Bể xử lý nước thải sinh hoạt là gì?

Bể xử lý nước thải sinh hoạt gồm nhiều công trình được bố trí theo từng công đoạn nhằm xử lý chất rắn, chất hữu cơ, Nitơ, vi sinh vật và các thành phần ô nhiễm có trong nước thải. Hiệu quả hệ thống phụ thuộc vào chức năng từng bể, cách bố trí dòng công nghệ và sự phù hợp với đặc tính nước thải thực tế. Bài viết giúp làm rõ các loại bể thường có, sơ đồ công nghệ, nguyên lý vận hành và cách lựa chọn thể tích, cấu hình bể phù hợp với từng công trình.

1. Bể xử lý nước thải sinh hoạt là gì?

Bể xử lý nước thải sinh hoạt là công trình được thiết kế để thực hiện một hoặc một số công đoạn trong quá trình xử lý nước thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của con người. Nước thải có thể phát sinh từ khu dân cư, tòa nhà, trường học, khách sạn, bệnh viện, nhà máy và các công trình có hoạt động vệ sinh, tắm giặt hoặc ăn uống.

Một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hoàn chỉnh thường bao gồm nhiều bể có chức năng khác nhau. Các bể được bố trí theo một trình tự công nghệ để chất ô nhiễm được xử lý từng bước trước khi nước đạt yêu cầu đầu ra.

Xét về chức năng, ba khái niệm này có điểm khác nhau: 

• Bể xử lý đơn lẻ: Thực hiện một chức năng cụ thể như điều hòa, xử lý sinh học, lắng hoặc khử trùng.
• Cụm công trình xử lý: Bao gồm nhiều bể được liên kết để xử lý một hoặc nhiều nhóm chất ô nhiễm.
• Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt: Bao gồm toàn bộ quá trình từ thu gom, tiền xử lý, xử lý sinh học, tách bùn đến khử trùng và quản lý bùn thải.

2. Các bể thường có trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Cấu hình bể xử lý nước thải sinh hoạt được lựa chọn dựa trên lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, yêu cầu chất lượng đầu ra, diện tích xây dựng và công nghệ xử lý. Một hệ thống thực tế có thể được bổ sung hoặc lược bớt một số công trình tùy theo đặc điểm của từng dự án.
Các bể thường xuất hiện trong hệ thống gồm:

2.1. Bể thu gom và tách rác

Bể thu gom tiếp nhận nước thải từ các khu vực phát sinh trước khi nước được đưa vào dây chuyền xử lý. Công trình này giúp tập trung dòng nước và tạo điều kiện cho hệ thống bơm chuyển nước đến các công đoạn tiếp theo.

Song chắn rác hoặc thiết bị tách rác thường được bố trí tại khu vực tiếp nhận để loại bỏ rác, tóc, bao bì và các vật thể có kích thước lớn. Việc tách rác ngay từ đầu giúp hạn chế tình trạng tắc đường ống, kẹt bơm và tích tụ chất rắn trong các bể phía sau.

Khi thiết kế và vận hành công đoạn này, đơn vị thực hiện cần quan tâm đến:

• Lưu lượng nước thải tại thời điểm cao nhất.
• Kích thước và lượng rác phát sinh.
• Khả năng tiếp cận để vệ sinh song chắn rác.
• Khả năng chống tắc nghẽn cho bơm và đường ống.
• Tần suất thu gom và xử lý rác.

2.2. Bể điều hòa nước thải sinh hoạt

Bể điều hòa có chức năng ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm trước khi nước thải đi vào công đoạn xử lý sinh học. Công trình này đặc biệt cần thiết khi lượng nước thải phát sinh thay đổi đáng kể giữa các thời điểm trong ngày.

Tại khách sạn, trường học, tòa nhà hoặc nhà máy làm việc theo ca, nước thải thường phát sinh tập trung trong một số khung giờ. Bể điều hòa giúp phân phối lại dòng nước để các công trình phía sau tiếp nhận tải lượng ổn định hơn.

