Các bước cơ bản trong quy trình xử lý nước thải

Trong bối cảnh đô thị hóa và công nghiệp hóa ngày càng mạnh mẽ, việc quản lý và xử lý nước thải trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu nhằm bảo vệ môi trường sống, tài nguyên nước và sức khỏe cộng đồng. Nước thải phát sinh từ sinh hoạt, công nghiệp, y tế hay nông nghiệp đều chứa các chất ô nhiễm có khả năng gây hại nếu không được xử lý đúng quy trình. Vì vậy, việc nắm vững quy trình xử lý nước thải là điều cần thiết đối với các doanh nghiệp, cơ quan quản lý và các kỹ sư môi trường.

Quy trình xử lý nước thải là một chuỗi các công đoạn kỹ thuật nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất ô nhiễm trong nước thải, đưa nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường hoặc tái sử dụng. Tuỳ thuộc vào nguồn gốc và mức độ ô nhiễm, hệ thống xử lý có thể được thiết kế từ đơn giản đến phức tạp, kết hợp nhiều công nghệ khác nhau. Bài viết này sẽ trình bày đầy đủ các bước cơ bản trong quy trình xử lý nước thải, giúp bạn hiểu rõ vai trò của từng giai đoạn và ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau.

Trước khi thiết kế hệ thống xử lý, cần xác định loại nước thải và đặc điểm thành phần ô nhiễm. Việc phân tích thành phần nước thải giúp lựa chọn đúng công nghệ và xác định các thông số đầu vào cho từng giai đoạn xử lý. Một số loại phổ biến gồm:

• Nước thải sinh hoạt: Chủ yếu chứa chất hữu cơ dễ phân hủy, vi sinh vật gây bệnh, chất rắn lơ lửng.
• Nước thải công nghiệp: Đa dạng về thành phần, có thể chứa kim loại nặng, hóa chất độc hại, dầu mỡ, BOD/COD cao.
• Nước thải y tế: Có nguy cơ lây nhiễm, chứa dược phẩm, vi sinh vật gây bệnh.
• Nước thải nông nghiệp: Dư lượng phân bón, thuốc trừ sâu, vi sinh vật.

Trong hệ thống xử lý nước thải, các bước xử lý thường được chia thành bốn giai đoạn cơ bản: sơ cấp, thứ cấp, bậc ba và cuối cùng là xử lý bùn. Mỗi giai đoạn sẽ có chức năng riêng, trong đó:

Xử lý sơ cấp là giai đoạn đầu tiên trong hệ thống xử lý nước thải, đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tạp chất rắn lớn, chất không tan và cặn lắng vô cơ nhằm giảm tải ô nhiễm cho các bước xử lý tiếp theo. Mặc dù không trực tiếp xử lý chất hữu cơ hòa tan hay vi sinh vật, nhưng nếu thực hiện không hiệu quả, các chất thô có thể gây tắc nghẽn đường ống, hư hại thiết bị và làm giảm hiệu suất. Vì vậy, đây là giai đoạn không thể thiếu trong mọi hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn kỹ thuật và hiệu quả vận hành lâu dài.

Giai đoạn này thường bao gồm ba bước chính:

Song chắn rác

Là thiết bị cơ học được đặt ở đầu nguồn nước thải nhằm giữ lại các vật thể lớn như: bao bì nhựa, rác thải sinh hoạt, cành cây, giẻ rách… Tùy theo mức độ tinh lọc, song chắn có thể là loại thô (khoảng cách khe 20-100 mm) hoặc tinh (khe 5-20 mm). Rác sau khi thu gom sẽ được ép khô và xử lý riêng.

Bể lắng cát

Nước sau khi qua song chắn rác sẽ chảy vào bể lắng cát – nơi dòng chảy được làm chậm lại để các hạt cát, sỏi, thủy tinh vụn và các hạt vô cơ nặng hơn nước có thể lắng xuống đáy. Đây là bước quan trọng giúp bảo vệ bơm và thiết bị quay ở các công đoạn sau khỏi mài mòn.

Bể lắng sơ cấp

Tại đây, nước thải được giữ trong một khoảng thời gian nhất định (thường 1–2 giờ) để các hạt rắn lơ lửng lắng xuống nhờ trọng lực, tạo thành lớp bùn dưới đáy bể. Trong khi đó, dầu mỡ hoặc vật liệu nổi sẽ được vớt bỏ bằng cơ cấu gạt bề mặt. Hiệu suất loại bỏ BOD và TSS ở bước này có thể đạt từ 25–50%, tùy thuộc vào thiết kế.

Ảnh mô phỏng HTXLNT sơ cấp và thứ cấp. Ảnh: Briannica.

