Mục lục bài viết

Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt: Quy Trình Chi Tiết Từ Thu Gom Đến Tái Sử Dụng

Nước thải sinh hoạt là một phần không thể tránh khỏi của cuộc sống hiện đại. Đó là toàn bộ lượng nước đã được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt hàng ngày của con người, phát sinh từ các hộ gia đình, khu dân cư, tòa nhà văn phòng, trường học, bệnh viện (khu vực không lây nhiễm), nhà hàng, khách sạn và các cơ sở dịch vụ công cộng khác.

Dòng nước này, dù trông có vẻ quen thuộc, lại chứa đựng một hỗn hợp phức tạp các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan, chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho), dầu mỡ, hóa chất tẩy rửa và đặc biệt là một lượng lớn vi sinh vật, bao gồm cả các mầm bệnh nguy hiểm.

Nếu không được quản lý và xử lý đúng cách, nước thải sinh hoạt sẽ trở thành nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước mặt, nước ngầm, làm suy thoái hệ sinh thái, mất mỹ quan đô thị và tiềm ẩn nguy cơ bùng phát dịch bệnh, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam nói chung và các thành phố lớn như TP. Hồ Chí Minh nói riêng vào năm 2025, việc xây dựng và vận hành hiệu quả các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

Quá trình xử lý nước thải sinh hoạt không đơn giản chỉ là một công đoạn mà là cả một hành trình phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn liên kết chặt chẽ với nhau: từ việc thu gom và vận chuyển nước thải từ nguồn phát sinh, qua các bước xử lý cơ học, sinh học, hóa học để loại bỏ ô nhiễm, đến việc xử lý bùn phát sinh và cuối cùng là xả thải nước đã xử lý đạt tiêu chuẩn ra môi trường hoặc tái sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Bài viết này sẽ dẫn dắt bạn đi qua từng chặng đường chi tiết trong hành trình “tái sinh” của dòng nước thải sinh hoạt quen thuộc này.

1. Giai Đoạn 1: Thu Gom và Vận Chuyển – Đưa Nước Thải Về “Nhà Máy”

Bước đầu tiên và cơ bản nhất là phải thu gom toàn bộ nước thải sinh hoạt từ các điểm phát sinh và vận chuyển chúng một cách an toàn, hiệu quả về nhà máy xử lý nước thải tập trung.

Hệ thống Thu gom tại Nguồn:

Bên trong mỗi công trình (nhà ở, tòa nhà…), nước thải từ các thiết bị vệ sinh (bồn cầu, chậu rửa, vòi sen, máy giặt…) được thu gom qua một mạng lưới đường ống nội bộ.
Lý tưởng nhất là các công trình hiện đại áp dụng hệ thống thoát nước riêng biệt, tức là có đường ống riêng cho nước thải sinh hoạt và đường ống riêng cho nước mưa. Điều này giúp giảm tải cho nhà máy xử lý (không phải xử lý nước mưa sạch) và ngăn ngừa ô nhiễm do nước thải tràn ra khi mưa lớn.
Tuy nhiên, ở nhiều khu vực đô thị cũ, vẫn tồn tại hệ thống thoát nước chung, nơi cả nước thải và nước mưa cùng chảy vào một đường cống. Hệ thống này thường gặp vấn đề quá tải vào mùa mưa và tăng chi phí xử lý không cần thiết.

Mạng lưới Thoát nước Đô thị (Hệ thống Cống):

Nước thải từ các công trình sau đó chảy vào hệ thống cống công cộng của đô thị. Hệ thống này bao gồm các đường cống nhánh thu gom từ các khu vực nhỏ, dẫn vào các đường cống chính có kích thước lớn hơn.
Cống thường được làm bằng bê tông cốt thép, nhựa (PVC, HDPE) hoặc gang, được thiết kế với độ dốc phù hợp để nước thải có thể tự chảy bằng trọng lực về phía nhà máy xử lý.
Việc duy trì mạng lưới cống hoạt động tốt, không bị tắc nghẽn hay rò rỉ là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả thu gom và tránh ô nhiễm môi trường cục bộ.