Hiệu quả của bể điều hòa phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Thể tích chứa nước.
• Chế độ bơm nước sang công đoạn tiếp theo.
• Khả năng khuấy trộn.
• Khả năng hạn chế lắng cặn.
• Thời gian lưu nước.
• Khả năng kiểm soát mùi.

Một bể điều hòa có thể tích lớn chưa chắc đã vận hành hiệu quả nếu nước không được khuấy trộn phù hợp. Nước lưu quá lâu và thiếu khuấy trộn có thể tạo điều kiện yếm khí, làm phát sinh mùi và cặn lắng.

2.3. Bể thiếu khí

Bể thiếu khí được sử dụng khi hệ thống có yêu cầu xử lý Nitơ thông qua quá trình khử nitrate. Vi sinh vật trong bể sử dụng nitrate làm chất nhận electron và chuyển nitrate thành khí Nitơ trong điều kiện thiếu oxy hòa tan.

Hiệu quả khử Nitơ phụ thuộc vào sự phối hợp giữa bể thiếu khí và các công đoạn khác trong hệ thống. Dòng nước chứa nitrate thường phải được tuần hoàn từ vùng hiếu khí về bể thiếu khí để quá trình denitrification diễn ra.

Hệ thống cần được theo dõi các yếu tố sau: 

• Lưu lượng tuần hoàn nitrate.
• Lượng nitrate đi vào bể.
• Nguồn carbon có thể sử dụng.
• Điều kiện khuấy trộn.
• Thời gian lưu.
• Nồng độ oxy hòa tan.

Bể thiếu khí vì vậy không nên được đánh giá chỉ dựa trên thể tích thiết kế. Đơn vị vận hành cần kiểm tra đồng thời chế độ tuần hoàn và điều kiện sinh học thực tế trong bể.

2.4. Bể hiếu khí

Bể hiếu khí sử dụng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Công đoạn này thường đảm nhiệm phần lớn quá trình xử lý BOD và một phần COD có khả năng phân hủy sinh học.

Bể hiếu khí cũng tạo điều kiện cho quá trình nitrate hóa khi hệ thống cần xử lý Nitơ. Vi sinh vật nitrate hóa chuyển amoni thành nitrite và nitrate trước khi nitrate được đưa về vùng thiếu khí để tiếp tục xử lý.

Đơn vị vận hành cần kiểm soát một số yếu tố chính:

• Nồng độ oxy hòa tan DO.
• Nồng độ MLSS.
• Tuổi bùn SRT.
• Tải trọng hữu cơ.
• Nhu cầu cấp khí.
• Khả năng phân phối khí.
• Tình trạng sinh khối.
• Lượng bùn dư.

Máy thổi khí hoạt động không đồng nghĩa với việc bể hiếu khí đang vận hành đúng. Hệ thống cần cung cấp lượng oxy phù hợp với tải thực tế và duy trì sinh khối ở trạng thái ổn định để bảo đảm hiệu quả xử lý.

2.5. Bể lắng sinh học

Bể lắng sinh học có chức năng phân tách bùn hoạt tính ra khỏi nước sau công đoạn sinh học. Phần nước trong được chuyển sang công đoạn tiếp theo, trong khi bùn lắng được thu gom để tuần hoàn hoặc đưa ra khỏi hệ thống.

Khả năng làm việc của bể lắng phụ thuộc nhiều vào đặc tính của bùn sinh học. Bùn có khả năng kết bông và lắng tốt sẽ giúp quá trình phân tách diễn ra ổn định, trong khi bùn bulking hoặc bùn nổi có thể làm tăng lượng chất rắn trong nước đầu ra.

Các yếu tố cần quan tâm gồm:

• Khả năng lắng của bùn.
• Đặc tính kết bông.
• Tải thủy lực.
• Chế độ tuần hoàn bùn.
• Lượng bùn dư.
• Điều kiện sinh học tại công đoạn phía trước.

Khi nước sau bể lắng xuất hiện nhiều cặn, đơn vị vận hành không nên mặc định rằng bể lắng có kích thước quá nhỏ. Nguyên nhân có thể xuất phát từ tình trạng sinh khối trong bể hiếu khí hoặc từ chế độ tuần hoàn bùn chưa phù hợp.

