Một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước mặt là do nước thải phân tán từ các khu dân cư, nhà máy, xí nghiệp... Thông qua Tiểu dự án Vệ sinh phân tán (DESA), các nhà khoa học của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA) thuộc Trường Đại học Xây dựng Hà Nội không chỉ nghiên cứu một cách hệ thống về các mô hình quản lý nước thải phân tán, mà còn cung cấp các giải pháp công nghệ xử lý hữu hiệu, trong đó có bể tự hoại cải tiến BAST, BASTAF và hệ thống xử lý nước thải phân tán theo công nghệ BASTAF.

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 (hình 1). 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 của bể tự hoại cải tiến 

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 (hình 2).

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 2- 4 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 (bể BASTAF - hình 4b). 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.

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 động (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 được ghi nhận: 77% (45,9 - 95,8%) đối với COD và 86,2% (69,1 - 97,3%) 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...

Nhóm nghiên cứu DESA với công trình nghiên cứu về các mô hình xử lý nước thải phân tán với bể tự hoại cải tiến đã vinh dự được nhận Cúp môi trường Việt Nam tại Hội chợ - Triển lãm Quốc tế lần thứ I về Công nghệ môi trường, tổ chức tại Hà Nội 4.2006.

Liên hệ: Nhóm nghiên cứu DESA – TP.Phòng Dự án và PTTT: Mr Tuyên 094.222.6986/ Kỹ sư công nghệ Trần Tường Vy 0982.309.689.