hình thành từ khi phát triển đô thị [1,2,3,4]. Nước thải đô thị là nước cấp sau khi đã sử dụng và có thêm các chất bẩn khác nhau do hoạt động hàng ngày của con người. Những nguồn ô nhiễm bao gồm các chất thải sinh lý của người và động vật nuôi, các loại nước thải sinh hoạt, từ nhà tắm, nhà giặt, nhà ăn công cộng, nước rửa rau củ, quả, bát đĩa, rửa sàn nhà, sân, đường phố,v.v. Nước thải đô thị chứa nhiều chất hữu cơ dễ thối rữa, là môi trường thuận lợi cho sự sinh sản, phát triển các vi sinh vật, kể cả vi sinh vật gây bệnh. Để đảm bảo vệ sinh đô thị, phải thu dẫn một cách nhanh chóng nước thải ra khỏi phạm vi đô thị, khu dân cư và xử lý, đảm bảo vệ sinh, an toàn đô thị. Cùng với nước thải sinh hoạt, trên phạm vi đô thị, khu dân cư còn có cả nước mưa. Thoát nước là một tổ hợp các thiết bị, công trình kỹ thuật và các phương tiện để thu nước thải tại nơi hình thành, phát sinh, dẫn, vận chuyển đến các công trình xử lý, khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Khối lượng nước thải sinh hoạt đô thị được xác định theo tiêu chuẩn thải nước theo đầu người (lít/người/ngày) và tổng số dân sinh sống tại đô thị và thể hiện qua đơn vị (m3/ngày).

Đặc điểm thành phần, tính chất nước thải đô thị bao gồm vật lý, hóa học, sinh học với nhiều thông số khác nhau. Nhóm vật lý (nhiệt độ, độ màu, độ đục, chất rắn lơ lửng- SS, tổng chất rắn hòa tan- TDS, pH, dầu mỡ chất nổi), nhóm hóa học (ôxy hòa tan- DO, nhu cầu ôxy hóa học- COD, nhu cầu ôxy sinh hóa- BOD, tổng cacbon hữu cơ- TOC, các hợp chất hữu cơ bay hơi- VOCs, độ kiềm, các muối clorua, nitơ amôn NH4+, nitơ keldal, nitrit, nitrat, phôtphat, sulphat,.., nhóm kim loại nặng Ba, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, As, nhóm chất hữu cơ chứa clo, nhóm các chất vô cơ, nhòm các chất đặc thù khác như chất hoạt động bề mặt, xianua, phenol, PCB, chất trừ sâu, diệt cỏ....), nhóm các loại khí hoà tan, nhóm các sinh vật thủy sinh, các vi sinh vật gây bệnh.

Hệ thống các công trình xử lý nước thải đô thị bao gồm các công trình xử lý bằng phương pháp cơ lý học, sinh học và hóa lý, hóa học.

Các thiết bị, công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học:

Song chắn rác để loại các tạp chất không tan, thô, kích thước lớn như giẻ rách, que củi, giấy... Phân biệt các loại sông chắn thô, kích thước khe hở giữa các thanh song chắn 5-10 mm, song chắn tinh, kích thước khe hở giữa các thanh song chắn 1-2 mm.

Bể lắng cát để giữ lại các tạp chất không tan dạng vô cơ như cát, sỏi, thủy tinh, gạch vỡ,... Phân biệt bể lắng cát ngang, bể lắng cát kiểu tiếp tuyến, bể lắng cát có thổi không khí.

Bể tách dầu, mỡ để loại các tạp chất nhẹ hơn nước: mỡ, dầu mỏ... và tất cả các dạng chất nổi khác. Đối với nước thải sinh hoạt, hàm lượng mỡ không cao, thực hiện ở bể lắng sơ cấp nhờ các thanh gạt.

Bể điều hoà làm nhiệm vụ điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hoạt động của các công trình xử lý nước thải.

Bể lắng bậc một (cg. bể lắng sơ cấp) để loại các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước. Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy bể, còn chất lơ lửng có tỷ trọng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước.

Có nhiều loại bể lắng, như bể lắng hai vỏ, bể lắng trong kết hợp lên men bùn:

Bể lắng ngang trên mặt bằng có dạng hình chữ nhật. Quá trình lắng được thực hiện theo phương chuyển động ngang của nước thải với tốc độ tính toán tương ứng.

Bể lắng đứng trên mặt bằng có dạng hình tròn hoặc hình vuông. Quá trình lắng được thực hiện theo phương thẳng đứng ngược chiều với chiều chuyển động của nước thải.

Bể lắng li tâm trên mặt bằng có dạng hình tròn, quá trình lắng chất lơ lửng xảy ra tương tự như ở bể lắng ngang, nhưng khác ở chỗ nước thải chuyển động từ tâm ra xung quanh.

Bể lắng lớp mỏng là bể lắng thông thường nhưng có lắp đặt thêm các tấm mỏng nghiêng.

Bể lọc để loại các chất lơ lửng kích thước nhỏ bé bằng cách lọc chúng qua lưới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc.

Phương pháp xử lý cơ học chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ (bậc một) trước khi xử lý sinh hoá (sinh học- bậc hai).

Phương pháp xử lý cơ học có thể loại được đến 60% các tạp chất không hoà tan trong nước thải sinh hoạt và có thể làm giảm BOD đến 20%.