Xử lý thứ cấp là giai đoạn “cốt lõi” trong toàn bộ quy trình xử lý nước thải, giúp giảm mạnh nồng độ của những chỉ tiêu ô nhiễm chính như BOD, COD và SS có hại cho môi trường và sinh vật trong nước thải. Đây là bước xử lý mà vi sinh vật hiếu khí đóng vai trò chủ đạo, phân hủy các hợp chất hữu cơ qua quá trình oxy hóa sinh học. Giai đoạn này thường bao gồm hai phần chính gồm:

Quá trình xử lý sinh học

Có nhiều công nghệ xử lý sinh học được áp dụng trong xử lý thứ cấp, tùy thuộc vào quy mô, tính chất nước thải và yêu cầu đầu ra. Các hệ thống phổ biến gồm:

• Bùn hoạt tính: Nước thải được cấp khí liên tục trong bể aerotank để tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển và phân hủy chất hữu cơ. Hệ thống này có hiệu suất xử lý cao, có thể loại bỏ 85–95% BOD, COD và TSS.
• Mương oxy hóa: Là dạng mở rộng của bể bùn hoạt tính, với thiết kế dạng vòng tuần hoàn. Ưu điểm là vận hành ổn định, ít bị sốc tải, phù hợp với khu dân cư và đô thị nhỏ.
• Hồ sinh học: Ứng dụng cho vùng nông thôn hoặc khu vực có diện tích rộng. Dựa vào ánh sáng mặt trời, tảo và vi sinh vật để tự nhiên xử lý nước thải. Tuy nhiên, thời gian xử lý dài và phụ thuộc nhiều vào thời tiết.
• Màng sinh học (MBBR, RBC): Sử dụng giá thể để vi sinh vật bám dính, xử lý hiệu quả chất hữu cơ và nitơ. Phù hợp với các hệ thống cải tạo hoặc không gian hạn chế.

Bể lắng thứ cấp

Sau xử lý sinh học, hỗn hợp nước và bùn vi sinh sẽ được dẫn vào bể lắng thứ cấp. Tại đây, các bông bùn vi sinh sẽ lắng xuống đáy. Phần bùn này được gọi là bùn hoạt tính – một phần sẽ được tuần hoàn trở lại bể sinh học để duy trì nồng độ vi sinh, phần còn lại trở thành bùn dư và chuyển sang giai đoạn xử lý bùn.

Nước sau bể lắng thứ cấp thường đạt tiêu chuẩn xả thải sinh hoạt thông thường. Tuy nhiên, để đạt tiêu chuẩn cao hơn (xả vào nguồn tiếp nhận, tái sử dụng), cần tiếp tục xử lý ở bước nâng cao.

Sau khi trải qua xử lý thứ cấp, nước thải đã được loại bỏ phần lớn chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và vi sinh vật. Tuy nhiên, để đạt được tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt hơn, hoặc để tái sử dụng cho mục đích công nghiệp, tưới tiêu hay thậm chí cấp nước sinh hoạt (ở một số quốc gia), cần thêm một bước xử lý nâng cao nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm còn sót lại như: photpho, nitơ, kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh, vi chất hữu cơ (hóa chất, thuốc trừ sâu…), màu, mùi và các hạt keo rất nhỏ. Một số công nghệ thường được sử dụng trong giai đoạn này gồm:

• Khử Nitơ và Photpho: Hai chất dinh dưỡng này là nguyên nhân chính gây hiện tượng phú dưỡng hóa ở sông hồ, có thể xử lý bằng quá trình sinh học (anoxic, aerobic, anaerobic) để khử nitrat và photphat nhờ vi sinh vật; hoặc phương pháp hóa học như dùng phèn nhôm hoặc sắt clorua để kết tủa photpho, tạo cặn dễ lắng.
• Lọc: Sử dụng các bộ lọc khác nhau như lọc cát, lọc than hoạt tính hoặc bộ lọc màng nhằm loại bỏ các hạt nhỏ, cặn keo và chất rắn mịn còn sót lại sau bể lắng.
• Khử trùng: Đây là bước quan trọng nhằm loại bỏ vi sinh vật gây bệnh còn sót lại trước khi xả thải hoặc tái sử dụng. Các phương pháp được sử dụng gồm clo hóa, tia cực tím và ozon hóa.
• Oxy hóa nâng cao (AOPs): Trong các hệ thống yêu cầu xử lý chuyên sâu, có thể áp dụng thêm công nghệ kết hợp ozone, hydrogen peroxide, UV để phá hủy các chất hữu cơ bền vững.
• Màng lọc áp lực (UF, NF, RO): Đây cũng là một công nghệ cao thường dùng trong tái sử dụng hoặc cấp nước. Nó cho phép loại bỏ hầu hết chất ô nhiễm, kể cả vi sinh vật, muối hòa tan và kim loại nặng.

