Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay: Giải pháp tối ưu cho doanh nghiệp và đô thị

Trong quá trình đô thị hóa và phát triển sản xuất, lượng nước thải phát sinh ngày càng lớn và phức tạp hơn về thành phần ô nhiễm. Nếu không được kiểm soát đúng cách, nước thải có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước mặt, nước ngầm và môi trường sống xung quanh. Chính vì vậy, việc áp dụng các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả là yếu tố then chốt giúp bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững.

Bài viết này nhằm cung cấp thông tin toàn diện về các phương pháp xử lý nước thải đang được áp dụng rộng rãi hiện nay. Nội dung sẽ phân tích đặc điểm, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng phương pháp, đồng thời gợi ý cách lựa chọn công nghệ phù hợp với từng loại nguồn thải trong hệ thống các phương pháp xử lý nước thải hiện đại.

Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải

Hiện tại, các phương pháp xử lý nước thải được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên cách thức hoạt động. Các phương pháp phổ biến nhất bao gồm: xử lý bằng cơ học, xử lý bằng hóa học, xử lý hóa lý và xử lý sinh học. Trong thực tế, một hệ thống hoàn chỉnh thường sử dụng nhiều phương pháp kết hợp để đạt được hiệu quả tối ưu.

Việc chọn lựa công nghệ phù hợp trong số các phương pháp xử lý nước thải không chỉ giúp đảm bảo rằng nước đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải mà còn góp phần tiết kiệm chi phí đầu tư và hoạt động lâu dài.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học

Phương pháp cơ học đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn tiền xử lý của nhiều hệ thống thuộc nhóm các phương pháp xử lý nước thải. Mục tiêu chủ yếu là để loại bỏ những tạp chất lớn và các chất lấp lánh không hòa tan.

Song chắn rác và lưới lọc

Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các loại rác thô như bao bì, nhựa và lá cây. Tiếp theo, bể tách cát hoặc bể lắng sơ cấp sẽ loại bỏ cặn nặng thông qua lực hấp dẫn. Đây là bước đầu tiên trong chuỗi các phương pháp xử lý nước thải tiêu chuẩn

Ưu điểm:

• Cấu trúc đơn giản.
• Dễ dàng trong vận hành.
• Chi phí đầu tư thấp.

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ loại bỏ được chất rắn không hòa tan và không xử lý được các chất hữu cơ hòa tan. Vì vậy, trong thực tế, xử lý cơ học luôn phải kết hợp với các các phương pháp xử lý nước thải khác để đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn môi trường.

Bể lắng và tách cát

Sau khi loại bỏ rác lớn, nước thải tiếp tục được dẫn vào bể lắng để loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi hoặc hạt vô cơ. Dưới tác động của trọng lực, các hạt có khối lượng riêng lớn hơn nước sẽ lắng xuống đáy.

Một số hệ thống hiện đại còn sử dụng bể lắng thổi khí để nâng cao hiệu quả phân tách. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng đóng vai trò quan trọng trong chuỗi các phương pháp xử lý nước thải tổng thể.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa học

Xử lý bằng hóa học liên quan đến việc bổ sung các chất hóa học nhằm phản ứng với những thành phần gây ô nhiễm trong nước. Trong hệ thống các phương pháp xử lý nước thải, phương pháp hóa học thường được áp dụng khi cần loại bỏ nhanh các chất độc hại, kim loại nặng hoặc hợp chất khó phân hủy sinh học.

Trung hòa và điều chỉnh pH

Một số nguồn xả thải có độ axit hoặc độ kiềm cao cần phải điều chỉnh mức pH để đảm bảo an toàn cho các quy trình xử lý sau này.

Trong chuỗi các phương pháp xử lý nước thải, bước điều chỉnh pH đóng vai trò quan trọng vì nhiều quá trình sinh học và hóa lý chỉ hoạt động hiệu quả trong khoảng pH nhất định. Nếu không kiểm soát tốt, nước thải có thể gây ăn mòn thiết bị hoặc làm giảm hiệu suất xử lý của toàn hệ thống.

Oxy hóa và kết tủa

Quá trình oxy hóa hỗ trợ trong việc phân hủy các chất độc hại, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ bền vững và chất gây màu. Các tác nhân oxy hóa phổ biến bao gồm clo, ozone hoặc hydrogen peroxide. Trong nhóm các phương pháp xử lý nước thải, oxy hóa thường được áp dụng như một bước xử lý nâng cao.

Ngược lại, phản ứng kết tủa được áp dụng để loại bỏ các kim loại nặng ra khỏi nước bằng cách chuyển chúng thành dạng không hòa tan và lắng xuống đáy bể. Đây là giải pháp hiệu quả trong các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp như xi mạ, khai khoáng hoặc sản xuất hóa chất.

Khử trùng

Sau khi hoàn tất các giai đoạn xử lý chính, nước thải thường trải qua quá trình khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật có khả năng gây bệnh trước khi được thải ra môi trường.

Lợi ích của cách thức này là xử lý diễn ra nhanh chóng và kiểm soát tốt các thành phần khó phân hủy, tuy nhiên chi phí cho hóa chất có thể rất cao.

Ưu điểm và hạn chế: 

• Lợi ích của nhóm các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa học là xử lý diễn ra nhanh chóng, hiệu quả với các chất khó phân hủy và có thể kiểm soát chính xác thông qua liều lượng hóa chất.
• Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí hóa chất có thể cao, phát sinh bùn hóa học cần xử lý và yêu cầu vận hành cẩn trọng để tránh rủi ro về an toàn lao động.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa lý

Xử lý nước thải bằng hóa lý là sự kết hợp giữa các cơ chế vật lý và các phản ứng hóa học để nâng cao khả năng loại bỏ cặn bẩn và các chất lơ lửng.

