Xử lý nước thải đô thị

Xử lý nước thải đô thị Nghiên cứu lựa chọn các công nghệ xử lý nước thải đô thị thích hợp trước hết nhằm bảo đảm yêu cầu vệ sinh, đảm bảo sự phát triển bền vững, đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội nước ta hiện nay. Thực hiện được nhiệm vụ này cũng chính là tạo tiền đề để chúng ta hướng đến một trường phái Việt trong lĩnh vực xử lý nước thải đô thị. Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá, quá trình đô thị hoá ở nước ta đang diễn ra với tốc độ nhanh. Để đáp ứng yêu cầu phát triển và bảo vệ môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân, trong những năm gần đây việc đầu tư cho thoát nước và vệ sinh đô thị quy mô tương đối lớn đã được quan tâm, trước hết là ở các thành phố lớn và các đô thị du lịch. Trong vấn đề này, muốn đầu tư có hiệu quả thì phải lựa chọn được giải pháp công nghệ xử lý nước thải thích hợp. Nhưng trả lời được câu hỏi như thế nào là công nghệ thích hợp cũng không đơn giản, bởi thích hợp là một khái niệm mở và có tính mềm dẻo, không cứng nhắc. Theo quan điểm của chúng tôi, khi nói đến công nghệ thích hợp dành cho các nước nghèo, các nước đang phát triển đã bao hàm trong đó là giải pháp công nghệ đơn giản, giá thành thấp, phù hợp các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội. Nguyên tắc để lựa chọn Để lựa chọn các giải pháp công nghệ thích hợp xử lý nước thải ở nước ta hiện nay, cần dựa trên 4 nguyên tắc cơ bản: 1) Phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng khu vực, từng đô thị; 2) Phù hợp với thành phần, tính chất của nước thải; 3) Phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội và từng đô thị; 4) Kết hợp trước mắt và lâu dài - Đầu tư xây dựng theo khả năng về tài chính, nhưng luôn bám sát một dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh nhằm từng bước hoàn thiện công nghệ hiện đại trong tương lai. Dưới đây sẽ lần lượt phân tích từng nguyên tắc. Điều kiện tự nhiên Đặc điểm của đô thị ở nước ta là tập trung phần lớn ở vùng đồng bằng, do đó cần quan tâm tới 4 vùng đặc trưng: Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH); Ven biển miền Trung (VBMT); Đông Nam Bộ (ĐNB) và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Về nhiệt độ: Nhìn chung, nhiệt độ trung bình hàng năm tương đối cao (trừ vùng ĐBSH vào mùa đông), thích hợp với công nghệ xử lý sinh học, đặc biệt là sinh học tự nhiên và công nghệ xử lý sinh học kỵ khí. Về lượng mưa và bốc hơi: ĐBSH và ĐBSCL có lượng mưa hàng năm cao, còn ngược lại, ở vùng VBMT và ĐNB có lượng mưa ít, lượng bốc hơi lớn, đặc biệt là ở khu vực Nam Trung Bộ với lượng mưa hàng năm rất thấp; song với cả hai trường hợp, nhu cầu sử dụng nước thải sau xử lý cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản là rất lớn. Do vậy, việc xử lý nước thải bằng tự nhiên hoặc kết hợp giữa xử lý tự nhiên và nhân tạo, việc sử dụng lại nước thải sau xử lý phải được coi là hướng ưu tiên. Về thổ nhưỡng: Vùng ĐNB, đặc biệt là VBMT phần lớn là cát, rất thuận lợi cho việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải bằng các bãi thấm, trong khi đó, vùng ĐBSH và ĐBSCL lại có nhiều thuận lợi để áp dụng công nghệ hồ sinh học. Thành phần, tính chất nước thải Thành phần, tính chất nước thải đô thị ở nước ta khác xa so với nước thải ở các thành phố hiện đại của các nước công nghiệp phát triển bởi 3 lý do chính: 1) Mức sống trung bình của xã hội trong các đô thị còn