Phân biệt các bậc xử lý nước thải sơ cấp, thứ cấp và nâng cao

Vì vậy, không nên hiểu “bậc cao hơn” đơn giản là cùng một công nghệ nhưng làm sạch nhiều hơn. Mỗi bậc có mục tiêu, cơ chế và giới hạn riêng, và một hệ thống xử lý thực tế có thể kết hợp nhiều bậc tùy chất lượng nước đầu vào cũng như yêu cầu đầu ra

Xử lý nước thải sơ cấp tập trung vào tách chất rắn

Mục tiêu chính của xử lý sơ cấp là tách các thành phần vật lý có thể loại bỏ bằng quá trình cơ học hoặc trọng lực, đặc biệt là chất rắn có khả năng lắng và một phần chất nổi. Quá trình thường dựa vào song chắn rác, thiết bị tách rác, bể lắng và các công đoạn tách pha tương tự

Cơ chế cốt lõi của bậc này là làm cho dòng nước mất đi các thành phần có kích thước hoặc khối lượng đủ lớn để được giữ lại hoặc lắng xuống. Vì thế, xử lý sơ cấp hiệu quả với chất rắn lơ lửng có khả năng lắng, chất nổi và một phần chất hữu cơ đi cùng pha rắn.

Điểm quan trọng là xử lý sơ cấp không xử lý tốt các chất ô nhiễm đã tồn tại dưới dạng hòa tan hoặc hạt keo rất nhỏ. Đây là giới hạn trực tiếp của phương pháp tách cơ học: nếu chất ô nhiễm vẫn nằm trong nước ở dạng hòa tan, việc cho dòng nước lắng lâu hơn không đồng nghĩa với việc chất đó sẽ được loại bỏ đáng kể

Do đó, vai trò của xử lý sơ cấp không phải làm cho nước thải “sạch hoàn toàn”, mà là giảm tải cho các bậc xử lý phía sau. Khi phần chất rắn lớn và dễ lắng đã được tách trước, công đoạn sinh học phía sau có điều kiện vận hành phù hợp hơn

Xử lý thứ cấp dùng sinh học để giảm chất hữu cơ dễ phân hủy

Nếu xử lý sơ cấp chủ yếu giải quyết bài toán tách chất rắn, thì xử lý thứ cấp giải quyết sâu hơn bài toán chất hữu cơ hòa tan và dạng keo có khả năng phân hủy sinh học. Đây thường là bậc xử lý sinh học, sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa các chất hữu cơ thành các dạng ổn định hơn

Các công nghệ tiêu biểu gồm bùn hoạt tính và lọc sinh học. Trong bể sinh học, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn cơ chất; sau đó sinh khối được tách khỏi nước bằng các công đoạn lắng hoặc tách phù hợp. Như vậy, cơ chế của xử lý thứ cấp không còn đơn thuần là “giữ lại” chất ô nhiễm mà là thay đổi và chuyển hóa chất ô nhiễm thông qua hoạt động sinh học

Về định lượng, tiêu chí thứ cấp của EPA đối với nhiều hệ thống xử lý nước thải đô thị thường gắn với BOD₅ và chất rắn lơ lửng, trong đó mức yêu cầu phổ biến là khoảng 30 mg/L theo trung bình 30 ngày và loại bỏ ít nhất 85% BOD₅ và chất rắn lơ lửng trong điều kiện áp dụng của tiêu chuẩn này

Tuy nhiên, đây không có nghĩa mọi hệ thống thứ cấp đều đạt cùng một hiệu suất. Hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào loại công nghệ, tải lượng, điều kiện vận hành, đặc tính nước thải và yêu cầu xả thải cụ thể. Quan trọng hơn, xử lý thứ cấp không mặc nhiên đồng nghĩa với loại bỏ sâu các chất dinh dưỡng hòa tan

Xử lý nâng cao nhằm loại bỏ những chất mà xử lý thông thường còn bỏ lại

Xử lý nâng cao, còn gọi là tertiary hoặc advanced treatment trong nhiều tài liệu kỹ thuật, được áp dụng khi chất lượng nước sau xử lý thứ cấp vẫn chưa đáp ứng mục tiêu cần đạt. Điểm nhận diện của bậc này là xử lý đến mức nghiêm ngặt hơn thứ cấp hoặc tạo ra sự giảm đáng kể đối với các chất ô nhiễm thông thường, không thông thường hoặc độc hại

Nhóm chất mục tiêu có thể gồm:

·         Nitơ

·         Photpho

·         Amoni

·         Kim loại

·         Các hợp chất hữu cơ khó xử lý

·         Phần chất rắn cần được đánh bóng thêm

·         Một số chất ô nhiễm đặc thù phục vụ mục tiêu tái sử dụng nước

Vì chất ô nhiễm mục tiêu rất khác nhau, xử lý nâng cao không có một cơ chế duy nhất. Tùy bài toán, hệ thống có thể sử dụng khử dinh dưỡng sinh học, kết tủa hóa học, lọc tinh, hấp phụ, trao đổi ion, màng hoặc thẩm thấu ngược

