Đây là các giải pháp xử lý triệt để bùn bể tự hoại trong lưu vực thoát nước thải S1 và S2 có hơn 1,5 triệu dân, góp phần giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường và sự quá tải tại các bãi chứa bùn, bãi chôn lấp rác hiện nay tại thành phố Hà Nội.

Bể tự hoại (BTH) bố trí trong công trình hoặc nhà ở để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt bằng cách lắng lại các chất rắn (chủ yếu là phân, cặn,…). Chất hữu cơ trong bùn cặn lắng được phân hủy yếm khí trong thời gian lưu giữ trong bể. Sau xử lý sơ bộ, nước thải được xả ra các cống, kênh, mương hồ thoát nước đô thị. Từ những năm 1990, BTH được xây dựng cùng với các khu nhà mới ở nước ta. 

Hầu hết các đô thị Việt Nam, hệ thống vệ sinh tại chỗ chủ yếu là các BTH và nhà vệ sinh công cộng. Phân bùn thu gom từ hệ thống này thường chưa đươc xử lý nên gây ô nhiễm môi trường. Hoạt động hút, vận chuyển và thải bỏ phân bùn BTH từ các hộ gia đình, cơ quan, xí nghiệp, cơ sở kinh doanh dịch vụ,… tại các đô thị còn bất cập. Doanh nghiệp tư nhân cung cấp dịch vụ hút phân bùn còn tự phát và khó kiểm soát. Theo số liệu của Sở Xây dựng  Hà Nội, hiện nay tại thành phố Hà Nội có hơn 300 doanh nghiệp tư nhân hoạt động trong lĩnh vực này. Trên thực tế, phân bùn BTH sau khi hút thường được đổ thẳng ra bãi chôn lấp cùng với các loại rác thải đô thị và các loại bùn thải thoát nước khác hoặc  xả trực tiếp vào các hồ nuôi cá, sử dụng trực tiếp để bón cho các loại rau quả,... Điều này không những gây ô nhiễm môi trường mà còn là nguy cơ tác động trực tiếp tức sức khoẻ cộng đồng. Các vấn đề ô nhiễm môi trường đang tăng nhanh dưới tốc độ tăng trưởng kinh tế của các đô thị. Hiện tại việc quản lý bùn BTH tại các đô thị còn có những vấn đề hạn chế như:

- Chưa quản lý và thống kê được số lượng các BTH được xây dựng và đi vào hoạt động hàng năm;

- Dịch vụ hút và thu gom phân bùn BTH tại từng đô thị còn tuỳ tiện, không hề có kế hoạch định kỳ hàng năm. Các đơn vị đảm thực hiện dịch vụ thu gom và xử lý phân bùn BTH chưa được kiểm soát chặt chẽ.

- Chưa có qui hoạch khu vực đổ xả và xử lý phân bùn BTH cho từng đô thị;

- Một số phương tiện hút và vận chuyển phân bùn quá cũ và không phù hợp với các điều kiện hạ tầng yếu kém ở nhiều đô thị;

- Việc thông hút bùn và bảo dưỡng không theo định kỳ nên có quá nhiều bùn tồn đọng làm giảm thể tích và hiệu quả sử dụng các BTH.

Bùn BTH của các bệnh viện và một số công trình dịch vụ khác có thể có mầm bệnh như trứng giun sán, các vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh,… và nhiều chất độc hại khác. Nếu không được thu gom, vận chuyển và xử lý đúng quy cách, thì loại bùn này như là một loại chất thải nguy hại.

Như vậy, bùn BTH cần được thu gom, vận chuyển và xử lý để tránh ô nhiễm môi trường, lây lan bệnh dịch,… đồng thời  việc xử lý bùn tự hoại tạo điều kiện cho nó có thể sẽ là một nguồn tài nguyên để thu hồi năng lượng hoặc làm phân bón. Thông thường việc xử lý và tiêu huỷ bùn BTH có thể thực hiện theo các phương thức như: đổ trực tiếp trên đất;  chôn lấp cùng với các loại  chất thải khác; xử lý cùng với thành phần hữu cơ  trong rác thải sinh hoạt để tận thu chế biến phân hữu cơ; xử lý cùng với nước thải;  xử lý trong các ao hồ sinh học; ổn định bằng vôi bột,…Trong đó giải pháp xử lý bùn BTH cùng với nước thải sinh hoạt là giải pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả và kinh tế nhất, đây cũng là giải pháp khả thi trong một số dự án thoát nước và vệ sinh môi trường đang triển khai tại các đô thị Việt Nam.

