3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.1.4. Tổng quan về các phương pháp xử lý nướcthải
1.1.4.1. Xử lý cơ học
Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học. Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60 tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể. Để tăng cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất xử lý
của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10 - 15%. Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:
* Song chắn rác:
Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định.
Song chắn rác là các thanh đan xếp kế tiếp nhau với các khe hở từ 16 đến 50 mm, các thanh có thể bằng thép, inox, nhựa hoặc gỗ. Tiết diện của các thanh này là hình chữ nhật, hình tròn hoặc elip. Bố trí song chắn rác trên máng dẫn nước thải. Các song chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy để giữ rác lại. Song chắn rác thường đặt nghiêng theo chiều dòng chảy một góc 500 đến 900.
Phân loại:
- Kích thước: Thô, trung bình, mịn.
- Hình dạng: song chắn, lưới chắn.
- Phương pháp làm sạch: thủ công, cơ khí.
- Bề mặt lưới chắn: cố định, di động.
Thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các công trình xử lý nước thải.
* Bể lắng cát:
Nhiệm vụ:
- Loại bỏ các cặn vô cơ lớn như cát, sỏi…có kích thước hạt > 0,2 mm. - Bảo vệ các trang thiết bị động (bơm) tránh mài mòn.
- Giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn vào bể phân hủy. - Giảm tần suất làm sạch bể phân hủy.
Có thể chia làm 3 loại: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi cơ khí và bể
lắng cát ly tâm. Các loại bể lắng cát chuyển động quay có hiệu quả lắng cát cao và hàm lượng chất hữu cơ có trong cát thấp. Do cấu tạo đơn giản, bể lắng cát
ngang được sử dụng rộng rãi hơn cả. Tuy nhiên trong điều kiện cần thiết phải kết hợp các công trình xử lý nước thải, người ta có thể dùng bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyến hoặc thiết bị xiclon hở một tầng hoặc xiclon thủy lực.
Cát lưu giữ trong bể từ 2 đến 5 ngày. Các loại bể lắng cát thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất trên 100 m3 /ngày. Từ bể lắng cát, cát được chuyển ra sân phơi để làm khô bằng biện pháp trọng lực trong điều kiện tự nhiên.
* Bể lắng nước thải:
Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: Bể lắng đợt I trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt II sau công trình xử lý sinh học.
Bể lắng I đặt trước công trình sinh học dùng để lắng các cặn lơ lửng như SS, còn bể lắng II đặt sau công trình sinh học dùng để lắng các bông bùn sinh học. Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm.
* Bể tách dầu mỡ (Bể tuyển nổi):
Bể tuyển nổi dùng để tách và thu các loại mỡ động thực vật, các loại dầu… có trong nước thải. Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi. Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc có trong bể sinh học…và chúng sẽ phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính có trong bể Aerotank và thường được đặt trước cửa xả vào cống chung hoặc trước bể điều hòa.
Bể tách dầu mỡ thường được bố trí trong các bếp ăn của khách sạn, trường học, bệnh viện… xây bằng gạch, BTCT, thép, nhựa composite… và bố trí bên trong nhà, gần các thiết bị thoát nước hoặc ngoài sân gần khu vực bếp ăn để tách dầu mỡ trước khi xả vào hệ thống thoát nước bên ngoài cùng với các loại nước thải khác.
* Bể điều hòa:
Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm
lượng chất hữu cơ giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học. Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.
Nhiệm vụ:
- Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải.
- Ổn định lưu lượng.
- Trộn đều nước thải tránh phân hủy kị khí sinh mùi.
- Bể điều hòa lưu lượng.
- Bể điều hòa nồng độ.
- Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ.
* Bể lọc:
Bể lọc dùng để tách các phần tử lơ lửng, phân tán có trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ, sỏi nghiền nhỏ… Bể lọc thường làm việc với hai chế độ: lọc và rửa lọc.
Quá trình này chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nước thải.
