Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ thấm lọc kết hợp trồng cây trong điều kiện Việt Nam

Nguyên lý hoạt động của bãi thấm lọc trồng cây và loại cây trồng trong bãi lọc.

Bãi thấm lọc kết hợp trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái của địa phương, mang lại giá trị kinh tế (sinh khối thực vật, bùn phân hủy,, nước thải sau xử lý từ bãi lọc trồng có thể sử dụng). Đây cũng là lý do để Dự án: Xử lý nước thải bằng công nghệ thấm lọc xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu dân cư và đô thị dọc lưu vực sông Nhuệ-Đáy, do Tổng cục Môi trường làm chủ đầu tư. Dự án được thực hiện trên diện tích 2 ha, với các công trình chức năng như bể thu nước, bể lắng cát, bể lắng ngang, trạm bơm, bể lắng đứng, bãi, thấm lọc trồng cây, ao sinh thái, nhà điều hành, và một diện tích lớn trồng cây xanh, cây cảnh tạo cảnh quan bóng mát.

Nước thải sau khi được xử lý qua bể lắng tiếp tục được xử lý qua bãi lọc trồng cây để đạt được tiêu chuẩn cho phép (QCVN14, mức A). Cấu tạo bãi thấm lọc bao gồm ba phần chính: Vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước và hệ thống thu nước. Trên bãi thấm lọc có bố trí ống thông hơi.

Nước được phân phối theo hệ thống ống khoan lỗ, sau đó thấm lọc trong lớp vật liệu lọc. Vật liệu lọc là cát, sỏi, đá… và được chia thành hai vùng: Vùng rễ, cây (phía trên) và vùng lọc (phía dưới). Nước thải chuyển động trong lớp vật liệu lọc theo nguyên lý thẳng đứng hoặc nằm ngang. Chiều sâu lớp vật liệu lọc phụ thuộc vào tải trọng thủy lực, loại vật liệu lọc, mức độ xử lý nước thải yêu cầu. Lớp dưới cùng là lớp đất sét không thấm nước, có độ dốc về phía rãnh thu và lớn hơn hoặc bằng 1%. Lớp đất sét này tối thiểu cao hơn mực nước ngầm là 0,5m. Hệ thống thu nước thường là các ống khoan lỗ nằm dưới phần thấp nhất của bãi thấm lọc.

Khi qua lớp vật liệu lọc, các chất bẩn trong nước thải sẽ được hấp thụ theo con đường thấm lọc, sau đó được oxy hóa sinh hóa. Hệ thống bãi lọc ngầm được xây dựng theo ba kiểu điển hình là: Bãi lọc có dòng chảy thẳng đứng, bãi lọc có dòng chảy ngầm, bãi lọc có dòng chảy bề mặt.

Thông thường trong lớp vật liệu lọc phía trên diễn ra quá trình oxy hóa hiếu khí và trong lớp vật liệu lọc phía dưới diễn ra quá trình hô hấp kị khí và các chất hữu cơ. Do lớp vật liệu lọc không lớn (từ 0,6-0,9m) nên vào thời kỳ phát triển của cây trồng, một khối lượng lớn nước thải được rễ cây hấp thụ và làm sạch. Sự hoạt động của cây trồng cũng góp phần cung cấp oxy cho nước.

Cỏ nến, sậy, thủy trúc, mai nước, phát lộc đều phát triển tốt trong nước thải ở các mô hình xử lý. Sậy phát triển mạnh, dễ trồng, dễ sống, ít bị ảnh hưởng bởi môi trường hơn cả. Thủy trúc và mai nước cũng sinh trưởng tốt trong môi trường nước thải, ít bị ảnh hưởng bởi môi trường, tuy nhiên lượng sinh khối sản xuất ra ít hơn, lá thưa. Việc này liên quan đến cường độ hấp thụ chất hữu cơ và dinh dưỡng bởi thực vật từ nước thải. Cỏ nến có khả năng hấp thụ chất hữu cơ mạnh, sinh khối lớn, tuy nhiên loại thực vật này nhạy cảm với nồng độ và thành phần nước thải, chế độ oxy trong bể và rất nhạy cảm với ánh sáng.

Kết quả đạt được

Hệ thống bãi thấm lọc trồng cây, cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này có thể bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách phốt pho trong bể phản ứng-lắng, cho phép loại bỏ 90% phốt pho. Diện tích bề mặt cần thiết của bãi lọc là 3,2m ²/người và chiều sâu lọc hiệu quả là 1m. Vật liệu lọc được sử dụng là cát lọc với d10=0,25-1,2 mm, d60=1-4 mm, hệ số đồng nhất (U=d60/d10)<3,5. Hiệu suất xử lý nitơ và phốt pho cao là ưu thế rất quan trọng của công nghệ xử lý nước thải bằng bãi thấm lọc trồng cây, điều không thực hiện được bằng công nghệ xử lý sinh học bậc 2 truyền thống, hay rất tốn kém và khó ổn định trong các công trình làm sạch sinh học bậc 3 trong điều kiện nhân tạo. Ngoài ra, kết quả cho thấy chất lượng nước đầu ra sau bãi thấm lọc trồng cây, với chế độ bãi luôn ngập nước đáp ứng tiêu chuẩn về mặt vi sinh.

Trong những năm vừa qua, cùng với sự phát triển kinh tế, sự gia tăng dân số và ô nhiễm môi trường trên toàn lưu vực sông Nhuệ-sông Đáy. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ-sông Đáy đã ảnh hưởng sâu rộng đến sức khỏe cũng như đời sống vật chất, tinh thần của cộng đồng dân cư trên toàn lưu vực.

Dự án xây dựng mô hình hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ thấm lọc cho các khu vực dân cư và đô thị dọc lưu vực sông Nhuệ-Đáy với công nghệ xử lý thân thiện với môi trường, hiệu quả xử lý cao, vận hành đơn giản, chi phí vận hành thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam và được chính quyền địa phương và nhân dân đồng tình ủng hộ.

Mô hình này hoàn toàn có thể nhân rộng để triển khai trên toàn lưu vực nhằm thực hiện hai chức năng xử lý nước thải sinh hoạt và khôi phục cảnh quan sinh thái./.