Nguyên tắc làm việc của bể là thực hiện quá trình lắng cặn và lên men, phân huỷ sinh học kỵ khí cặn lắng. Bể tự hoại được thiết kế và xây dựng đúng cho phép thực hiện quá trình lắng cặn với hiệu suất cao (trung bình 50 - 70% theo SS và 25 - 45% theo BOD và COD). Bể thường có từ hai đến ba ngăn, dạng hình chữ nhật, vuông hay tròn, được xây bằng gạch, bê tông cốt thép đúc sẵn hay đổ tại chỗ và composit.
1. Tổng quan các loại bể tự hoại cải tiến được nghiên cứu, áp dụng tại Việt Nam và các nước
1.1. Mô hình thùng làm sạch (TLS) nước thải sinh hoạt qui mô nhỏ kiểu Jokasho (Nhật Bản) trong điều kiện Việt Nam
Năm 1997 - 1998 Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA), Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã phối hợp với Nhật Bản nghiên cứu thử nghiệm lắp đặt mô hình TLS nước thải qui mô nhỏ, trong điều kiện Việt Nam TLS hoạt động dựa trên nguyên tắc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, xử lý nước thải sinh hoạt đến mức độ triệt để. Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A - TCVN 5945 - 2005.
Hệ thống này có ưu nhược điểm: Nhỏ gọn, phải bảo dưỡng ít nhất 4 tháng 1 lần, hút bùn 1 năm 1 lần, yêu cầu phải có thiết bị cơ điện với chi phí vận hành đáng kể, mô hình làm bằng vật liệu composite với chi phí khá đắt.
1.2. Trạm xử lý nước thải quy mô nhỏ hợp khối AFSB - 100
Trạm xử lý nước thải qui mô nhỏ hợp khối AFSB - 100, được áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt từ các nhóm hộ gia đình, khu chung cư, toà nhà cao tầng, khách sạn, bệnh viện, trường học... Có thể được áp dụng để xử lý nước thải cho đô thị nhỏ, thị trấn, thị tứ... Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn A theo TCVN - 2005, hay đạt mức I theo TCVN 6772 - 2000. Ưu điểm: Có hiệu suất xử lý cao và ổn định, cơ chế vận hành đơn giản. Chi phí đầu tư xây dựng thấp. Chi phí vận hành hợp lý, nhỏ gọn, tránh được mùi, đảm bảo mỹ quan. Mức độ áp dụng rộng.
1.3. Biofast - Hệ thống xử lý chất thải 5 ngăn hiện đại
Biofast (của Petech Corp.) là loại bể tự hoại 5 ngăn sử dụng phản ứng vi sinh, chuyên dùng để xử lý chất thải con người (phân, nước tiểu) trong các nhà vệ sinh hiện đại. Với hai tính năng ưu việt và hoàn toàn không có mùi hôi (dù đứng gần bể), nước thải vượt tiêu chuẩn Quốc tế (không mùi và tiệt trùng). Bể Biofast được ứng dụng công nghệ mới: Vi sinh - điện tử. Công nghệ xử lý gồm 4 giai đoạn: Vi sinh - sục khí oxy - khử mùi hôi bằng ozon - khử trùng bằng clorin.
1.4. Bể tự hoại kiểu mới (Tác giả Hoàng Đức Thảo - Công ty Thoát nước đô thị tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu)
Bể tự hoại kiểu mới được thiết kế định hình đúc sẵn theo công nghệ rung lắc với kết cấu bằng bê tông cốt thép. Bể phốt kiểu mới được thiết kế nhằm duy trì việc bảo dưỡng, thông hút cặn bằng phương pháp luồn ống hút theo đường ống dẫn từ ngoài hàng rào vào nhà dân.
Ưu điểm: Kích thước thiết kế đa dạng, hút cặn không cần đục nắp bể, thời gian hút cặn giữa hai lần kéo dài, chi phí cho việc xây dựng, lắp đặt thấp hơn; quy trình sản xuất khoa học, dây chuyền sản xuất sử dụng công nghệ hiện đại; thuận lợi trong quá trình lắp đặt và sử dụng.
