Mục lục bài viết

Các Giai đoạn Khác nhau của Xử lý Nước thải là gì ?

Hàng ngày, hàng giờ, nước thải từ các hộ gia đình, tòa nhà thương mại, cơ sở sản xuất công nghiệp được xả vào hệ thống cống rãnh. Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi, dòng nước thải đó đi đâu và được xử lý như thế nào trước khi quay trở lại môi trường hoặc được tái sử dụng? Việc xử lý nước thải là một quá trình thiết yếu, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, giữ gìn hệ sinh thái nguồn nước (sông, hồ, biển) và thậm chí là thu hồi tài nguyên.

Quá trình xử lý nước thải không đơn giản chỉ là lọc nước qua một tấm lưới. Tại các nhà máy xử lý nước thải (WWTPs – Wastewater Treatment Plants), nước thải phải trải qua một chuỗi các giai đoạn xử lý phức tạp, mỗi giai đoạn được thiết kế để loại bỏ các loại chất ô nhiễm cụ thể. Hiểu rõ các giai đoạn khác nhau của xử lý nước thải giúp chúng ta nhận thức được tầm quan trọng và sự phức tạp của việc quản lý nguồn tài nguyên nước quý giá.

Tổng Quan Quy Trình Xử Lý Nước thải

Một nhà máy xử lý nước thải điển hình thường bao gồm các giai đoạn chính sau:

Xử Lý Sơ Bộ (Preliminary Treatment): Loại bỏ rác và vật liệu rắn lớn.
Xử Lý Bậc Một (Primary Treatment): Loại bỏ các chất rắn lơ lửng có khả năng lắng tự nhiên và các chất nổi.
Xử Lý Bậc Hai (Secondary Treatment): Loại bỏ chất hữu cơ hòa tan và dạng keo bằng phương pháp sinh học.
Xử Lý Bậc Ba / Xử Lý Nâng Cao (Tertiary / Advanced Treatment): Loại bỏ các chất ô nhiễm còn sót lại như dinh dưỡng, vi khuẩn, và các hạt mịn.
Xử Lý Bùn (Sludge Treatment): Quản lý phần chất rắn (bùn) được tách ra trong quá trình xử lý.

Hãy cùng đi sâu vào từng giai đoạn của quy trình này.

Giai Đoạn 1: Xử Lý Sơ Bộ (Preliminary Treatment) – “Người Gác Cổng”

Mục tiêu và Vai trò

Tiền xử lý là bước đầu tiên khi nước thải đi vào nhà máy xử lý. Mục đích chính của giai đoạn này là loại bỏ các vật thể rắn lớn, rác thải, cát, sỏi và các vật liệu thô khác có thể gây tắc nghẽn đường ống, hư hỏng máy bơm hoặc cản trở các quá trình xử lý tiếp theo. Đây là bước chủ yếu dựa trên các giải pháp cơ học, không nhằm mục đích loại bỏ chất ô nhiễm hòa tan.

Công nghệ phổ biến

Song Chắn Rác (Bar Screens):
Hệ thống song chắn, với các thanh kim loại song song hoặc lưới, được đặt trên đường đi của nước thải để giữ lại các vật thể lớn như chai lọ, túi nilon, giẻ lau, cành cây, lá… Rác bị giữ lại sẽ được cào tự động hoặc xử lý thủ công.
Bể Lắng Cát (Grit Chambers):
Nước thải được dẫn vào bể lắng cát, nơi tốc độ dòng chảy được điều chỉnh chậm lại để các hạt vô cơ nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, vỏ trứng lắng xuống đáy. Việc loại bỏ cát sỏi giúp bảo vệ các thiết bị cơ khí và giảm tích tụ cặn ở các giai đoạn sau.
(Tùy chọn) Lưới Lọc Rác Tinh (Fine Screens):
Được lắp đặt sau song chắn rác thô nhằm loại bỏ những vật liệu nhỏ hơn mà hệ thống trước đó không thể loại bỏ.

