Xử lý bùn nước cấp: phương pháp, công nghệ và tiêu chuẩn môi trường

• Pinterest
• Facebook
• YouTube

Giới thiệu về bùn nước cấp

Bùn nước cấp là loại bùn sinh ra từ quá trình xử lý nước sạch (nước cấp). Trong các nhà máy nước, sau giai đoạn keo tụ và lắng, lượng lớn cặn bùn lắng tích tụ ở đáy bể lắng​. Thành phần của bùn nước cấp thường chủ yếu là chất vô cơ (đất sét, các hydroxide kim loại từ chất keo tụ) cùng với một phần nhỏ chất hữu cơ lẫn trong nước thô​

Phân tích bùn nước cấp cho thấy thành phần tương đương với đất sét, có thể tận dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch​. Nếu không được xử lý đúng cách, bùn có thể gây ô nhiễm thứ cấp nghiêm trọng cho môi trường nước và đất xung quanh. Chi phí xử lý bùn thải cũng rất lớn, chiếm tới khoảng 50% chi phí vận hành hệ thống xử lý nước​

Thực tế hiện nay, nhiều loại bùn thải (bao gồm bùn từ các trạm xử lý nước cấp) chỉ được thu gom sơ bộ rồi đổ thẳng ra bãi chứa hoặc chôn lấp, chưa tuân thủ đầy đủ các quy chuẩn kỹ thuật về môi trường​. Do đó, cần áp dụng các phương pháp xử lý bùn hiệu quả để giảm thiểu thể tích, chi phí và ngăn ngừa tác động xấu đến môi trường.

Các phương pháp xử lý bùn nước cấp phổ biến hiện nay

Hiện nay có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý bùn nước cấp. Mục tiêu chính của các phương pháp này là giảm lượng nước trong bùn (khử nước), từ đó làm giảm thể tích và khối lượng bùn cần xử lý, đồng thời ổn định bùn để dễ dàng vận chuyển hoặc tái sử dụng. Dưới đây là các phương pháp phổ biến:

Phơi bùn tự nhiên (bãi phơi bùn)

Phương pháp truyền thống, trải bùn ướt trên sân phơi hoặc bãi cát để nước bay hơi tự nhiên hoặc thấm xuống đất. Sau một thời gian (vài tuần đến vài tháng), bùn khô đạt độ ẩm thấp, có thể cuốc xới và thu gom. Ưu điểm của phơi bùn là đơn giản, chi phí đầu tư thấp và không đòi hỏi thiết bị phức tạp.

Tuy nhiên nhược điểm là diện tích lớn, thời gian xử lý dài, phụ thuộc thời tiết, dễ phát sinh mùi hôi và côn trùng gây ảnh hưởng môi trường xung quanh. Phương pháp này phù hợp với trạm xử lý quy mô nhỏ hoặc khu vực có khí hậu khô ráo, nhiều nắng.

Máy ép bùn khung bản (filter press)

Đây là công nghệ ép bùn kiểu mẻ (theo mẻ gián đoạn) sử dụng các tấm lọc và khung ép. Bùn được bơm vào các khung vải lọc và nén dưới áp lực cao, nước lọc thoát ra, còn chất rắn bị giữ lại thành bánh bùn. Máy ép khung bản có ưu điểm là tạo ra bánh bùn rất khô, nhờ áp lực cao có thể giảm độ ẩm xuống mức thấp, giúp giảm tối đa khối lượng và chi phí vận chuyển, xử lý​.

Đặc biệt, công nghệ này thường không cần dùng polymer keo tụ hỗ trợ, do đó giảm đáng kể chi phí hóa chất xử lý​. Bùn sau ép khung bản thường đạt độ rắn chắc cao (độ ẩm có thể < 60%), dễ vận chuyển.

Nhược điểm của máy ép khung bản là vận hành theo mẻ nên tốn nhân công cho việc tháo bánh, vệ sinh vải lọc; chu kỳ ép kéo dài và thiết bị cồng kềnh chiếm diện tích nhất định. Ngoài ra, cần cấp nước để rửa vải lọc sau mỗi chu kỳ, và đầu tư ban đầu cho hệ thống bơm áp lực cao.