Keo tụ – tạo bông

Chất hóa học được bổ sung vào nhằm kết nối các hạt nhỏ thành những khối bùn lớn hơn, thuận tiện cho việc lắng xuống hoặc dễ dàng tách ra thông qua quá trình tuyển nổi. Các hóa chất thường sử dụng gồm phèn nhôm, phèn sắt hoặc polymer trợ keo tụ.

Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả xử lý nhanh, dễ kiểm soát và có thể áp dụng cho nhiều loại nước thải khác nhau. Tuy nhiên, nhược điểm là phát sinh lượng bùn hóa lý tương đối lớn, cần được thu gom và xử lý đúng quy định trong chuỗi các phương pháp xử lý nước thải.

Phương pháp tách chất ô nhiễm bằng bọt khí và vật liệu hấp phụ

Công nghệ tuyển nổi áp dụng bọt khí nhằm đưa các hạt nhẹ lên phía bề mặt. Khi các bọt khí siêu nhỏ bám vào cặn hoặc dầu mỡ, chúng sẽ nổi lên và được gạt khỏi bề mặt nước. Đây là một trong những các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả đối với nước thải chứa dầu, mỡ và chất rắn nhẹ.

Nhóm các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa lý thường được sử dụng cho nước thải công nghiệp có mức ô nhiễm lớn, đặc biệt trong các ngành dệt nhuộm, xi mạ, chế biến thực phẩm và hóa chất. Khi được kết hợp hợp lý với xử lý cơ học và sinh học, phương pháp hóa lý góp phần nâng cao hiệu quả tổng thể của toàn bộ hệ thống.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học

Phương pháp xử lý sinh học là một trong những các phương pháp xử lý nước thải thân thiện môi trường và được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nguyên lý cốt lõi của nhóm các phương pháp xử lý nước thải này là sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, chuyển hóa chúng thành sinh khối, khí và các hợp chất ổn định hơn.

Nhờ khả năng xử lý hiệu quả BOD, COD và các hợp chất chứa nitơ, photpho, xử lý sinh học đóng vai trò trung tâm trong hầu hết hệ thống các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp hiện đại.

Xử lý hiếu khí

Vi sinh vật hoạt động trong môi trường có sự hiện diện của oxy sẽ tiến hành quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan. Hệ thống bùn hoạt tính và bể aerotank là những ví dụ quen thuộc trong nhóm các phương pháp xử lý nước thải hiếu khí.
Trong quá trình này, oxy được cấp liên tục thông qua hệ thống thổi khí nhằm duy trì điều kiện sống tối ưu cho vi sinh vật. Khi được cung cấp đủ oxy, vi khuẩn sẽ oxy hóa các hợp chất hữu cơ thành CO₂, nước và sinh khối mới.

Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả xử lý cao, thời gian xử lý nhanh và chất lượng nước đầu ra ổn định. Tuy nhiên, nhược điểm là tiêu tốn nhiều năng lượng cho hệ thống cấp khí, do đó cần được tính toán kỹ trong thiết kế tổng thể của các phương pháp xử lý nước thải.

Xử lý kỵ khí

Quá trình này diễn ra trong điều kiện môi trường không có oxy, phù hợp cho nước thải có tải lượng hữu cơ cao như nước thải chăn nuôi, chế biến thực phẩm hoặc sản xuất bia rượu. Trong nhóm các phương pháp xử lý nước thải, xử lý kỵ khí được đánh giá cao nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng.

Vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất hữu cơ và tạo ra khí sinh học (biogas) chứa methane, có thể thu hồi để tái sử dụng làm nhiên liệu. Điều này giúp giảm chi phí vận hành và góp phần bảo vệ môi trường.

Tuy nhiên, thời gian xử lý thường dài hơn so với hiếu khí và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ điều kiện nhiệt độ, pH để đảm bảo hiệu quả của các phương pháp xử lý nước thải kỵ khí.

Hệ thống kết hợp

Nhiều nhà máy áp dụng mô hình kết hợp hiếu khí – thiếu khí – kỵ khí để tăng hiệu quả xử lý và loại bỏ dinh dưỡng như nitơ, photpho.

Quy trình cơ bản trong hệ thống xử lý nước thải

Dù sử dụng công nghệ nào, quy trình xử lý thường bao gồm các bước sau:

• Thu thập và nhận diện nước thải
• Xử lý cơ học để loại bỏ rác và cặn thô
• Điều chỉnh lưu lượng
• Xử lý hóa lý hoặc hóa học
• Xử lý bằng sinh học
• Lắng và loại bỏ bùn
• Khử trùng và thải ra bên ngoài

Quy trình này có thể được điều chỉnh dựa trên tính chất của nguồn thải và tiêu chuẩn về chất lượng đầu ra.

Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay ngày càng phong phú và tiên tiến, phục vụ cho việc xử lý từ nhu cầu dân sinh đến sản xuất công nghiệp lớn. Việc tìm ra công nghệ phù hợp phải dựa trên đặc điểm của nước thải, tiêu chuẩn xả thải và điều kiện hoạt động thực tế. Đầu tư theo hướng đúng đắn không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn gia tăng giá trị và uy tín lâu dài cho các doanh nghiệp.