Xử lý nâng cao là giai đoạn mang tính tùy biến cao, thiết kế dựa trên yêu cầu cụ thể về chất lượng nước sau xử lý. Nó không bắt buộc với mọi hệ thống, nhưng lại là điều kiện then chốt trong các ngành yêu cầu xả thải vào nguồn tiếp nhận nhạy cảm, khu vực đô thị lớn, hoặc nhà máy hướng tới mục tiêu zero liquid discharge (ZLD) - không phát thải lỏng.

Ảnh mô phỏng quy trình xử lý bậc 3. Ảnh: Britannica.

4. Xử lý bùn

Trong suốt quá trình xử lý nước thải (đặc biệt tại các bước lắng sơ cấp và thứ cấp) sẽ sinh ra một lượng lớn bùn thải bao gồm: bùn sơ cấp phát sinh từ bể lắng sơ cấp, chứa nhiều chất rắn không phân hủy sinh học và bùn thứ cấp (bùn sinh học) gồm vi sinh vật dư thừa và chất hữu cơ đã qua xử lý sinh học, có độ ẩm rất cao. Nếu không được quản lý và xử lý đúng cách, bùn thải có thể gây ô nhiễm thứ cấp nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Vì vậy, xử lý bùn là giai đoạn bắt buộc, nhằm ổn định, giảm thể tích và loại bỏ các yếu tố gây hại trong bùn.

Quy trình xử lý bùn thường bao gồm các bước chính sau:

- Làm đặc bùn: Mục tiêu là giảm hàm lượng nước trong bùn, giúp tiết kiệm chi phí cho các công đoạn tiếp theo. Có thể thực hiện bằng bể lắng, máng tĩnh hoặc thiết bị cơ học.

- Ổn định bùn: Giảm mùi hôi, loại bỏ vi sinh vật gây bệnh và ổn định thành phần hữu cơ trong bùn. Các phương pháp phổ biến gồm ổn định hiếu khí và ổn định yếm khí phân hủy bùn nhờ vi khuẩn kỵ khí trong điều kiện không có oxy để tạo khí sinh học (biogas), có thể thu hồi làm năng lượng.

- Tách nước bùn: Sau khi ổn định, bùn cần được tách nước triệt để để giảm thể tích vận chuyển và xử lý:

• Máy ép băng tải, máy ép trục vít, máy ép khung bản là những thiết bị được sử dụng phổ biến.
• Bùn sau tách nước thường đạt độ ẩm 70-80%, dưới dạng bánh bùn.

- Xử lý và tiêu hủy cuối cùng: Tùy thuộc vào thành phần và mục đích sử dụng, bùn sau ép có thể:

• Chôn lấp hợp vệ sinh nếu đạt tiêu chuẩn.
• Đốt trong lò chuyên dụng (đặc biệt với bùn chứa kim loại nặng hoặc độc hại).
• Tái sử dụng làm phân compost hoặc cải tạo đất, nếu bùn đạt chuẩn và không chứa chất độc hại.

Mặc dù không trực tiếp liên quan đến chất lượng nước sau xử lý, nhưng xử lý bùn đóng vai trò quyết định đến hiệu quả toàn diện và tính bền vững của hệ thống xử lý nước thải. Thiết kế và vận hành đúng cách khâu này giúp giảm thiểu chi phí vận hành, tránh phát sinh mùi hôi, ô nhiễm đất và nước ngầm, đồng thời mang lại giá trị tài nguyên từ tái sử dụng.

Như vậy, KPTCHEM vừa chia sẻ đến bạn các bước cơ bản trong quy trình xử lý nước thải tại các nhà máy hiện nay. Việc hiểu và áp dụng đúng sẽ giúp tối ưu hiệu quả vận hành, giảm thiểu chi phí và đạt được các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

Bên cạnh yếu tố công nghệ, vi sinh vật là một trong những thành phần cốt lõi quyết định hiệu suất hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt là trong các quá trình xử lý sinh học. Nếu bạn đang tìm kiếm sản phẩm vi sinh chất lượng cao, hãy liên hệ ngay với chúng tôi - KPTCHEM chuyên cung cấp các dòng vi sinh xử lý nước thải hiệu lực cao, nguồn gốc từ Mỹ, khả năng thích nghi tốt với nhiều loại nước thải khác nhau giúp hệ thống vận hành ổn định, giảm mùi, tăng tốc độ phân hủy chất ô nhiễm.