Xử lý nước thải y tế là một vấn đề quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và bảo vệ môi trường. Với tính đặc thù chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, hóa chất độc hại và các chất thải sinh học, nước thải y tế đòi hỏi quy trình xử lý nghiêm ngặt và kỹ thuật cao để ngăn ngừa tác động tiêu cực đến môi trường và con người. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về quy trình xử lý nước thải y tế, các thành phần nước thải, và công nghệ xử lý để đảm bảo chất lượng đầu ra đáp ứng các quy định hiện hành.

Tổng quan về nước thải y tế

Nước thải y tế là nước thải phát sinh từ các hoạt động của các cơ sở y tế như bệnh viện, phòng khám, trạm y tế, phòng thí nghiệm y khoa, và các cơ sở y tế khác. Nước thải y tế thường chứa các chất gây ô nhiễm nguy hiểm bao gồm vi khuẩn, virus, ký sinh trùng, máu, dịch cơ thể, hóa chất y tế, và kim loại nặng. Những thành phần này đều có khả năng gây hại cao nếu không được xử lý đúng cách. Theo các quy định hiện hành, nước thải y tế phải được xử lý để đảm bảo không gây hại đến con người và môi trường trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Thành phần nước thải                               

Nước thải y tế bị ô nhiễm chủ yếu bởi hàm lượng cặn lơ lửng, COD, BOD₅ …Thành phần và nồng độ đầu vào của các chất ô nhiễm có trong nước thải được thể hiện trong bảng dưới đây:

Chất lượng nước thải đầu vào

Chất lượng nước thải sau xử lý

Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 28 : 2010/BTNMT, Cột B

Tiêu chuẩn so sánh

Công nghệ xử lý

 Thuyết minh quy trình xử lý nước thải y tế

Bể thu gom

Cụm bể này có nhiệm vụ thu gom nước thải từ các nguồn khác nhau về hệ thống xử lý.

Phần nước thải từ đó sẽ được đưa qua bể điều hòa.

Bể màng lọc MBR

Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng bùn hoạt tính có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp.

Bùn hoạt tính có thể được tạo thành từ nước thải có huyền phù cao như nước thải sinh hoạt cho đến nước thải có nhiều hóa chất tổng hợp như nước thải công nghiệp. Sự hình thành bùn hoạt tính sẽ xảy ra khi nước thải có đủ các chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Đa số các loại nước thải đều có đủ dinh dưỡng để hình thành bùn hoạt tính, nếu không người ta có thể bổ sung chất dinh dưỡng (thường là đối với nước thải công nghiệp).

Khi bắt đầu thổi khí, tỉ số F/M (tỉ số thức ăn / sinh khối) rất cao, như vậy vi sinh vật sẽ có dư thừa thức ăn và chúng sẽ tăng trưởng theo pha log. Khi vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng thì nguyên sinh động vật cũng sẽ bắt đầu tăng trưởng theo. Trong pha log, thì các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được loại bỏ với tốc độ tối đa hay nói khác đi là các chất hữu cơ được chuyển hóa nhiều nhất thành sinh khối tế bào. Mức năng lượng trong hệ thống đủ lớn để giữ cho tất cả vi sinh vật lơ lững trong hỗn dịch. Không thể có bông bùn hoạt tính được tạo thành với vi sinh vật đang tăng trưởng trong pha log.

Khi vi sinh vật tiêu thụ quá nhiều thức ăn để tạo sinh khối mới, tỉ số F/M giảm nhanh. Khi đó vi sinh vật bắt đầu tăng trưởng chậm lại, cả vi khuẩn và nguyên sinh động vật. Một số tế bào bắt đầu chết và bông bùn bắt đầu tạo thành. Khi vi khuẩn có đầy đủ năng lượng, chúng nhanh chóng phân chia hay nói cách khác là chúng tồn tại riêng rẽ để duy trì hoạt động trao đổi chất bình thường. Khi năng lượng trong hệ thống giảm dần, ngày càng có nhiều vi khuẩn không có đủ năng lượng để vượt qua lực hấp dẫn giữa chúng với nhau, chúng bắt đầu kết cụm lại với nhau: 2, 3, 4, … và cứ thế bông bùn nhỏ được tạo thành.

Tỉ số F/M tiếp tục giảm, vi sinh vật qua hết pha ổn định. Khi chúng bắt đầu vào pha trao đổi chất nội bào, tỉ số F/M sẽ duy trì không đổi trong pha này. Có thể nói, hệ thống rất ổn định trong pha trao đổi chất nội bào. Chỉ một lượng rất nhỏ chất dinh dưỡng được trao đổi chất và vi sinh vật cần một năng lượng rất ít để duy trì hoạt động sống. Dần dần vi khuẩn không còn đủ năng lượng để lấy thức ăn xung quanh nữa và chúng bắt đầu sử dụng các chất dinh dưỡng dự trữ trong tế bào, đặc biệt ở giai đoạn này, bông bùn hình thành rất nhanh.

