- Nhón sinh thỏ
HỆ THỐNG XỬ Lí NƯỚC THẢI CHI PHÍ THẤP
TS. Lều Thọ Bỏch
Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Mụi Trường Đại Học Xõy Dựng
1 Khái niệm
1.1 Định nghĩa hệ thống xử lý n-ớc thải chi phí thấp
Hệ thống XLNT thông th-ờng bao gồm các công trình tại đó n-ớc thải đ-ợc xử lý bằng các ph-ơng pháp cơ học, hóa học, sinh học, để loại bỏ các chất rắn, các chất hữu cơ và đôi khi cả các chất dinh d-ỡng có trong n-ớc thải. N-ớc thải đ-ợc tiến hành làm sạch theo trình tự tăng mức độ xử lý từ xử lý sơ bộ, xử lý sơ cấp (bậc một), thứ cấp (bậc hai), triệt để (bậc ba) và có thể có thêm các công đoạn xử lý đặc biệt khác. Tại một số n-ớc, công đoạn khử trùng các vi khuẩn, mầm bệnh th-ờng là b-ớc xử lý cuối cùng. Hệ thống XLNT chi phí thấp là các hệ thống xử lý sinh học tự nhiên tải lượng thấp, có thể xử lý các loại n-ớc thải hữu cơ nh- n-ớc thải sinh hoạt. Các hệ thống này có cấu tạo đơn giản, có chi phí đầu t- thấp đáng kể, chi phí vận hành và bảo d-ỡng thấp. Mặc dù các hệ thống XLNT chi phí thấp đòi hỏi diện tích đất sử dụng nhiều hơn so với các hệ thống xử lý sinh học nhân tạo tải lượng cao, nh-ng chúng có hiệu quả hơn và đáng tin cậy trong việc xử lý các vi khuẩn, mầm bệnh, nếu đ-ợc thiết kế một cách hợp lý và không bị quá tải.
Tất cả các quá trình quản lý và XLNT phụ thuộc vào nhiều yếu tố và điều kiện tự nhiên nh- tải lượng thủy lực đối với bể lắng và có hoặc không có các yếu tố tự nhiên nh- vi sinh vật. Tuy nhiên trong các công trình XLNT điển hình, các quá trình tự nhiên này đ-ợc hỗ trợ bằng một loạt các thiết bị máy móc cơ khí phức tạp tiêu thụ điện năng cao (các máy bơm, máy sục khí v.v...).
Trong nội dung giảng dạy này các hệ thống XLNT chi phí thấp đ-ợc mô tả bằng các quá trình và các công trình xử lý n-ớc thải đ-ợc vận hành trong các điều kiện gần tự nhiên hoặc phụ thuộc cơ bản vào các yếu tố tự nhiên. Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể đ-ợc trang bị các máy bơm và đ-ờng ống phân phối, thu n-ớc thải, nh-ng không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện năng bên ngoài để duy trì khả năng xử lý [Reed và các cộng sự, 1995].
Hệ thống XLNT chi phí thấp đ-ợc coi là công nghệ xử lý tự nhiên, gần tự nhiên hay trên cơ sở tự nhiên do thực tế là bản chất của các quá trình xử lý các chất ô nhiễm diễn ra trong các hệ thống này đều dựa trên cơ sở các quá trình và chu trình chuyển hóa tự nhiên (nh- các yếu tố sinh học, cơ học hay năng l-ợng mặt trời và các yếu tố tự nhiên khác). Hệ thống xử lý chi phí thấp cũng có thể đ-ợc xem là hệ thống có các đặc tính:
Đạt đ-ợc mức độ xử lý có thể chấp nhận; Vốn đầu t- thấp;
Chi phí vận hành và bảo d-ỡng thấp;
Yêu cầu kỹ năng vận hành không cao so với các công nghệ thông th-ờng khác; Tuổi thọ dài hơn so với tuổi thọ các công nghệ xử lý có sử dụng các thiết bị điện - cơ
khí;
ít phụ thuộc vào các yếu tố nh- công tác xây dựng, các thiết bị điện, cơ khí; Công nghệ/quá trình xử lý đơn giản hiệu quả xử lý ổn định và lâu dài;
Nhu cầu bảo d-ỡng và vận hành ít; Có khả năng vận hành độc lập;
Có khả năng tuần hoàn, tái sử dụng tối đa n-ớc sau xử lý và các sản phẩm có ích từ các chất gây ô nhiễm;
Đáp ứng đ-ợc nhu cầu phục vụ đối với ng-ời dân có thu nhập thấp và trung bình vùng ngoại thành;
Có thiết kế đơn giản, phổ biến với bất cứ quy mô nào từ nhỏ đến lớn.
