Quy trình, công nghệ xử lý nước thải khu dân cư an toàn, hiệu quả

Trong bối cảnh đô thị hóa ngày càng phát triển, lượng nước thải sinh hoạt phát sinh từ các khu dân cư ngày một gia tăng, kéo theo nhiều hệ lụy về ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải khu dân cư không chỉ là yêu cầu bắt buộc theo quy định pháp luật, mà còn là giải pháp thiết yếu để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ quy trình và các công nghệ xử lý nước thải khu dân cư an toàn, hiệu quả đang được áp dụng phổ biến hiện nay.

Tại sao cần xử lý nước thải khu dân cư

Nước thải khu dân cư chủ yếu phát sinh từ hoạt động sinh hoạt hàng ngày như tắm giặt, nấu nướng, rửa chén bát, vệ sinh cá nhân,… chứa nhiều tạp chất hữu cơ, dầu mỡ, vi sinh vật gây bệnh và hóa chất tẩy rửa. Nếu không được xử lý triệt để, lượng nước thải này khi xả trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, phát sinh mùi hôi và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.

Bên cạnh đó, việc xử lý nước thải đúng quy trình còn giúp các khu dân cư tuân thủ quy định của pháp luật về bảo vệ môi trường, nâng cao hình ảnh khu đô thị văn minh – xanh – sạch – đẹp. Đây cũng là bước quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh.

Đặc điểm của nước thải khu dân cư

Nước thải khu dân cư có đặc điểm là lưu lượng lớn, biến động theo thời gian trong ngày và chứa chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Ngoài ra, trong nước thải còn có các chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) cùng vi khuẩn, virus gây bệnh. Chính vì thế cần xử lý nước thải khu dân cư để loại bỏ các loại tạp chất nói trên. 

Thành phần nước thải sinh hoạt thông thường gồm:

• Chất hữu cơ: từ thức ăn thừa, dầu mỡ, xác động thực vật phân hủy (BOD, COD cao).
• Chất rắn lơ lửng (SS): đất cát, rác nhỏ, xơ vải, giấy vụn.
• Chất dinh dưỡng: amoni, nitrat, photphat – dễ gây phú dưỡng nguồn nước.
• Vi sinh vật gây bệnh: coliform, E.coli, trứng giun, vi khuẩn đường ruột,…

Hiểu rõ đặc điểm và thành phần nước thải là cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định hiện hành.

Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải khu dân cư

Hệ thống xử lý nước thải khu dân cư được thiết kế nhằm loại bỏ các tạp chất hữu cơ, chất rắn, dầu mỡ, vi khuẩn và các hợp chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) có trong nước thải sinh hoạt. Toàn bộ quy trình được bố trí theo sơ đồ công nghệ khép kín, đảm bảo nước đầu ra đạt chuẩn môi trường theo QCVN 14:2008/BTNMT.

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải khu dân cư

Dòng chảy xử lý:
Nước thải sinh hoạt → Hầm tự hoại, bể tách dầu mỡ → Bể điều hòa → Bể sinh học MBBR → Bể lắng thứ cấp → Bể khử trùng → Nước sau xử lý đạt chuẩn

Quy trình này giúp loại bỏ tuần tự các loại ô nhiễm, từ cặn bẩn vật lý cho đến các hợp chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh.

Các thành phần chính trong hệ thống xử lý nước thải khu dân cư

1. Hầm tự hoại và bể tách dầu mỡ

• Chức năng: Thu gom và xử lý sơ bộ nước thải đầu vào, tách rác, chất thải rắn, dầu mỡ, hạn chế tắc nghẽn đường ống.
• Nguyên lý hoạt động: Quá trình lắng và tách lớp nổi tự nhiên giúp giảm tải chất bẩn trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo.

1. Bể điều hòa

• Chức năng: Ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải, tránh hiện tượng sốc tải cho hệ thống sinh học.
• Đặc điểm: Có hệ thống sục khí để khuấy trộn đều nước thải, tránh lắng cặn và mùi hôi.