Máy ép bùn băng tải (belt press)

Phương pháp này sử dụng hai băng tải có phủ vải lọc ép kẹp bùn ở giữa và di chuyển liên tục. Bùn nước cấp được trộn polymer tạo bông cặn, sau đó đưa vào giữa hai băng tải để ép và tách nước dần qua vải lọc khi băng tải chạy qua các trục ép. Ưu điểm của máy ép băng tải là thiết kế đơn giản, vận hành liên tục, công suất xử lý lớn và dễ vận hành, bảo trì.

Máy có thể xử lý nhiều loại bùn khác nhau và có thể điều chỉnh độ ẩm của bùn sau ép bằng cách thay đổi tốc độ băng tải hoặc lực ép. Nhờ vận hành liên tục, bùn được ép xả liên tục nên giảm nhu cầu nhân công so với khung bản.

Tuy nhiên, nhược điểm là cần sử dụng polymer keo tụ tương tự máy ép trục vít để đạt hiệu quả tách nước cao​, làm tăng chi phí hóa chất. Độ khô bánh bùn tạo ra thường ở mức trung bình (thường 15-25% chất rắn tùy loại bùn), thấp hơn so với ép khung bản. Bên cạnh đó, băng tải và vải lọc cần được rửa bằng nước áp lực liên tục để tránh tắc nghẽn, gây tốn nước và phát sinh nước thải cần xử lý thêm.

Máy ép bùn ly tâm (decanter centrifuge)

Sử dụng lực ly tâm tốc độ cao để tách nước ra khỏi bùn. Bùn được cấp vào máy ly tâm dạng trục ngang quay tốc độ lớn, nước tách ra do lực ly tâm và chảy ra ngoài, còn bùn rắn (bánh) được vít xoắn đẩy ra ở đầu còn lại. Máy ép ly tâm có hiệu quả tách nước rất cao, tạo ra bùn nước cấp có độ ẩm thấp (bánh bùn khá khô). Thiết bị vận hành liên tục, ổn định và có thể xử lý bùn nồng độ cao. Ưu điểm nổi bật là hiệu suất tách nước tốt, hệ thống khép kín nên hạn chế mùi và an toàn vệ sinh, không cần diện tích lớn.

Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu rất cao do máy móc phức tạp và yêu cầu vật liệu bền chắc chịu mài mòn​. Máy ly tâm cũng đòi hỏi tiêu thụ năng lượng lớn để quay ở tốc độ cao, chi phí vận hành (điện năng) cao hơn các công nghệ khác. Thông thường cũng cần châm polymer để tăng hiệu quả tách nước (kết bông các hạt keo), do đó phát sinh chi phí hóa chất. Ngoài ra, máy quay tốc độ cao có thể gây tiếng ồn đáng kể, cần có biện pháp giảm ồn và chống rung.

Máy ép bùn trục vít (screw press)

Công nghệ mới nổi trong những năm gần đây, sử dụng trục vít xoắn để ép và vắt nước ra khỏi bùn. Nguyên lý hoạt động chi tiết sẽ được trình bày ở phần sau, nhưng về cơ bản bùn được cô đặc và ép qua khe hẹp giữa các vòng xoắn và bộ lọc, nước chảy ra ngoài còn bánh bùn được đẩy ra cuối máy.

Máy ép trục vít có ưu điểm vận hành liên tục và rất ổn định, thích hợp cho hệ thống có lưu lượng bùn thải lớn. Máy tiết kiệm năng lượng do trục vít quay chậm (chỉ ~2-4 vòng/phút) nên tiêu hao điện thấp​. Ngoài ra, cấu tạo đặc biệt với cơ chế tự làm sạch khe lọc giúp máy ít bị tắc nghẽn, có thể xử lý được loại bùn có độ kết dính cao mà các máy ép khác dễ bị nghẽn.

Tiếng ồn vận hành cũng rất thấp (chỉ ~63 dB, thấp hơn nhiều so với máy ly tâm). Nhược điểm chính của máy ép trục vít là cần sử dụng lượng polymer khá lớn để tạo độ kết dính và trợ lọc cho bùn trước khi ép​, làm tăng chi phí vận hành tương tự máy ép băng tải. Độ khô bánh bùn thường ở mức trung bình khá, tuy không khô bằng ép khung bản nhưng đủ để giảm đáng kể thể tích bùn. Máy ép trục vít có giá đầu tư cao hơn máy ép băng tải truyền thống, nhưng thường thấp hơn máy ly tâm hiện đại.