thấp nên lượng chất thải hữu cơ theo đầu người không cao; 2) Hầu hết các nhà đều có bể tự hoại (cho dù hoàn thiện hay chưa hoàn thiện), do đó trước khi xả vào cống, nước thải cũng đã được xử lý một phần bằng sinh học kỵ khí; 3) Mạng lưới thoát nước ở đô thị nước ta chưa hoàn thiện, về mùa khô nước thải đọng lại trong cống rất lâu, do vậy, trên thực tế cho dù không mong muốn cũng đã xảy ra một quá trình xử lý kỵ khí tương tự như trong bể tự hoại. Vì những lý do này dẫn đến có một số đặc trưng: 1) Nồng độ nhiễm bẩn thấp hơn nhiều so với nước thải ở các nước công nghiệp phát triển. ở những thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, BOD5 thường là 150-200 mg/l trong khi ở các đô thị khác là 100-150 mg/l; 2) Nồng độ các chất rắn lơ lửng (SS) thường dao động rất lớn: về mùa khô rất thấp nhưng khi có mưa lại tăng đột ngột, thậm chí cao hơn hàng chục lần; 3) Nồng độ NH3 và H2S cao. Cho nên, trong xử lý nước thải nếu lựa chọn giải pháp xử lý bằng sinh học tự nhiên sẽ thuận lợi hơn so với sinh học nhân tạo. Điều kiện kinh tế - xã hội Việc thu phí thoát nước sẽ là yêu cầu tất yếu, sớm hay muộn cũng phải thực hiện. Nhìn chung, ở nước ta, tỷ lệ người có mức thu nhập trung bình và thấp vẫn chiếm đa số trong cư dân đô thị. Với những khoản chi hàng tháng (điện, nước sạch, rác thải) đối với một hộ gia đình đã là một áp lực và một khi phí thoát nước được thực hiện đầy đủ thì áp lực đó càng lớn hơn. Vì vậy, giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong giai đoạn này trước hết phải đảm bảo mục tiêu quan trọng là giá thành thấp để những người có thu nhập trung bình và thấp có thể trả được và sẵn sàng trả chi phí thoát nước. Để đạt được mục tiêu này cần lưu ý tới các vấn đề sau: - Ưu tiên áp dụng công nghệ xử lý bằng tự nhiên, chỉ khi nào không có điều kiện áp dụng giải pháp này mới tính đến các giải pháp khác: Công nghệ xử lý bằng tự nhiên giúp hạ giá thành vì việc sử dụng thiết bị, đặc biệt là thiết bị nhập khẩu là không đáng kể; hầu như không tiêu thụ năng lượng điện hoặc nếu có thì ở mức độ rất ít; vận hành đơn giản, không đòi hỏi công nhân kỹ thuật trình độ cao. - Tiêu chuẩn, mức độ vệ sinh và yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý: Việc đảm bảo mức độ vệ sinh là một quá trình nâng dần từ thấp đến cao, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế và mức sống xã hội. Hiện nay, các tiêu chuẩn vệ sinh môi trường liên quan đến xử lý nước thải và xả nước thải vào môi trường tự nhiên còn chưa đồng bộ, có những điểm còn mâu thuẫn. Thậm chí, có một vài chỉ tiêu không thể đạt được trong trạm xử lý tiêu chuẩn (normal). Theo chúng tôi, mức độ vệ sinh của nước thải cần xử lý trong giai đoạn hiện nay và 5-10 năm tới chỉ nên giới hạn ở giai đoạn xử lý cacbon (treatement carbonic), nghĩa là BOD5 = 30-40 mg/l, Nitơ = 40 mg/l. Nếu khai thác điều kiện pha loãng của môi trường tiếp nhận, có thể dẫn nước đi xa hơn để tránh xả vào nguồn nước thô trong hệ thống cấp nước và những khu vực đông dân cư, các bãi tắm... Việc dừng lại ở mức này sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí vận hành (cụ thể là năng lượng điện) so với quá trình xử lý nitơ. Tuy nhiên, dù yêu cầu xử lý chỉ giới hạn ở mức này, nhưng với những người thiết kế có kinh nghiệm, vẫn có thể làm cho chất lượng nước xử lý đạt mức cao hơn nếu biết khai thác hợp lý hiện tượng anoxic (thiếu không khí). - Tái sử dụng nước thải sau xử lý: Đây là vấn đề cũng nên quan tâm vì nó góp phần làm giảm giá thành xử lý. Kết hợp hài hoà giữa trước mắt và lâu dài Khái niệm lâu dài cần được hiểu là khi nền kinh tế của đất nước đã phát triển, các điều kiện kinh tế - kỹ thuật đã đáp ứng đủ, mức sống xã hội ngày càng cao, do đó yêu cầu vệ sinh cũng cao hơn. Vấn đề đặt ra ở đây là khi lựa chọn các kiểu công trình được coi là thích hợp với giai đoạn trước mắt, thì về lâu dài nếu muốn nâng cao yêu cầu vệ sinh hay mở rộng quy mô thì sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý sẽ vẫn có thể tận dụng được, không gây ra lãng phí. Một số công nghệ thích hợp trước mắt Thật khó có thể đưa ra những dây chuyền công nghệ được xem như là những thiết kế mẫu, vì thế ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến những thiết bị (hay công trình) được coi là chìa khoá trong dây chuyền đó. Hồ sinh học Có rất nhiều kiểu, nhiều loại hồ được thiết kế tuỳ theo từng điều kiện cụ thể. Kiểu hồ phổ biến nhất là hồ Facultator (hiếu - kỵ khí). Với nước thải có nồng độ nhiễm bẩn thấp (BOD5 dưới 200 mg/l) và mức độ yêu cầu xử lý BOD5 giới hạn ở 30 mg/l thì không cần có hồ kỵ khí phía trước và hồ Maturation (hồ làm sạch bổ sung) ở phía sau nếu không xét đến yếu tố khử trùng. Trong điều kiện khí hậu nước ta, với tiêu chuẩn thải nước trung bình 150-180 l/người/ngày, có thể ước tính sơ bộ, với diện tích hồ là 1,2 ha có thể phục vụ cho 10.000 người sử dụng. Cần lưu ý là hiện nay trong một số công trình, các chuyên gia nước ngoài thường tính theo tiêu chuẩn của các quốc gia có nhiệt độ trung bình hàng năm thấp, nên diện tích yêu cầu quá lớn, đến mức không cần thiết. Ở những vùng có độ bốc hơi lớn, gió mạnh thì chiều sâu làm việc của hồ nên lấy 1,8-2 m. Trong thực tế, khi xem xét áp dụng công nghệ, thường người ta lấy lý do hồ sinh học chiếm diện tích đất lớn để từ chối giải pháp công nghệ này. Bãi thấm Có rất nhiều loại, nhiều kiểu, đòi hỏi người thiết kế phải nghiên cứu lựa chọn cho phù hợp với tình hình cụ thể. Khi áp dụng bãi thấm cần lưu ý: ở những vùng mưa nhiều nên sử dụng kiểu bãi thấm có hệ thống thu để khắc phục hiện tượng nước quá tải trong mùa mưa; ở những vùng có khí hậu khô (khu vực Nam Trung Bộ) nên áp dụng kiểu hồ thấm (chứa và thấm dần trong suốt mùa khô); phải xử lý sơ bộ nước thải khi đưa vào bãi thấm và phải có thiết bị xử lý bùn (có thể áp dụng các loại: Bể tự hoại, bể lắng 2 vỏ Imhoff, hồ kỵ khí có nắp đậy). Các công trình xử lý sinh học nhân tạo vận hành đơn giản Khi không có điều kiện để áp dụng các loại xử lý sinh học tự nhiên tất yếu phải nghĩ đến các công trình sinh học nhân tạo, trước hết phải lựa chọn các kiểu đơn giản trong vận hành: - Hồ sinh học tiếp khí nhân tạo (aeroted lagoon): Loại này không cần bể lắng và cũng không cần xử lý bùn riêng biệt, nhưng nhược điểm của nó là sử dụng nhiều năng lượng. ở những khu vực có nhiều gió nên nghiên cứu sử dụng năng lượng gió để chạy các máy khuấy, chỉ khi nào không có gió mới sử dụng năng lượng điện. Giải quyết được bài toán năng lượng thì đây sẽ trở thành loại công trình rất tiết kiệm. - Mương ôxy: Hiện nay có hai kiểu chính là kiểu Pasver sử dụng khi công suất nhỏ và kiểu Carrousel sử dụng khi công suất lớn. Khi áp dụng mương ôxy, không cần bể lắng đợt I và cũng không cần xử lý bùn riêng. Mương ôxy thực sự tối ưu khi nồng độ nhiễm bẩn cao và yêu cầu mức độ xử lý cũng cao, còn trường hợp ngược lại thì phải cân nhắc kỹ.