1. Bể sinh học hiếu khí MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

• Chức năng: Là trung tâm xử lý chính của hệ thống.
• Nguyên lý: Sử dụng giá thể nhựa lơ lửng để vi sinh vật hiếu khí phát triển và bám dính. Các vi sinh này phân hủy các hợp chất hữu cơ (BOD, COD), đồng thời diễn ra quá trình Nitrat hóa – khử Nitrat giúp loại bỏ Nitơ, Photpho.
• Ưu điểm: Hiệu suất xử lý cao, tiết kiệm diện tích, vận hành ổn định, ít phát sinh bùn.

1. Bể lắng thứ cấp

• Chức năng: Tách bùn sinh học khỏi nước sau xử lý.
• Nguyên lý: Dưới tác dụng trọng lực, bùn vi sinh sẽ lắng xuống đáy bể, phần nước trong sẽ chảy tràn lên trên để chuyển sang công đoạn khử trùng.
• Xử lý bùn: Bùn được gom về bể chứa bùn, định kỳ hút và xử lý theo quy định môi trường.

1. Bể khử trùng

• Chức năng: Tiêu diệt vi khuẩn, virus, vi sinh vật gây bệnh còn lại trong nước.
• Phương pháp: Dùng clo, Javen hoặc tia UV để khử trùng triệt để.
• Kết quả: Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường hoặc có thể tái sử dụng cho tưới cây, rửa sân, xịt đường,…

1. Thiết bị lọc áp lực (tùy chọn)

• Chức năng: Lọc lại nước sau khử trùng để loại bỏ các hạt cặn mịn, màu và mùi còn sót lại, đảm bảo nước đạt độ trong tối ưu.

Nguyên lý hoạt động của trạm xử lý nước thải khu dân cư

Trạm xử lý nước thải khu dân cư hoạt động dựa trên nguyên lý kết hợp cơ học – sinh học – hóa học, nhằm loại bỏ tối đa tạp chất, chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và các hợp chất dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt trước khi xả ra môi trường. Toàn bộ quá trình được diễn ra theo chuỗi khép kín, đảm bảo nước đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT.

1. Giai đoạn xử lý cơ học (xử lý sơ bộ)

Nước thải từ khu dân cư được dẫn về hầm tự hoại hoặc bể tách dầu mỡ để loại bỏ rác, cặn lớn và tạp chất không hòa tan. Sau đó, nước đi qua bể điều hòa, nơi có hệ thống sục khí nhằm ổn định lưu lượng, nồng độ và tránh lắng cặn, yếm khí.
Mục đích: Loại bỏ các chất rắn lớn, điều hòa dòng chảy để chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học.

2. Giai đoạn xử lý sinh học (MBBR hoặc Aerotank)

Ở giai đoạn này, nước thải được đưa vào bể sinh học hiếu khí MBBR. Trong bể có các giá thể nhựa lơ lửng, tạo môi trường cho vi sinh vật hiếu khí phát triển và bám dính. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy chất hữu cơ (BOD, COD) và các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho trong nước.

Quá trình sinh học diễn ra liên tục giúp chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm thành sinh khối vi sinh, đồng thời giảm mùi hôi và màu của nước thải.
Mục đích: Xử lý triệt để các chất hữu cơ, amoni, nitơ, photpho trong nước thải.

3. Giai đoạn lắng và tách bùn

Sau khi qua bể sinh học, nước thải được dẫn đến bể lắng thứ cấp. Tại đây, bùn vi sinh sẽ lắng xuống đáy, phần nước trong được tách ra và chuyển sang công đoạn khử trùng.
Mục đích: Tách cặn bùn, giúp nước trong và ổn định hơn trước khi khử trùng.

4. Giai đoạn khử trùng – hoàn thiện nước đầu ra

Nước sau lắng được đưa qua bể khử trùng (thường dùng clo hoặc dung dịch Javen). Quá trình này giúp tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn, virus, mầm bệnh còn sót lại trong nước. Cuối cùng, nước được lọc qua thiết bị lọc áp lực để loại bỏ cặn mịn, màu và mùi.
Kết quả: Nước đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT, an toàn cho môi trường và có thể tái sử dụng cho tưới cây, rửa đường,… nếu cần.

Các công nghệ xử lý nước thải khu dân cư

Hiện nay, tùy vào quy mô dân cư, lưu lượng nước thải và yêu cầu về chất lượng đầu ra, có nhiều công nghệ xử lý nước thải khu dân cư được áp dụng. Mỗi công nghệ có ưu, nhược điểm và mức đầu tư khác nhau, nhưng đều hướng đến mục tiêu chung: loại bỏ triệt để chất ô nhiễm, đảm bảo nước sau xử lý đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT.

