Bể tự hoại cải tiến: Giải pháp xử lý nước thải phân tán
đầy hứa hẹn
Một trong những vấn đề môi trường mà Việt Nam đang phải đối mặt là sự ô
nhiễm nguồn nước mặt do hầu hết nước thải chưa được xử lý tốt, đặc biệt tại
các khu dân cư đô thị và nông thôn. Chỉ một phần nước thải từ các khu vệ
sinh được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại, còn lại được thải trực tiếp vào hệ
thống cống chung, kênh mương, ao hồ tự nhiên. Việc xây dựng các hệ thống
xử lý nước thải tập trung mới chỉ được bắt đầu một cách chậm chạp ở các đô
thị lớn, chủ yếu do điều kiện tài chính hạn hẹp. Do đó, ít nhất trong 20-30
năm tới, xử lý nước thải sinh hoạt phân tán ở quy mô hộ gia đình và cụm
dân cư sẽ giữ vai trò quyết định trong bảo vệ môi trường đô thị, ven đô và
nông thôn.
Trong khuôn khổ Dự án tăng cường năng lực cho CEETIA, do Chính phủ
Thụy Sỹ tài trợ, DESA đã được triển khai với mục tiêu cung cấp các kiến
thức khoa học về các hệ thống xử lý nước thải phân tán, trong đó, tập trung
vào xây dựng các giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp,
thay thế bể tự hoại truyền thống – một công nghệ phổ biến ở Việt Nam. Các
nghiên cứu được thực hiện công phu hơn 5 năm trong phòng thí nghiệm,
trước khi gần 20 hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho hộ gia đình hoặc
cụm dân cư được DESA thiết kế, lắp đặt, quan trắc và đánh giá. DESA cũng
quan tâm đến các khía cạnh về quản lý nước thải phân tán. Một số nghiên
cứu đã và đang được thực hiện, với sự hợp tác của các đối tác trong nước và
quốc tế, xác định tiềm năng và hạn chế của các mô hình quản lý nước thải
theo khía cạnh thể chế, tổ chức, tài chính, tăng cường năng lực – giáo dục
truyền thông.
Bể tự hoại cải tiến với vách ngăn mỏng (baffled septic tank – BAST)
Bể tự hoại truyền thống là một công nghệ xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt
phổ biến nhất ở Việt Nam hiện nay cũng như ở nhiều nước khác. Với bể tự
hoại truyền thống, hai quá trình chủ yếu (lắng và phân huỷ kỵ khí cặn lắng)
chỉ cho phép đạt hiệu suất xử lý tối đa theo cặn lơ lửng là 50% và theo chất
hữu cơ COD là 30%. Trên thực tế, rất nhiều bể tự hoại truyền thống cho hiệu
suất xử lý thấp hơn nhiều, do được thiết kế, xây dựng và quản lý không đúng
quy cách. Nhóm nghiên cứu đã tìm cách cải tiến các bể tự hoại truyền thống
bằng việc thay đổi cấu tạo bể, thêm vào các vách ngăn mỏng hướng dòng
chảy thẳng đứng trong bể.
Mô hình xử lý nước thải trong phòng thí nghiệm đã được xây dựng gồm 2
mô hình: Mô hình A: 6 cột nhựa, mô phỏng các ngăn có dòng chảy hướng
lên của bể tự hoại cải tiến; mô hình B: 2 cột nhựa, mô phỏng 2 cột lắng của
bể tự hoại truyền thống. Các cột nhựa có chiều cao 1,5 m, đường kính 20
cm. Nước thải được bơm liên tục vào các mô hình. Lượng khí sinh học tạo
thành được đo bằng các bộ đo khí tự động hiện số lắp vào mô hình. Các
vách ngăn mỏng trong A bảo đảm sự tiếp xúc trực tiếp của dòng nước thải
hướng lên và lớp bùn đáy bể – nơi chứa quần thể các vi khuẩn kỵ khí, cho
phép nâng cao hiệu suất xử lý.
Trong giai đoạn thực nghiệm từ 11.2004 đến 5.2005, thời gian lưu nước
(HRT) được thay đổi trong khoảng 12 đến 72 giờ, số vách ngăn mỏng từ 2
đến 6 ngăn. Nước thải toilet từ khu giảng đường Trường Đại học Xây dựng
là nguồn nước được sử dụng trong nghiên cứu, với hàm lượng COD được
khống chế ~ 500 mg/l, SS nằm trong khoảng 151-618 mg/l. Kết quả cho
thấy:
Hiệu suất xử lý
Đối với bể BAST, hiệu suất xử lý trung bình theo CODts, CODlọc và SS đạt
được khá ổn định, tương ứng là 58-76%, 47-61% và 61-78%, tuỳ thuộc vào
HRT và số ngăn của bể. Bể tự hoại truyền thống B làm việc trong điều kiện
tối ưu có hiệu suất xử lý CODt, CODl và SS thấp hơn nhiều, giá trị tương
ứng là 48-65%, 33-54% và 44-69%.
