Xử lý Nước thải Bệnh viện bằng Phương pháp Sinh học: Quy trình và Công nghệ Hiện đại

Xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp sinh học

Bệnh viện và các cơ sở y tế là nơi cung cấp dịch vụ thiết yếu cho xã hội, nhưng đồng thời cũng là nguồn phát sinh nước thải y tế với đặc tính ô nhiễm vô cùng phức tạp và tiềm ẩn nhiều nguy cơ.

Bên cạnh các chất hữu cơ, dinh dưỡng thông thường, nước thải bệnh viện còn chứa mật độ cao các vi sinh vật gây bệnh (bao gồm cả chủng kháng kháng sinh), dư lượng dược phẩm, hóa chất khử trùng và các mẫu bệnh phẩm. Do đó, việc xử lý triệt để dòng thải này trước khi xả ra môi trường là yêu cầu bắt buộc để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

Trong các giải pháp công nghệ được áp dụng, xử lý nước thải bệnh viện bằng phương pháp sinh học đóng vai trò trung tâm và không thể thiếu. Phương pháp này lợi dụng hoạt động sống của các quần thể vi sinh vật để phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ gây ô nhiễm (thể hiện qua chỉ số BOD, COD) và các chất dinh dưỡng (Nitơ, Phốt pho) gây phú dưỡng hóa nguồn nước.

Tuy nhiên, do tính chất đặc thù của nước thải bệnh viện, các công nghệ sinh học áp dụng thường là các quy trình cải tiến, hiện đại như kết hợp bể thiếu khí (Anoxic), hiếu khí (Aerotank) và đặc biệt là công nghệ màng lọc sinh học (MBR) để đạt hiệu quả xử lý cao và đảm bảo an toàn.

Bài viết này sẽ đi sâu vào thuyết minh một quy trình công nghệ xử lý nước thải bệnh viện điển hình dựa trên nền tảng sinh học, làm rõ vai trò và nguyên lý hoạt động của từng công đoạn, đồng thời cập nhật các yêu cầu theo quy chuẩn mới QCVN 40:2025/BTNMT (thay thế QCVN 28:2010).

1. Đặc điểm Phức tạp và Rủi ro của Nước thải Bệnh viện

Trước khi đi vào công nghệ xử lý, cần hiểu rõ những thách thức mà nước thải bệnh viện đặt ra:

• Ô nhiễm Vi sinh vật Nghiêm trọng: Chứa nồng độ cao vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng gây bệnh, bao gồm cả các chủng kháng kháng sinh, là nguồn lây nhiễm nguy hiểm.
• Ô nhiễm Hữu cơ (BOD, COD): Từ dịch tiết cơ thể, máu, thực phẩm (nhà ăn), mẫu bệnh phẩm… gây thiếu hụt oxy trong nguồn nước.
• Ô nhiễm Dinh dưỡng (Nitơ, Phốt pho): Từ chất thải bài tiết, hóa chất xét nghiệm, góp phần gây phú dưỡng hóa.
• Dư lượng Dược phẩm và Hóa chất: Kháng sinh, thuốc điều trị, hóa chất khử trùng, dung môi phòng xét nghiệm… có thể gây độc cho môi trường và ức chế vi sinh vật xử lý.
• Chất rắn lơ lửng (TSS): Bông băng, gạc, mô tế bào…

Việc xả thải trực tiếp nước thải bệnh viện chưa qua xử lý gây ra hậu quả nghiêm trọng về dịch tễ, ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng hệ sinh thái và mỹ quan đô thị.

Sơ đồ công nghệ hầm tự hoại xử lý nước thải sinh hoạt

2. Quy trình Công nghệ Xử lý Nước thải Bệnh viện bằng Phương pháp Sinh học Điển hình

Một hệ thống xử lý nước thải bệnh viện hiện đại, hiệu quả thường bao gồm các công đoạn chính sau, kết hợp xử lý cơ học, sinh học và hóa học (khử trùng):

Giai đoạn 1: Tiền xử lý – Loại bỏ Rác, Chất rắn và Điều hòa

Song chắn rác: Nước thải từ tất cả các nguồn trong bệnh viện (khu khám chữa bệnh, xét nghiệm, nhà ăn, khu sinh hoạt…) được thu gom tập trung và dẫn qua lưới chắn rác (thường là loại tinh) đặt tại hố thu hoặc mương dẫn. Mục đích là loại bỏ các vật rắn kích thước lớn như bông băng, gạc, rác thải rắn… để tránh tắc nghẽn bơm và các công trình xử lý phía sau.

Bể tách dầu mỡ: Nước thải từ khu vực nhà ăn, bếp nấu chứa nhiều dầu mỡ động thực vật cần được dẫn qua bể tách dầu mỡ chuyên dụng để loại bỏ phần lớn lượng dầu mỡ này trước khi nhập vào dòng thải chung. Lượng dầu mỡ thu gom được xử lý như chất thải rắn hoặc theo quy định.