Trạm Bơm Nâng (Pumping/Lift Stations):

Do địa hình không bằng phẳng hoặc khoảng cách vận chuyển quá xa, nước thải không thể lúc nào cũng tự chảy hoàn toàn bằng trọng lực. Khi đó, các trạm bơm nâng là cần thiết.
Nước thải sẽ chảy vào một hố thu (bể chứa) tại trạm bơm. Khi mực nước trong hố thu đạt đến một mức nhất định, các máy bơm chìm công suất lớn sẽ tự động kích hoạt (thông qua phao hoặc cảm biến mực nước), bơm nước thải lên cao hoặc đẩy đi xa hơn trong mạng lưới cống.
Các trạm bơm hiện đại thường được trang bị hệ thống kiểm soát mùi và hệ thống cảnh báo sự cố.

Mục tiêu của toàn bộ giai đoạn này là đảm bảo 100% nước thải sinh hoạt được thu gom và vận chuyển an toàn đến nhà máy xử lý, giảm thiểu thất thoát và tác động tiêu cực đến môi trường đô thị.

2. Giai Đoạn 2: Xử Lý Nước Thải – Tách Bỏ Ô Nhiễm Qua Nhiều Công Đoạn

Khi nước thải đã tập trung về nhà máy, một chuỗi các quy trình xử lý phức tạp sẽ diễn ra nhằm loại bỏ các thành phần ô nhiễm theo từng cấp độ. Mục tiêu cuối cùng là biến nước thải bẩn thành nước sạch, an toàn để xả ra môi trường hoặc tái sử dụng.

1. Xử lý Sơ bộ (Preliminary Treatment): “Sàng Lọc” Ban Đầu Đây là bước “gác cổng”, nhằm loại bỏ các vật thể rắn có kích thước lớn và các hạt vô cơ nặng có thể gây tắc nghẽn hoặc mài mòn các thiết bị cơ khí ở các công đoạn sau.

Song chắn rác (Bar Screens): Các thanh kim loại song song hoặc lưới thép được đặt nghiêng trên đường dẫn nước thải để giữ lại các vật thể lớn như giẻ lau, túi nilon, cành cây, vỏ hộp… Rác được cào lên tự động hoặc thủ công và đưa đi xử lý (thường là chôn lấp hoặc đốt).
Lưới lọc rác tinh (Fine Screens): Có kích thước mắt lưới nhỏ hơn, loại bỏ các vật rắn nhỏ hơn như tóc, vụn thức ăn…
Bể lắng cát (Grit Chambers): Nước thải chảy qua bể với tốc độ được kiểm soát chậm lại, đủ để các hạt vô cơ nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, vỏ trứng… lắng xuống đáy do trọng lực, trong khi các chất hữu cơ nhẹ hơn vẫn lơ lửng. Cát sỏi sau đó được thu gom và xử lý.

2. Xử lý Bậc Một (Primary Treatment): Lắng Đọng Chất Rắn Hữu Cơ Sau khi loại bỏ rác và cát, nước thải được đưa vào các bể lớn gọi là bể lắng sơ cấp.

Mục đích: Loại bỏ phần lớn các chất rắn hữu cơ lơ lửng có khả năng lắng (như phân, vụn thức ăn…).
Nguyên lý: Nước thải được giữ trong bể một khoảng thời gian đủ dài (vài giờ) với tốc độ dòng chảy rất chậm. Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt rắn nặng hơn nước sẽ từ từ lắng xuống đáy bể, tạo thành một lớp bùn gọi là bùn sơ cấp (primary sludge). Đồng thời, các chất nhẹ hơn nước như dầu mỡ sẽ nổi lên bề mặt và được hệ thống gạt bề mặt thu gom.
Hiệu quả: Giai đoạn này có thể loại bỏ khoảng 50-70% tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và khoảng 25-40% nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5).
Sản phẩm phụ: Bùn sơ cấp và dầu mỡ cần được đưa đi xử lý riêng.

3. Xử lý Bậc Hai (Secondary Treatment): “Bữa Tiệc” Của Vi Sinh Vật Nước thải sau xử lý bậc một vẫn còn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm hữu cơ và làm cạn kiệt oxy trong nguồn nước. Xử lý bậc hai sử dụng chính các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ này.

Mục đích: Loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo (BOD, COD).

Nguyên lý: Tạo điều kiện môi trường thuận lợi (thường là hiếu khí – có oxy) để các cộng đồng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn, protozoa) phát triển mạnh mẽ. Chúng sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn để sinh trưởng và tạo ra tế bào mới.

