Công nghệ các nhà máy XLNT hiện có

Năm 2013, Ngân hàng Thế giới đã có báo cáo tổng quan về hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam, cho thấy nhóm công nghệ bùn hoạt tính được áp dụng rộng rãi.

Trong tổng số khoảng 30 nhà máy XLNT đô thị đã và chuẩn bị xây dựng có 24 nhà máy XLNT là công nghệ bùn hoạt tính, còn lại là công nghệ OD, lọc sinh học và hồ.

Trong số 28 nhà máy XLNT công nghệ bùn hoạt tính tại Việt Nam thì hầu hết là công nghệ sinh học (SBR) với 18 nhà máy, 4 nhà máy công nghệ bùn hoạt tính truyền thống CAS, 3 nhà máy có kênh oxy hóa OD và 2 nhà máy công nghệ A2O. Về công suất, SBR chiếm 77,2%, CAS chiếm 22,4% và CAS-AAO chiếm 0,3%. Công trình XLNT bằng mương oxi hóa được đề xuất trong các dự án thoát nước và vệ sinh thành phố Quy Nhơn, thành phố Nha Trang (Dự án ODA của Ngân hàng Thế giới) và thành phố Bắc Giang (ODA của Đan Mạch).

Các dự án thoát nước và XLNT tập trung và phân tán có chung các khó khăn trong lựa chọn công nghệ, chất lượng thiết kế và thi công công trình, quy trình thẩm định, tỉ lệ đấu nối hộ gia đình, tài chính, năng lực vận hành, theo dõi và kiểm soát của địa phương, quan trắc môi trường trong quá trình triển khai dự án,…

Mặc dù nước thải đầu vào có nồng độ chất hữu cơ và các thành phần khác rất thấp vì nước thải bị pha loãng và phân hủy một phần trên hệ thống thoát nước chung, nhưng nhiều nhà máy có xử lý bùn hoạt tính truyền thống vẫn đang hoạt động dựa theo các thông số vận hành theo thiết kế.

Theo Ngân hàng Thế giới (năm 2013), công nghệ bùn hoạt tính để XLNT đòi hỏi chi phí vận hành và bảo dưỡng cao. Ngược lại với chi phí quản lý vận hành cao, thì giá/phí dịch vụ thoát nước và XLNT hay nhiều địa phương gọi là phí bảo vệ môi trường (BVMT) lại rất thấp, không vượt quá 10% của giá nước sạch. Chính vì thế mà cấp bù kinh phí để vận hành các nhà máy XLNT luôn là gánh nặng ngân sách của các địa phương có nhà máy XLNT đã hoàn thành xây dựng và đưa vào vận hành.

Với tải trọng hữu cơ thấp ở các trạm xử lý như trên Hình 1, cần áp dụng các công nghệ phù hợp với chi phí thấp hơn và cho phép nâng cấp trong tương lai nếu như đặc tính nước thải hay lưu lượng nước thải đầu vào được cải thiện. Việc tiết kiệm hay giảm tiêu thụ năng lượng, tận thu tài nguyên từ bùn thải hoặc tái sử dụng nước thải sau xử lý chưa được chú trọng và chưa được ưu tiên thực hiện.

Có thể thấy với nước thải đầu vào "loãng" hơn và công suất hoạt động thấp hơn giá trị thiết kế sẽ đảm bảo hầu hết các nhà máy xử lý nước thải của hệ thống thoát nước chung dễ dàng đạt được tiêu chuẩn sau xử lý mà không phụ thuộc vào công nghệ xử lý. Một số vấn đề khác như nhiều nhà máy xử lý nước thải đô thị đang đối mặt với vấn đề tìm quỹ đất cho dây chuyền xử lý bùn từ nhà máy XLNT. Việc tận thu nguồn tài nguyên từ bùn thải không được chú ý trong các dự án nước thải.