Bể tự hoại (Xử lý sơ bộ nước thải vệ sinh): Nước thải từ các khu nhà vệ sinh thường được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại 3 ngăn (ngăn chứa, ngăn lắng, ngăn lọc). Bể tự hoại giúp lắng cặn rắn và phân hủy yếm khí một phần chất hữu cơ, giảm khoảng 45-50% TSS và 20-40% BOD trước khi nước thải chảy vào hệ thống xử lý chung. Bùn cặn trong bể tự hoại cần được hút định kỳ bởi đơn vị có chức năng.

Bể điều hòa: Công trình cực kỳ quan trọng. Nước thải sau tiền xử lý được tập trung về đây.

• Chức năng: Điều hòa sự biến động lớn về lưu lượng (giữa giờ cao điểm và thấp điểm) và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải bệnh viện. Giúp ổn định dòng chảy và tải trọng cấp cho các bể xử lý sinh học phía sau, tránh gây sốc tải, nâng cao hiệu quả và tính ổn định của toàn hệ thống.
• Thiết bị: Thường được trang bị hệ thống sục khí (khuấy trộn bằng khí nén) để hòa trộn đều nước thải, ngăn ngừa lắng cặn và quá trình phân hủy yếm khí gây mùi hôi, đồng thời oxy hóa sơ bộ một phần chất hữu cơ. Nước thải từ bể điều hòa được bơm với lưu lượng ổn định sang các công đoạn xử lý sinh học.

Giai đoạn 2: Xử lý Sinh học Chính (Loại bỏ BOD, COD, Nitơ, Phốt pho)

Đây là cụm công nghệ cốt lõi, thường sử dụng quy trình sinh học kết hợp thiếu khí – hiếu khí để loại bỏ đồng thời chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (BNR – Biological Nutrient Removal).

Bể xử lý sinh học thiếu khí (Anoxic):

• Mục đích: Thực hiện quá trình khử Nitrat (Denitrification), chuyển hóa Nitrat (NO₃⁻) có trong dòng nước thải tuần hoàn từ bể hiếu khí thành khí Nitơ (N₂) không độc hại và thoát ra ngoài. Giúp loại bỏ Nitơ tổng khỏi nước thải.
• Cơ chế: Trong điều kiện thiếu oxy (DO rất thấp, gần bằng 0 nhưng chưa phải yếm khí hoàn toàn), các chủng vi sinh vật dị dưỡng tùy nghi (facultative heterotrophs) sẽ sử dụng NO₃⁻ làm chất nhận điện tử thay cho oxy để oxy hóa chất hữu cơ (BOD có sẵn trong nước thải hoặc từ quá trình phân hủy nội bào).
• Thiết bị: Bể được trang bị máy khuấy chìm (mixer) để duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và tạo sự tiếp xúc tốt giữa vi sinh vật, nước thải và NO₃⁻ tuần hoàn, nhưng không cấp khí.

Bể sinh học hiếu khí (Aerotank/Oxic):

Mục đích:

Oxy hóa phần lớn chất hữu cơ còn lại (BOD, COD) bằng vi sinh vật hiếu khí.

Nitrat hóa (Nitrification): Chuyển hóa Amoni (NH₄⁺) trong nước thải thành Nitrat (NO₃⁻) nhờ hoạt động của các vi khuẩn tự dưỡng hiếu khí đặc hiệu (Nitrosomonas và Nitrobacter). Lượng NO₃⁻ này sau đó được tuần hoàn về bể Anoxic.

Loại bỏ một phần Phốt pho bằng phương pháp sinh học (nếu thiết kế theo quy trình A2O có thêm ngăn Anaerobic hoặc điều kiện vận hành phù hợp cho vi khuẩn PAOs).

• Cơ chế: Cung cấp oxy liên tục và đầy đủ thông qua máy thổi khí và hệ thống phân phối khí đáy bể (đĩa hoặc ống thổi khí tinh) để duy trì nồng độ DO trong bể > 2 mg/L. Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy để phân hủy mạnh mẽ chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa.
• Sinh khối: Vi sinh vật hiếu khí phát triển tạo thành các bông bùn hoạt tính lơ lửng trong bể.

Giai đoạn 3: Tách bùn và Làm trong nước bằng Công nghệ Màng Lọc Sinh học (MBR)

Đây là công nghệ tiên tiến thay thế cho bể lắng thứ cấp truyền thống, mang lại hiệu quả vượt trội cho nước thải bệnh viện.

Bể sinh học MBR (Membrane Bioreactor):

• Nguyên lý: Hỗn hợp nước và bùn hoạt tính từ bể Aerotank được dẫn sang bể MBR. Trong bể này đặt các module màng lọc MBR (dạng sợi rỗng hoặc tấm phẳng) với kích thước lỗ lọc siêu nhỏ (thường 0.01 – 0.4 µm).
• Tách pha bằng màng: Bơm hút hoạt động tạo ra áp suất âm, hút nước sạch xuyên qua các lỗ lọc siêu nhỏ của màng vào đường ống thu nước trong. Toàn bộ bùn hoạt tính, vi khuẩn, virus, ký sinh trùng và các hạt rắn lơ lửng khác có kích thước lớn hơn lỗ màng sẽ bị giữ lại hoàn toàn bên ngoài bề mặt màng.