1.5. Bể tự hoại cải tiến với các vách ngăn mỏng dòng hướng lên và ngăn lọc kỵ khí (BAST và BASTAF)
Có một giải pháp cải tiến hiệu quả làm việc của bể tự hoại truyền thống, bằng việc bổ sung vào bể các vách ngăn mỏng, hướng dòng chảy thẳng đứng trong bể. Bể này được gọi là bể tự hoại với các vách ngăn mỏng dòng hướng lên (Baffed septic tank - BAST hay bể tự hoại cải tiến BAST, có thể bố trí một hay một số ngăn lọc kỵ khí vào cuối bể (Bể BASTAF).
Ưu nhược điểm: Hiệu suất xử lý của bể tự hoại cải tiến cao hơn so với bể tự hoại truyển thống, tuy nhiên giá thành cao hơn khoảng 20 - 30%, và hút bùn cặn khó khăn do bể có nhiều ngăn.
2. Bể tự hoại cải tiến được nghiên cứu, áp dụng tại các nước trên thế giới
2.1. Hệ thống xử lý nước thải tại chỗ Joukasou và ứng dụng tại Nhật Bản
• Tandoku - Shori Joukasou
Kiểu đầu tiên của Joukasou là Tandoku - Shori Joukasou dùng để xử lý duy nhất nước đen còn nước xám được thải trực tiếp vào môi trường. Hiệu suất loại bỏ được 65% BOD ra khỏi nước đen. 30 - 50 triệu người dân ở Nhật Bản hiện nay vẫn sử dụng Tandoku - Shori Joukasou. Tuy nhiên mức độ xử lý này chưa đầy đủ để ngăn ngừa sự ô nhiễm môi trường. Từ năm 2001 loại bể này không được phép lắp đặt tại Nhật Bản.
• Gappei - Shori Joukasou
Gappei - Shori Joukasou phát triển sau bể Tandoku - Shori Joukasou, xử lý tất cả nước thải từ gia đình. Chất lượng nước thải sau khi xử lý qua Gappei - Shori theo BOD là khoảng 14.3 - 14.2 mg/l và trung bình là 21mg/l (tối đa là 127mg/l).
Theo công suất và quá trình sản xuất, Joukasou có thể được phân loại thành: Cỡ nhỏ phục vụ từ 5-50 người, cỡ trung bình (51-1000 người), Joukasou cỡ lớn (trên 1000 người)
• Các loại Johkasou phát triển gần đây
- Johkasou loại bỏ cả BOD và Nitơ. Chất lượng nước thải đầu ra theo BOD và T - N ít hơn 20 mg/l
- Johkasou loại bỏ cả BOD, Nitơ và photpho. Chất lượng nước thải đầu ra theo BOD và T - N ít hơn 20 mg/l, theo T-P ít hơn 1 mg/l
- Johkasou được thiết kế để thải bỏ chất thải thực phẩm lọc. Chất lượng nước thải đầu ra theo BOD <= 10 mg/l, theo T - N <= 10 mg/l
- Johkasou kiểu màng ngăn. Nước thải đầu ra theo BOD ít hơn 5 mg/l, theo T - N ít hơn 10 mg/l
2.2. Hệ thống xử lý nước thải BioKube (Thiết kế và sản xuất tại Đan Mạch)
Hệ thống BioKube gồm 3 thành phần: Bể lắng, Bể BioKube, Đường ống nối và cáp điện.
Bể lắng là thành phần đầu tiên của hệ thống. Bể có nhiệm vụ loại bỏ chất rắn trước khi nước thải vào bể BioKube. Bể BioKube là thành phần chính của hệ thống BioKube, gồm các bộ phận: 1. Đường ống vào từ bể lắng; 2. Ngăn phân huỷ chất hữu cơ thứ nhất; 3. Ngăn phân huỷ chất hữu cơ thứ hai; 4. Ngăn nitrat hoá; 5. Bộ phận loại bỏ bùn cặn; 6. Bộ phận loại bỏ photpho
Chất lượng nước: Nước thải ra khỏi hệ thống
BioKube rất sạch có thể xả thẳng vào hồ hay suối hoặc có thể sử dụng lại cho nông nghiệp hay cho các mục đích tương tự. Các loại bể BioKube: BioKube pluto: Xử lý nước thải cho 1 hộ gia đình. BioKube Venus: Xử lý nước thải cho 1 đến 2 hộ gia đình. BioKube Mars: Xử lý nước thải cho 2 đến 8 hộ gia đình. BioKube Jupiter: Được thiết kế để xử lý nước thải cho 75 đến 600 người. BioKube Bioreactor: Được thiết kế để xử lý nước thải có công suất từ 15 - 4000 m3/ngày.