Ảnh hưởng của HRT
Với HRT = 12-48 giờ, hiệu suất xử lý theo CODts, CODlọc, SS phụ thuộc
rất nhiều vào HRT. Hiệu suất xử lý tăng khi HRT tăng. Khi tăng HRT lên
trên 48 giờ thì hiệu suất xử lý theo cả CODts, CODlọc hay SS đều tăng
không đáng kể. Việc tăng HRT cũng làm quá trình xử lý ổn định hơn, với độ
lệch chuẩn của các giá trị hiệu suất xử lý theo CODts, CODlọc hay SS đều
giảm.
Các kết quả cho thấy HRT = 48 giờ là tối ưu nhất đối với bể BAST. Giá trị
này cũng phù hợp với thông số thiết kế bể tự hoại truyền thống đang được áp
dụng trên toàn thế giới và số liệu cũng cho thấy bể tự hoại cải tiến có vách
ngăn mỏng có hiệu suất xử lý cao hơn bể tự hoại truyền thống có cùng dung
tích.
Vai trò của số ngăn trong bể BAST
Biểu đồ hình 3 cho thấy khi tăng số ngăn trong bể BAST hơn 4 ngăn, với
cùng thời gian lưu nước 48 giờ, hiệu suất xử lý cũng tăng không đáng kể.
Nếu cân nhắc đến cả khía cạnh kinh tế và vận hành, bảo dưỡng thì 24 ngăn
là số ngăn được đề xuất lựa chọn cho thiết kế bể BAST.
Bể tự hoại cải tiến có vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí (BASTAF) Để
nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của bể BAST, nhóm nghiên cứu đã thêm
một ngăn lọc kỵ khí vào vị trí ngăn cuối cùng. Kết quả nghiên cứu cho thấy
ngăn lọc với vật liệu là than xỉ hay các quả cầu chế tạo từ nhựa tái chế
VABCO (kết quả một công trình nghiên cứu khác của PGS Nguyễn Việt
Anh và các đồng nghiệp) cho phép nâng cao hiệu suất xử lý của bể trung
bình ~ 10% theo COD và SS. Ngăn lọc kỵ khí còn đóng vai trò quan trọng
trong việc tránh rửa trôi các chất rắn ra khỏi bể.
Bể tự hoại cải tiến BAST và BASTAF
Kết quả nghiên cứu ngoài hiện trường
Nhóm nghiên cứu đã lắp đặt nhiều bể BAST và BASTAF thử nghiệm (pilot)
ngoài hiện trường. Hình 5 cho thấy kết quả xử lý COD và SS của bể
BASTAF P-01, lắp đặt tại một hộ gia đình 5 người ở quận Hai Bà Trưng, Hà
Nội. Trong khoảng thời gian nghiên cứu từ 2.2003 đến 11.2005, mặc dù
nước thải thô từ toilet có nồng độ đậm đặc và dao đ ộng (COD 1.500 4.800
mg/l), nhưng hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất cao và ổn
định đã đư ợc ghi nhận: 77% (45,9 95,8%) đối với COD và 86,2%
(69,197,3%) đối với SS.
Từ năm 2002 đến nay, 20 bể BAST và BASTAF đã được thiết kế, xây dựng
tại các khu vực nội thành và ven đô Hà Nội, Hà Tây, Bắc Ninh, trong đó 14
bể đã đưa vào sử dụng. Các bể này được xây dựng với kích thước khác nhau,
tuỳ thuộc đối tượng sử dụng: Từ bể xử lý nước đen cho các hộ gia đình đơn
lẻ, đến bể xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà chung cư cao tầng, trường
học, cụm dân cư (một ngõ xóm), làng nghề nấu rượu, chế biến nông sản, hải
sản… Các kết quả quan trắc thu được từ các bể BAST và BASTAF thử
nghiệm khác nhau, xử lý nước thải làng nghề nấu rượu, chế biến nông sản
thực phẩm, hay xử lý nước thải hộ gia đình đều cho thấy, đây là công nghệ
rất hiệu quả để xử lý nước thải, cho phép đạt hiệu suất xử lý theo COD, SS
và các chỉ tiêu khác cao, với chất lượng đầu ra ổn định, mặc dù sự dao động
của lưu lượng và nồng độ chất bẩn của các loại nước thải là rất lớn. Bể
BAST (bao gồm một ngăn lắng và hai ngăn có dòng chảy hướng lên) được
đề xuất áp dụng cho các hộ gia đình có nước thải sau xử lý xả ra cống thoát
nước công cộng; bể BASTAF với ngăn lọc kỵ khí ở cuối bể nên được áp
dụng trong trường hợp nước thải sau xử lý thải ra môi trường. Ngăn lọc còn
cho phép tách cặn lắng, tránh tắc trong các công trình xử lý nước thải phân
tán tiếp theo như các bãi lọc ngầm, bể lọc cát…