Công nghệ phổ biến nhất – Bùn hoạt tính (Activated Sludge):

Nước thải từ bể lắng sơ cấp được đưa vào Bể sục khí (Aeration Tank – hay Bể Aerotank). Tại đây, không khí được cấp liên tục (bằng máy thổi khí và hệ thống phân phối khí) để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí. Đồng thời, nước thải được khuấy trộn liên tục để giữ cho bùn hoạt tính (quần thể vi sinh vật) ở trạng thái lơ lửng và tiếp xúc tốt với “thức ăn” (chất hữu cơ) và oxy.
Sau vài giờ lưu lại trong bể Aerotank, hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được dẫn sang Bể lắng thứ cấp (Secondary Clarifier). Tại đây, bùn hoạt tính (chứa vi sinh vật và các chất ô nhiễm đã được hấp thụ/chuyển hóa) sẽ lắng xuống đáy. Nước trong đã được xử lý ở phía trên được thu gom và dẫn sang công đoạn tiếp theo (thường là khử trùng).
Một phần bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng thứ cấp được tuần hoàn trở lại bể Aerotank để duy trì mật độ vi sinh vật cần thiết. Phần bùn dư thừa (do vi sinh vật sinh sôi) gọi là bùn hoạt tính dư (Waste Activated Sludge – WAS) sẽ được rút ra và đưa đi xử lý bùn.

Các công nghệ khác: SBR (Bể phản ứng theo mẻ), MBR (Màng lọc sinh học), MBBR (Giá thể di động), Lọc sinh học nhỏ giọt, Hồ sinh học… cũng dựa trên nguyên tắc sử dụng vi sinh vật nhưng có cấu hình và cách vận hành khác nhau, phù hợp với các điều kiện và quy mô khác nhau.

Hiệu quả: Xử lý bậc hai có thể loại bỏ trên 85-95% BOD5 và TSS so với nước thải đầu vào (tính cả hiệu quả của bậc một).

4. Xử lý Bậc Ba / Tiên Tiến (Tertiary / Advanced Treatment): “Đánh Bóng” Chất Lượng Nước Trong nhiều trường hợp, đặc biệt khi yêu cầu chất lượng nước đầu ra rất cao (ví dụ, xả vào nguồn nước nhạy cảm cần bảo vệ nghiêm ngặt như hồ, ao hoặc để tái sử dụng), nước thải cần được xử lý thêm sau bậc hai.

Mục đích: Loại bỏ các chất ô nhiễm còn lại mà xử lý bậc hai chưa giải quyết triệt để, như chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho), COD khó phân hủy, màu sắc, vi chất ô nhiễm, hoặc giảm TSS xuống mức rất thấp.

Công nghệ:

Loại bỏ Nitơ: Thường tích hợp các bể/vùng thiếu khí (Anoxic) vào quy trình bùn hoạt tính (ví dụ: quy trình công nghệ AO, A2/O) để thực hiện quá trình khử Nitrat (chuyển NO3- thành khí N2).
Loại bỏ Photpho: Sử dụng quy trình sinh học tăng cường (EBPR) bằng cách tạo ra các vùng kỵ khí (Anaerobic) xen kẽ hiếu khí, hoặc sử dụng phương pháp hóa học bằng cách thêm phèn, muối sắt để kết tủa Photpho.
Lọc sâu (Deep Bed Filtration): Cho nước chảy qua lớp vật liệu lọc (cát, than anthracite…) để loại bỏ nốt các hạt rắn lơ lửng mịn.
Hấp phụ bằng than hoạt tính: Loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan còn lại, màu, mùi.
Lọc màng (MF, UF, NF, RO): Tùy thuộc vào kích thước lỗ màng, có thể loại bỏ từ vi khuẩn, virus đến các ion muối hòa tan, cho chất lượng nước đầu ra rất cao.

5. Khử Trùng (Disinfection): Tuyệt Diệt Mầm Bệnh Đây là bước cuối cùng nhưng cực kỳ quan trọng trong chuỗi xử lý, nhằm đảm bảo an toàn về mặt vi sinh cho nước trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng.

Mục đích: Tiêu diệt hoặc bất hoạt các vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, virus, ký sinh trùng) còn sót lại sau các công đoạn xử lý trước đó.