SBR là công trình phổ biến nhất trong các công nghệ xử lý bùn hoạt tính ở Việt Nam và có khả năng xử lý Nitơ cao. Mặt khác do không cần lắng thứ cấp và bơm bùn tuần hoàn nên diện tích xây dựng nhỏ là một trong những ưu thế của công trình SBR so với các công trình bùn hoạt tính khác trong điều kiện đất đai khan hiếm như ở các đô thị Việt Nam hiện nay.

Tuy nhiên theo đánh giá của JICA (năm 2015), áp dụng SBR quy mô lớn chỉ ở những đô thị có hệ thống thoát nước (HTTN) riêng, không phù hợp với các đô thị mưa lớn với thời tiết không ổn định như Việt Nam. Muốn đảm bảo thời gian lưu thủy lực (HRT) phù hợp để có được chất lượng nước xử lý đồng đều, thì tùy theo điều kiện, có khi không có sự khác biệt lớn về diện tích giữa phương pháp bùn hoạt tính truyền thống (tổng cộng của bể lắng sơ cấp, bể aeroten, bể lắng thứ cấp) với phương pháp SBR (chỉ có bể điều hòa, bể selector và bể phản ứng).

Mặt khác hiệu quả xử lý P của SBR thấp nên công trình này không phải là xử lý bậc cao và khó áp dụng khi trong nước thải đầu vào có hàm lượng TP lớn. Trong trường hợp nước thải xả ra nguồn loại B, hàm lượng TN trong nước thải cho phép đến 40 mg/L thì có thể không cần xử lý bậc 3 để loại bỏ triệt để Ni tơ nên SBR cũng như các công nghệ bùn hoạt tính hoạt động theo nguyên tắc AO cũng không cần thiết.

Một điểm nữa, ngoại trừ thành phố Đà Nẵng 4 công trình XLNT xây dựng năm 2006 đều là hồ sinh học kị khí, còn các thành phố khác với cùng một điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội nhưng lại lựa chọn các dây chuyền công nghệ khác nhau cho các nhà máy XLNT. Thành phố Hồ Chí Minh có 2 nhà máy XLNT xây dựng cùng trong một thời điểm nhưng nhà máy Bình Hưng có công nghệ bùn hoạt tính, còn nhà máy Bình Hưng Hòa lại có công nghệ hệ thống hồ sinh học.

Hầu như các loại công nghệ và công trình XLNT được thiết lập theo định hướng của nhà tài trợ. Các dự án ODA của Đan Mạch, Bỉ,… có công nghệ XLNT bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên, còn các dự án nguồn vốn JICA chủ yếu là XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính. Vai trò của các công ty tư vấn Việt Nam (thường là thầu phụ) rất hạn chế trong việc tham gia lựa chọn công nghệ cho các nhà máy XLNT.

Yếu tố vùng miền trong công nghệ XLNT phù hợp cho địa phương không rõ nét đối với các nhà máy XLNT đã đi vào hoạt động. Phần lớn các dây chuyền công nghệ XLNT được lựa chọn theo định hướng chủ quan của các nhà tư vấn, mà không được thẩm định chặt chẽ tại các hội đồng tư vấn khoa học công nghệ ở địa phương.

Hiệu quả hoạt động của các nhà máy XLNT

Trừ 2 nhà máy XLNT Kim Liên và Trúc Bạch, thời điểm năm 2016, phần lớn các nhà máy XLNT đi vào vận hành đều chưa đạt công suất thiết kế. Phần lớn các nhà máy XLNT đang hoạt động dưới 50% công suất thiết kế và xây dựng. Thậm chí có nhà máy XLNT đã xây xong nhưng không có nước thải để xử lý. Nhà máy Bắc Thăng Long - Vân Trì chỉ mới xử lý được 1/6 công suất với nguồn nước thải từ KCN Bắc Thăng Long. Nhà máy XLNT Yên Sở chưa có cống dẫn nước thải về nên xử lý chủ yếu là nước sông Kim Ngưu và sông Sét.