2.6. Bể khử trùng

Bể khử trùng được bố trí ở cuối dây chuyền nhằm kiểm soát vi sinh vật trước khi nước được xả ra nguồn tiếp nhận. Công đoạn này chỉ đạt hiệu quả tốt khi nước sau các bước xử lý phía trước đã có chất lượng tương đối ổn định.

Khả năng khử trùng phụ thuộc vào chất lượng nước, phương pháp sử dụng và điều kiện tiếp xúc. Nước còn nhiều chất rắn lơ lửng hoặc chất hữu cơ có thể làm giảm hiệu quả của quá trình khử trùng.

Những thông số cần được theo dõi gồm: 

• Chất lượng nước trước khử trùng.
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng.
• Liều lượng hóa chất nếu sử dụng hóa chất.
• Thời gian tiếp xúc.
• Khả năng phân phối dòng nước trong bể.

Khi chỉ tiêu vi sinh đầu ra không đạt yêu cầu, đơn vị vận hành cần đánh giá cả công đoạn phía trước. Việc tăng liều hóa chất mà không xử lý nguyên nhân từ chất lượng nước đầu vào bể khử trùng có thể làm tăng chi phí nhưng không giải quyết triệt để vấn đề.

2.7. Bể chứa bùn

Bể chứa bùn tiếp nhận lượng bùn dư được tách ra khỏi hệ thống xử lý sinh học. Bùn được lưu giữ tạm thời trước khi hút, ép hoặc chuyển đến công đoạn xử lý phù hợp.

Thiết kế bể chứa bùn cần phù hợp với lượng bùn phát sinh và kế hoạch xử lý bùn của công trình. Bể có dung tích không phù hợp có thể làm tăng tần suất hút bùn hoặc khiến bùn lưu quá lâu và phát sinh mùi.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn gồm: 

• Lượng bùn phát sinh.
• Tần suất hút hoặc ép bùn.
• Thời gian lưu bùn.
• Khả năng phát sinh mùi.
• Không gian thao tác và bảo trì.

3. Sơ đồ bể xử lý nước thải sinh hoạt theo dòng công nghệ

Một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cần được bố trí theo trình tự phù hợp để từng công đoạn xử lý đúng nhóm chất ô nhiễm và tạo điều kiện cho công đoạn tiếp theo hoạt động ổn định. Tùy đặc tính nước thải và yêu cầu đầu ra, sơ đồ công nghệ có thể được điều chỉnh nhưng một cấu hình phổ biến có thể được mô tả như sau: Nước thải > Bể thu gom + tách rác > Bể điều hòa > Bể thiếu khí > Bể hiếu khí > Bể lắng sinh học > Bể khử trùng > Nguồn tiếp nhận

Bên cạnh dòng nước chính, hệ thống còn có đường tuần hoàn bùn, đường tuần hoàn nitrate, đường cấp khí và đường dẫn bùn dư. Các dòng phụ này cần được thiết kế đồng bộ vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý sinh học và khả năng duy trì sinh khối trong hệ thống.

Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt qua các bể được thực hiện như sau:

• Bể thu gom và tách rác: Tiếp nhận nước thải từ các khu vực phát sinh. Song chắn rác hoặc thiết bị tách rác loại bỏ tóc, bao bì, cặn thô và vật thể lớn để hạn chế tắc nghẽn đường ống, bơm và thiết bị phía sau.
• Bể điều hòa: Ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm trước xử lý sinh học. Khuấy trộn hoặc cấp khí giúp hạn chế lắng cặn, phát sinh mùi và duy trì dòng nước tương đối đồng đều.
• Bể thiếu khí: Hỗ trợ xử lý Nitơ thông qua quá trình denitrification. Nước chứa nitrate từ bể hiếu khí được tuần hoàn về bể để duy trì quá trình khử nitrate trong điều kiện thiếu oxy.
• Bể hiếu khí: Cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy BOD và chất hữu cơ dễ phân hủy. Quá trình nitrate hóa đồng thời chuyển amoni thành nitrite và nitrate để tiếp tục được xử lý tại bể thiếu khí.
• Bể lắng sinh học: Tách bùn hoạt tính khỏi nước sau xử lý sinh học. Bùn tuần hoàn được đưa trở lại công đoạn sinh học, phần bùn dư chuyển sang công đoạn xử lý bùn.
• Bể khử trùng: Khử hoặc kiểm soát vi sinh vật trong nước sau lắng trước khi xả. Hiệu quả phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, phương pháp, liều lượng và thời gian tiếp xúc.
• Nguồn tiếp nhận: Nước sau xử lý được kiểm soát theo yêu cầu đầu ra và quy định áp dụng trước khi xả. Với yêu cầu cao hơn, hệ thống có thể bổ sung lọc hoặc công đoạn xử lý nâng cao.