Tại Hải Phòng, từ năm 2000, sau khi dự án Thoát nước và vệ sinh Hải Phòng (dự án 1B) hoàn thành và đưa vào sử dụng, Công ty TNHH thoát nước Hải Phòng  đã tiến hành hút toàn bộ lượng bùn thải BTH của  43 phường và khu tập thể (khoảng 50.182 BTH các loại) về đổ vào các ô chứa của bãi thải Tràng Cát. Tại đây, bùn được tách và làm khô. Bùn BTH sau khi làm khô được lấy lên trộn với đất sét, các nguyên liệu phụ và đem ủ. Hỗn hợp bùn và nguyên liệu sau ủ được thiết bị sàng lọc và loại ra các sản phẩm không phù hợp để mang đi chôn lấp. Sản phẩm chính dưới dạng phân compost được chia, đóng gói phục vụ cho mục đích nông nghiệp. Còn nước thu được từ quá trình xử lý bùn thải được dẫn về hồ XLNT của bãi thải Tràng Cát, trước khi được đưa trở lại sông.

Tại Đà Lạt với công nghệ bể lắng hai vỏ, bể lọc sinh học cao tải và hồ sinh học hiếu khí tự nhiên, nhà máy XLNT hằng ngày tiếp nhận gần 20 tấn bùn BTH để xử lý cùng 5800 m3 nước thải sinh hoạt của thành phố. Sau khi ổn định cùng với bùn cặn nhà máy XLNT  trong ngăn lên men bùn của bể lắng hai vỏ, hỗn hợp bùn BTH và bùn thải được phơi trên sân phơi bùn đến độ ẩm 70%, sau đó phối trộn với than bùn tỉ lệ than:bùn là 1:3 và bổ sung thêm xác bèo để tăng hàm lượng chất hữu cơ, thêm lân hữu hiệu để tăng hàm lượng P2O5 lên khoảng 1,5%, thêm KNO3 để tăng lượng Kali lên khoảng 0,5% thu được phân hữu cơ Bio Gro cho các trang trại trồng hoa và trồng rau ở Đà Lạt.

Nhà máy XLNT khu vực phía Nam thành phố Nha Trang công suất 40.000 m3/ngày đi vào vận hành từ năm 2015. Với công nghệ XLNT bằng kênh oxy hóa và xử lý bùn thải bằng ổn định hiếu khí và ép khô cơ khí, nhà máy cũng thường xuyên tiếp nhận bùn tự hoại từ các hộ gia đình, công trình công cộng và dịch vụ  của thành phố Nha Trang để xử lý. Tuy nhiên sau đó bùn thải khô được công ty môi trường đô thị vận chuyển đưa về bãi chôn lấp xử lý cùng rác thải.

