Trong bối cảnh công nghiệp hóa và đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ tại Việt Nam, vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đã trở thành một vấn đề cấp bách. Lưu lượng và mức độ phức tạp của nước thải từ các hoạt động sinh hoạt, y tế và sản xuất công nghiệp ngày càng gia tăng, đòi hỏi phải có các giải pháp xử lý hiệu quả để tuân thủ các quy định xả thải nghiêm ngặt và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Mục tiêu cốt lõi của một hệ thống xử lý nước thải là loại bỏ các thành phần ô nhiễm chính. Các chỉ số quan trọng được quan tâm bao gồm:
- Nhu cầu Oxy Sinh học (BOD – Biochemical Oxygen Demand): Lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy.
- Nhu cầu Oxy Hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand): Lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước.
- Chất rắn lơ lửng (TSS – Total Suspended Solids): Lượng chất rắn không tan và khó lắng.
- Nitơ (N) và Photpho (P): Các chất dinh dưỡng gây hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước.
- Coliform: Nhóm vi sinh vật gây bệnh.
Việc xử lý triệt để các chỉ tiêu này không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn là nền tảng để đảm bảo sự phát triển bền vững và an toàn cho môi trường sống.
Một số công nghệ xử lý nước thải phổ biến hiện nay:
1. Công nghệ AO (Anoxic – Oxic)
Công nghệ AO sử dụng hai vùng: vùng thiếu khí (Anoxic) và vùng hiếu khí (Oxic) để xử lý nước thải một cách hiệu quả. Tại vùng thiếu khí, vi khuẩn thiếu khí sẽ chuyển hóa nitrat (NO3-) thành khí nitơ (N2), loại bỏ nitơ khỏi nước thải. Sau đó, tại vùng hiếu khí, vi khuẩn hiếu khí sẽ oxy hóa amoniac (NH4+) thành nitrat (NO3-) và phân hủy triệt để các chất hữu cơ (BOD, COD) còn lại.
Công nghệ AO được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp có hàm lượng hữu cơ cao như nước thải bệnh viện, thủy hải sản. Ưu điểm của công nghệ này là chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp, khả năng xử lý triệt để các chất hữu cơ và dinh dưỡng, đồng thời hệ thống vận hành ổn định và có tính tự động hóa cao.
2. Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic)
Là một quy trình sinh học liên tục, công nghệ AAO kết hợp ba vùng xử lý kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí trong một hệ thống. Mỗi vùng thực hiện một chức năng chuyên biệt:
- Kỵ khí (Anaerobic): Khử hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, photpho và clo.
- Thiếu khí (Anoxic): Khử nitrat (NO3-) thành khí nitơ (N2) và giảm hàm lượng BOD, COD.
- Hiếu khí (Oxic): Chuyển hóa amoniac (NH4+) thành nitrat (NO3-), đồng thời tiếp tục khử BOD, COD.
Nhờ sự kết hợp này, AAO có hiệu quả xử lý cao và triệt để đối với nhiều loại chất ô nhiễm. Hệ thống có chi phí đầu tư xây dựng thấp, lượng bùn thải phát sinh ít, và phù hợp với các loại nước thải có tỉ lệ BOD/COD >0.5 và hàm lượng hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao. Mặc dù vậy, nhược điểm của AAO là yêu cầu diện tích xây dựng lớn và quy trình vận hành phức tạp hơn, đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các thông số để duy trì nồng độ bùn và sự ổn định của hệ vi sinh vật.
3. Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor)
Công nghệ SBR xử lý nước thải theo mẻ trong một bể duy nhất, tích hợp đầy đủ các công đoạn: làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và ngưng. Nhờ thiết kế này, SBR loại bỏ nhu cầu về bể lắng thứ cấp và bể khử trùng riêng biệt, giúp tiết kiệm đáng kể diện tích và chi phí xây dựng. Công nghệ này có khả năng xử lý triệt để các chất dinh dưỡng như Nitơ, Photpho và có hiệu quả khử BOD cao.
Mặc dù được quảng cáo là có cơ chế tự động hóa cao , việc vận hành SBR lại đòi hỏi trình độ kỹ thuật và kinh nghiệm cao của người vận hành. Do tính chất theo chu kỳ, việc kiểm soát thời gian và điều kiện của từng pha là rất quan trọng. Sự cố lập trình hoặc thay đổi đột ngột về lưu lượng nước thải có thể làm gián đoạn toàn bộ quá trình, dẫn đến chất lượng nước đầu ra không ổn định. Thêm vào đó, hệ thống sục khí chìm dưới đáy bể dễ bị tắc nghẽn bởi bùn, làm tăng thêm thách thức trong vận hành và bảo trì. Điều này khiến SBR không phù hợp với các dự án có công suất lớn và xả thải liên tục.
4. Công nghệ MBR (Membrane Bio-Reactor)
MBR là sự kết hợp tiên tiến giữa xử lý sinh học hiếu khí với màng lọc sợi rỗng siêu mịn. Màng lọc đảm nhận vai trò của bể lắng và bể lọc, giữ lại toàn bộ bùn hoạt tính, chất rắn lơ lửng (TSS) và vi sinh vật gây bệnh.
Ưu điểm chính của MBR là chất lượng nước đầu ra vượt trội, đạt tiêu chuẩn cao và có thể tái sử dụng ngay lập tức mà không cần khử trùng thêm. Mật độ bùn hoạt tính (MLSS) trong bể MBR cao hơn nhiều so với các hệ thống truyền thống, cho phép giảm đáng kể thể tích bể và diện tích xây dựng.
Tuy nhiên, hiệu suất cao của MBR đi kèm với chi phí sở hữu tổng thể lớn. Mặc dù giúp tiết kiệm diện tích, chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ MBR rất cao. Thách thức lớn nhất trong vận hành là hiện tượng tắc nghẽn màng (fouling), đòi hỏi phải có các quy trình làm sạch phức tạp và tốn kém bằng hóa chất. Tốc độ tắc nghẽn màng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tải trọng hữu cơ, mật độ chất rắn lơ lửng (TSS), độ nhớt của bùn và các thông số môi trường như pH, nhiệt độ. Ngoài ra, chi phí điện năng để vận hành máy bơm và hệ thống sục khí để làm sạch màng cũng rất cao, góp phần làm tăng tổng chi phí vận hành.
5. Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)
Công nghệ MBBR sử dụng các giá thể (carrier media) làm từ nhựa nhẹ, được khuấy trộn liên tục trong bể hiếu khí. Vi sinh vật sẽ bám dính và phát triển trên bề mặt các giá thể này, tạo thành màng sinh học, giúp tăng cường quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải.
MBBR được đánh giá là một giải pháp tiết kiệm diện tích hơn so với các công nghệ truyền thống như AO/AAO. Công nghệ này có khả năng xử lý BOD cao, lên đến 90%, đồng thời dễ dàng vận hành và nâng cấp khi cần mở rộng quy mô.
Tuy nhiên, hiệu quả của MBBR phụ thuộc rất lớn vào chất lượng và sự ổn định của giá thể, một yếu tố thường bị bỏ qua. Các giá thể kém chất lượng có thể bị vỡ sau một thời gian vận hành, làm giảm diện tích bám dính của vi sinh vật. Bên cạnh đó, các sự cố như giá thể nổi tập trung một chỗ, chìm xuống đáy bể, hoặc bị kẹt vào các thiết bị như bơm chìm có thể xảy ra, gây ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý. Do đó, việc lựa chọn nhà cung cấp giá thể uy tín và bảo trì định kỳ các khung chắn giá thể là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định lâu dài.