Công nghệ phổ biến:

Clo hóa (Chlorination): Sử dụng khí Clo, Natri Hypochlorite (Javel) hoặc Canxi Hypochlorite. Rẻ tiền, hiệu quả, có tác dụng tồn dư (bảo vệ nước khỏi tái nhiễm trong đường ống). Tuy nhiên, có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại (Disinfection Byproducts – DBPs) nếu nước còn chứa nhiều chất hữu cơ.
Chiếu tia cực tím (UV Irradiation): Dùng đèn UV phát ra tia cực tím ở bước sóng diệt khuẩn (khoảng 254 nm). Hiệu quả cao, không tạo DBP, an toàn vận hành. Tuy nhiên, hiệu quả giảm khi nước đục và không có tác dụng tồn dư.
Ozone hóa (Ozonation): Sử dụng khí Ozone (O3), một chất oxy hóa rất mạnh. Khử trùng hiệu quả cao (kể cả với các mầm bệnh kháng Clo/UV), đồng thời khử màu, mùi và một phần chất hữu cơ. Chi phí đầu tư và vận hành cao hơn.

3. Giai Đoạn 3: Xử Lý Bùn – Sản Phẩm Phụ Nhưng Quan Trọng

Quá trình xử lý nước thải tạo ra một lượng lớn bùn (sludge), là hỗn hợp của nước và các chất rắn đã được tách ra (bùn sơ cấp từ bể lắng 1 và bùn hoạt tính dư từ bể lắng 2). Bùn này chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật (cả có lợi và gây bệnh) và cần được xử lý đúng cách trước khi thải bỏ cuối cùng.

Mục đích: Giảm khối lượng và thể tích bùn (chủ yếu là giảm hàm lượng nước), ổn định bùn (giảm mùi hôi, mầm bệnh), và tạo ra sản phẩm cuối cùng an toàn cho môi trường hoặc có thể tận dụng.

Quy trình xử lý bùn điển hình:

Cô đặc (Thickening): Tăng hàm lượng rắn của bùn (ví dụ: từ 1-2% lên 4-6%) bằng bể cô đặc trọng lực hoặc thiết bị cơ học (ly tâm, tuyển nổi).

Ổn định (Stabilization):

Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Digestion): Phương pháp phổ biến nhất cho các nhà máy lớn. Bùn được đưa vào bể kín, không có oxy, vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy chất hữu cơ, tạo ra khí biogas (chủ yếu là Metan – CH4 và CO2). Biogas có thể được thu hồi để phát điện hoặc cấp nhiệt, giúp tiết kiệm năng lượng. Bùn sau phân hủy ổn định hơn, ít mùi và mầm bệnh hơn.
Phân hủy hiếu khí (Aerobic Digestion): Sục khí vào bể chứa bùn để vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ. Tốn năng lượng hơn kỵ khí, không tạo biogas nhưng bùn đầu ra cũng khá ổn định.
Xử lý bằng vôi (Lime Stabilization): Nâng pH của bùn lên cao (>12) để tiêu diệt vi sinh vật và giảm mùi.

Khử nước (Dewatering): Loại bỏ phần lớn nước còn lại trong bùn sau khi ổn định, tạo thành “bánh bùn” có hàm lượng rắn cao (thường 20-35% hoặc hơn). Các thiết bị phổ biến là máy ép lọc khung bản, máy ép băng tải, máy ly tâm ép. Sân phơi bùn cũng được dùng ở nơi có diện tích và khí hậu phù hợp.

Xử lý/Thải bỏ cuối cùng: Bánh bùn sau khử nước có thể được:

Chôn lấp tại bãi chôn lấp hợp vệ sinh.
Đốt (riêng hoặc cùng rác thải) để giảm thể tích và tiêu hủy chất độc, có thể thu hồi năng lượng.
Ủ compost để làm phân bón hữu cơ (cần kiểm soát chặt chẽ kim loại nặng và mầm bệnh).
Sử dụng làm vật liệu san lấp, vật liệu xây dựng (gạch không nung…).

4. Giai Đoạn 4: Xả Thải Hoặc Tái Sử Dụng Nước Đã Xử Lý

Nước sau khi trải qua các công đoạn xử lý và khử trùng sẽ có hai hướng đi cuối cùng:

1. Xả Thải ra Môi Trường: Đây là phương án phổ biến nhất hiện nay. Nước thải sau xử lý được xả vào các nguồn tiếp nhận tự nhiên như sông, hồ, kênh, rạch hoặc biển.