Có thể phân loại bể lọc như sau:
- Lọc qua vách lọc.
- Bể lọc với lớp vật liệu dạng hạt.
- Thiết bị lọc chậm, lọc nhanh.
1.1.4.2. Xử lý sinh học
Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hoá các liên kết hữu cơ dạng hoà tan và không hoà tan của vi sinh vật - chúng sử dụng các liên kết đó như là nguồn thức ăn của chúng. Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên gồm có:
Hồ sinh vật
Cánh đồng tưới
Cánh đồng lọc
Đất ngập nước
Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo gồm có:
Bể lọc sinh học các loại
Quá trình bùn hoạt tính
Lọc sinh học tiếp xúc dạng trống quay (RBC)
Hồ sinh học thổi khí Mương oxy hoá,…..
1.1.4.3. Khử trùng nước thải
Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải mhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh trước khi xả vào nguồn nước.
1.1.4.4. Xử lý cặn nướcthải
Nhiệm vụ của xử lý cặn (cặn được tạo nên trong quá trình xử lý nước thải) là:
Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn
Ổn định cặn
Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau.
1.2. Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới môi trường và con người
1.2.1. Ảnh hưởng tới con người
Liên hợp quốc dự báo đến năm 2025, sẽ có khoảng 1.8 tỷ người sống tại các quốc gia hoặc khu vực "hoàn toàn khan hiếm nước" và 2/3 dân số sống trong điều kiện căng thẳng về nguồn cung nước.
Theo WHO, khoảng 80% bệnh tật là có liên quan tới chất lượng nước sinh hoạt và tình trạng vệ sinh môi trường. Mỗi năm, trên thế giới, có khoảng 4 tỷ trường hợp bị tiêu chảy, 88% các bệnh về đường tiêu hóa, chiếm 4,1% gánh nặng bệnh tật toàn cầu và khoảng 2,5 triệu người tử vong, chủ yếu là trẻ em dưới 5 tuổi. Ở Việt Nam, bệnh tiêu chảy là một trong 10 bệnh có số ca mắc và tử vong cao nhất với khoảng từ 725.000 đến 930.000 ca mắc mỗi năm.
Báo cáo toàn cầu của tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tại Việt Nam về “Nước an toàn hơn cho sức khỏe tốt hơn” cho thấy: mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém (Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 2014)[21].
Theo thống kê của Bộ Y tế, trung bình mỗi năm ở Việt Nam có khoảng 9.000 người chết vì nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém; hằng năm có khoảng hơn 100.000 trường hợp mắc ung thư mới phát hiện mà một trong những nguyên nhân chính là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm; gần một nửa trong số 26 bệnh truyền nhiễm có nguyên nhân liên quan đến nguồn nước bị ô nhiễm. Điển hình là các bệnh tiêu chảy cấp, dịch tả, thương hàn, đau mắt đỏ, các bệnh về đường tiêu hóa, viêm gan A, viêm não, ung thư…. (Dương Danh Mạnh, 2014)[12]
1.2.2. Ảnh hưởng tới môi trường
Nước thải sinh hoạt mang theo các chất độc hại thải ra môi trường, ảnh hưởng lớn nhất là môi trường nước do thành phần trong nước thải như:
- Chất rắn lơ lửng (SS) lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây ra điều kiện yếm khí.
- COD, BOD: Sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái môi trường nước. Khi ô nhiễm quá mức hình thành điều kiện yếm khí. Quá trình phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4... làm cho môi trường nước có mùi hôi và làm giảm pH của môi trường nước tiếp nhận.
