Một hệ thống xử lý nước thải bao gồm ba thành phần: hệ thống thu gom nước thải, hệ thống xử lý nước thải và nguồn nhận nước thải. Ba thành phần trên liên quan hữu cơ với nhau, đặc biệt là hai thành phần sau.
Xử lý nước thải được thực hiện theo hai phương thức: tập trung và phân tán. Hai hình thức trên khác nhau ở đặc điểm: nếu giá thành xây dựng và vận hành hệ thống thu gom nước thải chiếm tỷ lệ thấp (ví dụ nhỏ hơn 25% giá thành của toàn bộ hệ thống) thì có thể xem nó là hệ xử lý phân tán, nếu tỷ lệ đó cao thì thuộc loại xử lý tập trung. Nếu chấp nhận quan điểm trên thì hầu hết các hệ thống xử lý nước thải hiện hành ở nước ta đều thuộc loại phân tán. Xử lý nước thải theo phương thức phân tán có nhiều ưu điểm so với tập trung và là xu hướng đang được hướng tới ở những nước có nền công nghiệp phát triển và được cho rằng đó chính là phương thức sẽ thực hiện trong thế kỷ 21.
Có thể đánh giá mức độ phát triển của công nghệ xử lý nước thải (về phương diện đối tượng cần kiểm soát) thành ba cấp độ: cấp 1, 2, 3.
Xử lý sơ cấp liên quan đến các nghiên cứu và kiểm soát các tạp chất trong nước có thể nhận biết được bằng cảm quan của con người như chất gây đục, gây mùi hôi.
Xử lý bậc hai tập trung loại bỏ các chất hữu cơ dạng tan trong nước nhằm mục đích ngăn ngừa sự phân huỷ tiếp theo của các chất hữu cơ trong nước gây mùi hôi và làm cạn kiệt lượng ôxy hoà tan trong nước. Xử lý nước thải bậc hai đã được tiến hành được trên 100 năm ở các nước tiên tiến.
Xử lý bậc ba mới được chú ý vào khoảng 20 năm trở lại đây, tập trung vào việc kiểm soát các chất dinh dưỡng (hợp chất nitơ, photpho), các loại hợp chất hoá học có tiềm năng gây bệnh hiểm nghèo và biến đổi gien (hormon, họ chất hữu cơ khó phân huỷ trong môi trường). Các chất dinh dưỡng, chủ yếu là các hợp chất nitơ và photpho là nguyên nhân gây ra các hiện tượng phú dưỡng của các nguồn nước và gây tác hại cho môi trường với mức độ tác động lớn hơn nhiều so với chất hữu cơ họ carbon.
Một hệ thống xử lý nước thải là một tổ hợp của nhiều đơn vị công nghệ (lắng, lọc, xử lý hoá học, hoá lý, vi sinh, xử lý tự nhiên...); từng đơn vị công nghệ đảm nhận một chức năng riêng biệt và chúng tương tác với nhau, tác động đến hiệu quả của nhau. Một trong các đơn vị công nghệ hoạt động không hiệu quả sẽ kéo theo hiệu quả của cả hệ. Tuy nhiên, trong một đơn vị công nghệ có thể xảy ra đồng thời nhiều quá trình, tức là xử lý được (hoặc một phần) nhiều đối tượng và để xử lý một đối tượng thì cần phối hợp đồng thời nhiều đơn vị công nghệ khác nhau. Trường hợp sau xuất hiện chủ yếu đối với xử lý bậc cao.
Xử lý nước thải có thể thực hiện theo phương thức chính quy (sử dụng nhiều loại thiết bị cơ khí, năng lượng, hoá chất) hoặc xử lý tự nhiên (lợi dụng các điều kiện tự nhiên) hoặc cấu trúc lại các hệ thống xử lý trong tự nhiên. Phương thức chính quy so với xử lý tự nhiên có hiệu suất xử lý cao, sử dụng ít diện tích mặt bằng nhưng chi phí cao. Kết hợp giữa xử lý chính qui và tự nhiên mang lại hiệu quả tốt trong nhiều trường hợp.
Nước thải là một đối tượng có tính biến động mạnh về nhiều phương diện: loại hình nước thải, lưu lượng thải, đặc trưng và mức độ ô nhiễm của dòng thải. Sự biến động diễn ra liên tục theo thời gian và vị trí.
