xây dựng nhƣng lại khó áp dụng [1].
1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thống

Amoni tồn tại trong nƣớc dạng cân bằng:
NH4+ ↔ NH3 + H+ ; pKa = 9,5
Ở pH gần 7 chỉ có một lƣợng 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 hịa tan trong nƣớc.
Nâng pH của nƣớc thô: Năng lên bằng cách dùng vôi hoặc xút. Sau bề lọc pha
axit vào nƣớc để đƣa pH từ 10,5- 11,0 xuống còn 7,5.
Phƣơng pháp này áp dụng đƣợc cho nƣớc thải, khó có thể đƣa dƣợc nồng độ
NH4+ xuống dƣới 1,5 mg/l nên rất hiếm khi đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc 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 nhƣ
phƣơng pháp xử lý dùng Clo [1]. Dƣới tác dụng của O3thì Br- bị oxi hóa thành BrOtheo phản ứng:
Br- + O3 + H+ = HBrO + O2
Phản ứng oxy hóa NH4+ đƣợc thực hiện bởi ion BrO- giống nhƣ 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. Q trình trao đổi ion tn theo định luật bảo tồn điện
tích, phƣơng trình trao đổi ion đƣợc mô tả nhƣ 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 đƣợc gọi là chiều phản ứng tái sinh. Mức độ trao đổi ion phụ thuộc
vào:
- Kích thƣớc 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 đƣợc dùng để thu những ion nhất định trong dung
dịch và giải phóng vào dung dịch một lƣợng tƣơng đƣơng 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 cơng 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 nhƣ các loại khống 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 đƣợc sản xuất và ứng dụng rộng rãi nhất [1].
1.3.5 Phương pháp sinh học
Phƣơng pháp sinh học gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat
a. Q trình nitrat hóa:
Q trình chuyển hóa về mặt hóa học:
NH4+ + 1,3O2 → NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 0,5O2 → NO3Phƣơng trình tổng NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O(1)
Nhƣ 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+. Lƣợng tạo ra
phản ứng với độ kiềm HCO3- nhƣ vậy 1gN_NH4+ tiêu thụ 7,14g độ kiềm. Các
phƣơng trình trên khơng 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
Nhƣ vậy 1g N-NH4+ tiêu thụ 4,3g O2, 1g N-NH4+ tiêu thụ 7,2g độ kiềm (quy về
CaCO3). Để thiết kế ngƣời ta hay dùng các con số suy ra từ phƣơng trình.
b. Q trình khử nitrat hóa:
Để loại bỏ nitrat trong nƣớc, sau cơng đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat
sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dƣỡng trong điều kiện thiếu khí anoxic. Các vi khuẩn
ở đây là dị dƣỡng nghĩa là nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới. Nitrit và
nitrat sẽ chuyển thành dạng khí N2.

13


Q trình khử nitrat hóa là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhau:
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Q trình này địi 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 phƣơng pháp xử lý amoni đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngồi
nƣớc quan tâm và cũng có kết quả khả quan.
1.3.6 Phương pháp hấp phụ.
Hấp phụ là phƣơng 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 q trình hấp

phụ xảy ra tức là có dịng pha lỏng hoặc dịng 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 ngƣợc lại đƣợc 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
khơng tạo thành hợp chất hóa học(khơng hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị
ngƣng 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 khơng 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