2.3. Hệ thống làm sạch nước system - Z (Nhật Bản)
Hệ thống xử lý nước thải này đạt được chỉ số BOD 1-5 ppm/l trước khi thải ra khỏi hệ thống. Hệ thống bao gồm: 2 ngăn bể kỵ khí, 2 ngăn bể hiếu khí và fin lọc. Tất cả nước thải hộ gia đình chảy vào bể kỵ khí có chứa các vi khuẩn kỵ khí. Kết quả cuối cùng của sự phân huỷ kỵ khí là khí nitơ, nước và các ion hydroxide. Sau đó nước thải được đưa vào 2 ngăn hiếu khí: Khí oxy được cấp liên tục cho bể hiếu khí bằng máy quạt gió. Kết quả nước thải có thể tái sử dụng cho hộ gia đình, hoặc thải vào hệ thống.
2.4. Hệ thống làm sạch nước thải Norweco
Hệ thống xử lý được phân ra làm 3 loại:
- Hệ thống singualair TNT: Xử lý nước thải hộ gia đình với lưu lượng 2 - 6 m3/ngày.
Hệ thống gồm 3 ngăn: Ngăn tiền xử lý, ngăn hiếu khí, ngăn lọc.
Thời gian lưu nước trong toàn bộ hệ thống singulair TNT là 48h. Chất lượng nước thải sau khi ra khỏi hệ thống đạt tiêu chuẩn của Mỹ: nhu cầu oxy sinh hoá CBOD5: 4mg/l, tổng chất rắn lư lửng TSS: 9mg/l, Nitơ hoá: 7mg/l; tổng nitơ T-N: 12mg/l.
- Hệ thống xử lý nước thải trọn gói Modullair: Áp dụng cho thương mại, công nghiệp và các đô thị nhỏ. Công suất xử lý của hệ thống từ 6 - 2000m3/ ngày. Hệ thống này có thể dễ dàng mở rộng hoặc thay đổi và linh động đối với bất kỳ yêu cầu xử lý nào như tiền xử lý, xử lý cấp 2, cấp 3, khử Nitơ, loại bỏ Photpho. Hệ thống bằng bê tông đúc sẵn, chịu lực tốt, tuổi thọ cao và bền vững.
- Hệ thống xử lý nước thải trọn gói Travalair: Áp dụng cho thương mại, công nghiệp và các đô thị nhỏ. Công suất xử lý của hệ thống lên tới trên 2000m3/ngày.
2.5. Hệ thống xử lý bậc 2 nước thải sinh hoạt BIONEST (Canada)
Hệ thống xử lý BIONEST là một qui trình xử lý sinh học sử dụng bể phản ứng màng sinh học cố định, kết hợp với xử lý hiếu khí và kỵ khí qua lại.
Với hệ thống xử lý BIONEST, chất lượng nước thải đầu ra đạt quá tiêu chuẩn cho phép của Chính phủ, bất kể mùa nào trong năm.
Kỹ thuật: - Nước thải được xử lý sơ bộ trong bể tự hoại. Vật liệu lọc được bố trí tại ngăn thứ hai với bộ phận hút bùn và fin lọc nước thải.
- Xử lý bậc hai xảy ra trong bể giống như bể tự hoại đó là bể phản ứng BIONEST. Vật liệu lọc được đặt ở bên trong hai ngăn bể. Ngăn đầu tiên được cấp khí liên tục bằng hai thiết bị khuếch tán khí, phản ứng nitrat hoá xảy ra đầu tiên. Sự oxy hoá amoniac thành nitrat được hoàn thành trong ngăn thứ hai với xử lý kỵ khí. Hệ thống xử lý BIONEST được thiết kế cho phép loại bỏ bùn, nếu cần thiết, mà không cần loại bỏ vật liệu lọc.