Để tăng hiệu suất làm việc của phương pháp xử lý cơ học, ứng dụng nhiều biện pháp tăng cường quá trình lắng bằng cách bể làm thoáng đơn giản hoặc làm thoáng có bùn hoạt tính. Bể làm thoáng không có bùn hoạt tính tăng hiệu suất lắng tới 65%. Bể làm thoáng có bùn hoạt tính tăng hiệu suất lắng tới 75% và BOD giảm đến 40 - 45 %.

Nước thải đô thị sau khi được làm trong ở các bể lắng sơ cấp sẽ qua các công trình bậc hai xử lý sinh học (cg. sinh hóa) trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo.

Nguyên lý chung của phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ là hydrat cacbon, protein, lipit và một số loại chất vô cơ trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, vi sinh vật sinh trưởng, sinh sản, phát triển, thực hiện các phản ứng trao đổi chất gồm ba pha: ôxy hóa, tổng hợp tế bào chất và hô hấp nội bào. Kết quả là các chất bẩn sẽ bị phân hủy thành cacbon diôxit và nước, coi như nước thải được làm sạch.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên dựa vào khả năng tự làm sạch của các hồ đầm có sẵn trong tự nhiên; của đất tự nhiên như cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, cánh đồng tưới nông nghiệp.

Các loại hồ sinh học phổ biến gồm: hồ sinh học kỵ khí, hồ sinh học tuỳ nghi, hồ sinh học hiếu khí, hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước.

Phân biệt hai trạng thái tồn tại của vi sinh vật trong công trình nhân tạo là sinh trưởng dính bàm và sinh trưởng lơ lửng. Bể lọc sinh học thuộc dạng sinh trưởng dính bám. bể aeroten với bùn hoạt tính thuộc dạng sinh trưởng lơ lửng. Phân biệt bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể lọc cao tải. Bể aeroten với bùn hoạt tính cũng được phát triển nhiều loại hình khác nhau. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải: nhiệt độ, pH, thành phần tính chất nước thải, thời gian lưu thủy lực, tải trọng chất bẩn lên bùn, tuổi bùn, các độc tố,...

Nước thải sau khi qua xử lý sinh học (bể lọc sinh học hay bể aeroten với bùn hoạt tính phải được tiếp tục qua bể lắng bậc hai (cg. bể lắng thứ cấp) để tách màng vi sinh vật hay bùn hoạt tính. Về cấu tạo, cũng phân biệt bể lắng đơt hai thành bể lắng đứng, ngang, ly tâm hay bể lắng với lớp mỏng.

Khử trùng nước thải: Mục đích khử trùng là nhằm tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh trước khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận hay tái sử dụng. Thực hiện khử trùng bằng các phương pháp khác nhau, như: clo hoá bằng clo nước, clorua vôi hoặc hypôclorit natri, ozôn hóa, khử trùng bằng tia cực tím UV…

Xử lý và sử dụng bùn của nước thải

Trong xử lý nước thải, phát sinh một lượng bùn đáng kể. Bùn từ bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, riêng bùn từ bể lắng bậc một được gọi là bùn tươi, bùn từ bể lắng bậc hai sau giai đoạn xử lý sinh học được gọi là bùn sinh học.

Các loại bùn đều có mùi hôi thối khó chịu (nhất là bùn tươi). Để đảm bảo vệ sinh, an toàn nhất thiết phải xử lý bùn. Để giảm hàm lượng các chất hữu cơ trong bùn và đạt được các chỉ tiêu về mặt vệ sinh thực hiện xử lý sinh học yếm khí trong các công trình tương ứng: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể mêtan.

Bể tự hoại và bể lắng hai vỏ (cg. bể Imhoff) và bể lắng trong kết hợp lên men bùn hoàn thành đồng thời hai chức năng: a) tách các chất không tan khỏi nước thải dưới dạng bùn; và b) lên men bùn lắng.

Bể mêtan là loại công trình hiện đại chỉ ứng dụng để lên men phân hủy bùn. Loại công trình này còn được ứng dụng để xử lý sơ bộ nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao.

Để giảm lượng nước trong bùn đã lên men, cũng như để giảm thể tích hỗn hợp bùn-nước phải dùng bể mê tan hai bậc, bậc hai là bể hở làm bể nén bùn, tiếp theo phải làm khô bùn tại sân phơi bùn hoặc các thiết bị sấy khô bùn cơ giới như máy quay ly tâm, máy ép trục vit, máy ép băng tải, máy ép lọc, máy ép chân không, máy cô đặc, máy khử nước thẩm điện.

Để sử dụng bùn có hiệu quả, phải tiếp tục ủ bùn.

Ủ phân compost là quá trình ổn định sinh học bùn, tiêu diệt mầm bệnh và tạo các chất mùn, có mục đích cải tạo đất. Bùn sau tách nước được trộn thêm các chất độn, tăng hàm lượng các chất rắn và cải thiện chất lượng bùn như cung cấp cacbon, tăng độ rỗng xốp. Các chất độn có thể là rau, củ, quả, lá cây, vỏ trấu, chất thải hữu cơ,...

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lâm Minh Triết, Trần Hiếu Nhuệ (đồng chủ biên cùng nhiều tác giá khác) Xử lý nước thải. Nxb. KH&KT 2015.

2. Jams R. Pafflin, Edward N. Ziegler-Environmental Science and Engineering,.

3. Editor-in-Chief: Peter Calow- Editorial Board: D. A. Fali, J. Grace, P. D. Moore, B. Shorrocis & S. C. Stearns, The Encyclopedia of Ecology & Environmental Management.

4. Metcalf & Edy-Third Edition, Wastewater Engineering Treatment Disposal Reuse-1991.