Nhìn chung, các phương pháp xử lý bùn phổ biến đều nhằm mục đích giảm lượng nước trong bùn nước cấp, ổn định tính chất bùn và đáp ứng các yêu cầu an toàn trước khi thải ra môi trường hoặc tái sử dụng.

So sánh các công nghệ xử lý bùn nước cấp về hiệu suất, chi phí

Mỗi công nghệ xử lý bùn đều có ưu nhược điểm riêng về hiệu suất tách nước, chi phí đầu tư/vận hành và mức độ thân thiện môi trường. Dưới đây là so sánh tổng quát các công nghệ chính:

Hiệu suất xử lý (độ khô của bùn)

Xét về mức độ tách nước, công nghệ ép khung bản cho bánh bùn khô nhất (độ ẩm thấp nhất) nhờ áp lực cao và thời gian ép dài​. Bùn sau ép khung bản thường rắn chắc, giảm tối đa thể tích phải xử lý tiếp​. Máy ly tâm cũng cho hiệu suất cao, có thể đạt bánh bùn độ ẩm thấp do lực ly tâm tách nước triệt để. Máy ép băng tải và máy ép trục vít cho độ khô trung bình, thường độ ẩm bánh bùn còn khoảng 70–85% tùy loại bùn.

Tuy không khô bằng khung bản hay ly tâm, nhưng bùn sau ép băng tải/trục vít vẫn đủ đặc để dễ vận chuyển. Phơi bùn tự nhiên có thể cho bùn rất khô (thậm chí nứt nẻ như đất) nếu thời tiết thuận lợi và phơi đủ lâu, song khó kiểm soát đồng đều và tốn thời gian. Đốt bùn cho hiệu quả loại bỏ nước 100% (biến thành tro), nhưng đây là trường hợp đặc biệt vì hầu hết các hệ thống xử lý bùn nước cấp không đốt do chi phí quá cao.

Chi phí đầu tư và vận hành xử lý bùn nước cấp

Về chi phí đầu tư ban đầu, bãi phơi bùn là rẻ nhất (gần như chỉ tốn đất đai và xây dựng sân phơi). Trong các máy ép, máy ép băng tải và máy ép trục vít thường có chi phí đầu tư trung bình, thấp hơn máy ly tâm hiện đại. Máy ép khung bản loại nhỏ có chi phí không quá cao, nhưng nếu công suất lớn thì giá thành cũng đáng kể do kích thước khung bản lớn. Máy ly tâm có chi phí đầu tư cao nhất​ do công nghệ phức tạp và vật liệu đặc thù.

Về chi phí vận hành, phơi bùn tốn nhiều nhân công (để phơi, đảo trộn và thu gom bùn khô) nhưng hầu như không tốn điện năng hay hóa chất. Máy ép khung bản tốn nhân công cho vận hành gián đoạn, nhưng tiết kiệm chi phí hóa chất do không cần polymer keo tụ hỗ trợ​. Máy ép băng tải và máy ép trục vít đều cần polymer, làm tăng chi phí hóa chất hàng tháng. Trong đó, máy ép trục vít thường dùng polymer nhiều để đạt hiệu quả tách nước cao nhất​. Ngược lại, máy ép khung bản không dùng polymer giúp giảm đáng kể chi phí xử lý bùn thải về lâu dà.

Về năng lượng, máy ly tâm tiêu thụ điện lớn do động cơ công suất cao, chạy liên tục ở tốc độ cao. Máy ép băng tải và máy ép trục vít tiêu thụ điện ít hơn; đặc biệt máy trục vít tiêu thụ điện rất thấp (~0,8 kW/h) nhờ tốc độ quay chậm. Máy khung bản dùng bơm áp lực nên tiêu thụ điện trung bình theo chu kỳ ép. Chi phí bảo trì, thay thế phụ tùng cũng khác nhau: máy băng tải định kỳ phải thay vải lọc và mô tơ băng tải, máy trục vít cần thay vòng đệm nếu mòn, máy ly tâm cần bảo dưỡng vòng bi, động cơ chuyên dụng, v.v.