- Hiệu quả: CBOD5 dưới 4,4mg/l, TSS dưới 3,5mg/l và coliform là 1.670 UFC/100ml. Loại bỏ trung bình 98%, 96% và 99% lần lượt theo các chỉ tiêu CBOD5, TSS và coliform. Các chỉ tiêu COD, tổng nitơ T - N cũng giảm đáng kể.
- Nhược điểm: Mô hình chỉ sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt. Yêu cầu nguồn điện. Những bể tự hoại đặt phía trên hệ thống phải bơm bùn cặn định kỳ theo quy định của địa phương.
2.6. Bể tự hoại aerosept (Thái Lan)
Đây là hệ thống xử lý nước thải cỡ trung bình, kết hợp quá trình hiếu khí và kỵ khí. Bể được làm bằng nhựa dẻo gia cố bằng sợi thuỷ tinh để chống lại sự ăn mòn và có trọng lượng nhẹ.
Nguyên tắc hoạt động của bể:
Nước thải thô chảy vào ngăn lắng. Sau đó nước thải được đưa vào ngăn tiếp xúc kỵ khí, tại đây nước thải nhiễm bẩn được làm sạch thêm nhờ hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí. Sau ngăn tiếp xúc kỵ khí nước thải được đưa tiếp vào ngăn hiếu khí tiếp xúc. Oxy cấp cho quá trình được truyền qua hệ thống ống khuếch tán khí. Vật liệu lọc nhân tạo sẽ duy trì hoạt động của vi khuẩn hiếu khí bên trong vật liệu vi sinh. Cuối cùng nước thải được đưa qua ngăn lắng và ngăn khử trùng bằng clo. Nước thải ra khỏi hệ thống đủ sạch để thải vào môi trường xung quanh.
2.7. Bể tự hoại lọc kỵ khí (Thái Lan)
Quá trình xử lý là lọc kỵ khí phù hợp cho xử lý nước thải hộ gia đình và các tổ chức khác. Bể được chế tạo bằng nhựa dẻo gia cố sợi thuỷ tinh.
Nguyên tắc hoạt động của bể:
Đầu tiên nước thải thô chảy vào ngăn chứa. Các chất rắn lắng xuống và trải qua quá trình phân huỷ kỵ khí. Phần nước trong sẽ chảy với dòng hướng lên vào ngăn lọc kỵ khí. Tại đây các vi khuẩn bám trên vật liệu lọc bằng vi sinh sẽ tiếp tục phân huỷ nước thải. Kết quả là nước thải ra khỏi bể đảm bảo xả thẳng vào môi trường.
2.8. Bể tự hoại lọc hiếu khí (Thái Lan)
Nguyên tắc hoạt động của bể:
Nước thải bắt đầu vào ngăn chứa và lắng. Chất rắn có thể lắng được lắng xuống và trải qua quá trình phân huỷ kỵ khí. Sau đó phần nước thải trong chảy hướng lên qua ngăn lọc kỵ khí, các chất bẩn sẽ được loại bỏ do hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí. Sau quá trình xử lý kỵ khí thứ hai, nước thải sẽ chảy vào ngăn hiếu khí, thiết bị cấp khí sẽ cấp oxy cho toàn bộ quá trình xử lý hiếu khí. Nước sau ngăn này sẽ vào ngăn lắng. Nước thải ra khỏi bể đạt tiêu chuẩn thải.
3. Kết luận
Một phần tổng quan nhỏ về bể tự hoại trên đây đã cho chúng ta thấy thấy sự đa dạng của các loại bể tự hoại được nghiên cứu và sử dụng ở các nước trên thế giới. Mỗi một loại bể tự hoại được áp dụng đều phải phù hợp với điều kiện và tuân thủ theo tiêu chuẩn thải của nước đó. Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới đang phải đối mặt với vấn đề nước thải, cho dù trong tương lai các đô thị lớn của Việt Nam xây dựng những trạm xử lý nước thải tập trung thì bể tự hoại vẫn là công trình còn sử dụng nhiều cho các vùng ven đô, vùng nông thôn. Do đó hướng nghiên cứu để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của bể tự hoại phù hợp trong điều kiện Việt Nam là một vấn đề vô cùng cần thiết.
Nguồn: TC Xây dựng, số 6 - 2009.