Kết quả

Sau giai đoạn sơ bộ, nước thải đã được “làm sạch” khỏi các vật thể thô và cát sỏi, sẵn sàng cho giai đoạn xử lý tiếp theo.

Giai Đoạn 2: Xử Lý Bậc Một (Primary Treatment) – Lắng Dịu và Tách Pha

Mục tiêu

Giai đoạn này nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng (TSS – Total Suspended Solids) có khả năng lắng tự nhiên và các chất nổi như dầu mỡ, váng (scum). Ngoài ra, giai đoạn này còn giúp loại bỏ được một phần chất hữu cơ (BOD) tồn tại dưới dạng hạt rắn lơ lửng.

Quy trình xử lý sơ cấp

Bể Lắng Sơ Cấp (Primary Clarifiers):
Nước thải được đưa vào bể lắng, nơi lưu lượng chậm cho phép các hạt rắn nặng lắng xuống đáy tạo thành bùn sơ cấp, trong khi các chất nhẹ như dầu mỡ nổi lên thành váng. Các cơ cấu cơ học thu gom bùn và váng được vận hành liên tục để loại bỏ chúng ra khỏi hệ thống.

Kết quả

Xử lý bậc một có thể loại bỏ khoảng 50-70% TSS và 25-40% BOD ban đầu, giúp nước thải trở nên trong hơn và giảm tải cho giai đoạn xử lý sinh học tiếp theo. Bùn sơ cấp và váng được chuyển đi xử lý bùn.

Giai Đoạn 3: Xử Lý Bậc Hai (Secondary Treatment) – “Bữa Tiệc” của Vi Sinh Vật

Mục tiêu

Giai đoạn này tập trung vào việc loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo còn sót lại sau xử lý sơ cấp bằng phương pháp sinh học. Đây là bước then chốt giúp giảm chỉ số BOD và chỉ số COD xuống mức an toàn trước khi nước thải được xả ra môi trường hoặc tái sử dụng.

Nguyên tắc và Công nghệ

Các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, sẽ hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ như nguồn thức ăn. Quá trình chuyển hóa này tạo ra CO₂, nước và sinh khối (bùn sinh học).

Bùn Hoạt Tính (Activated Sludge Process):
Nước thải được sục khí trong bể hiếu khí, trộn cùng bùn hoạt tính. Sau đó, hỗn hợp được chuyển đến bể lắng thứ cấp để tách bùn, phần bùn được tuần hoàn lại.
Lọc Sinh Học (Trickling Filters) & Đĩa Quay Sinh Học (Rotating Biological Contactors – RBCs):
Các hệ thống này sử dụng biofilm phát triển trên bề mặt vật liệu lọc hoặc đĩa quay để phân hủy các chất hữu cơ.
Công nghệ Hiện đại:
Hệ thống MBR (Membrane Bioreactor) kết hợp xử lý sinh học với màng lọc cho ra nước chất lượng cao, hoặc MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) với các giá thể di động cung cấp diện tích bề mặt lớn cho vi sinh vật phát triển.

Kết quả

Xử lý bậc hai có thể loại bỏ tới 85-95% BOD, COD và TSS còn lại. Nước thải sau giai đoạn này đạt chất lượng tương đối trong, nhưng vẫn có thể chứa các chất dinh dưỡng dư và một số vi sinh vật cần được xử lý tiếp.

Giai Đoạn 4: Xử Lý Bậc Ba / Xử Lý Nâng Cao (Tertiary / Advanced Treatment) – “Đánh Bóng” Cuối Cùng

Mục tiêu

Giai đoạn nâng cao nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm đặc thù còn sót lại sau xử lý bậc hai như:

Chất dinh dưỡng dư (Nitơ, Photpho) gây phú dưỡng hóa.
Chất rắn lơ lửng còn lại (Residual TSS).
Vi khuẩn, virus và mầm bệnh.
Các chất hữu cơ khó phân hủy, màu, kim loại nặng và hợp chất vi lượng khác.

