Xử lý nước thải đang trở thành nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Các giải pháp xử lý nước thải không chỉ giúp bảo vệ hệ sinh thái, mà còn đảm bảo doanh nghiệp tuân thủ quy định pháp luật và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp đóng vai trò quan trọng, quyết định chất lượng nước đầu ra cũng như chi phí vận hành. Tìm hiểu đúng và đủ về xử lý nước thải sẽ giúp bạn đưa ra giải pháp bền vững và tối ưu nhất.
Xử lý nước thải là gì?
Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nguồn nước đã qua sử dụng bằng những công nghệ chuyên biệt, nhằm tạo ra nước đạt chuẩn trước khi xả thải ra môi trường.
Nguồn nước sau xử lý phải đáp ứng các quy định của Nhà nước, đảm bảo không gây tác động xấu đến hệ sinh thái hoặc làm ô nhiễm những vùng nước tự nhiên như ao hồ, sông suối, đại dương, cũng như không ảnh hưởng đến các tầng nước ngầm.
Việc xử lý nước thải đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường, giúp kiểm soát ô nhiễm nguồn nước và giảm thiểu tình trạng khan hiếm nước sạch đang ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Hệ thống xử lý nước thải là gì?
Hệ thống xử lý nước thải (tiếng Anh: Wastewater Treatment System) là tập hợp các công nghệ và hóa chất chuyên dụng được kết hợp với nhau nhằm loại bỏ những tạp chất, chất ô nhiễm có trong nước thải. Sự phối hợp giữa các thiết bị, công nghệ và quy trình vận hành tạo nên một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh và hiệu quả.
Một hệ thống xử lý nước thải chất lượng phải được thiết kế linh hoạt để đáp ứng sự thay đổi về lưu lượng và tính chất nước thải theo thời gian. Đồng thời, hệ thống cần có độ bền cao, vận hành ổn định nhằm hạn chế chi phí sửa chữa, thay thế hoặc nâng cấp trong tương lai.
Một hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn cần đảm bảo những tiêu chí sau:
- Thứ nhất: Loại bỏ hiệu quả các thành phần độc hại trong nước thải, đảm bảo nước đầu ra đạt chuẩn theo quy định của Bộ Y tế và QCVN về nước thải.
- Thứ hai: Chi phí xây dựng và lắp đặt hợp lý nhưng vẫn bảo đảm khả năng xử lý đạt yêu cầu kỹ thuật.
- Thứ ba: Có khả năng nâng cấp, mở rộng dễ dàng khi tính chất hoặc lưu lượng nước thải thay đổi.
- Thứ tư: Cho phép điều chỉnh lượng hóa chất xử lý linh hoạt theo nhu cầu thực tế.
Thành phần cơ bản có trong nước thải
Thành phần nước thải sinh hoạt được xác định thông qua quá trình lấy mẫu và phân tích dựa trên các chỉ tiêu, tiêu chuẩn do cơ quan chức năng quy định. Công tác xử lý nước thải sinh hoạt luôn được Nhà nước và cộng đồng quan tâm bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống, sức khỏe con người và môi trường tự nhiên.
Nếu nước thải không được xử lý đúng cách, nó có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước, đất đai, tài nguyên và hệ sinh thái.
Các thành phần chính có trong nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất khác nhau, bao gồm cả chất hữu cơ và chất vô cơ. Trong đó:
- Khoảng 52% là chất hữu cơ hòa tan, thường được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như BOD₅ và COD.
- Khoảng 48% là chất vô cơ, chủ yếu gồm các hợp chất chứa nitơ và phốt pho.
Ngoài ra, nước thải sinh hoạt còn tiềm ẩn nhiều vi sinh vật gây bệnh có thể đe dọa sức khỏe con người, bao gồm: vi rút gây dịch bệnh, vi khuẩn tả, kiết lỵ, E.coli, vi khuẩn thương hàn… Những tác nhân này có thể lây lan nhanh và gây ra các bệnh nguy hiểm nếu nước thải không được xử lý triệt để.