Hệ thống XLNT chi phí thấp có thêm những -u điểm là giảm thiểu các tác động đến môi tr-ờng và ít ảnh h-ởng đến các hệ sinh thái, có khả năng ứng dụng tốt trong các điều kiện môi tr-ờng n-ớc, đất và đất ngập n-ớc.
Xử lý trong môi tr-ờng n-ớc
Hồ sinh học tùy tiện là dạng công trình xử lý trong n-ớc đ-ợc ứng dụng phổ biến nhất. Điều kiện hiếu khí đ-ợc hình thành tại các tầng n-ớc gần bề mặt, trong khi tại khu vực đáy với sự có mặt của lớp bùn lắng tích tụ tạo nên vùng kị khí. Tại các tầng n-ớc giữa tồn tại hỗn hợp các vùng hiếu khí phần phía trên và kị khí phần phía đáy. Các hồ hiếu khí th-ờng nhỏ và nông hơn các hồ tùy tiện. Hồ hiếu khí th-ờng đ-ợc bố trí sau các hồ kị khí hoặc hồ tùy tiện nhằm tăng c-ờng làm thoáng và thoát khí hoặc mùi phát sinh từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ.
Xử lý trong môi tr-ờng đất
Bao gồm các hệ thống dòng chảy chậm trên bề mặt đất, dòng thấm chậm và thấm nhanh ngầm d-ới mặt đất. Ngoài khả năng XLNT với chi phí bảo d-ỡng thấp, các hệ thống này còn có thêm các khả năng -u việt khác nh- cung cấp n-ớc bổ sung cho nguồn n-ớc ngầm, cho tái trồng rừng, cho nông nghiệp và hoặc cho đồng cỏ nuôi súc vật. Hiệu quả xử lý của các hệ thống này phụ thuộc vào các phản ứng sinh học, hóa học, lý học diễn ra trên và trong lòng đất. Hệ thống dòng chảy bề mặt cần đ-ợc cấy trồng thực vật để hấp thụ chất dinh d-ỡng cũng nh- các chất ô nhiễm đồng thời làm tăng thời gian l-u n-ớc trong hệ thống và khả năng tiếp xúc giữa các ô nhiễm với đất/ hệ thực vật. Các hệ thống thấm chậm và thấm nhanh ngầm d-ới mặt đất là các hệ thống "không xả" các dòng chảy ra rất hiếm khi xả trực tiếp ra suối hoặc các thủy vực n-ớc mặt khác. Mỗi hệ thống có khả năng l-u giữ n-ớc/dòng chảy khác nhau phụ thuộc đặc tính thấm của đất.
Các vùng đất hoặc bãi đất nhân tạo mà tại đó đất đ-ợc duy trì th-ờng xuyên trong trạng thái bão hòa n-ớc và có cấy trồng các loại thực vật có khả năng hấp thụ các chất dinh d-ỡng và chất ô nhiễm là môi tr-ờng tốt đ-ợc ứng dụng để XLNT. Có hai dạng bãi lọc ngập n-ớc đ-ợc ứng dụng trong XLNT: Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt và hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm. Cả hai hệ thống đều sử dụng rễ cây trồng làm nơi l-u giữ và phát triển của các loài vi sinh vật, đồng thời luân chuyển ôxi từ không khí cung cấp cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy các chất ô nhiễm có trong n-ớc thải. Vi khuẩn đóng vai trò lớn trong cơ chế xử lý n-ớc thải của các hệ thống này, mặc dù một phần các chất dinh d-ỡng nh- nitơ, phốt pho và natri cũng đ-ợc cây cối hấp thụ. Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt về cơ bản gần giống nh- các đầm lầy tự nhiên. Cấu trúc điển hình của loại hệ thống này th-ờng đ-ợc thiết kế với bề rộng hẹp, chiều dài lớn và có độ sâu nhỏ hơn 1m, có cấy trồng các loại thực vật n-ớc. Các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm th-ờng sử dụng sỏi hoặc cát dễ thấm làm vật liệu cố định rễ thực vật n-ớc và lọc dòng n-ớc thải chảy qua.
