Tổng quan về nước thải của các khu công nghiệp
Nước thải của khu công nghiệp (KCN) gồm hai loại chính: Nước thải sinh hoạt từ các khu văn phòng và nước thải sản xuất từ các nhà máy sản xuất trong khu công nghiệp. Đặc tính nước thải sinh hoạt thường là ổn định so với nước thải sản xuất.
Nước thải sinh hoạt ô nhiễm chủ yếu bởi các thông số BOD5, COD, SS, Tổng N, Tổng P, dầu mỡ – chất béo. Trong khi đó các thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp chỉ xác định được ở từng loại hình và công nghệ sản xuất cụ thể.
Nước thải từ các KCN có thành phần đa dạng, chủ yếu là các chất lơ lửng, chất hữu cơ, dầu mỡ và một số kim loại nặng. Khoảng 70% trong số hơn 1 triệu m3nước thải/ngày từ các KCN được xả thẳng ra các nguồn tiếp nhận không qua xử lý đã gây ra ô nhiễm môi trường nước mặt. Chất lượng nước mặt tại những vùng chịu tác động của nguồn thải từ các KCN đã suy thoái, đặc biệt tại các lưu vực sông: Sông Đồng Nai, sông Thị Vải, sông Sài Gòn.
Thành phần nước thải các KCN phụ thuộc vào ngành nghề của các cơ sở sản xuất trong KCN. Chất lượng nước thải đầu ra của các KCN phụ thuộc rất nhiều vào việc nước thải có được xử lý hay không. Tính đến tháng 9/2021, có 218 KCN đã xây dựng xong hệ thống xử lý nước thải tập trung, với tổng công suất xử lý nước thải đạt hơn 950.000 m3/ngày đêm, chiếm 75% tổng số KCN đã vận hành; 34 KCN đang xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung; vẫn còn rất nhiều KCN đã đi vào hoạt động mà hoàn toàn chưa triển khai xây dựng hạng mục này. Bên cạnh đó, nhiều KCN đã có hệ thống xử lý nước thải tập trung nhưng tỷ lệ đấu nối của các doanh nghiệp trong KCN còn thấp. Nhiều nơi doanh nghiệp xây dựng hệ thống xử lý nước thải cục bộ nhưng không vận hành hoặc vận hành không hiệu quả. Thực trạng trên đã dẫn đến việc phần lớn nước thải của các KCN khi xả thải ra môi trường đều có các thông số ô nhiễm cao hơn nhiều lần so với QCVN.
Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải KCN thường xuyên vượt ngưỡng cho phép. Kết quả phân tích mẫu nước thải từ các KCN cho thấy, nước thải các KCN có hàm lượng các chất lơ lửng (SS) cao hơn QCVN từ 2 lần. Giá trị các thông số BOD5 con tạ; cống xả các KCN thường ở mức khá cao.
Ô nhiễm nguồn nước mặt ảnh hưởng đến năng suất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản
Sông suối là nguồn tiếp nhận và vận chuyển các chất ô nhiễm trong nước thải từ các KCN và các cơ sở sản xuất kinh doanh. Nước thải chứa chất hữu cơ vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm giảm lượng ôxy trong nước, các loài thủy sinh bị thiếu ôxy dẫn đến một số loài bị chết hàng loạt. Sự xuất hiện các độc chất như dầu mỡ, kim loại nặng, các loại hóa chất trong nước sẽ tác động đến động thực vật thủy sinh và đi vào chuỗi thức ăn trong hệ thống sinh tồn của các loài sinh vật, cuối cùng sẽ ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Kết quả quan trắc chất lượng cả 3 lưu vực sông Đồng Nai, sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc, đều cho thấy, bên cạnh nguyên nhân do tiếp nhận nước thải sinh hoạt, những khu vực chịu tác động của nước thải KCN có chất lượng nước sông bị suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu cao hơn quy định nhiều lần.
Lưu vực hệ thống sông Đồng Nai, khu vực tập trung nhiều nhất các KCN của cả nước. Các hoạt động sản xuất từ các KCN này đã thải vào môi trường nước một lượng lớn nước thải với nồng độ chất ô nhiễm cao, gây hiện tượng các “đoạn sông chết”.