Các phương pháp xử lý nước thải tiêu biểu hiện nay
Hiện nay, có 3 phương pháp xử lý nước thải được sử dụng chủ yếu bao gồm phương pháp cơ học, hóa học và sinh học. Mỗi phương pháp sẽ có cách thực hiện cơ bản như sau:
Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học (lý học)
Trong nước thải thường tồn tại nhiều tạp chất thô và các hạt không tan ở dạng lơ lửng. Để loại bỏ các thành phần này, người ta áp dụng các phương pháp cơ học như song chắn rác, lưới lọc, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc tách bằng lực ly tâm.
Đây là những bước xử lý ban đầu trong hệ thống xử lý nước thải giúp giảm tải cho các công đoạn phía sau. Tùy thuộc vào kích thước, tính chất lý – hóa, nồng độ chất rắn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ yêu cầu sạch, kỹ thuật xử lý phù hợp sẽ được lựa chọn.
1. Song chắn rác
Khi nước thải được đưa vào hệ thống xử lý, bước đầu tiên là đi qua song chắn rác. Tại đây, các vật có kích thước lớn như giẻ, bao nilon, cành cây, vỏ hộp… sẽ bị giữ lại. Công đoạn này có vai trò quan trọng trong việc tránh gây tắc nghẽn bơm, đường ống và kênh dẫn, đồng thời đảm bảo sự vận hành an toàn, ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Dựa vào kích thước khe hở, song chắn rác được chia thành:
- Song chắn rác thô: Khoảng cách giữa các thanh từ 60–100 mm
- Song chắn rác mịn: Khoảng cách giữa các thanh từ 10–25 mm
Song chắn rác thường được chế tạo bằng kim loại và đặt tại cửa vào của kênh dẫn nước thải. Chúng có tiết diện tròn, vuông hoặc kết hợp. Trong đó, loại tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhưng dễ bị tắc bởi các vật cản.
Vì vậy, loại song chắn rác có tiết diện hỗn hợp — cạnh vuông phía sau và cạnh tròn phía trước theo hướng dòng chảy — được sử dụng phổ biến hơn do khả năng vận hành tối ưu.
2. Bể lắng cát
Bể lắng cát có chức năng loại bỏ các hạt cặn lơ lửng trong nước thải. Ở bể lắng đợt 1, các hạt cặn có sẵn trong nước được tách ra; trong khi đó, bể lắng đợt 2 sẽ xử lý các cặn sinh ra từ quá trình keo tụ – tạo bông hoặc các phản ứng sinh học.
Những tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 mm đến 2mm được giữ lại giúp bảo vệ hệ thống bơm và đường ống phía sau khỏi nguy cơ tắc nghẽn.
Bể lắng cát gồm hai dạng chính:
- Bể lắng ngang
- Bể lắng đứng
Ngoài ra, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng để tăng hiệu quả tách cặn. Trong bể lắng ngang, vận tốc dòng chảy không được vượt quá 0,3 m/s để đảm bảo các hạt cát, sỏi và các chất vô cơ nặng lắng xuống đáy, trong khi phần lớn chất hữu cơ vẫn theo dòng nước sang bước xử lý tiếp theo. Lưu ý rằng hiệu suất của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang khoảng 10–20%.
3. Phương pháp tuyển nổi
Tuyển nổi là kỹ thuật được sử dụng để tách các tạp chất rắn hoặc lỏng không tan và khó lắng ra khỏi nước thải. Phương pháp này cũng thích hợp để loại bỏ các chất hoạt động bề mặt và những hạt nhỏ nhẹ, khó lắng trong thời gian ngắn.
Quy trình tuyển nổi hoạt động bằng cách sục các bọt khí li ti vào nước. Bọt khí bám dính vào các hạt cặn, làm giảm khối lượng riêng của chúng. Khi tổ hợp cặn – bọt khí nhẹ hơn nước, chúng sẽ nổi lên trên bề mặt và được loại bỏ.
Hiệu quả của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào:
- Số lượng và kích thước bọt khí
- Hàm lượng chất rắn trong nước thải
Việc kiểm soát kích thước bọt khí là yếu tố then chốt; trong đó, bọt khí có kích thước 15–30 micromet được đánh giá là hiệu quả nhất. Nồng độ chất rắn càng cao thì khả năng va chạm và kết dính giữa các hạt càng lớn giúp giảm lượng khí cần sử dụng và tăng hiệu quả xử lý.