Nước thải sinh hoạt đổ ra các sông có nồng độ COD, BOD5, Nitơ và Phốt pho khá cao. Không những thế, còn chứa rất nhiều kim loại cứng, vi rút,
vi khuẫn, giun sán. Lượng nước thải này xả ra sông, suối khiến cho hệ sịnh vật ở sông suối chết hết, làm cho động vật phù du cũng cạn kiệt nguồn tài nguyên và giảm khả năng sinh trưởng, phát triển…Ông Yutaka Matsuzawa - Chuyên gia môi trường của Tổ chức 15 Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) tại VN cho rằng, nước thải sinh hoạt chính là tác nhân đáng sợ nhất gây ô nhiễm nguồn nước, không những thế, nước thải sinh hoạt là hiểm hoạ môi trường hàng đầu
tại VN hiện nay. Trong vòng ít nhất là 10-15 năm nữa Việt Nam sẽ phải hứng chịu các tác động nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử lý (Thuỳ Linh, 2021)[15].
Không những gây mất cảnh quan, thẩm mỹ mà còn gây ra hiện tượng phú dưỡng hiện tượng này làm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường như thiếu dưỡng khí, làm cạn kiệt ôxy hòa tan trong nước, làm giảm số lượng các thể cá và các quần thể động vật khác. Các loài khác (như sứa Nomura trong các vực nước của Nhật Bản) có thể gia tăng số cá thể làm ảnh hưởng tiêu cực đến các loài khác.
1.3. Tình hình nghiên cứu về nước thải sinh hoạt trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Nước đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống của con người và sinh vật. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dùng nước của con người ngày càng tăng.
Nghiên cứu của Abba Kagu et al (2013)[30] về đánh giá việc xử lý nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình ở một số phường được chọn của đô thị Maiduguri, bang Borno, Nigeri cho kết quả thể hiện trong bảng 1.4.
(Nguồn: Abba Kagu, et al, 2013)[30]
Qua bảng 1.4 cho thấy: Lượng nước sử dụng hàng ngày của một hộ gia đình khác nhau giữa các hộ gia đình tùy thuộc vào số lượng những người trong hộ gia đình đó và nước sử dụng được đưa vào.
- Hàng ngày, mỗi hộ gia đình của khu vực nghiên cứu sử dụng 81-160 lít để tắm và 20-80 lít để rửa. Đồng thời, lượng nước thải phát sinh của mỗi hộ gia đình từ tắm rửa lần lượt là 52,2%, 45,8% và 34,2%. Trong khi 20-80 lít nước dùng để chế biến thực phẩm và các mục đích khác trong ngày với tỷ lệ nước thải là 99,2%, 96,7% và 90,8%.
- Số thành viên trong mỗi hộ gia đình đóng một vai trò quan trọng trong lượng nước được sử dụng. Nếu có là 5-10 người trong một gia đình, họ sẽ tiêu thụ nhiều nước hơn so với gia đình từ 4 người trở xuống.
Nhóm tác giả Cao Trường Sơn et al (2019)[20] sử dụng chỉ số chất lượng nước - WQI để đánh giá chất lượng nước một số sông trên địa bàn huyện Gia Lâm trong nghiên cứu. Kết quả cho thấy: điểm số WQI bình quân của sông Đuống đạt 51,05 điểm ứng với mức chất lượng nước màu vàng (Mức 3) - Mức chất lượng nước sử dụng cho tưới tiêu nông nghiệp. Trong khi đó, điểm số WQI bình quân của sông Cầu Bây và Thiên Đức đều rất thấp, lần lượt là 24,77 điểm và 16,06 điểm đều ứng với mức chất lượng màu đỏ (Mức 5) - Chất lượng nước bị ô nhiễm nghiêm trọng cần có biện pháp xử lý ngay.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
1.3.2.1. Thực trạng phát sinh nước thải sinh hoạt
Theo tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt đô thị, lượng nước cấp cho sinh hoạt trung bình khoảng 125 lít/người.ngày, trong đó lượng nước thải sinh hoạt ước tính bằng khoảng 80% lượng nước cấp (100 lít/người.ngày). Tỷ lệ nước thải sinh hoạt trên tổng lượng nước thải trực tiếp ra các sông hồ, hay kênh rạch dẫn ra sông khá cao, chiếm đến trên 30%. Lượng NTSH bình quân đầu người được thể hiện qua bảng 1.4.