Đối với dự án nâng cấp nhà máy XLNT Nhơn Bình (Quy Nhơn - Bình Định) từ 14000 m3/ngày lên 28000 m3/ngày, theo tính toán nêu trong thuyết minh thiết kế bản vẽ thi công của Công ty Cổ phần Tư vấn và Đẩu Tư Xây dựng hạ tầng Phương Đông  (2020), với một nồng độ trung bình 10g BOD5/L bùn BTH, với lượng phân bùn BTH phải thông hút vào năm 2020 khoảng 12.500 m3/năm, tương đương 34 m3/ngày thì tải lượng  BOD5 của bùn BTH này là 340 kg /ngày vào năm 2020. Với nồng độ BOD5 đầu vào thiết kế của nhà máy XLNT Nhơn Bình khoảng 150 mg/L thì bùn BTH chiếm khoảng 5% - 10% tổng tải lượng hữu cơ của hệ thống xử lý. Tải lượng hữu cơ nguồn từ BTH không lớn hơn 20% tổng tải lượng xử lý thì không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của các công trình sinh học của nhà máy. Trong giai đoạn nâng công suất  lên 28.000m3/ngày sẽ xây dựng một bể tiếp nhận bùn tự hoại và sau khi lắng, phần bã bùn BTH sẽ được ổn định và làm khô cùng bùn thải nhà máy. Nước rỉ bùn BTH được xử lý cùng với nước thải đầu vào. Như vậy các công trình XLNT và bùn thải tại nhà máy XLNT Nhơn Bình có thể kết hợp xử lý được bùn BTH  của 250.000 người dân lưu vực mà nhà máy phục vụ.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot với hệ thống xử lý kết hợp bùn BTH và rác hữu cơ (thức ăn thừa) ở chế độ lên men nóng (50-55oC) của Nguyễn Việt Anh và cộng sự  (2013), cho thấy, bùn sau phân hủy là nguồn phân hữu cơ an toàn, do các mầm bệnh đã bị tiêu diệt hết ở nhiệt độ cao.  Công nghệ xử lý kỵ khí các chất thải giàu hữu cơ ở nhiệt độ 50 - 55oC (lên men nóng) có những ưu việt so với các quá trình xử lý hiếu khí truyền thống như chi phí vận hành thấp, tạo ít sinh khối phụ (bùn), hiệu suất xử lý chất hữu cơ và thu hồi biogas cao. Nghiên cứu phối trộn bùn BTH (FS) với bùn thải nhà máy XLNT tập trung  (WAS) để lên men ấm, Vũ Thị Hoài Ân (2020) cho thấy,  theo tỉ lệ thể tích FS:WAS là 0:1, 1:6, 1:3, 1:2 và 1:1 thì thể tích khí CH4 thu được tăng lên 9,5%  từ  269,3 NmL/g VS bùn cơ chất đến 294,8 NmL/g VS bùn cơ chất khi tăng dần khối lượng của FS phối trộn. Khi tỉ lệ phối trộn này là 1:1, hiệu suất loại bỏ COD và VS cao nhất, tương ứng là 43,4% và 42,6%. 

Như vậy kết hợp xử lý bùn BTH tại các nhà máy XLNT đô thị là giải pháp phù hợp và khả thi để giải quyết được những khó khăn trong kiểm soát bùn thông hút từ các BTH và những vấn đề ô nhiễm môi trường do loại bùn này gây nên. Thông thường các hệ thống XLNT đô thị hiện nay có công nghệ bùn hoạt tính AO (AO-CAS, ASBR, mương oxy hóa,…) yêu cầu có sự cân bằng và ổn định tỉ lệ C:N trong nước thải. Tuy nhiên khi qua BTH và vận chuyển trong cống thoát nước chung, phần lớn các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt bị lắng đọng (chất hữu cơ không hòa tan) hoặc bị phân hủy (các chất hữu cơ hòa tan),… nên khi về đến nhà máy XLNT tập trung tỉ lệ C:N thấp, gây khó khăn cho các quá trình loại bỏ nitơ nên nhiều công trình phải bổ sung thêm cơ chất để đảm bảo tỉ lệ này. 

Theo Công ty Cổ phần dịch vụ kỹ thuật Thịnh Vượng (2021), nước bùn BTH sau khi tách bã có TSS là 1000 mg/L, BOD5 là  2200 mg/L, COD là 3200 mg/L, TN là 350 mg/L, TP là 40 mg/L,... Đây là lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng đáng kể, có thể bổ sung cho các quá trình xử lý sinh học trong các giai đoạn mà thành phần các chất này không ổn định. Việc đưa bùn BTH có hàm lượng hữu cơ cao về cùng xử lý sẽ góp phần giảm thiểu lượng cơ chất bổ sung, đảm bảo tỉ lệ C:N cần thiết. Mặt khác với hàm lượng hữu cơ, N và P cao, bã bùn tự hoại cùng với bùn thải các nhà máy XLNT sinh hoạt là nguồn nguyên liệu phù hợp để sản xuất phân bón.

Hiện nay chưa có một thống kê cụ thể nào về khối lượng bùn BTH phát sinh tại thành phố Hà Nội. Tuy nhiên theo ước tính từ số liệu 5 năm trở lại đây lượng bùn BTH phát sinh từ các nhà dân, nhà hàng, khách sạn, chợ, nhà vệ sinh công cộng,…dao động từ 530 đến 630 tấn/ngày với tỉ lệ gia tăng trung bình 4%/năm.  

Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội (URENCO) là đơn vị chịu trách nhiệm chính trong việc thu gom, vận chuyển và xử lý bùn BTH, khối lượng thu gom trung bình 90 tấn/ngày trong năm 2020. Hiện nay ngoài URENCO, còn có Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội (HSDC) và nhiều doanh nghiệp tư nhân khác tham gia thu gom bùn BTH. Tuy nhiên kiểm soát được việc vận chuyển và xử lý bùn BTH của các doanh nghiệp tư nhân là rất khó khăn. 