Yêu cầu: Chất lượng nước xả thải phải đạt các giới hạn quy định trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Đối với nước thải sinh hoạt tại Việt Nam, quy chuẩn áp dụng là QCVN 14:2025/BTNMT. Quy chuẩn này quy định các giá trị tối đa cho phép đối với các thông số như BOD5, COD, TSS, Amoni, Photphat, Tổng Coliforms… và chia thành 2 loại giới hạn (Loại A và Loại B) tùy thuộc vào mục đích sử dụng và khả năng tiếp nhận của nguồn nước. Việc tuân thủ QCVN là bắt buộc.
Giám sát: Các nhà máy xử lý nước thải phải thực hiện giám sát chất lượng nước thải đầu ra định kỳ theo quy định trong Giấy phép môi trường và báo cáo cho cơ quan quản lý nhà nước.

2. Tái Sử Dụng Nước (Water Reuse / Reclamation): Hướng Đi Bền Vững Đây là xu hướng ngày càng được khuyến khích, đặc biệt tại các đô thị lớn, khu vực khan hiếm nước hoặc có yêu cầu bảo vệ môi trường cao.

Lợi ích:
- Tiết kiệm tài nguyên nước sạch: Giảm sự phụ thuộc vào nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm.
- Giảm tải lượng ô nhiễm xả thải: Lượng nước thải cuối cùng cần xả ra môi trường ít hơn.
- Có thể mang lại lợi ích kinh tế: Giảm chi phí mua nước sạch cho một số mục đích.
Yêu cầu: Chất lượng nước tái sử dụng phải cao hơn và phù hợp với mục đích sử dụng cụ thể. Điều này thường đòi hỏi nước thải phải được xử lý qua bậc ba (loại bỏ N, P, lọc sâu, lọc màng…) và khử trùng rất nghiêm ngặt. Các quốc gia phát triển đã có các bộ tiêu chuẩn riêng cho nước tái sử dụng theo từng mục đích.
Các ứng dụng phổ biến:
- Tưới tiêu đô thị: Tưới cây xanh công viên, dải phân cách, sân golf, rửa đường… (Đây là ứng dụng phổ biến và an toàn nhất).
- Bổ cập nước ngầm: Đưa nước đã xử lý chất lượng cao vào tầng chứa nước ngầm để duy trì mực nước và chống xâm nhập mặn.
- Tái sử dụng trong công nghiệp: Dùng làm nước làm mát, nước cho tháp giải nhiệt, nước rửa trong một số quy trình…
- Tái sử dụng tại chỗ: Trong các tòa nhà lớn, nước thải xám (từ tắm, giặt, rửa tay) sau xử lý có thể dùng để dội toilet.
- Tái sử dụng cho nông nghiệp: Tưới cây lương thực, hoa màu (cần kiểm soát rất chặt chẽ về mầm bệnh, kim loại nặng và muối).
Thách thức: Chi phí đầu tư và vận hành cho xử lý bậc cao tốn kém hơn; cần hệ thống đường ống riêng biệt để phân phối nước tái sử dụng; vấn đề về nhận thức và sự chấp nhận của cộng đồng; cần có khung pháp lý và tiêu chuẩn rõ ràng cho nước tái sử dụng.

Kết Luận: Quy Trình Khép Kín Vì Một Môi Trường Bền Vững

Hành trình của nước thải sinh hoạt từ khi phát sinh trong các hoạt động thường nhật đến khi được “tái sinh” thành dòng nước sạch hoặc được tái sử dụng là một quy trình công nghệ phức tạp nhưng vô cùng cần thiết. Mỗi giai đoạn, từ thu gom, xử lý sơ bộ, xử lý bậc một, bậc hai, bậc ba, khử trùng đến xử lý bùn, đều đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm, bảo vệ môi trường nước và sức khỏe cộng đồng.

Việc đầu tư đồng bộ vào cả hệ thống thu gom và các nhà máy xử lý nước thải hiện đại, vận hành đúng quy trình và tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải như QCVN 14:2025/BTNMT là nền tảng cho việc quản lý nước thải đô thị hiệu quả.

Hơn thế nữa, việc thúc đẩy các giải pháp tái sử dụng nước thải sau xử lý không chỉ giúp tiết kiệm tài nguyên nước quý giá mà còn thể hiện một cách tiếp cận bền vững hơn trong quản lý đô thị, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực dân số ngày càng gia tăng tại Việt Nam. Chung tay xây dựng và vận hành hiệu quả quy trình khép kín này chính là góp phần bảo vệ môi trường sống cho hôm nay và mai sau.