Bảng 1. 5: Ước tính lượng nước thải sinh hoạt phát sinh tại khu đô thị của một số tỉnh, thành phố tại Việt Nam STT Tỉnh/thành phố Dân số đô thị (người) 1 Hà Nội 3,968,800 2 Tp Hồ Chí Minh 6,455,943 3 Đà Nẵng 897,114 4 Hải Dương 571,389 5 Thái Nguyên 379,801 6 Thanh Hóa 2,424,798 7 Khánh Hòa 508,637 8 Bắc Ninh 421,466 9 Sơn La 245,939 10 Lạng Sơn 171,285 11 Kon Tum 158,688
14 An Giang 681,591
15 Kiên Giang 498,363
16 Nghệ An 450,393
Hình 1. 1: Tỷ lệ phát sinh NTSH tại các vùng trên cả nước
(Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2018)[3]
Hình 1. 2: Ước tính lượng nước thải sinh hoạt phát sinh trên một đơn vị diện tích đất tại các vùng trên cả nước năm 2017
(Nguồn: Tổng cục môi trường, 2015-2018) [23] Lượng nước thải phát sinh trên một đơn vị diện tích đất ở khu vực đô thị lớn hơn nhiều so với khu vực nông thôn. Điều này dẫn đến tình trạng quá tải của các hệ thống thoát nước và tiếp nhận nước thải tại các thành phố, ảnh
hưởng lớn đến chất lượng các nguồn tiếp nhận. Hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam chủ yếu dùng chung cho cả thoát nước thải và nước mưa. Theo các số liệu tổng hợp của Tổng cục Thống kê năm 2018 [22], ước tính có khoảng 60% hộ gia đình ở đô thị có đấu nối vào hệ thống thoát nước công cộng. Tỷ lệ đấu nối này khác nhau ở mỗi thành phố, tuỳ thuộc vào mật độ dân số và điêu kiện địa chất.
Tỷ lệ nước thải sinh hoạt ở các đô thị được thu gom xử lý được thể hiện qua biểu đồ hình 1.3 dưới đây.
Hình 1. 3: Tỷ lệ các đô thị có công trình XLNT đạt tiêu chuẩn quy định năm 2017
Qua hình 1.3 cho thấy: Tỷ lệ nước thải sinh hoạt ở các đô thị loại IV trở lên được thu gom, xử lý đạt khoảng 12,5%, tăng 5% so với giai đoạn 2011 - 201 5, với 45 nhà máy, trạm XLNT tập trung đặt tại 29 tỉnh thành phố. Tỷ lệ số đô thị có công trình XLNT sinh hoạt đạt tiêu chuẩn tỷ lệ thuận với cấp đô thị.
Theo số liệu của Bộ Xây dựng, tính đến năm 2018, tỷ lệ khu đô thị (từ loại III trở lên) được đầu tư xây dựng hệ thống XLNT tập trung là 39% với 43 nhà máy XLNT tập trung đã đi vào hoạt động, tổng công suất thiết kếđạt
926.000 m3/ngày đêm. Nếu kể cả các dự án đang xây dựng, có khoảng 80 hệ thống XLNT tập trung, tổng công suất thiết kế khoảng 2.400.000 m3/ngày đêm. Tuy nhiên, các nhà máy đã đi vào hoạt động mới chỉ đáp ứng được khoảng 13% nhu cầu. Nhiều nhà máy đã xây dựng xong hệ thống xử lý nhưng chưa hoàn thành hệ thống cấp thoát nước đồng bộ, dẫn đến các nhà máy chưa hoạt động hết công suất, chỉ khoảng trên dưới 20% công suất thiết kế (Cục Quản lý Tài nguyên nước, 2017)[8].Mặc dù số lượng công trình XLNT đô thị