Thông thường, khi pha trao đổi chất nội bào bắt đầu, các bông bùn nhỏ được tạo thành và chúng được tách ra khỏi nước thải (lắng). Một lượng bông bùn đậm đặc được cho vào bể xử lý sẽ làm cho tỉ số F/M trong bể giảm đi và vi khuẩn sẽ nhanh chóng tăng trưởng. Duy trì thổi khí liên tục để cho phép hệ thống luôn có một lượng nhỏ vi sinh ở pha trao đổi chất nội bào ở mỗi chu kỳ.

Như vậy chúng ta sẽ thu được kết quả là bùn kết cụm tốt hơn còn nước sau xử lý  trong hơn.

Chủng loại vi sinh vật có trong bùn hoạt tính là: vi khuẩn, protozoa, rotifer, nấm men, tảo, nguyên sinh động vật……       

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:

(CHO)nNS + O₂     -->         CO₂ + H₂O + NH₄⁺ + H₂S + Tế bào VSV + …DH

Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH₄⁺ + 2O₂      -->        NO₃^- + 2H⁺ + H₂O +  DH

H₂S + 2O₂      -->        SO₄^- + 2H⁺ +  DH

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxi để cho sản phẩm là CO₂, H₂O, NO₃^- và SO₄^2-. Khi xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị thủy phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đường đơn…Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO₂ và H₂O. Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

Oxy hoá các chất hữu cơ

CxHyOz    + O₂             -->               CO₂      +      H₂O    + DH

Tổng hợp tế bào mới (Quá trình đồng hóa)

CxHyOz+ NH₃ +O₂         --->                Tế bào vi khuẩn +CO₂ + H₂O + C₅H₇NO₂  - DH

Phân hủy nội bào (Quá trình dị hóa)

C₅H₇NO₂ + 5 O₂           -->               5CO₂  +  2 H₂O   + NH₃­ ± DH

Trong bể thổi khí, việc thổi khí tạo ra điều kiện tối ưu cho quá trình sinh hóa nên tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn so với điều kiện tự nhiên.

Trong suốt quá trình oxy hóa chất hữu cơ, lượng oxy dư luôn được duy trì ở mức 2 mg/l. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể 3.000 - 3.200 mg/l và được kiểm soát. Từ bể thổi khí nước thải được dẫn qua bể lắng sinh học.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí là:  nhiệt độ, pH, lượng oxi hòa tan, tỷ lệ chất dinh dưỡng, các độc tố…

• Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng vì trong quá trình sinh học nhiệt độ ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật, đến sự hoà tan của oxi trong nước. Nhiệt độ còn là một thông số công nghệ quan trọng liên quan đến quá trình lắng của hạt cặn. Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng và do đó liên quan đến lực cản của quá trình lắng.
• Oxi hoà tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Lượng oxi hoà tan trong nước thải ban đầu dẩn vào trạm nước thải thường bằng không hoặc rất nhỏ. Trong khi đó, đối với các công trình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxi hoà tan không nhỏ hơn 2 mg/l.

Nước thải được đi qua 3 bể vi sinh có lượng khí được cung cấp khác nhau nhằm tạo ra môi trường Oxy hóa khác nhau, tối ưu quá trình xử lý.

Màng MBR

Màng MBR có nhiệm vụ phân tách 2 pha rắn lỏng, nước sau tách sẽ qua bể khử trùng, bùn vẫn được giữ lại trong bể sinh học.

Khử trùng

Nước thải được cung cấp Clo viên nén nhằm khử hết lượng vi sinh vật gây bệnh còn sót lại trong nước trước khi đưa vào nguồn tiếp nhận.

Nước thải được xả vào nguồn tiếp nhận theo QCVN 28:2010/BTNMT, cột B.

Kết luận 

Quy trình xử lý nước thải y tế đóng vai trò thiết yếu trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Các giai đoạn từ tiền xử lý, xử lý sinh học, hóa lý đến khử trùng đều phải được thực hiện một cách nghiêm ngặt. Công nghệ tiên tiến như MBR và các phương pháp xử lý hiệu quả giúp đảm bảo rằng nước thải sau khi xử lý đạt chất lượng tốt nhất để xả thải ra môi trường.

Việc đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải y tế và nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của quy trình này là cần thiết để đảm bảo môi trường trong lành cho thế hệ hiện tại và tương lai.