Khản năng xử lý nước thải phân tán theo mô hình bãi lọc trồng cây – hồ sinh học cho các đô thị và khu dân cư 

Sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên đã có những tác động bất lợi, gây ô nhiễm nguồn nước sông Cầu. Một trong những mục tiêu Đề án BVMT lưu vực sông (LVS) Cầu của tỉnh Thái Nguyên đến năm 2015 là từng bước hạn chế và giảm thiểu nguồn thải gây ô nhiễm ảnh hưởng đến nguồn nước sông. Trên cơ sở phân tích điều kiện tự nhiên và đặc điểm kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên cho thấy, tổ chức thoát nước và xử lý nước thải phân tán theo mô hình bãi lọc trồng cây - hồ sinh học là mô hình phù hợp cho các đô thị nhỏ và khu dân cư tỉnh Thái Nguyên.

1. Giới thiệu chung

LVS Cầu đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, đặc biệt của các khu công nghiệp, khu khai thác và chế biến khoáng sản, các đô thị và các tụ điểm dân cư. Quá trình phát triển kinh tế- xã hội của tỉnh Thái Nguyên đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Hiện nay, tổ chức thu gom và xử lý nước thải (XLNT) các đô thị, khu dân cư và công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên chưa hợp lý.

Theo Báo cáo hiện trạng môi trường của các tỉnh thuộc LVS Cầu những năm gần đây, nhiều vị trí trên sông Cầu từ thượng lưu đến hạ lưu đã có dấu hiệu bị ô nhiễm cục bộ. Nồng độ BOD5, COD, SS, dầu mỡ và một số chất ô nhiễm khác trong nước thải cao hơn quy định cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT hoặc QCVN 40:2011/BTNMT. Đặc biệt đoạn chảy qua TP. Thái Nguyên giá trị các thông số này vượt quá tiêu chuẩn nhiều lần.

Qua nghiên cứu hình thức XLNT phân tán theo mô hình là bãi lọc trồng cây và hồ sinh học đã và đang được áp dụng tại nhiều nơi trong cả nước và có hiệu quả XLNT tốt. Vì vậy, việc tìm hiểu khả năng ứng dụng giải pháp xử lý này cho XLNT sinh hoạt các khu dân cư và đô thị tại tỉnh Thái Nguyên là rất cần thiết nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm cho các nguồn nước tiếp nhận LVS cầu.

2. Công trình bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt phân tán

Công trình bãi lọc trồng cây và hồ sinh học là các công trình XLNT trong điều kiện tự nhiên. Do kinh phí đầu tư xây dựng (không tính kinh phí đất xây dựng) thấp và vận hành đơn giản nên các công trình này được gọi là công trình XLNT chi phí thấp và được ứng dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển. Do tính đến quỹ đất xây dựng công trình và một số yếu tố tác động bất lợi đến môi trường như mùi hôi, thấm vào nước ngầm... mà các công trình bãi lọc trồng cây và hồ sinh học chỉ dùng để XLNT quy mô nhỏ và vừa. Ở Việt Nam công nghệ XLNT bằng hồ sinh học và bãi lọc trồng cây đã được ứng dụng trong nhiều năm gần đây.

Để đảm bảo được hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt cũng như tái sử dụng trong sinh hoạt và tạo cảnh quan sinh thái, người ta tổ chức hệ thống XLNT phân tán theo sơ đồ Hình 1.

a. Bãi lọc trồng cây

Bãi lọc trồng cây được xây dựng để XLNT hoặc nước mưa trong điều kiện tự nhiên. Nhờ quá trình sinh trưởng của hệ thực vật, vi sinh vật và các quá trình vật lý như: lắng, lọc, bốc hơi... mà các chất ô nhiễm trong nước thải được xử lý với hiệu quả cao. Hệ thống bãi lọc trồng cây cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này còn có khả năng lưu giữ tốt một số kim loại nặng trong giới hạn không gây độc cho hệ thực vật, vi sinh vật. Bãi lọc trồng cây có khả năng khử vi trùng thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, bức xạ tử ngoại, thức ăn của các loại động vật trong hệ thống... Các virus, mầm bệnh được khử trong công trình bãi lọc bằng các quá trình lắng lọc và tiêu hủy tự nhiên trong môi trường không thuận lợi.

Trồng cây trên các bãi lọc với các tác dụng là: Giảm vận tốc dòng chảy, tăng khả năng lắng cặn trên bãi; Giảm xói mòn và sục cặn từ đáy; Ngăn gió và tạo bóng, giảm sự phát triển của thực vật nổi; Góp phần biến đổi thế oxy hóa khử trong bãi lọc và là nơi vi khuẩn sống bám ở gần mặt nước, tạo điều kiện phân hủy các chất hữu cơ, loại bỏ N, P và diệt vi trùng gây bệnh. Thực vật trồng trong bãi lọc thường là các loại thực vật thủy sinh lưu niên, thân thảo xốp, rễ chùm, nổi trên mặt hoặc ngập hẳn trong nước, phổ biến nhất là cỏ nến, sậy, cói, bấc, lác...