Các thông số tính toán thiết kế chủ yếu là sử dụng theo các kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu của nước ngoài với điều kiện tự nhiên và xã hội của họ. Không thiếu những sai lầm trong chọn lựa phương án xử lý, gây hậu quả đáng tiếc. Với việc đầu tư bước 1 là xử lý sơ bộ và xử lý bậc 1, hiệu quả xử lý theo BOD và SS của các công trình nhà máy XLNT thành phố Hải Dương và nhà máy XLNT thành phố Sóc trăng rất thấp vì các thành phần ô nhiễm này hầu như đã được xử lý trong hệ thống cống chung.

Thành phần và tính chất nước thải các đô thị Việt Nam ảnh hưởng rõ rệt đối với quá trình vận hành và bảo dưỡng các công trình XLNT. Vấn đề khá nan giải là việc thiết kế đầu vào cho các nhà máy XLNT nhiều khi chưa sát thực tế. Chất lượng nước thải đầu vào thấp hơn nhiều so với nước thải điển hình do quá trình pha loãng trong cống chung và xử lý cục bộ trong bể tự hoại. Nồng độ BOD thường thấp hơn so với BOD trong nước thải thông thường (từ cống thoát nước riêng).

Giá trị trung bình năm của BOD trong nước thải từ cống chung dao động từ 6 đến 22 mg/l (Hình 2). Đối với NT từ cống riêng thì dao động từ 11 – 35 mg/L (36 mg/L là số liệu của các nhà máy XLNT Đà Lạt và Buôn Ma Thuột). Giá trị của BOD trong nước thải sinh hoạt đô thị điển hình khoảng 200 - 300 mg/L.

Chất lượng nước thải dao động, hàm lượng TSS, BOD5 thấp nhưng TKN ở mức cao. Để xử lý được N đảm bảo yêu cầu, đặc biệt khi xả nước thải vào nguồn loại A, qua trình vận hành công trình phức tạp và đòi hỏi cán bộ và công nhân có trình độ cao.

Các số liệu cho thấy, hầu hết các Nhà máy XLNT có thông số BOD5 thực tế khác, thường là thấp hơn nhiều so với tính toán thiết kế ban đầu, trong lúc đó TKN thực tế là tương đối sát hoặc cao hơn so với thiết kế. Do các nhà máy XLNT được tính toán thiết kế song song với việc thực hiện hệ thống thu gom nước thải nên việc tính toán thường dựa trên cơ sở giả định theo tải lượng kg/người/ngày mà không thể tính đủ các nguồn thải khác cũng như sự phân hủy trên hệ thống đường ống thu gom (chiều dài và kích thước lớn) làm thay đổi nồng độ các thông số ở mức độ khác nhau.

Nồng độ BOD5 thực tế của nước thải hầu hết các đô thị Việt Nam thuộc mức thấp của nước thải thu gom chung; ngược lại, TN thực tế hầu hết các đô thị ở mức trung bình của nước thải thu gom riêng. Chính vì nồng độ BOD thấp kéo theo tỷ lệ BOD5/TN cũng rất thấp (1,6 ÷4,1), trong đó 6% NM có tỷ lệ < 3. so với mức của nước thải đô thị của thế giới là 3 ÷8. Tỷ lệ BOD5/TN thấp, dẫn đến việc xử lý Nitơ đạt tiêu chuẩn là một thách thức lớn (Nguyễn Phương Quý, 2015).

Chính vì thiếu thông tin, khảo sát ban đầu không cẩn thận, nên hầu hết các dự án thiết kế NM XLNT (ở Hà Nội, Đà Nẵng, Nha Trang, Thành phố Hồ Chí Minh…) đều sử dụng thông số tính toán cho nước thải cao hơn rất nhiều so với thực tế (Hình 4). Các nhà máy XLNT Kim Liên và Trúc Bạch ở Hà Nội hoạt động theo nguyên tắc AAO, vận hành 12 năm nhưng các giá trị BOD, SS,… trong nước thải đầu vào chưa có thời điểm nào đạt giá trị thiết kế. Các nhà tư vấn đã không dự báo được sự thay đổi chất lượng nước thải nên công nghệ đề xuất không phù hợp, hệ thống XLNT không hiệu quả và tốn kém trong đầu tư xây dựng cũng như vận hành bảo trì.