Ô nhiễm nước sông Thị Vải là một trong những điển hình về ô nhiễm môi trường công nghiệp gây tác động trực tiếp tới hệ sinh thái trong nước sông, gây những tổn hại đáng kể đối với hoạt động sản xuất nông nghiệp và thủy sản. Việc xả thải chất ô nhiễm có nồng độ cao và lưu lượng lớn vào môi trường nước sông, tại các khu vực trung lưu và hạ lưu sông (nơi tập trung 10 KCN thuộc tỉnh Đồng Nai và Bà Rịa – Vũng Tàu) không thể kiểm soát được, đã gây ô nhiễm nặng môi trường. Điển hình là hậu quả do hoạt động xả nước thải trái pháp luật kéo dài của Công ty Cổ phần TNHH Vedan Việt Nam. Cả đoạn sông dài khoảng 12 km (từ sau hợp lưu suối Cả – sông Thị Vải đến khu vực cảng Phú Mỹ, phía sau KCN Mỹ Xuân) bị ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng. Trong khu vực này, các loài tôm, cá, thủy sản hầu như không thể tồn tại và phát triển. Hệ sinh thái ở khu vực này chỉ còn tồn tại một số ít loài động thực vật phù du. Các loài tảo phát triển chủ yếu cũng là những loài thích nghi với môi trường dinh dưỡng cao và chính sự phát triển của chúng cũng làm tăng nguy cơ gây độc cho môi trường.
Gia tăng bệnh tật
Nước thải từ các KCN không được xử lý gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước cấp và có thể thông qua chuỗi thức ăn gây ảnh hướng xấu tới sức khỏe con người. Các bệnh chủ yếu liên quan đến chất lượng nước là bệnh đường ruột, các bệnh do ký sinh trùng, vi khuẩn, virus nấm mốc,… các bệnh do côn trùng trung gian và các bệnh do vi yếu tố và các chất khác trong nước bệnh bướu cổ địa phương, bệnh về răng do thiếu hoặc thừa fluor, bệnh do nitrat cao trong nước, bệnh do nhiễm độc bởi các độc chất hoá học có trong nước như bệnh Minamata ỏ Nhật Bản do nước bị nhiễm dimethyl thuỷ ngân, bệnh tai-itai ở Nhật Bản do trong nước có quá nhiều Cadimi,…), ung thư,…
Công nghệ xử lý nước thải khu công nghiệp
Nước thải công nghiệp nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau. Sau đây là tổng quan các phương pháp xử lý nước thải.
Các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại phương pháp sau: Xử lý lý học; hóa học và hóa lý và sinh học.
- Xử lý bằng công nghệ SBR
SBR (sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu.
Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và ni tơ cao.
Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải – phản ứng – lắng – hút nước thải ra; trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào.
Qui trình hoạt động: gồm 4 giai đoạn cơ bản:
Đưa nước vào bể (Filling): đưa nước vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy khuấy trộn, làm đẩy sục khí.
Giai đoạn phản ứng (reaction): Sục khí để tiến hành quá trình nhật hóa, nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ. Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông số đầu vào như: Do, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pa… để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.
Giai đoạn lắng (Settling): Các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi trường tinh hoàn toàn, thời gian lắng thường nhỏ hơn 2 – Giai đoạn xả nước ra (Discharge): Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra đến giai đoạn khử tiếp theo; đồng thời trong quá trình này bán lắng cũng được tháo ra.
- Xử lý nước thải bằng công nghệ MUL®TECH
Công nghệ MUL®TECH được thiết kế đồng bộ trên cơ sở tính hợp giữa phương pháp xử lý hiếu khí bùn hoạt tính cô điên (Aeroten) và phương pháp xử lý theo mẻ truyền thống (SBR). Trong hệ thống này không cần phải xây dựng hệ thống bể sục khí và bể lắng riêng biệt nên cho phép tiết kiệm diện tích xây dựng và khối lượng bê tông. Nước thải vẫn được bơm vào và chảy ra khỏi hệ thống xử lý một cách liên tục. Công nghệ MUL®TECH cho phép xử lý mà không cần hệ thống bơm bùn hồi lưu do đó cho phép giảm chi phí xây dựng và chi phí năng lượng dẫn tới giảm chi phí vận hành.