Theo Nguyễn Việt Anh (2010), các mô hình XLNT phân tán với mô hình bể tự hoại cải tiến BASTAF kết hợp với bãi lọc trồng cây, cho phép xử lý nước thải đối với nước thải sinh hoạt, đô thị. Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn mức A QCVN 24:2009/BTNMT và QCVN 14:2008/BTNMT cho phép xả ra môi trường hay tái sử dụng lại nước thải.

b. Hồ sinh học

Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, với quy mô nhỏ sẽ diễn ra quá trình chuyển hóa các chất bẩn. Quá trình này tương tự như quá trình tự làm sạch trong các sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.

Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng xuống đáy. Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và ôxy hóa mà sản phẩm tạo ra là sinh khối của nó, CO2, các muối nitrát, nitrít... Sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện nhờ sinh vật mà chủ yếu là vi khuẩn, một phần nhỏ nhờ Protozoa. Vi khuẩn sẽ tạo thành CO2 và nước trong điều kiện hiếu khí; tạo axit hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Khí cacbonic và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp. Trong giai đoạn này sẽ giải phóng ôxy cung cấp cho quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn.

Do quá trình hoạt động quang hợp của tảo trong hồ, các ion carbonat và bicarbonat thực hiện các phản ứng cung cấp nhiều dioxit cácbon cho tảo và nhiều ion hy­droxyl được giải phóng, pH của nước có thể tăng lên đến gần 9,4 (Mara, 2005). Quá trình quang hợp làm pH tăng đi đôi với cường độ bức xạ trong hồ lớn. Đây chính là yếu tố kìm hãm phát triển của vi khuẩn gây bệnh (Mara, 2005). Nước xáo trộn tốt, vì do gió thổi trên tầng mặt tạo nên sự phân bố đồng nhất BOD, oxy hòa tan, vi khuẩn và tảo. Đó là các yếu tố chính làm tăng mức độ ổn định chất thải trong hồ (Mara và Pearson, 1987). Hệ thống hồ sinh học có thể loại bỏ được 80% Nitơ (Mara và các người khác, 1992). Phốt pho được loại bỏ khỏi nước trong hồ ổn định bằng cách hấp thụ vào sinh khối của tảo, hô hấp và lắng đọng (Mara và Pearson, 1986).

Hồ sinh học đã được nghiên cứu ứng dụng để xử lý nước thải đô thị và các khu dân cư ở nước ta.

3. Tổ chức XLNT phân tán cho các khu dân cư và đô thị tỉnh Thái Nguyên

Thái Nguyên là một tỉnh trung du miền núi thuộc LVS Cầu có diện tích tự nhiên là 356,2 km2, dân số 1.123.116 người (tính đến 1/4/2009). Hiện nay, Thái Nguyên có 1 thành phố, 1 thị xã và 7 huyện. Dân cư đô thị tập trung chủ yếu tại các khu vực nội thành, nội thị và thị trấn, thị tứ. Các vùng ngoại thành, ngoại thị dân cư thưa thớt.

Thái Nguyên có mạng lưới sông ngòi khá dày đặc, tính trung bình cứ 1 km2 có 0,93 km sông, trong đó sông Cầu là dòng chảy chính, chiếm diện tích lưu vực lớn trên địa bàn tỉnh, phần lớn diện tích của tỉnh nằm trong LVS Cầu.

Thái Nguyên có hệ thống thoát nước chung trong đó lượng nước thải sinh hoạt phát sinh là 54.000 nghìn m-Vngày (năm 2010).

Ở các đô thị khác của tỉnh Thái Nguyên hầu hết chưa có hệ thống thu gom, thoát nước mưa, nước thải sinh hoạt riêng biệt, 100% nước thải sinh hoạt chưa được xử lý, đổ thải trực tiếp xuống các thủy vực, gây ô nhiễm môi trường. Tại các thị trấn và thị tứ, nước thải từ các khu nhà vệ sinh của các hộ gia đình, công sở, cơ quan, trường học... được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại sau đó dẫn vào hệ thống thoát nước chung của đô thị và thải vào các nguồn tiếp nhận. Với hiện trạng thu gom xử lý như vậy, nước thải sinh hoạt đã trở thành một trong những nguồn gây ô nhiễm chính và khó kiểm soát đối với các thủy vực tiếp nhận tại Thái Nguyên, đặc biệt là với LVS Cầu.