Điểm cần lưu ý là “nâng cao” không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với một bể xử lý duy nhất đặt sau thứ cấp. Trong thiết kế thực tế, đây là nhóm giải pháp được lựa chọn theo chất ô nhiễm cụ thể và mục tiêu chất lượng đầu ra

Khác biệt lớn nhất nằm ở chất ô nhiễm mục tiêu và cơ chế xử lý

Có thể nhìn ba bậc xử lý theo một chuỗi logic:

Sơ cấp → tách cái có thể tách bằng cơ học và trọng lực

Thứ cấp → chuyển hóa và loại bỏ phần chất hữu cơ dễ phân hủy bằng sinh học

Nâng cao → xử lý sâu các chất còn lại hoặc các chỉ tiêu mà bậc thứ cấp chưa đáp ứng

Điểm quan trọng trong bảng trên là các bậc không hoàn toàn tách biệt về chất ô nhiễm. Một chỉ tiêu có thể được giảm ở nhiều bậc với mức độ khác nhau. Chẳng hạn, một phần chất rắn và chất hữu cơ đã được loại ở sơ cấp nhưng phần còn hòa tan có thể tiếp tục được xử lý ở thứ cấp; trong khi một số chất dinh dưỡng hòa tan có thể cần công đoạn chuyên biệt hơn để đạt mức loại bỏ mong muốn

Không thể xác định bậc xử lý chỉ bằng tên công nghệ

Một hiểu lầm phổ biến là cứ thấy bể lắng thì đó là sơ cấp, thấy vi sinh thì đó là thứ cấp, còn thấy màng thì chắc chắn là nâng cao. Cách phân loại này quá đơn giản.

Một công nghệ cần được xem xét trong vai trò mà nó thực hiện trong toàn bộ dây chuyền. Chẳng hạn, lọc có thể được dùng để hỗ trợ xử lý thứ cấp hoặc đóng vai trò đánh bóng nâng cao; kết tủa hóa học có thể được tích hợp để loại photpho; còn màng có thể phục vụ nhiều mục tiêu từ lọc tinh đến xử lý phục vụ tái sử dụng nước

Do đó, câu hỏi đúng không phải là “thiết bị này thuộc bậc nào?”, mà là:

Thiết bị này đang được dùng để loại chất gì, bằng cơ chế nào và nhằm đạt chất lượng đầu ra nào?

Cách tiếp cận này giúp tránh đánh đồng tên công nghệ với cấp độ xử lý

Chọn bậc xử lý theo yêu cầu đầu ra, không phải theo thứ tự cố định

Trong một hệ thống thông thường, các bậc xử lý được bố trí nối tiếp để giảm dần tải lượng và tăng dần mức độ kiểm soát chất ô nhiễm. Nhưng không phải mọi dự án đều cần đầy đủ mọi công đoạn hoặc cùng một mức xử lý.

Nếu nước thải chủ yếu chứa chất rắn dễ tách, trọng tâm có thể nằm ở xử lý sơ cấp. Khi yêu cầu giảm BOD và chất hữu cơ trở thành mục tiêu chính, xử lý thứ cấp là thành phần cốt lõi. Nếu nguồn tiếp nhận nhạy cảm với hiện tượng phú dưỡng hoặc nước sau xử lý cần chất lượng cao hơn để tái sử dụng, có thể cần bổ sung khử nitơ, photpho, lọc sâu hoặc công nghệ màng

Vì vậy, không có một “bậc tốt nhất” cho mọi loại nước thải. Bậc xử lý phù hợp phải được xác định từ chất lượng nước đầu vào, giới hạn đầu ra, loại chất ô nhiễm mục tiêu và mục đích sử dụng hoặc xả nước sau xử lý

Điểm khác nhau cốt lõi giữa các bậc xử lý nước thải nằm ở mục tiêu kiểm soát chất ô nhiễm. Sơ cấp chủ yếu tách chất rắn bằng cơ học và trọng lực; thứ cấp dùng sinh học để xử lý phần chất hữu cơ dễ phân hủy còn lại; nâng cao được thiết kế để giảm sâu các chất dinh dưỡng, chất ô nhiễm đặc thù hoặc tiếp tục đánh bóng nước khi thứ cấp chưa đủ đáp ứng.

Hiểu theo cách này sẽ dễ phân biệt hơn nhiều so với chỉ ghi nhớ tên từng công đoạn: sơ cấp là tách, thứ cấp là chuyển hóa sinh học, còn nâng cao là xử lý sâu theo mục tiêu chất lượng đầu ra.