Công nghệ MUL®TECH khác về cơ bản với hệ thống xử lý theo mẻ truyền thống (SBR) là ở chỗ mực nước cho phép xử lý liên tục và chế độ thủy lực trong các bể xử lý luôn ổn định. Điều này cho phép có thể sử dụng được cả máy thổi khí nổi và máy thổi khí chìm.
Công nghệ MUL®TECH có khả năng cơ động điều chỉnh thời gian hoạt động giữa các pha trong một chu kỳ (thổi khí, khuấy láng) tùy theo chất lượng nước thải đầu vào để đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Điều này cho phép tăng hệ số an toàn của công trình, giảm chi phí năng lượng cho xử lý mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra.
Công nghệ MUL®TECH linh hoạt cùng tạo ra các điều kiện xử lý hiếu khí/yếm khí/thiếu khí trong cùng một chu kỳ. Điều này cho phép xử lý tốt các chất ni tơ và phốt pho trong nước thải.
- Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học hiếu khí Aerotank
Bể Aerotank là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp ô xi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính.
Ưu điểm của bể là rất dễ xây dựng và vận hành. Tuy nhiên do phải sử dụng bơm để tuần hoàn bùn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành tốn năng lượng.
Hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của các công nghệ
Việc quản lý vận hành và bảo dưỡng ở các nhà máy xử lý nước thải với mọi cấp độ và quy mô đang là một vấn đề lớn không chỉ đối với nước ta mà cả các nước đang phát triển. Đây không chỉ đơn thuần là quản lý kỹ thuật, mà còn liên quan đến chi phí kinh tế. Do vậy, nhiều nhà máy/trạm xử lý nước thải, khi xây dựng với kinh phí đầu tư lớn nhưng không hoạt động. Hệ quả là hiệu suất xử lý rất thấp.
Hiện nay thiết bị xử lý nước thải ở nước ta có xuất xứ từ nhiều nước như Nhật, Pháp, Ý, Hà Lan, Đan Mạch, Anh, Mỹ,… Trong khi nước ta còn chưa có công nghiệp sản xuất, chế tạo thiết bị chuyên dụng. Đây sẽ là một thách thức lớn. Các công nghệ xử lý hiện hữu hầu hết đều là xử lý sơ bộ bằng hóa lý hoặc hóa học, rồi xử lý bậc 1, bậc 2 bằng sinh học trước khi thải ra môi trường. Các công nghệ áp dụng đều có các ưu và nhược điểm riêng.
Công nghệ Aerotank truyền thống:
Là công nghệ được sử dụng nhiều nhất và lâu đời nhất bởi tính hiệu quả của nó với nhiều ưu điểm: Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%; Loại bỏ được ni tơ trong nước thải; vận hành đơn giản, an toàn; thích hợp với nhiều loại nước thải; thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể.
Công nghệ SBR:
Công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cố xảy ra, xử lý với lưu lượng thấp, ít tốn diện tích, rất phù hợp với những trạm có công suất nhỏ, ngoài ra công nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ô nhiễm có nồng độ thấp hơn. Bên cạnh đó, hệ thống SBR có thể điều khiển hoàn toàn tự động; có khả năng nâng cấp hệ thống, giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với quy trình cổ điển. Tuy nhiên, SBR có nhược điểm là: Kiểm soát quá trình khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc tinh vi, hiện đại; Việc bảo trì, bảo dưỡng trở nên khó khăn, đòi hỏi trình độ vận hành; Chi phí đầu tư lớn; bùn khó lắng, váng nổi; Do đặc điểm là leo rút bùn ra nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn.