Hiện nay trên địa bàn thành phố Hà Nội chỉ có trạm xử lý phân bùn BTH công suất thiết kế 300 m3/ngày (tương đương 150 tấn bùn/ngày) đặt tại nhà máy sản xuất phân compost Cầu Diễn được phép hoạt động. Thực tế hiện nay trạm xử lý phân bùn này hoạt động với công suất 150 m3/ngày. Trạm sử dụng công nghệ xử lý phức tạp quy mô không lớn và không tận dụng triệt để bùn bã của phân bùn. Mặt khác việc đầu tư cho một trạm xử lý phân bùn BTH như thế này có kinh phí cao và diện tích chiếm đất lớn.

Theo ước tính, đến năm 2030 trung bình trên địa bàn thành phố Hà Nội sẽ phát sinh mỗi ngày khoảng 900 tấn bùn BTH. Riêng khu vực trung tâm phía Tây sông Nhuệ (các lưu vực thoát nước thải S1, S2 và S3) của thành phố Hà Nội, theo tính toán của Vũ Thị Hoài Ân (2020), đến năm 2030 với diện tích 10.863,5 ha và số dân 2.145.437 người thì số lượng bùn BTH hút và thu gom được mỗi ngày là 683,5 m3. Theo Quy hoạch xử lý chất thải rắn Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, thành phố Hà Nội sẽ bố trí 17 khu vực xử lý chất thải rắn bao gồm cả xử lý phân bùn BTH. Tuy nhiên với phương thức thu gom và cách chôn lấp như hiện nay, các bãi chứa bùn có diện tích rất lớn, khó thu hồi đất để xây dựng và  kiểm soát ô nhiễm môi trường do bùn BTH sẽ gặp nhiều bất cập. Ngoài ra bã cặn không được sử dụng làm nguồn nguyên liệu phân bón sẽ là một sự lãng phí lớn.

Thành phố Hà Nội hiện nay có 6 nhà máy XLNT tập trung với công nghệ bùn hoạt tính đang hoạt động với tổng công suất thiết kế là 276.000 m3/ngày. 

Theo Quy hoạch thoát nước Hà Nội, đến năm 2030 thành phố Hà Nội sẽ có một số nhà máy XLNT đi vào hoạt động như: Phú Đô (84000 m3/ngày), An Lạc (25.800 m3/ngày), Phúc Đồng (33.700 m3/ngày)…., trong đó lớn nhất thành phố là nhà máy XLNT Yên Xá công suất 270.000 m3/ngày với công nghệ AO-CAS đang được xây dựng và sẽ vận hành vào 2024. Quy hoạch thoát nước Hà Nội nêu rõ: "bùn thải từ các nhà máy XLNT, BTH, bùn phát sinh từ hoạt động nạo vét, duy tu quản lý mạng lưới thoát nước được thu gom và xử lý đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật. Ưu tiên các giải pháp xử lý thân thiện môi trường, tạo ra các sản phẩm tái sử dụng, tái tạo năng lượng hoặc vật liệu xây dựng”. Vì vậy thấy rằng xử lý kết hợp phân bùn BTH với nước thải và bùn thải tại nhà máy XLNT đô thị tập trung là một giải pháp hợp lý. Với Hà Nội hiện có 3 nhà máy XLNT đô thị không nằm ở trung tâm thành phố tổng công suất 512.000 m3/ngày (nhà máy XLNT Bắc Thăng Long Vân Trì công suất 42.000 m3/ngày, nhà máy XLNT Yên Sở  công suất 200.000 m3/ngày và nhà máy XLNT Yên Xá  sẽ hoạt động vào 2024 công suất 270.000 m3/ngày) sẽ đủ khả năng tiếp nhận 650 tấn bùn thải/ngày cho thành phố Hà Nội .

Đối với nhà máy XLNT Yên Sở, phương án xử lý bùn hoạt tính dư sau bể ASBR là tách nước sơ bộ bằng bể nén bùn, ổn định yếm khí (lên men kị khí) trong bể mê tan và làm khô bùn bằng thiết bị vắt ly tâm. Công suất hệ thống xử lý bùn thải nhà máy XLNT Yên Sở là 652 m3/ngày. 