1.2 -u điểm và nh-ợc điểm của hệ thống XLNT chi phí thấp
-u điểm
Các hệ thống XLNT chi phí thấp đ-ợc xây dựng một cách hợp lý, có thiết kế phù hợp với các đặc điểm địa hình khu vực sẽ có những -u điểm sau:
Đảm bảo hiệu suất xử lý cao và ổn định
Hệ thống XLNT chi phí thấp đ-ợc thiết kế, xây dựng, bảo d-ỡng, và quản lý một cách hợp lý có thể đảm bảo duy trì hiệu suất xử lý n-ớc thải cao và ổn định. Các kết quả thực nghiệm cho thấy phôtpho, nitrat, nitrit, amonia, BOD5, và các chất rắn lơ lửng có thể đ-ợc xử lý đạt tới mức có thể chấp nhận. Nhìn chung, hiệu suất xử lý các thành phần BOD, TSS, COD, các kim loại, và chất hữu cơ bền vững trong n-ớc thải sinh hoạt có thể đạt mức cao với thời gian l-u n-ớc hợp lý. Với thời gian l-u n-ớc lâu hơn đáng kể, nitơ và phốt pho cũng có thể đ-ợc xử lý triệt để. Các hệ thống XLNT tự nhiên chi phí thấp áp dụng cho xử lý bậc hai có thể đ-ợc vận hành quanh năm ngoại trừ khi thời tiết lạnh nhất. Đối với xử lý bậc ba hoặc xử lý đặc biệt có thể vận hành quanh năm đối với các khu vực có điều kiện thời tiết ấm.
Chi phí đầu t- xây dựng thấp
Đối với những khu vực có quỹ đất với giá đất có thể chấp nhận đ-ợc, việc đầu t- xây dựng hệ thống XLNT chi phí thấp sẽ kinh tế hơn so với các hệ thống XLNT thông th-ờng có sử dụng các thiết bị cơ khí. Không sử dụng các thiết bị xử lý phức tạp góp phần làm giảm đáng kể giá thành đầu t-. Khi thiết kế hệ thống XLNT chi phí thấp cần quan tâm tới các đặc điểm tại vị trí xây dựng nh- địa hình, địa chất, nguồn cấp n-ớc, loại đất, loại n-ớc thải đ-ợc xử lý v.v... Lựa chọn vị trí với các đặc điểm thích hợp sẽ làm giảm đ-ợc giá thành xây dựng.
Chi phí vận hành thấp
Hệ thống XLNT chi phí thấp th-ờng có chi phí vận hành thấp, giảm thiểu các chi phí sử dụng điện năng và các thiết bị, không cần sử dụng hóa chất. Các bãi lọc th-ờng đ-ợc thiết kế đảm bảo khả năng tự chảy của n-ớc trong hệ thống. Nếu địa hình không thuận lợi, không đảm bảo khả năng tự chảy của n-ớc trong hệ thống thì sẽ cần đến bơm và làm tăng giá thành vận hành. Hệ thống XLNT tự nhiên nếu đ-ợc thiết kế và xây dựng hợp lý có khả năng tự duy trì và bảo d-ỡng trong thời gian lâu dài. Nhìn chung, mặc dù hệ thống xử lý n-ớc thải tự nhiên th-ờng chỉ duy trì đ-ợc hiệu suất xử lý một cách thụ động nh-ng giảm thiểu đ-ợc các nhu cầu về thiết bị cơ khí, điện năng, và các yểu cầu cao về kỹ năng của ng-ời vận hành.
Phát sinh mùi khó chịu là một trong những vấn đề cần quan tâm khi l-u giữ và xử lý n-ớc thải, đặc biệt nếu vị trí của trạm XLNT đ-ợc đặt gần nhà dân. Các bãi lọc th-ờng ít hoặc không phát sinh mùi khó chịu.
Duy trì đ-ợc khả năng XLNT với tải l-ợng ô nhiễm không ổn định
Hệ thống XLNT chi phí thấp đ-ợc thiết kế một cách hợp lý có khả năng tự điều tiết và duy trì hiệu suất xử lý đối với các loại tải l-ợng ô nhiễm khác nhau của n-ớc thải. Đây là -u điểm nổi bật của hệ thống XLNT chi phí thấp vì các thành phần ô nhiễm trong n-ớc thải rất đa dạng và chế độ thải n-ớc không đều, các điều kiện thời tiết thay đổi, sự phát triển của dân c- trong l-u vực hay sự thay đổi quản lý các hoạt động th-ơng mại trong l-u vực làm thay đổi đáng kể tải l-ợng ô nhiễm.