Đã có rất nhiều nhà máy khó khăn trong việc vận hành nhà máy XLNT khi chất lượng BOD đầu vào thấp, như NM XLNT Yên Sở và Bình Hưng Hoà (là những nhà máy có công suất lớn nên việc điều chỉnh vận hành khó khăn và tốn kém hơn). So sánh với các nước khác trên thế giới, khoảng cách giữa thông số thiết kế và thực tế ở Việt Nam quá lớn, trong khi ở nước ngoài, khoảng cách này ngắn hơn.

Trong 3 công nghệ thuộc nhóm công nghệ bùn hoạt tính thì SBR và AAO đều có khả năng xử lý Nitơ tốt vì kết hợp các quá trình hiếu khí. thiếu khí luân phiên để xử lý BOD5 đồng thời với nitrat hóa và khử Nitơ; CAS khử Nitơ kém. Như vậy để xử lý nitơ phần lớn các nhà máy XLNT đều dùng công nghệ bùn hoạt tính hoạt động theo nguyên tắc AO trong các công trình bùn hoạt tính hai ngăn thiếu khí và hiếu khí, mương oxy hóa, bể SBR,… Tuy nhiên ngoài vận hành phức tạp, các công trình này đòi hỏi chi phí năng lượng cao và hình thành nhiều bùn dư. Nhiều địa phương, khó khăn về kinh tế và trình độ vận hành của các doanh nghiệp cấp thoát nước hạn chế, quản lý vận hành các công trình bùn hoạt tính như thế rất phức tạp.

Việc khảo sát chất lượng nước thải đầu vào ở các dự án đầu tư thoát nước và XLNT trong hơn 1 năm qua là không sâu sát và chi tiết dẫn đến khâu vận hành các NM XLNT khó khăn hơn, gây tốn kém và lãng phí.

Những vấn đề trong quá trình vận hành/bảo dưỡng nhà máy XLNT

1) Lượng kiềm trong nước thải không đủ có thể tác động tiêu cực đến khả năng nitrat hóa. Theo lý thuyết 7,14g hợp chất kiềm như CaCO3 sẽ được tiêu thụ để oxy hóa 1 gam NH4-N. Nếu độ kiềm trong nước thải đầu ra không đủ và độ pH sẽ thấp hơn ,0 dẫn đến việc giảm mạnh tốc độ ôxi hóa ammonia. Nồng độ NH4-N của nước thải đầu ra có thể vượt giá trị cho phép (8 mg/L).

2) Hiện tượng bùn hoạt tính đóng bánh do vi khuẩn dạng sợi xuất hiện có thể xảy ra trong quá trình CAS và làm cho nồng độ SS trong nước thải đầu ra cao và hiệu suất xử lý giảm.

3) Tỉ lệ C/N thấp có thể tác động đến quá trình khử nitrat. Nói chung, để khử nitơ phải có sẵn một lượng vừa đủ chất hữu cơ (tỷ lệ BOD/TN phải nhiều hơn 4). Tuy nhiên, theo kết quả của cuộc khảo sát chất lượng nước thải thực tế từ các điểm xả dọc sông Tô Lịch. tỷ lệ BOD / TN thay đổi trong khoảng 1,8-2,7. trung bình là 2,1 có thể ảnh hưởng đến nồng độ nitơ đầu ra (32 mg/L).

4) Nồng độ T-P trong nước thải đầu vào cao hơn. Theo kết quả của cuộc khảo sát chất lượng nước thải thực tế từ các điểm xả dọc sông Tô Lịch, nồng TP thay đổi trong khoảng 7,4-9,6 mg/L, trung bình là 9, mg/L do đó có thể có thể ảnh hưởng đến tiêu chuẩn photpho đầu ra là 4,8 mg/L.