 

Bùn thải khô của nhà máy sau đó được vận chuyển đi chôn lấp tại các bãi rác hoặc bãi đổ bùn. Đây là nhà máy XLNT duy nhất ở Việt Nam có bể mê tan lên men ấm với thể tích 7.500 m3. Tuy nhiên do không có bể lắng sơ cấp và nước thải với hàm lượng hữu cơ, TSS,… thấp, được xử lý sinh học bằng công nghệ bùn hoạt tính theo mẻ cải tiến (ASBR) nên lượng bùn thải hằng ngày của nhà máy rất ít, chỉ 58,7 m3. Như vậy khả năng tiếp nhận bùn BTH cũng như rác thải sinh hoạt hữu cơ khác để xử lý kết hợp với bùn thải nhà máy này rất lớn. Mặt khác trong nước rỉ bùn BTH và  nước rỉ rác hữu cơ hàm lượng BOD5 cao, đây là một nguồn cơ chất bổ sung cho quá trình khử nitrat để loại bỏ ni-tơ tại bể ASBR.

Nhà máy XLNT Yên Xá công suất 270.000 m3/ngày hoạt động theo công nghệ bùn hoạt tính AO (CAS-AO). Do hiện nay HTTN lưu vực S2 là hệ thống cống chung nên hàm lượng hữu cơ (COD, BOD5) và chất rắn lơ lửng (TSS) trong nước thải thu gom về nhà máy rất thấp, nên để đảm bảo tỉ lệ BOD5: TN  cho quá trình xử lý sinh học cũng như tiết kiệm kinh phí đầu tư và chi phí vận hành nhà máy, trong giai đoạn đến 15 năm tiếp theo các công trình lắng sơ cấp và nén bùn trọng lực tạm dừng xây dựng. Như vậy việc xử lý kết hợp bùn BTH tại nhà máy này vừa tạo điều kiện cung cấp thêm lượng hữu cơ từ nước rỉ bùn BTH cho quá trình khử nitrat trong các bể anoxic, vừa tận dụng công suất dư thừa khi không có bùn sơ cấp của các thiết bị ép bùn. Hai phương án xử lý kết hợp bùn BTH (FS) và bùn hoạt tính dư (WAS) tại khu xử lý bùn nhà máy XLNT Yên Xá.   

Theo sơ đồ nêu trên, công trình cần bổ sung để xử lý kết hợp bùn FS và bùn WAS là thiết bị cân khi tiếp nhận bùn FS về nhà máy. Tại bể chứa bùn 1, hỗn hợp bùn FS và WAS được khuấy trộn đều sau đó được bơm lên thiết bị ép bùn băng tải để tách nước sơ bộ. Tại đây polymer được lựa chọn và định lượng phù hợp với đặc tính của hỗn hợp bùn WAS và FS. Sau khi tách nước sơ bộ, hỗn hợp bùn được bơm về máy tách nước ly tâm để làm khô đến độ ẩm 75-80%. Bùn khô có thể tái sử dụng làm nguyên liệu chế biến phân compost hữu cơ hoặc đưa đi xử lý tiếp tục tại các bãi chứa bùn. Nước bùn tách ra từ máy ép bùn băng tải và máy tách nước ly tâm có hàm lượng hữu cơ cao sẽ được đưa về đầu các công trình BHT để xử lý. 

Như vậy đến năm 2025, với 2 nhà máy XLNT lớn nhất của Hà Nội với tổng công suất 470.000 m3/ngày có thể tiếp nhận được toàn bộ lượng bùn BTH với khoảng 1,5 triệu người của lưu vực thoát nước S1 và S2 để xử lý tại hệ thống xử lý bùn thải hiện có của các nhà máy này. Bùn khô từ hỗn hợp bùn BTH và bùn thải nhà máy XLNT là loại bùn độ ẩm 75-80%,  có hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng N, P cao nên được xử lý tiếp tục để làm nguồn nguyên liệu phân bón.

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu dây chuyền công nghệ và nguyên tắc hoạt động của các công trình các nhà máy XLNT đô thị hiện có và sẽ đi vào hoạt động trước năm 2025, giải pháp xử lý kết hợp bùn BTH với bùn thải nhà máy XLNT đô thị tập trung của Hà Nội được đề xuất. Đây là các giải pháp xử lý triệt để được bùn BTH trong lưu vực thoát nước thải S1 và S2, đồng thời góp phần giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường và quá tải tại các bãi chứa bùn và chôn lấp rác hiện nay tại thành phố Hà Nội.