4. Keo tụ – Tạo bông
Trong nước thải, nhiều hạt cặn tồn tại dưới dạng hạt keo mịn, có kích thước chỉ từ 0,1 đến 10 micromet. Các hạt này không thể tự lắng hoặc nổi, nên việc tách chúng ra khỏi nước là tương đối khó khăn.
Về nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có xu hướng kéo tụ lại với nhau nhờ lực hút Vanderwaals. Khi khoảng cách giữa các hạt đủ nhỏ, lực hút này sẽ làm chúng kết dính với nhau thông qua các va chạm diễn ra liên tục do chuyển động Brown hoặc do tác động khuấy trộn.
Tuy nhiên, trong điều kiện phân tán mạnh, các hạt keo vẫn giữ được trạng thái lơ lửng ổn định nhờ lực đẩy tĩnh điện phát sinh từ điện tích âm hoặc dương trên bề mặt chúng. Điện tích này được hình thành bởi quá trình hấp phụ ion từ dung dịch hoặc ion hóa các nhóm chức.
Chính lực đẩy tĩnh điện này làm cho hệ keo trở nên bền vững. Vì vậy, để phá vỡ độ bền của hệ keo, cần phải trung hòa điện tích bề mặt các hạt, đây chính là quá trình keo tụ. Khi điện tích bị trung hòa, các hạt sẽ dễ dàng kết dính với nhau tạo thành các bông cặn lớn hơn và nặng hơn. Những bông cặn này sẽ dần lắng xuống đáy, quá trình đó được gọi là tạo bông.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Trong công nghệ xử lý nước thải, các phương pháp hóa học thường được ứng dụng như: trung hòa, oxy hóa – khử, tạo kết tủa, hoặc phân hủy các hợp chất độc hại. Nguyên lý chung của phương pháp này là làm biến đổi cấu trúc hóa học của các chất ô nhiễm, biến chúng thành các dạng cặn hoặc các chất hòa tan không độc và không gây hại cho môi trường.
Phương pháp hóa học mang lại hiệu quả xử lý cao, đặc biệt phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải khép kín hoặc các loại nước thải có tính chất khó xử lý. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chi phí vận hành tương đối cao do phải sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị hỗ trợ.
Trung hòa
Mục tiêu của quá trình trung hòa là điều chỉnh pH của nước thải về trạng thái trung tính, nằm trong khoảng 6,5 – 8,5, trước khi xả ra môi trường hoặc chuyển sang các công đoạn xử lý tiếp theo. Một số cách trung hòa nước thải phổ biến gồm:
- Trộn nước thải acid với nước thải kiềm để cân bằng pH tự nhiên.
- Sử dụng hóa chất trung hòa phù hợp tùy vào tính chất nước thải.
- Lọc nước thải acid qua vật liệu trung hòa, giúp giảm độ acid mà không cần bổ sung nhiều hóa chất.
- Hấp thụ khí acid bằng dung dịch kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng dung dịch acid nhằm loại bỏ các khí độc trong nước thải.
Tạo kết tủa
Trong nước thải thường chứa nhiều kim loại nặng và tạp chất độc hại cần được loại bỏ. Phương pháp tạo kết tủa sử dụng các phản ứng hóa học — chủ yếu là kết tủa canxi cacbonat và kết tủa hydroxit — để tách các ion kim loại như Cu, Ni, Mg… khỏi nước thải. Sau khi phản ứng xảy ra, các chất kết tủa sẽ hình thành dưới dạng cặn và được tách ra khỏi nước thông qua quá trình lắng.
Để đạt hiệu quả cao, pH của nước thải cần được điều chỉnh phù hợp với từng loại kim loại nhằm tối ưu khả năng tạo kết tủa.
Kết quả thí nghiệm tạo kết tủa, giúp tách các ion kim loại nặng và tạp chất độc hại khỏi nước thải
Các hóa chất kết tủa thường được sử dụng gồm:
- Phèn nhôm
- Phèn sắt
- Vôi
Đây là những tác nhân giúp thúc đẩy quá trình kết tủa, hỗ trợ loại bỏ kim loại nặng và cải thiện chất lượng nước đầu ra.