Lưu vực nhận nguồn thải sau xử lý đòi hỏi khác nhau về chất lượng của nước thải sau xử lý để nhắm đến mục tiêu là không gây ảnh hưởng xấu cụ thể cho nguồn nước nhận và chi phí hợp lý. Ví dụ có những qui định: khi nguồn nước nhận có khả năng pha loãng trên 500 lần dòng nước thải sinh hoạt thì nguồn thải đó không cần xử lý.
Chi phí xử lý cho bậc cao tăng hơn nhiều so với xử lý bậc thấp. Chi phí cho nâng cấp chất lượng của từng chỉ tiêu cũng tăng rất mạnh, không theo mối tương quan tuyến tính. Ví dụ, cần tăng mức độ làm sạch của một chỉ tiêu nào đó từ 80% lên 90% cần mức chi phí không thấp hơn từ 40% lên 75%
Nâng cấp một hệ thống xử lý nước thải đang hoạt động (tăng cường về lưu lượng cần xử lý hoặc nâng cao chất lượng thải) trước hết tập trung vào nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống đã có sẵn bằng cách áp dụng các kỹ thuật mới phát triển; chỉ xây dựng mới (bổ sung) trên khi không tìm được các giải pháp trên.
2. Hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải hiện hành và nguyên nhân
Mặc dù nguồn nước thải sinh hoạt chiếm tỷ trọng lớn hơn so với nguồn nước thải từ khu vực sản xuất hiện nay ở nước ta nhưng đối tượng được quan tâm để xử lý mới chỉ hạn chế ở nước thải sản xuất và cũng chỉ có không quá 30% (theo các số liệu thống kê sơ bộ) các cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nước thải. Đối tượng nước thải sinh hoạt mới đang chỉ nằm trong giai đoạn lập kế hoạch thu gom và mới thu gom được một phần nhỏ. Trước hết hãy xem xét hiệu quả hoạt động của các hệ thống đã đưa vào hoạt động, một trong những bức xúc hiện nay.
Thật ra không cần nhiều phương tiện và kiến thức chuyên môn sâu để nhận ra rằng hiệu quả hoạt động (phần lớn nhằm đạt mức xử lý cấp hai) của phần lớn các hệ thống xử lý nước thải hiện nay đạt thấp. Có những đánh giá cho biết khoảng 80% các hệ thống xử lý nước thải (không bao gồm những hệ của các cơ sở sản xuất của nước ngoài; tỷ lệ này thấp hơn) không đạt hiệu quả về phương diện chất lượng thải như mục đích đặt ra khi thiết kế, tức là chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn thải đã được qui định tại thời điểm khảo sát. Tất nhiên, có rất nhiều cơ sở sản xuất thực hiện rất tốt và đạt hiệu quả, thậm chí cao hơn các tiêu chuẩn thải qui định. Rất tiếc là các điển hình tốt đó thường rơi vào các cơ sở sản xuất của nước ngoài (các nhà sản xuất của Nhật chẳng hạn), chứ không rơi vào các cơ sở sản xuất của người Việt Nam (theo sự quan sát của tác giả).
Các hệ thống xử lý không hiệu quả gây thiệt hại cho môi trường, cho xã hội và cho chính cơ sở sản xuất và phải cần được nhanh chóng khắc phục và quan trọng hơn là không thể tiếp tục tái diễn. Muốn vậy cần phải tìm hiểu nguyên nhân.
Tiến trình xây dựng một hệ thống xử lý nước thải cho tới khi hoạt động được thực hiện qua các giai đoạn:
a) Đánh giá, khảo sát (với cơ sở sản xuất đang hoạt động) hoặc tính toán ước lượng (cơ sở sẽ xây dựng) lưu lượng, đặc trưng thải và mức độ ô nhiễm của dòng thải. So sánh với tiêu chuẩn qui định xả thải tại địa điểm cụ thể để lên phương án tổng thể về công nghệ xử lý (mặt bằng, xử lý chính qui, tự nhiên...).
