Trong bối cảnh ô nhiễm ngày càng gia tăng, đặc biệt tại các đô thị và khu công nghiệp, xử lý nước thải không chỉ là một yêu cầu bắt buộc mà còn là hành động thiết thực nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Nước thải từ sinh hoạt, sản xuất công nghiệp hay nông nghiệp thường chứa nhiều tạp chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và hóa chất độc hại. Nếu không được xử lý đúng cách, các chất này có thể gây hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường và con người.
Chính vì vậy, việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải phù hợp đóng vai trò quyết định trong việc loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm. Ba nhóm phương pháp chủ yếu hiện nay gồm: xử lý cơ học – loại bỏ tạp chất thô; xử lý hóa học – trung hòa, kết tủa, oxy hóa các chất độc; và xử lý sinh học – sử dụng vi sinh vật để phân hủy hợp chất hữu cơ.
Xử lý nước thải bằng phương pháp lý học
Trong hệ thống xử lý nước thải, các phương pháp lý học (hay cơ học) luôn đóng vai trò mở đầu nhằm loại bỏ các tạp chất thô và không tan tồn tại ở dạng lơ lửng trong dòng nước. Đây là giai đoạn nền tảng, giúp giảm tải cho các công đoạn xử lý tiếp theo, đồng thời bảo vệ hệ thống thiết bị khỏi hư hỏng do rác, cát hay các chất lắng. Tùy theo đặc tính nguồn thải và mức độ yêu cầu làm sạch, doanh nghiệp sẽ lựa chọn tổ hợp kỹ thuật phù hợp nhất.
Song chắn rác – lớp bảo vệ đầu tiên: Song chắn rác là bộ phận đầu tiên tiếp xúc với dòng nước thải. Thiết bị này giữ lại các chất thải có kích thước lớn như giẻ rách, bao bì, cành cây, vỏ hộp… giúp ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn đường ống và đảm bảo an toàn cho các công đoạn xử lý phía sau. Song chắn rác được phân thành 3 loại theo kích thước khe hở: thô (60–100mm), trung bình và mịn (10–25mm). Chúng thường được làm bằng kim loại, lắp đặt ngay tại cửa vào của kênh dẫn với thiết kế tiết diện phù hợp nhằm tối ưu hóa hiệu quả chắn lọc và hạn chế trở lực dòng chảy.
Bể lắng cát – loại bỏ các hạt vô cơ nặng: Tiếp nối bước lọc thô là bể lắng cát, nơi tách các hạt cặn vô cơ có kích thước từ 0,2–2mm ra khỏi dòng nước. Bể lắng được thiết kế theo kiểu ngang, đứng hoặc có thêm hệ thống sục khí để tăng hiệu quả. Trong đó, bể lắng ngang có hiệu suất cao hơn, nhưng yêu cầu kiểm soát chặt tốc độ dòng chảy (không vượt quá 0,3m/s). Mục tiêu là đảm bảo các hạt nặng như cát, sỏi lắng xuống đáy, còn các chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ chuyển tiếp sang giai đoạn xử lý sinh học.
Tuyển nổi – tách chất rắn nhẹ, khó lắng: Khi nước thải chứa các chất rắn nhỏ, nhẹ và khó lắng, công nghệ tuyển nổi được áp dụng để nâng cao hiệu quả tách loại. Bằng cách sục khí vào nước, các bọt khí nhỏ kết dính với tạp chất, tạo thành tổ hợp có khối lượng riêng nhẹ hơn nước và nổi lên bề mặt. Đây là phương pháp lý tưởng để xử lý nước thải chứa dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt, hay chất rắn mịn. Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước bọt khí (tối ưu từ 15–30 micromet), mật độ hạt và khả năng tạo bông của hệ thống.
Keo tụ – tạo bông và lắng cặn: Một bước nâng cao trong xử lý lý học là quá trình keo tụ – tạo bông, áp dụng khi nước thải chứa nhiều hạt keo mịn (kích thước từ 0,1–10 micromet) không thể lắng bằng trọng lực thông thường. Các hạt này mang điện tích, khiến chúng đẩy nhau và duy trì trạng thái phân tán. Bằng cách bổ sung hóa chất trung hòa điện tích (keo tụ), sau đó tạo điều kiện khuấy trộn phù hợp để các hạt kết dính lại (tạo bông), nước thải sẽ hình thành các bông cặn đủ lớn để lắng xuống đáy bể. Đây là bước đệm quan trọng trước khi chuyển sang xử lý hóa học hoặc sinh học.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học trong xử lý nước thải được áp dụng phổ biến đối với những nguồn nước ô nhiễm có chứa chất độc hại hoặc thành phần phức tạp khó phân hủy bằng phương pháp sinh học. Dựa trên các phản ứng hóa học, phương pháp này cho phép biến đổi chất ô nhiễm thành dạng ít độc hại, dễ tách hoặc lắng đọng, góp phần nâng cao chất lượng nước sau xử lý. Dưới đây là ba kỹ thuật hóa học thường được áp dụng trong thực tế:
Trung hòa pH – bước căn bản để ổn định môi trường nước
Trong nhiều loại nước thải, đặc biệt từ các ngành công nghiệp như dệt nhuộm, hóa chất, luyện kim…, độ pH thường lệch khỏi ngưỡng an toàn. Phương pháp trung hòa nhằm điều chỉnh độ pH của nước thải về khoảng 6,5–8,5, giúp hạn chế ăn mòn thiết bị, bảo vệ sinh vật thủy sinh và nâng cao hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo.