Để ngăn ngừa và giảm thiểu những tác động ảnh hưởng xấu đến môi trường, sinh thái, cảnh quan LVS Cầu, thực hiện chủ trương chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, sau khi Đề án Tổng thể bảo vệ và phát triển bền vững môi trường sinh thái, cảnh quan LVS Cầu được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, tỉnh Thái Nguyên đã phối hợp cùng 6 tỉnh LVS Cầu tổ chức thực hiện nhiều kế hoạch hoạt động BVMT sông Cầu. Mục tiêu tổng quát Đề án BVMT LVS Cầu của tỉnh Thái Nguyên đến năm 2015 là: Đảm bảo ổn định chất lượng nước trên các sông suối chưa bị ô nhiễm duy trì đạt giới hạn tiêu chuẩn nước cấp sinh hoạt; Từng bước hạn chế và giảm thiểu nguồn thải gây ô nhiễm ảnh hưởng đến sông Cầu; Ngăn chặn sự gia tăng ô nhiễm, đồng thời cải thiện, nâng cao chất lượng các dòng sông, suối; Xử lý các đoạn sông, khu vục bị ô nhiễm; Khôi phục và cải tạo cảnh quan, môi trường sinh thái ven sông Cầu.

Với điều kiện địa hình miền núi với các đồi thấp và dân cư đô thị có mật độ không cao, phân bố thành nhiều khu nên tổ chức thoát nước và XLNT tập trung là phức tạp. XLNT phân tán là phương án hợp lý đối với các đô thị nhỏ và các cụm dân cư vùng ven đô TP.Thái Nguyên và thị xã Sông Công.

Ngoài hệ thống thoát nước và XLNT tập trung tại TP.Thái Nguyên và thị xã Sông Công, các khu vực dân cư và đô thị khác của tỉnh Thái Nguyên có thể lựa chọn hình thức thoát nước và XLNT phân tán. Với lưu lượng nước thải của các đối tượng dao động từ 200 - 2.000 m3/ngày, mô hình xử lý theo sơ đồ bãi (cánh đồng) lọc trồng cây - hồ sinh học là mô hình lựa chọn hợp lý.

 Đối với bãi lọc trồng cây nên lựa chọn loại bãi lọc ngập nước phía dưới (lọc ngầm) với vật liệu lọc là cuội sỏi và cây trồng là các loại cỏ vertiver, cỏ nến, thiên điểu... Hồ sinh học sau bãi lọc trồng cây là hồ hiếu khí để xử lý các thành phần ô nhiễm hữu cơ, các chất dinh dưỡng và vi khuẩn gây bệnh còn lại. Nước thải sau xử lý có BOD, SS, TN, TP, coliform thấp, có thể tái sử dụng cho các mục đích rửa đường, tưới cây và là nguồn nước tạo cảnh quan sinh thái cho khu vực.

4. KẾT LUẬN

Là một tỉnh trung du miền núi phía Bắc, nằm trong LVS Cầu, nơi nguồn nước sông có xu thế ô nhiễm ngày càng gia tăng, vấn đề thu gom và XLNT sinh hoạt và dịch vụ từ các đô thị và khu dân cư trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên là rất cấp bách. Với địa hình đồi núi, nhiều sông suối, dân cư phân tán thì việc tổ chức thu gom và XLNT theo nguyên tắc phi tập trung cho các đô thị và khu dân cư tỉnh Thái Nguyên là hợp lý. Hệ thống XLNT phân tán với các công trình chính là bãi (cánh đồng) lọc trồng cây kết hợp và hồ sinh học sẽ có hiệu quả làm sạch nước thải cao, thân thiện với môi trường, chi phí vận hành thấp và nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng cho các mục đích sử dụng khác nhau. Với công suất các trạm XLNT từ vài trạm đến vài nghìn m3/ngày, đây là mô hình thích hợp với điều kiện tự nhiên và đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội các đô thị tỉnh Thái Nguyên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Quyết định số 479/2011/QĐ-UB của UBND tình Thái Nguyên Phê duyệt Kế hoạch triển khai Đề án bảo vệ môi trưởng lưu vục sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011 - 2015.

2.Trần Đức Hạ. Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2002.

3.D. Xanthoulis, Lều Thọ Bách, Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ và nnk. Xử lý nước thải chi phí thấp. Tài liệu giảng dạy cho cao học chương trình VN/Asia- Link/012 (113128) 2005-2008. NXB Xây dựng, 2008.

4.Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Việt Anh và nnk. Nghiên cứu đề xuất các mô hình xử lý nước thải phân tán cho các đô thị loại 3,4 và 5 của Việt Nam. Đề tài KHCN cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2001-2003.

5.Duncan Mara. Domestic wastewater treatment in developing countries. Earthscan, London, 2005.

6.www.thainguyen.gov.vn ngày 1/12/2010.