Hiệu quả xử lý bùn thải và mùi

Một số dự án chỉ chú trọng vấn đề xử lý nước thải mà ít quan tâm đến xử lý bùn thải và mùi. Công nghệ xử lý bùn chủ yếu hiện nay vẫn là tách nước và làm khô bùn thải chưa được ổn định. Việc xử lý bùn không hợp lý tạo ra mùi hôi trong khu vực và trong toàn bộ nhà máy. Nhà máy XLNT Bình Hưng (Thành phố Hồ Chí Minh) hiện nay đang gặp khó khăn trong xử lý bùn thải và mùi. Thời điểm năm 2016, cả 4 hồ sinh học yếm khí tại thành phố Đà Nẵng đều không được hút bùn để xử lý trong hơn 1 năm và cũng chưa có biện pháp hữu hiệu để hạn chế phát tán mùi hôi ra xung quanh.

Do đặc điểm của nước thải đầu vào là từ cống chung với phần lớn lượng bùn đã lắng ở trên đường cống thoát nước và lượng chất hữu cơ thấp, lượng bùn sinh ra từ nhà máy xử lý nước thải không nhiều. Điển hình ở nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 200.000 m3/ngày, lượng bùn phát sinh khoảng 3.747,33 tấn/năm. Đối với nước thải thông thường, với cùng công suất, lượng bùn có thể gấp 2 - 4 lần. Lượng bùn phát sinh ít nên một số công trình trong dây chuyền xử lý bùn không hoạt động.

Theo thiết kế, bùn thải từ bể lắng và bể SBR được đưa qua hệ thống cô đặc bùn vào bể Metan phân huỷ kị khí, sau đó qua làm khô bằng hệ thống quay ly tâm trước khi được phơi ở nhà chứa bùn khô. Trên thực tế, do lượng bùn ít, đồng thời hàm lượng chất hữu có trong bùn không cao, bùn thường chỉ được xử lý ở hệ thống cô đặc, sau đó qua hệ thống quay ly tâm làm khô. Ở nhà máy XLNT Bắc Giang bùn chưa được xử lý, mà chỉ đổ lấp đầy khu đất trống. Trong khi đó, nhà máy XLNT Bắc Giang đã có cụm xử lý bùn với một số máy ép bùn. Tuy nhiên vì lý do nào đó, hệ thống này không được hoạt động đã 5 - 7 năm nay. Ở nhà máy XLNT Bắc Ninh thì có bổ sung hoá chất hỗ trợ làm khô bùn, trước khi đưa ra sân phơi bùn. Việc tận dụng năng lượng từ xử lý bùn hầu như không có, chỉ có một số dự án đang được nghiên cứu như Dự án với EAWAG-SANDEC (Thuỵ Sỹ), dự án của Bill Gates and Malinda Foundation.

Việc sử dụng rộng rãi bể tự hoại ở những khu vực có hệ thống thoát nước có thể là một thách thức cho các nhà máy XLNT, do nồng độ ô nhiễm thấp không đủ nguồn năng lượng cho vi sinh vật trong hệ thống xử lý. Ở Việt Nam, bể tự hoạt được sử dụng rộng rãi để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt trước khi xả ra cống thoát nước đường phố.

Những bể tự hoại này thường được xây dựng và bảo dưỡng không tốt, và thường không tuân thủ hướng dẫn thiết kế. Hiện nay, việc thu gom, xử lý phân bùn bể tự hoại còn nhiều vấn đề bất cập, đặc biệt là ở các đô thị lớn như Hà Nội, TP.HCM.

Điều này đã gây ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt nguy cơ gây dịch bệnh, ô nhiễm nguồn nước, gây mùi khó chịu,... Các đô thị hiện nay gần như không có cơ sở xử lý loại chất thải này. Bùn thải không được xử lý hiệu quả trước khi đem đi chôn lấp hay tái sử dụng làm phân bón cho cây trồng.