Có nhiều cách để trung hòa pH, gồm: pha trộn nước thải axit và kiềm, dùng hóa chất trung hòa (vôi, soda, axit sunfuric…), hấp phụ khí axit/amoniac, hoặc lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa. Lựa chọn phương pháp phù hợp tùy thuộc vào tính chất nguồn nước thải và quy mô xử lý.
Kết tủa – loại bỏ kim loại nặng độc hại
Khi nước thải chứa hàm lượng cao kim loại nặng như đồng (Cu), niken (Ni), mangan (Mn)…, phương pháp kết tủa được lựa chọn nhằm chuyển hóa các ion kim loại thành hợp chất không tan, dễ lắng xuống và tách khỏi nước.
Phản ứng tạo kết tủa thường sử dụng các chất như phèn nhôm, phèn sắt, vôi, hoặc soda, với điều kiện pH được điều chỉnh phù hợp để tăng hiệu quả kết tủa. Quá trình này là bước trung gian quan trọng trước khi đưa nước thải vào hệ thống lắng, lọc hoặc xử lý sinh học.
Oxy hóa – khử: phân hủy các hợp chất độc
Đối với các hợp chất hữu cơ khó phân hủy hoặc chứa chất độc (như phenol, cyanua, thuốc trừ sâu…), phương pháp oxy hóa – khử là giải pháp hiệu quả. Các tác nhân oxy hóa mạnh như clo, kali pemanganat (KMnO₄), ozon, oxy già (H₂O₂) được sử dụng để phá vỡ cấu trúc hóa học, biến đổi chúng thành chất ít độc hoặc dễ xử lý hơn.
Quá trình oxy hóa có thể thực hiện dưới áp suất, nhiệt độ, hoặc kết hợp với tia UV để tăng hiệu quả. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí cao, đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ về liều lượng và an toàn hóa chất trong quá trình vận hành.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: Giải pháp xanh, bền vững cho môi trường
Trong số các công nghệ xử lý nước thải hiện nay, phương pháp sinh học được đánh giá cao nhờ khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ, thân thiện với môi trường và chi phí vận hành hợp lý. Dựa trên hoạt động sống của các vi sinh vật có lợi, phương pháp này cho phép phân hủy các chất hữu cơ, chất độc hại và cải thiện chất lượng nước thải một cách tự nhiên nhưng hiệu quả.
Xử lý kỵ khí: Phương pháp kỵ khí sử dụng các vi sinh vật hoạt động trong điều kiện thiếu oxy hoàn toàn. Quá trình phân hủy kỵ khí là một chuỗi các phản ứng sinh hóa phức tạp, trải qua bốn giai đoạn chính:
Giai đoạn thủy phân: Các hợp chất cao phân tử như protein, carbohydrate, chất béo… bị cắt mạch, biến đổi thành các hợp chất đơn giản như amino acid, đường đơn, acid béo – tiền đề để bước vào các phản ứng tiếp theo.
Giai đoạn acid hóa và acetate hóa: Các hợp chất đơn giản tiếp tục được chuyển hóa thành axit hữu cơ (acetic acid, propionic acid), cùng với CO₂, H₂ và một số rượu đơn giản.
Giai đoạn methan hóa: Đây là giai đoạn cuối, vi sinh vật kỵ khí chuyên biệt sẽ chuyển hóa các chất như CO₂ + H₂, methanol, acetate… thành khí methane (CH₄) – nguồn năng lượng có thể thu hồi.
Phương pháp kỵ khí thường được áp dụng cho nước thải có nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ cao, điển hình trong ngành chế biến thực phẩm, chăn nuôi, sản xuất bia – rượu, và thường kết hợp với các bước xử lý bổ sung để đạt tiêu chuẩn xả thải.
Xử lý hiếu khí: Trái ngược với kỵ khí, phương pháp hiếu khí dựa trên hoạt động của vi sinh vật trong điều kiện oxy dồi dào. Quá trình xử lý diễn ra theo ba giai đoạn
Oxy hóa chất hữu cơ: Vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy các chất ô nhiễm thành các chất vô cơ như CO₂ và H₂O.
Tổng hợp tế bào mới: Một phần chất hữu cơ được chuyển hóa thành tế bào vi sinh mới, giúp duy trì quần thể vi sinh trong hệ thống.
Phân hủy nội bào: Các vi sinh vật già cỗi tiếp tục bị phân hủy, tạo thành bùn sinh học và khí.
Xử lý nước thải là một mắt xích quan trọng trong chiến lược bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Tùy vào đặc tính nước thải và yêu cầu đầu ra, mỗi phương pháp – từ cơ học, hóa học đến sinh học – đều có vai trò và hiệu quả riêng. Việc lựa chọn và kết hợp linh hoạt các công nghệ xử lý không chỉ giúp kiểm soát ô nhiễm mà còn góp phần tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu suất và đảm bảo tuân thủ các quy định pháp lý hiện hành. Trong bối cảnh áp lực môi trường ngày càng gia tăng, đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải hiệu quả là trách nhiệm không thể trì hoãn của mọi doanh nghiệp và địa phương.