4. Cách lựa chọn thể tích và cấu hình bể xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp

Thể tích và cấu hình bể xử lý nước thải sinh hoạt cần được xác định dựa trên lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, đặc tính nước thải, yêu cầu chất lượng đầu ra và điều kiện vận hành của từng công trình. Đơn vị thiết kế không nên sử dụng một kích thước hoặc cấu hình cố định cho mọi dự án vì mỗi nguồn nước thải có quy mô, mức độ biến động và yêu cầu xử lý khác nhau.

Các yếu tố chính cần xem xét khi lựa chọn thể tích và cấu hình bể gồm:

• Lưu lượng nước thải: Đơn vị thiết kế cần xác định cả lưu lượng trung bình và lưu lượng lớn nhất để đánh giá đúng lượng nước mà hệ thống phải tiếp nhận. Lưu lượng biến động mạnh trong ngày sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thể tích bể điều hòa và khả năng tiếp nhận của các công đoạn phía sau.
• Thời điểm phát sinh nước thải: Thời điểm và thời gian phát sinh nước thải cần được xác định rõ, đặc biệt đối với trường học, khách sạn, khu dân cư hoặc nhà máy làm việc theo ca. Nước thải phát sinh tập trung trong một khoảng thời gian ngắn sẽ yêu cầu khả năng điều hòa khác với nguồn thải phát sinh tương đối đều.
• Tải lượng BOD và COD: Đơn vị thiết kế cần đánh giá tổng lượng chất hữu cơ mà hệ thống phải xử lý thay vì chỉ quan tâm đến nồng độ. Tải lượng hữu cơ ảnh hưởng trực tiếp đến thể tích công trình sinh học, lượng sinh khối cần duy trì và nhu cầu oxy của hệ thống.
• Hàm lượng Nitơ và Phốt pho: Hệ thống có yêu cầu xử lý Nitơ cần tạo đủ điều kiện cho cả quá trình nitrate hóa và khử nitrate. Nếu dự án phải kiểm soát Phốt pho, đơn vị thiết kế cũng cần lựa chọn công nghệ sinh học, hóa lý hoặc phương án kết hợp phù hợp.
• Thời gian lưu nước: Mỗi công đoạn cần có thời gian tiếp xúc đủ để quá trình xử lý diễn ra. Thời gian lưu quá ngắn có thể làm giảm hiệu quả xử lý, trong khi thời gian lưu quá dài có thể làm tăng thể tích xây dựng và chi phí đầu tư mà không tạo thêm hiệu quả tương ứng.
• Tải trọng hữu cơ: Bể sinh học cần được thiết kế phù hợp với lượng chất hữu cơ đưa vào trên một đơn vị thể tích hoặc lượng sinh khối. Tải quá cao có thể gây quá tải vi sinh, còn tải quá thấp kéo dài có thể làm thay đổi trạng thái sinh khối và ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành.
• Nồng độ MLSS và tuổi bùn: Đối với hệ bùn hoạt tính, MLSS và tuổi bùn ảnh hưởng trực tiếp đến lượng sinh khối có trong hệ thống và khả năng xử lý chất hữu cơ, Nitơ. Đơn vị thiết kế cần xác định các thông số này phù hợp với cấu hình công nghệ và tải lượng thực tế.
• Diện tích xây dựng: Diện tích mặt bằng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ và cách bố trí các bể. Những công trình hạn chế diện tích có thể xem xét các giải pháp như MBBR, MBR hoặc cấu hình tải trọng cao nhưng cần đánh giá đồng thời chi phí đầu tư, năng lượng và yêu cầu vận hành.
• Yêu cầu chất lượng nước đầu ra: Đây là cơ sở quan trọng để quyết định mức độ xử lý và cấu hình công nghệ. Đơn vị thiết kế cần căn cứ vào hồ sơ môi trường, đặc điểm nguồn tiếp nhận và các quy định áp dụng cho từng dự án để xác định phương án phù hợp.

5. Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành bể xử lý nước thải sinh hoạt

Một hệ thống được thiết kế phù hợp vẫn có thể hoạt động kém nếu điều kiện vận hành thay đổi đáng kể so với dữ liệu ban đầu. Đơn vị vận hành cần kiểm soát đồng thời đầu vào, sinh khối, hệ thống cấp khí, dòng tuần hoàn và lượng bùn dư để duy trì hiệu quả ổn định.

Những yếu tố thường ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống gồm:

• Lưu lượng đầu vào tăng hoặc biến động mạnh.
• Tải lượng BOD, COD hoặc Nitơ thay đổi.
• Nồng độ DO quá thấp hoặc quá cao.
• MLSS và tuổi bùn không phù hợp.
• Bùn khó lắng hoặc xuất hiện bùn nổi.
• Dòng tuần hoàn bùn không ổn định.
• Dòng tuần hoàn nitrate chưa phù hợp.
• Thiếu nguồn carbon cho quá trình khử Nitơ.
• Bể điều hòa hoạt động không hiệu quả.
• Máy thổi khí, bơm hoặc thiết bị phân phối khí suy giảm hiệu suất.

Khi BOD hoặc COD đầu ra tăng, đơn vị vận hành cần đánh giá tải hữu cơ, trạng thái sinh khối và khả năng cấp oxy trước khi điều chỉnh thiết bị. Việc chỉ tăng lượng khí có thể làm tăng điện năng nhưng không giải quyết được nguyên nhân nếu sinh khối đang mất ổn định hoặc tải thực tế đã vượt công suất.

Khi Tổng Nitơ đầu ra cao, nguyên nhân có thể nằm ở cả quá trình nitrate hóa và khử nitrate. Đơn vị vận hành cần kiểm tra tuổi bùn, DO, lượng amoni đầu vào, nguồn carbon và dòng tuần hoàn nitrate để xác định chính xác công đoạn đang hạn chế hiệu quả.

Bùn nổi hoặc khó lắng cũng không nên được xem là vấn đề riêng của bể lắng. Tình trạng này có thể phản ánh sự thay đổi của sinh khối trong bể hiếu khí, chế độ xả bùn không phù hợp hoặc điều kiện sinh học mất cân bằng.

Bể xử lý nước thải sinh hoạt cần được thiết kế dựa trên sự phù hợp giữa lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, đặc tính nước thải, cấu hình công nghệ và yêu cầu chất lượng nước đầu ra. Mỗi công đoạn từ điều hòa, thiếu khí, hiếu khí, lắng đến khử trùng đều đảm nhiệm chức năng riêng và ảnh hưởng đến hiệu quả toàn hệ thống. Vì vậy, chủ đầu tư nên đánh giá thiết kế và vận hành thực tế để lựa chọn cấu hình bể phù hợp, hạn chế quá tải và duy trì chất lượng nước ổn định. 

Quý Doanh nghiệp đang có nhu cầu tư vấn, thiết kế, thi công hoặc cải tạo hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, vui lòng liên hệ Hotline: 0938.857.768 hoặc để lại thông tin tại Form Tư Vấn. Hợp Nhất sẽ hỗ trợ khảo sát hiện trạng, phân tích lưu lượng và đặc tính nước thải, đánh giá hệ thống hiện hữu và đề xuất cấu hình bể, công nghệ xử lý phù hợp với yêu cầu đầu ra, điều kiện vận hành và quy mô thực tế của từng dự án.