Giảm diện tích đất cần thiết khi tái sử dụng n-ớc thải
Hệ thống XLNT chi phí thấp có khả năng xử lý triệt để các chất ô nhiễm. Vì vậy, diện tích đất cần thiết cho việc tái sử dụng n-ớc sau xử lý từ các bãi lọc nhân tạo ít hơn diện tích đất cần thiết khi trực tiếp sử dụng n-ớc thải.
Giảm khối l-ợng chất phát sinh trong quá trình xử lý
Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể giảm tối thiểu khối l-ợng các chất bị loại và phát sinh trong quá trình xử lý. L-ợng bùn/sinh khối d- phát sinh ít hơn nhiều so với các quá trình xử lý thứ cấp khác. Rất nhiều hệ thống XLNT chi phí thấp không làm phát sinh bùn d- đòi hỏi phải xử lý tiếp theo hay tiêu hủy.
Tạo cảnh quan
Tùy thuộc vào thiết kế, vị trí, và chủng loại thực vật, các hệ thống XLNT chi phí thấp đặc biệt là các bãi lọc ngập n-ớc nhân tạo có thể làm nổi bật phong cảnh với màu sắc, bố cục và sự đa dạng của các loài cây. Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể tăng c-ờng không gian, diện tích cây xanh trong đô thị và kết hợp cả các chức năng giải trí công cộng.
Tăng c-ờng đa dạng sinh học
Hệ thống XLNT chi phí thấp có khả năng kiến tạo môi tr-ờng tốt thu hút một số loài động vật hoang dã đến sinh sống và phát triển và làm tăng thêm lợi ích, sự hấp dẫn về du lịch cho khu vực.
Nh-ợc điểm
Ngay cả khi đ-ợc thiết kế tối -u nhất, hệ thống XLNT chi phí thấp vẫn tồn tại những hạn chế:
Hạn chế trong việc loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh
Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể loại bỏ phần lớn các vi khuẩn gây bệnh từ n-ớc thải sinh hoạt. Tuy nhiên, khả năng xử lý này cũng có thể ch-a đáp ứng đ-ợc các tiêu chuẩn xả cho phép và cần thiết phải thực hiện thêm công đoạn khử trùng. Nguyên nhân cơ bản là do các loài chim và các loài thú hoang dã khác sinh sống trong và tại khu vực hệ thống xử lý có thể là nguồn phát sinh và lan truyền các vi khuẩn gây bệnh.
Yêu cầu vệ sinh định kỳ lớp bùn lắng
Bùn lắng và các chất trơ cần phải định kỳ đ-ợc lấy đi. Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể bị lấp đầy bởi bùn và các chất rắn làm tắc dòng chảy trong hệ thống nếu khi thiết kế không tính đến việc loại bỏ rác và các chất rắn tr-ớc khi n-ớc thải vào hệ thống. Tổng l-ợng bùn phát sinh sẽ cao hơn tại các giai đoạn vận hành trong điều kiện thời tiết lạnh do nhiệt độ thấp gây ức chế các hoạt động của vi sinh vật (VSV). Vì vậy cần định kỳ hàng năm làm sạch l-ợng bùn tích tụ và các chất hữu cơ trên bề mặt của hệ thống.
Giá thành xây dựng
Với điều kiện địa hình thuận lợi và các đặc điểm tự nhiên khác nh- loại đất phù hợp sẽ giảm đ-ợc chi phí đầu t- xây dựng của hệ thống XLNT chi phí thấp. Chi phí xây dựng sẽ tăng trong tr-ờng hợp xây dựng hệ thống tại các khu vực có điều kiện không thuận lợi. Thực tế cho thấy đối với các bãi lọc ngập n-ớc nhân tạo đ-ợc xây dựng tại
các khu vực có điều kiện mặt bằng, địa hình thay đổi, cần bổ sung hoặc thay thế đất, bố trí các vật liệu lót chống thấm, cần hoạt động kết hợp với máy bơm, v.v... có thể làm cho giá thành xây dựng tăng đáng kể.
ảnh h-ởng bởi các điều kiện thời tiết
Sự thay đổi thời tiết theo mùa nh- lạnh, hạn hán làm giảm hiệu suất xử lý của hệ thống. Các số liệu về sự biến đổi của thời tiết trong năm rất quan trọng cần đ-ợc đề cập tới trong thiết kế và vận hành hệ thống. Khả năng xử lý BOC, COD, và nitơ của