Ưu điểm vượt trội:

• Chất lượng nước sau xử lý cực kỳ cao: Nước rất trong (TSS ≈ 0), loại bỏ gần như 100% vi khuẩn và phần lớn virus.
• Hiệu quả khử trùng sơ bộ: Giảm đáng kể tải lượng vi sinh vật cho công đoạn khử trùng cuối cùng.
• Hệ thống rất nhỏ gọn: Do màng thay thế hoàn toàn bể lắng II và cho phép vận hành bể sinh học với nồng độ bùn (MLSS) cao hơn nhiều (8,000 – 15,000 mg/L), giúp giảm đáng kể thể tích bể sinh học và tiết kiệm diện tích xây dựng.
• Vận hành ổn định: Chất lượng nước đầu ra không phụ thuộc vào khả năng lắng của bùn.

Tuần hoàn và thải bùn dư: Một phần bùn siêu đậm đặc trong bể MBR được tuần hoàn về bể Anoxic/Aerotank. Phần bùn dư được bơm định kỳ về bể chứa bùn.

Bảo trì màng: Cần có quy trình rửa ngược (backwash) tự động và rửa màng bằng hóa chất định kỳ để chống tắc nghẽn (fouling).

Giai đoạn 4: Khử trùng

Bể Khử trùng:

Mục đích: Tiêu diệt triệt để các vi sinh vật gây bệnh còn sót lại sau MBR, đảm bảo nước thải tuyệt đối an toàn trước khi xả ra môi trường. Đây là công đoạn bắt buộc và cực kỳ quan trọng đối với nước thải y tế.

Công nghệ:

• Hóa chất: Sử dụng dung dịch Chlorine (NaOCl) như mô tả trong bài gốc là một lựa chọn, cần bể tiếp xúc đủ thời gian và kiểm soát chặt chẽ liều lượng Clo dư.
• Tia cực tím (UV): Là lựa chọn ưu tiên hơn vì tính an toàn (không hóa chất tồn dư), hiệu quả cao (đặc biệt với nước sau MBR đã rất trong), và khả năng diệt cả virus, bào tử kháng Clo. Cần thiết bị đèn UV và nguồn điện ổn định.

Giai đoạn 5: Xử lý Bùn

Bể chứa bùn:

• Thu gom bùn dư từ bể MBR (hoặc bể lắng sinh học nếu dùng công nghệ lắng) và bùn từ bể tự hoại.
• Bùn được lưu trữ và có thể được cô đặc thêm trong bể chứa này.

Xử lý bùn:

• Bùn y tế là Chất thải Nguy hại/Lây nhiễm.
• Cần được tách nước (bằng máy ép bùn nếu quy mô lớn hoặc sân phơi bùn có che chắn, chống thấm nếu quy mô nhỏ).
• Bắt buộc phải được thu gom và vận chuyển bởi đơn vị có chức năng để xử lý theo đúng quy định về quản lý chất thải y tế nguy hại (thường là thiêu đốt ở nhiệt độ cao).

3. Quy định Pháp luật Áp dụng (Cập nhật)

• QCVN 40:2025/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (nay đã hợp nhất và thay thế QCVN 28:2010/BTNMT). Nước thải bệnh viện (Mã ngành Q861) phải tuân thủ các giới hạn quy định trong Bảng 1 (BOD, COD/TOC, TSS theo lưu lượng) và Bảng 2 (các thông số khác như pH, T-N, T-P, Kim loại, Tổng Coliforms…) của quy chuẩn này, thường áp dụng theo Cột A hoặc Cột B tùy thuộc vào nguồn tiếp nhận. Các chỉ tiêu vi sinh vật đặc trưng khác (Salmonella, Shigella…) cũng cần được kiểm soát theo yêu cầu của cơ quan quản lý.
• Luật Bảo vệ Môi trường 2020.
• Thông tư 20/2021/TT-BYT: Quy định về quản lý chất thải y tế trong khuôn viên cơ sở y tế.

4. Vận hành và Giám sát Hệ thống

• Yêu cầu nhân sự: Cần có nhân viên vận hành được đào tạo về kỹ thuật xử lý nước thải (đặc biệt là MBR) và các quy định về an toàn sinh học, an toàn hóa chất.
• Kiểm tra thường xuyên: Hoạt động của các thiết bị chính (bơm, máy thổi khí, máy khuấy, màng MBR, hệ thống khử trùng), mức hóa chất (nếu dùng Clo), tình trạng bùn.
• Bảo trì định kỳ: Đặc biệt quan trọng là việc vệ sinh và bảo dưỡng màng MBR theo khuyến cáo của nhà sản xuất để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ.
• Giám sát chất lượng nước: Lấy mẫu và phân tích định kỳ các chỉ tiêu quan trọng đầu ra (pH, COD, BOD, TSS, Amoni, T-N, T-P, Coliforms…) để đảm bảo tuân thủ quy chuẩn.
• Quản lý bùn thải: Thu gom và chuyển giao xử lý đúng hạn, đúng quy định.
• An toàn: Luôn tuân thủ các biện pháp an toàn lao động và an toàn sinh học.