Phương pháp oxy hóa – khử
Phương pháp oxy hóa – khử trong xử lý nước thải sử dụng các chất oxy hóa mạnh như clo (dạng khí hoặc hóa lỏng), Ca(ClO)₂, dioxit clo, natri hypochlorite, kali dicromat, kali pemanganat, oxy, ozon… để phân hủy và loại bỏ các chất ô nhiễm. Trong quá trình oxy hóa, các hợp chất độc hại sẽ bị chuyển hóa thành những chất ít độc hơn hoặc các dạng cặn có thể dễ dàng tách khỏi nước.
Do đặc tính phản ứng mạnh, phương pháp này thường yêu cầu lượng lớn tác nhân oxy hóa để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra triệt để và đạt hiệu quả cao.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học dựa trên khả năng hoạt động của các vi sinh vật có lợi để phân hủy các chất hữu cơ và các thành phần gây ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học được chia thành năm nhóm chính: hiếu khí, anoxic, kỵ khí, kết hợp hiếu khí – anoxic – kỵ khí, và hồ sinh học. Trong đó, đối với những hệ thống nước thải không yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra quá nghiêm ngặt, công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí thường được ứng dụng phổ biến nhất.
Phương pháp kỵ khí
Phương pháp kỵ khí sử dụng các vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện hoàn toàn không có oxy. Đây là quá trình phân hủy sinh hóa phức tạp, tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và cuối cùng là khí sinh học. Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 4 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Thủy phân – cắt mạch các hợp chất cao phân tử
Nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ có cấu trúc phân tử lớn như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin… Ở giai đoạn này, vi sinh vật sẽ phân cắt các phân tử lớn thành dạng đơn giản hơn và dễ phân hủy hơn:
- Protein → acid amin
- Carbohydrate → đường đơn
- Chất béo → acid béo
Giai đoạn 2 & 3: Acid hóa và acetate hóa
Các chất hữu cơ đơn giản tiếp tục được chuyển hóa thành acid acetic, hydro (H₂), carbon dioxide (CO₂) và các acid béo dễ bay hơi như acetic acid, propionic acid, lactic acid… Ngoài ra, các hợp chất như methanol và những rượu đơn giản khác cũng được tạo ra từ quá trình phân giải carbohydrate.
Giai đoạn 4: Methan hóa
Ở giai đoạn cuối, nhóm vi sinh vật tạo khí methan sẽ chuyển hóa các hợp chất trung gian thành khí CH₄ và CO₂. Các vi sinh vật methan chỉ phân hủy được một số cơ chất nhất định như:
- CO₂ + H₂
- Formate
- Acetate
- Methanol
- Methylamines
- CO
Đây là quá trình quan trọng giúp giảm ô nhiễm hữu cơ và tạo ra khí sinh học có thể thu hồi làm năng lượng.
Phương pháp hiếu khí
Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động hiệu quả khi được cung cấp oxy liên tục. Đây là một trong những công nghệ xử lý sinh học phổ biến, đặc biệt phù hợp với nước thải giàu chất hữu cơ.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra qua ba giai đoạn chính:
- Oxy hóa các chất hữu cơ: Vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.
- Tổng hợp tế bào mới: Một phần chất hữu cơ được chuyển hóa thành sinh khối vi sinh vật.
- Phân hủy nội bào: Các tế bào vi sinh vật già cỗi tự phân hủy, tiếp tục góp phần giảm lượng chất ô nhiễm.
Các quá trình hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc điều kiện nhân tạo. Trong các hệ thống nhân tạo, người ta tạo ra môi trường tối ưu cho phản ứng oxy hóa sinh học (như cung cấp oxy, khuấy trộn, duy trì nhiệt độ…), nhờ đó tốc độ xử lý nhanh hơn và hiệu suất cao hơn đáng kể so với điều kiện tự nhiên.
Quy trình hoạt động của hệ thống xử lý nước thải cơ bản
Tùy vào đặc điểm và thành phần ô nhiễm của từng loại nước thải, quy trình xử lý sẽ được thiết kế phù hợp. Tuy nhiên, về tổng thể, một hệ thống xử lý nước thải tiêu chuẩn thường bao gồm các giai đoạn chính sau:
1. Giai đoạn xử lý sơ bộ
Nước thải từ nguồn phát sinh được dẫn vào hệ thống và đi qua song chắn rác hoặc thiết bị lọc rác để loại bỏ các tạp chất thô như rác sinh hoạt, lá cây, bao nilon và các mảnh vụn lớn.