Công nghệ xử lý nâng cao

Xử lý Hóa lý:
Áp dụng các phương pháp keo tụ – tạo bông, trung hòa, trao đổi ion… để kết tủa và loại bỏ các tạp chất.
Lọc và Lọc Màng:
Sử dụng bể lọc cát, lọc đa vật liệu hoặc hệ thống màng (UF, MF, NF, RO) để loại bỏ các hạt siêu nhỏ và vi khuẩn.
Khử trùng:
Sử dụng Clo, tia cực tím (UV) hoặc Ozone để tiêu diệt vi khuẩn, virus và đảm bảo nước đầu ra an toàn cho môi trường hoặc tái sử dụng.

Kết quả

Sau giai đoạn nâng cao, nước thải đạt chất lượng rất cao, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe, phù hợp cho việc xả ra môi trường nhạy cảm hoặc tái sử dụng trong sản xuất, tưới tiêu…

Giai Đoạn 5: Xử Lý Bùn (Sludge Treatment) – Phần Việc Thầm Lặng Nhưng Quan Trọng

Mục tiêu

Xử lý bùn nhằm giảm thiểu lượng bùn tươi (chiếm 95-99% nước), ổn định và làm giảm mùi, tiêu diệt mầm bệnh. Bùn sau xử lý có thể được tái sử dụng hoặc thải bỏ an toàn.

Công nghệ xử lý bùn

Cô Đặc (Thickening):
Giảm hàm lượng nước trong bùn bằng cách sử dụng bể cô đặc trọng lực hoặc các thiết bị cơ học như ly tâm.
Ổn Định (Stabilization):
Phân hủy kỵ khí (với thu hồi biogas) hoặc hiếu khí (sục khí) để giảm hàm lượng hữu cơ, giảm mùi và tiêu diệt mầm bệnh.
Khử Nước (Dewatering):
Sử dụng máy lọc, ép bùn để tạo thành “bánh bùn” có hàm lượng rắn cao.
Tái Sử Dụng hoặc Thải Bỏ:
Bùn ổn định có thể được chôn lấp hợp vệ sinh, sử dụng làm phân bón hữu cơ hoặc làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng.

Kết quả

Quản lý bùn hiệu quả giúp giảm thiểu tác động của bùn thải đến môi trường, tạo ra sản phẩm phụ có giá trị và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống xử lý nước thải.

Kết Luận Chung

Quá trình xử lý nước thải là một chuỗi các giai đoạn phối hợp chặt chẽ, từ việc loại bỏ các tạp chất lớn qua tiền xử lý, lắng cặn ban đầu ở bậc một, phân hủy chất hữu cơ bằng xử lý sinh học ở bậc hai, “đánh bóng” chất lượng nước qua xử lý nâng cao cho đến quản lý bùn thải. Mỗi giai đoạn đều có vai trò thiết yếu trong việc biến đổi nguồn nước thải ô nhiễm thành nguồn nước sạch, an toàn cho môi trường.

Hiểu rõ quy trình này không chỉ giúp chúng ta trân trọng những nỗ lực thầm lặng của các nhà máy xử lý nước thải mà còn là cơ sở để lựa chọn, thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý hiệu quả, bền vững và phù hợp với đặc điểm của từng nguồn nước thải – từ nước thải sinh hoạt đến nước thải công nghiệp.

Việc lựa chọn và kết hợp các công nghệ trong từng giai đoạn phụ thuộc vào đặc tính của nước thải đầu vào và yêu cầu chất lượng đầu ra. Ứng dụng đồng bộ các công nghệ từ tiền xử lý, xử lý sơ cấp, sinh học, nâng cao đến xử lý bùn không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước mà còn tạo ra giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng nước và bùn. Đây chính là chìa khóa để xây dựng một tương lai xanh, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo sự phát triển bền vững của nguồn tài nguyên nước.