b) Thiết kế công nghệ là bước tiếp theo, bao gồm các nội dung chủ yếu là phân tích quá trình một cách tổng thể để dựng lên toàn cảnh hệ thống xử lý phù hợp với đặc điểm của nước thải, yêu cầu chất lượng thải, điều kiện tự nhiên và xã hội. Tính toán các thông số kỹ thuật (để thiết kế) cho từng đơn vị công nghệ của hệ thống; bố trí hợp lý các đơn vị công nghệ trên cơ sở tính tương tác giữa chúng; xác định công suất của thiết bị; lựa chọn vật liệu sử dụng (chống ăn mòn và các hiệu ứng xấu); đánh giá khả năng an toàn lao động là những phần công việc cực kỳ quan trọng và ít có điều kiện để sửa sai một khi việc xây dựng đã khởi động.
c) Thiết kế kỹ thuật là giai đoạn tiếp theo. Đó là công đoạn thể hiện hệ thống xử lý trên bản vẽ kỹ thuật từ các thông số kỹ thuật được tính toán trước đó để các nhà thầu có thể bắt tay xây dựng và mua sắm trang thiết bị cần thiết.
d) Xây dựng và lắp ráp các thiết bị là công việc cần được giám sát thường xuyên nhằm đảm bảo chất lượng về phương diện độ bền vững của công trình.
e) Khác với các công trình xử lý nước cấp, xử lý nước thải (phương pháp sinh học) cần thời gian khởi động hệ thống khá dài, thường cần 2 – 3 tháng để đưa hệ thống về trạng thái hoạt động theo thiết kế. Trong giai đoạn khởi động luôn có việc phải theo dõi, chỉnh sửa cần thiết. Thiết kế công nghệ càng chính xác thì càng ít phải chỉnh sửa.
g) Đào tạo vận hành là việc cần thiết đối với hoạt động của một hệ thống xử lý nước thải. Nội dung đào tạo chủ yếu tập trung vào việc khắc phục các trục trặc (luôn xảy ra) và những biến động từ các lý do khách quan. Quan trắc các hiện tượng xảy ra để dự báo không những đòi hỏi kinh nghiệm mà còn cần những công cụ đánh giá tương ứng.
Về phương diện công nghệ thì sai sót dẫn đến hệ thống xử lý “không đạt hiệu quả” nằm ở các giai đoạn chủ yếu sau:
- Không thực hiện công việc trong giai đoạn (a) hoặc thực hiện một cách hời hợt, không nghiêm túc. Khi đó số liệu đưa ra để thiết kế là chủ quan, không (hoặc) ít có giá trị sử dụng.
- Không phân tích được hoặc phân tích không đúng quá trình công nghệ [bước(b)] dẫn đến “hỏng từ gốc” hoặc “gây lãng phí” do “tính toán thiết kế” kiểu “thừa hơn thiếu”. Theo nhận biết của người viết, đây chính là khâu yếu nhất không những của người thiết kế công nghệ trực tiếp mà còn là của các cơ sở đào tạo người thực hiện và của phần lớn các hội đồng thẩm định công nghệ.
- Bước (c) và (d) thực hiện không khác các công trình thông dụng khác. Nguyên nhân dẫn đến hậu quả xấu không nhiều, trừ trường hợp có gian dối khi xây dựng và mua sắm thiết bị.
- Thực hiện bước (e) tuy tốn thời gian nhưng không khó khi các bước trước đó được thực hiện nghiêm túc.
- Bước (g) thực hiện khó khăn do ở nước ta chưa có cơ sở đào tạo ra công nhân vận hành hệ thống xử lý nước thải (ở Đức thời gian đào tạo là 3 năm). Vì vậy công việc chỉ có thể tiến hành tại hiện trường. Trên hiện trường thì phương tiện đào tạo và thời gian bị hạn chế, đó là khó khăn lớn cho những người mới bặt đầu công việc vận hành.
Nguyên nhân “không thuộc công nghệ” dẫn đến hệ thống xử lý “không đạt hiệu quả” nằm ở các yếu tố:
- Lẩn tránh trách nhiệm nghĩa vụ của chủ các cơ sở sản xuất nhằm “tiết kiệm” chi phí vận hành hệ thống. Chi phí càng cao khi hệ thống được thiết kế và vận hành không đúng.
- Một số qui định mang tính pháp lý về vấn đề nước thải thiếu tính thực tiễn và khả thi.