Công nghệ kết hợp giữa phương pháp xử lý hiếu khí bùn hoạt tính cổ điển (Aeroten) và phương pháp xử lý theo mẻ truyền thống (SBR):
Công nghệ kết hợp này có nhiều ưu điểm vượt trội như: Tiết kiệm diện tích; có thể linh động đối với các nồng độ nước thải khác nhau; dễ dàng mở rộng, tăng công suất do cấu tạo có dạng module; quá trình lắng tại chỗ nên không cần hút bùn ra, nên có thể điều chỉnh được nồng độ sinh khối cho lần hoạt động lần sau; quá trình sục khí và lắng từng mẻ của lmitank sẽ có ưu điểm là dễ dàng điều chỉnh được quá trình xử lý và đặc biệt là có khả năng khử ni tơ. Tuy nhiên, hệ thống này đòi hỏi chi phí đầu tư cao và việc vận hành khó do phải khống chế nhiều thông số.Công nghệ kỵ khí:
Hệ thống xử lý kỵ khí tiêu thụ rất ít năng lượng trong quá trình vận hành và là một hệ thống sản sinh ra năng lượng, vì trong quá trình phân hủy kỵ khí những hợp chất hữu cơ bị phân hủy sẽ chuyển thành khí methane. Mức độ sinh khí methane phụ thuộc vào tốc độ phân hủy COD đầu vào. Sự hình thành bùn trong quá trình xử lý kỵ khí thì thấp hơn nhiều bùn được tạo ra trong quá trình hiếu khí, dẫn đến việc giảm chi phí xử lý bùn thải.
Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống xử lý kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí.
Có khả năng chịu được tải trọng cao: Những hệ thống kỵ khí hiện nay có thể xử lý với hiệu suất từ 85-90% COD với tải trọng hữu cơ đầu vào khoảng 30g COD/L/ngày ở 300c và 50g COD/L/ngày ở nhiệt độ 40oC với nước thải với nồng độ chất hữu cơ trung bình. Đối với những nước thải có thành phần phức tạp khác (không tan khó phân huỷ sinh học, có độc tính,…), tải trọng hữu cơ có thể giảm hơn nhưng vẫn cao hơn nhiều so với hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí. Một ưu điểm khác của hệ thống kỵ khí là bùn kỵ khí có thể bảo quản trong một thời gian dài (hơn 1 năm) mà không cần nuôi dưỡng bằng dưỡng chất. Hoạt tính của bùn vẫn giữ nguyên khi bùn được giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 150C. Do đó, có thể sử dụng lượng bùn dư của hệ thống này làm nhân cho hệ thống khác và giảm thời gian vận hành hệ thống.
Vốn đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý kỵ khí không nhiều, diện tích sử dụng cho hệ thống nhỏ, và thời gian sử dụng dài hơn hệ thống hiếu khí là những ưu điểm nổi bậc của hệ thống kỵ khí.
Bên cạnh những ưu điểm, hệ thống xử lý kỵ khí còn một số nhược điểm như: Giai đoạn khởi động của hệ thống kỵ khí thường mất nhiều thời gian (6-12 tuần) bởi vì sự tăng trưởng chậm của vi khuẩn kỵ khí. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh ra NH3, H2S có mùi hôi, gây ô nhiễm môi trường không khí xung quanh. Bản chất hóa học và vi sinh học của quá trình phân hủy kỵ khí rất phức tạp. Do đó, còn thiếu những chuyên gia có khả năng thiết kế và vận hành hệ thống một cách có hiệu quả nên có nhiều hệ thống đã xây dựng nhưng hiệu suất xử lý thấp.
Công nghệ lọc sinh học
Công nghệ lọc sinh học hiếu khí có nhiều ưu điểm như: Chiếm ít diện tích, dễ vận hành, đưa vào hoạt động nhanh, lượng bùn sinh ra sau xử lý thấp, chịu được sự thay đổi lớn về chất lượng và lưu lượng của nước thải và ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, khả năng khử mùi cao, đồng thời, chi phí xử lý thấp. Bên cạnh đó, nếu kết hợp lọc sinh học hiếu khí với Aerotank còn tận dụng được ưu điểm của hệ thống sinh trưởng lơ lửng trong bể Aerotank và sinh trưởng bám dính trong bể lọc sinh học là hàm lượng sinh khối trong bể gia tăng, hiệu quả xử lý cao, quá trình hoạt động ổn định nhằm xử lý triệt để hàm lượng chất hữu cơ trước khí thải ra nguồn tiếp nhận. Hệ thống này còn có khả năng xử lý N, P nhờ các vi sinh vật kỵ khí ở phía trong của lớp màng sinh học.
Theo ThS. Đặng Ngọc Linh, tainguyenvamoitruong.vn