Những chất thải này được thu gom để vận chuyển đi xử lý hoặc chôn lấp. Sau đó, nước thải được bơm từ bể thu gom lên bể lắng để tiếp tục giai đoạn xử lý.
2. Giai đoạn xử lý sơ cấp
Tại bể lắng sơ cấp, tốc độ dòng chảy giảm xuống giúp phân tách tự nhiên:
- Các chất nhẹ nổi lên bề mặt như dầu mỡ, vụn nhựa, bao bì… sẽ được gạt bỏ.
- Các chất rắn hữu cơ và bùn cặn như phân, giấy vụn, thức ăn thừa… sẽ lắng xuống đáy bể.
Lượng bùn này được thu gom từ đáy bể, đưa sang công đoạn làm đặc và phân hủy.
3. Giai đoạn xử lý thứ cấp
Đây là giai đoạn quan trọng nhất, bao gồm các quá trình xử lý sinh học nhằm loại bỏ chất hữu cơ, nitơ và các hợp chất ô nhiễm khác. Ba công nghệ chính được sử dụng:
• Xử lý kỵ khí (bể UASB)
Ứng dụng các vi sinh vật kỵ khí — sống trong môi trường không có oxy hòa tan — nhằm phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy. Quá trình này sinh ra sản phẩm cuối như CH₄ (metan), CO₂, giúp giảm tải lượng ô nhiễm đáng kể.
• Xử lý thiếu khí (bể Anoxic)
Sử dụng vi sinh vật thiếu khí, hoạt động trong điều kiện DO < 0,5 mg/L, nhưng vẫn có oxy liên kết trong nitrat (NO₃⁻) hoặc nitrit (NO₂⁻). Mục đích chính là khử nitrat, loại bỏ nitơ trong nước thải thông qua quá trình khử nitrat – khử nitrit.
• Xử lý hiếu khí (bể Aerotank)
Diễn ra trong môi trường giàu oxy hòa tan, được cung cấp liên tục bằng hệ thống sục khí. Vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy chất hữu cơ, tạo thành sinh khối (bùn hoạt tính) và các sản phẩm cuối như CO₂, H₂O. Đây là công đoạn đảm bảo loại bỏ phần lớn chất hữu cơ trong nước thải.
4. Giai đoạn khử trùng
Nước sau lắng được chuyển sang bể khử trùng, nơi các hóa chất như NaClO, chlorine hoặc các chất tẩy trùng khác được đưa vào để tiêu diệt vi khuẩn, virus và các sinh vật gây bệnh còn sót lại. Sau khi đạt chuẩn, nước sẽ được:
- Xả ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, kênh rạch…
- Hoặc tái sử dụng cho các mục đích phù hợp.
5. Giai đoạn xử lý đặc biệt
Bùn và chất thải rắn phát sinh từ các giai đoạn trên có thể được xử lý bằng nhiều phương pháp:
- Chôn lấp hợp vệ sinh
- Xử lý làm phân bón
- Đốt thu hồi năng lượng
Tùy theo đặc thù ngành nghề, có thể cần thêm các công đoạn xử lý chuyên sâu như:
- Loại bỏ kim loại nặng
- Xử lý một số chất hữu cơ đặc biệt
Nhằm đảm bảo nước đầu ra đạt đầy đủ các tiêu chí theo QCVN Việt Nam như BOD, TDS, TSS… đã nêu ở phần trước.
Xử lý nước thải là giải pháp cốt lõi để bảo vệ môi trường, duy trì nguồn nước sạch và đảm bảo phát triển bền vững. Khi được thực hiện đúng kỹ thuật, hệ thống xử lý không chỉ giảm ô nhiễm mà còn góp phần nâng cao chất lượng sống cho cộng đồng. Đây là nhiệm vụ bắt buộc và là trách nhiệm chung của mỗi cá nhân, doanh nghiệp và toàn xã hội.
Tôi là Hưng Thịnh từng tốt nghiệp đại Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội. Có 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vệ sinh môi trường. Tôi là chuyên gia trong lĩnh vực xử lý chất thải, Hút bể phốt, Thông tắc cống, Nuôi cấy và vận chuyển bùn vi sinh trên toàn quốc. Nếu cần hỗ trợ có thể liên hệ đến chúng tôi bạn sẽ được các chuyên gia đầu nghành tư vấn giải pháp xử lý triệt để.