- Trách nhiệm của các cơ quan chức năng chưa được thực thi đúng như “chức năng” phải thực hiện và trong không ít trường hợp do bất cập về hiểu biết chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế.
- Nhiều trường hợp là do khâu thẩm định, phê duyệt không chính xác dựa trên những thông tin không đủ độ tin cậy.
- Đang tồn tại quá nhiều các công ty, trung tâm tư vấn, xây dựng hệ thống xử lý nước thải mà không tự biết (hoặc khách hàng) không biết rằng họ chưa thể đáp ứng.
- Quan niệm giản đơn là xây dựng hệ thống xử lý nước thải giống như “xây dựng dân dụng”.
3. Nhu cầu từ thực tế và giải pháp có thể thực hiện
Số lượng hệ thống xử lý nước thải sẽ xây dựng trong tương lai gần là rất lớn để thoả mãn: khoảng 70% cơ sở hiện chưa có hệ thống xử lý; cho các cơ sở đã có mà hoạt động không hiệu quả; cho các cơ sở sản xuất mới sẽ xây dựng; cho nâng cấp chất lượng thải (điều tất nhiên xảy ra do tiêu chuẩn của ta nhìn chung còn thấp); cho xử lý nước thải sinh hoạt mà hiện nay hầu như chưa chạm đến. Chi phí để xây dựng vì vậy sẽ là nguồn vốn khổng lồ. Làm thế nào để không xảy ra tình trạng hoạt động (phần lớn) không có hiệu quả như đã xảy ra là yêu cầu chính đáng của các nhà sản xuất và của cả xã hội.
Nguyên nhân gây ra tính “không hiệu quả” nằm ở hai yếu tố tương tác lẫn nhau là công nghệ xử lý và công tác quản lý trong điều kiện trình độ công nghệ chung của đất nước thấp; kinh tế chưa phát triển; hiệu suất lao động không cao; trình độ quản lý còn nhiều bất cập và một yếu tố không kém quan trọng là trình độ tự giác thấp. Để cải thiện tình hình, những nội dung cụ thể sau có thể cần phải thực hiện:
- Nâng cao trình độ hiểu biết công nghệ xử lý nước thải, tập trung vào các công việc có tầm quan như đã phân tích ở trên cho: các cơ sở đào tạo, cơ sở thiết kế, các hội đồng thẩm định. Biện pháp nâng cao trình độ không phải là mở các khoá đào tạo ngắn hạn mà là kiểm soát nghiêm túc các điều kiện hành nghề của các đơn vị và cá nhân hành nghề.
- Qui định trách nhiệm rõ ràng của người đứng đầu cơ quan và các cá nhân liên quan có nhiệm vụ giám sát các hệ thống xử lý nước thải trên địa bàn phụ trách. Khi trách nhiệm đã rõ ràng thì việc nâng cao trình độ chuyên môn để đáp ứng nhu cầu công việc là quá trình tự vận động.
- Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của các cơ sở sản xuất (qui mô thải lớn, tính chất nhạy cảm, điều kiện kinh tế...) cần tiến hành giám sát, quan trắc tự động. Mọi phương tiện do cơ sở sản xuất tự trang bị.
- Chuẩn bị điều kiện kỹ thuật để đáp ứng cho việc áp dụng các loại hình công nghệ tiên tiến nhằm nâng cấp các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống mới sẽ xây dựng, nâng cấp chất lượng thải bằng cách đặt hàng (với tư cách là các đề tài, dự án, tài liệu tiêu chuẩn hoá công nghệ xử lý) những vấn đề cần giải quyết một cách cụ thể, có mục tiêu định sẵn (như các nước vẫn làm).
- Hoạch định phương án và lộ trình phát triển kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt dạng phân tán để áp dụng cho cả vùng nông thôn.
Sẽ còn nhiều nguyên nhân và phương án khắc phục, tác giả bài viết chỉ tập trung trình bày về phương diện công nghệ và các yếu tố tương tác với công nghệ.
(Nguồn: Báo cáo của Lê Văn Cát - Viện KH&CN tại Hội thảo "Công nghệ xử lý chất thải đô thị và khu công nghiệp", tháng 4/2009)