Dưới đây là các công nghệ xử lý phổ biến nhất hiện nay:

1. Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

Công nghệ MBBR là giải pháp hiện đại và phổ biến nhất trong xử lý nước thải khu dân cư hiện nay.

• Nguyên lý hoạt động: Dựa trên sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí bám dính trên giá thể nhựa lơ lửng. Khi nước thải đi qua bể, các vi sinh này sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ (BOD, COD) và loại bỏ nitơ, photpho.
• Ưu điểm:
  • Hiệu suất xử lý cao, loại bỏ 80–98% chất hữu cơ.
  • Tải trọng cao, chiếm ít diện tích xây dựng.
  • Vận hành đơn giản, ổn định, không cần tuần hoàn bùn.
• Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với công nghệ cũ, nhưng vận hành tiết kiệm lâu dài.

2. Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic)

Đây là công nghệ xử lý sinh học kết hợp 3 quá trình: kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí, thường áp dụng cho hệ thống xử lý quy mô vừa và lớn.

• Nguyên lý hoạt động xử lý nước thải khu dân cư của công nghệ AAO:
  • Ngăn kỵ khí (Anaerobic): Loại bỏ photpho trong nước thải.
  • Ngăn thiếu khí (Anoxic): Diễn ra quá trình khử nitrat, loại bỏ nitơ.
  • Ngăn hiếu khí (Oxic): Phân hủy chất hữu cơ, giảm BOD, COD.
• Ưu điểm: Hiệu quả xử lý đồng thời BOD, COD, N, P.
• Nhược điểm: Yêu cầu kỹ thuật vận hành cao hơn MBBR.

3. Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor)

Công nghệ SBR xử lý nước thải theo mẻ gián đoạn, thích hợp cho khu dân cư có lưu lượng nước thải dao động trong ngày.

• Nguyên lý hoạt động: Nước thải được xử lý tuần tự trong một bể duy nhất với 5 giai đoạn: nạp nước – sục khí – lắng – xả nước – nghỉ.
• Ưu điểm của công nghệ 
  • Tiết kiệm diện tích (chỉ cần một bể).
  • Hiệu quả cao, linh hoạt trong vận hành.
• Nhược điểm: Cần hệ thống điều khiển tự động, không phù hợp cho nơi có lưu lượng nước thải lớn, liên tục.

>> Xem thêm: Công nghệ xử lý nước thải SBR là gì? Quy trình & ứng dụng thực tế

4. Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt (Biofilter)

Là công nghệ truyền thống nhưng vẫn được áp dụng ở các khu dân cư nhỏ, nhà ở tập thể, khách sạn.

• Nguyên lý: Nước thải đi qua lớp vật liệu lọc (đá, nhựa, xỉ than) có vi sinh vật bám dính, giúp phân hủy chất hữu cơ.
• Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì, chi phí thấp.
• Nhược điểm: Hiệu suất xử lý không cao bằng công nghệ MBBR hoặc SBR.

5. Công nghệ xử lý kết hợp MBBR – Lọc áp lực – Khử trùng

Đây là giải pháp tổng hợp hiện đại, được nhiều khu dân cư, khu đô thị và tòa nhà cao tầng sử dụng.

>> Xem thêm: Công nghệ xử lý nước thải MBBR là gì? Sơ đồ, quy trình công nghệ MBBR

• Nguyên lý: Kết hợp giữa xử lý sinh học (MBBR), lọc cơ học (lọc áp lực) và khử trùng (Clo rine, UV).
• Ưu điểm:
  • Đạt tiêu chuẩn nước thải loại A (QCVN 14:2008/BTNMT).
  • Tự động hóa cao, tiết kiệm nhân công.
  • Nước đầu ra có thể tái sử dụng cho tưới cây, rửa đường.

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải khu dân cư cần căn cứ vào diện tích, lưu lượng nước thải, ngân sách đầu tư và tiêu chuẩn xả thải mong muốn. Trong đó, công nghệ MBBR và SBR đang được xem là hai giải pháp tối ưu nhờ hiệu quả cao, tiết kiệm diện tích và dễ vận hành, đáp ứng yêu cầu về xử lý an toàn – hiệu quả – thân thiện môi trường.