Nhìn chung, máy ly tâm có chi phí vận hành cao nhất (điện + bảo trì), máy băng tải và trục vít trung bình, còn khung bản tốn ít hóa chất nhưng cần nhân lực.

Tính thân thiện với môi trường

Tiêu chí này xét đến các yếu tố như tiêu hao năng lượng, hóa chất, nước rửa và tác động thứ cấp (tiếng ồn, mùi).

• Xét về năng lượng, máy ly tâm kém thân thiện hơn do dùng nhiều điện, trong khi máy trục vít nổi bật về tiết kiệm điện năng (chỉ khoảng 1/10 so với máy ly tâm cho cùng lượng bùn)​.
• Về hóa chất, ép khung bản là tốt nhất vì không cần polymer​, giảm lượng hóa chất phải đưa vào bùn. Máy băng tải và trục vít phụ thuộc polymer, do đó kém “xanh” hơn ở khía cạnh này.
• Về nước rửa, máy băng tải tiêu tốn nhiều nước để rửa băng, có thể tạo ra lượng nước thải đáng kể cần xử lý thêm. Máy khung bản cũng cần nước rửa vải lọc nhưng chu kỳ thưa hơn. Máy trục vít có cơ chế tự làm sạch nên ít dùng nước rửa hơn, giúp tiết kiệm nước​.
• Xét về tiếng ồn, máy ly tâm quay nhanh nên ồn cao (thường > 80 dB), cần lắp đặt cách âm; máy băng tải và khung bản ồn thấp hơn nhiều (chủ yếu từ bơm và động cơ nhỏ); máy trục vít ồn rất thấp (~60 dB) gần như không ảnh hưởng môi trường xung quanh​.
• Về mùi và an toàn sinh học, các hệ thống kín như máy ly tâm, máy trục vít hạn chế mùi tốt hơn so với bãi phơi lộ thiên (bốc mùi hôi, thu hút ruồi muỗi). Bùn sau ép càng khô thì càng ít gây rỉ nước và mùi khi lưu trữ, do đó công nghệ cho bánh bùn khô (khung bản, ly tâm) gián tiếp có lợi hơn cho môi trường trong khâu lưu chứa và vận chuyển.
• Tóm lại, xét tổng thể, máy ép trục vít được đánh giá cao về tính thân thiện môi trường nhờ tiết kiệm năng lượng, nước và ồn thấp. Máy ép khung bản cũng thân thiện ở khía cạnh giảm hóa chất. Máy ép ly tâm dù hiệu quả nhưng dùng nhiều năng lượng và gây ồn, còn bãi phơi bùn tuy không tốn năng lượng nhưng chiếm đất, phát sinh mùi và tiềm ẩn rủi ro nước rỉ gây ô nhiễm đất.

Như vậy, không có công nghệ nào là hoàn hảo tuyệt đối; việc lựa chọn phụ thuộc vào quy mô, ngân sách, loại bùn và yêu cầu cụ thể của dự án. Bảng dưới đây tóm tắt ngắn gọn sự khác biệt giữa các công nghệ chính:

(Chú thích: Độ khô bùn biểu thị tỷ lệ chất rắn trong bánh bùn sau xử lý; ồn cao >80 dB, ồn thấp ~60-70 dB.)

>>> Xem thêm: Máy ép bùn: phân tích so sánh 03 dòng máy ép bùn phổ biến

Tiêu chuẩn môi trường liên quan đến xử lý bùn nước cấp

Việc xử lý và thải bỏ bùn nước cấp phải tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn môi trường hiện hành nhằm đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Tại Việt Nam, khung pháp lý về quản lý bùn thải đã được ban hành, đáng chú ý nhất là QCVN 50:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước​.

Quy chuẩn này quy định các ngưỡng giới hạn về hàm lượng các chất ô nhiễm trong bùn (chủ yếu là kim loại nặng và hóa chất độc hại) để phân định bùn thải thuộc loại nguy hại hay thông thường. Cụ thể, nếu mẫu bùn phân tích có thông số vượt quá ngưỡng cho phép thì bùn đó được xếp vào chất thải nguy hại và phải quản lý theo quy định nghiêm ngặt.

QCVN 50:2013 liệt kê các thông số như Asen, Chì, Cadimi, Thủy ngân, Xyanua… kèm giá trị giới hạn. Ví dụ, hàm lượng Asen vượt 40 ppm (hoặc nồng độ Asen ngâm chiết vượt 2 mg/L) sẽ coi là vượt ngưỡng nguy hại; tương tự chì (Pb) có ngưỡng 300 ppm, thủy ngân (Hg) 4 ppm, cadimi (Cd) 10 ppm, v.v.​ Những giá trị này được xây dựng dựa trên quy chuẩn ngưỡng chất thải nguy hại chung (QCVN 07:2009) và điều chỉnh cho phù hợp với bùn từ quá trình xử lý nước​

Đối với bùn nước cấp, thông thường thành phần chủ yếu là vô cơ (như hydroxit kim loại của phèn nhôm/Fe, đất sét), các chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh không nhiều như bùn thải sinh hoạt. Tuy vậy, vẫn cần phân tích thành phần bùn định kỳ để xác định xem có kim loại nặng hoặc hóa chất độc hại nào tích tụ vượt ngưỡng hay không (ví dụ Asen có thể có trong nguồn nước ngầm, hoặc nhôm từ phèn, clo từ chất khử trùng dư).

Nếu bùn nước cấp được xếp loại chất thải nguy hại (theo QCVN 50:2013/BTNMT), đơn vị vận hành phải đăng ký và quản lý như chất thải nguy hại: lưu trữ, vận chuyển và xử lý thông qua các đơn vị có giấy phép xử lý chất thải nguy hại theo đúng quy định của pháp luật (Thông tư 36/2015/TT-BTNMT và Luật Bảo vệ Môi trường 2020).

Trường hợp bùn không phải chất thải nguy hại (tức các thông số đều dưới ngưỡng), thì có thể xử lý như chất thải rắn công nghiệp thông thường. Tuy nhiên, ngay cả bùn thông thường cũng phải tuân thủ quy định về thu gom, vận chuyển và xử lý: không được tự ý đổ bừa ra môi trường. Bùn sau khi ép khô thường được chuyển đến bãi chôn lấp hợp vệ sinh.

Các bãi chôn lấp phải đáp ứng tiêu chuẩn chống thấm, thu gom nước rỉ và xử lý khí nhằm ngăn ngừa ô nhiễm (theo QCVN 61-MT:2016/BTNMT về bãi chôn lấp chất thải rắn). Trước khi chôn lấp, bùn nên được khử nước đạt độ ẩm thấp để giảm phát sinh nước rỉ rác. Nhiều địa phương quy định bùn đem chôn phải có độ ẩm <65% (tương đương >35% chất rắn) để đảm bảo tính ổn định.

Ngoài ra, nước tách ra từ bùn nước cấp trong quá trình xử lý (nước ép bùn) cũng phải được xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường. Nước tách bùn thường chứa nồng độ cặn lơ lửng, kim loại và chất hữu cơ cao, nên cần hoàn lưu về đầu hệ thống xử lý nước hoặc xử lý như nước thải. Tiêu chuẩn xả thải áp dụng có thể là QCVN 14:2008/BTNMT (nếu xử lý như nước thải sinh hoạt) hoặc các quy chuẩn khác tùy nguồn gốc bùn.

>> Xem thêm: Báo Giá Hệ thống Xử Lý Nước Cấp Lắng Lamen

Kết luận

Tóm lại, công tác quản lý bùn thải nước cấp chịu sự điều chỉnh của nhiều quy định môi trường, từ khâu phân loại nguy hại, lựa chọn công nghệ xử lý đến tiêu chuẩn xả thải và tái sử dụng. Việc nắm vững và tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp đảm bảo quá trình xử lý bùn không gây tác động xấu, hướng tới phát triển bền vững và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Các nhà quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước cần thường xuyên cập nhật các quy định mới, đồng thời lựa chọn giải pháp xử lý bùn phù hợp để vừa đạt hiệu quả kinh tế vừa đáp ứng yêu cầu môi trường.

ARES Khanh Nguyễn