Nước thải đô thị

Trong bối cảnh đô thị hóa toàn cầu diễn ra nhanh chóng và không ngừng, các nhà máy xử lý nước thải đô thị đã trở thành cơ sở hạ tầng then chốt, đóng vai trò là mắt xích trung tâm của hệ thống phòng thủ sinh thái đô thị. Các cơ sở này luôn ở tuyến đầu, liên tục chịu tác động kép ngày càng gia tăng từ "dân số tăng trưởng theo cấp số nhân" và yêu cầu cấp thiết về "nâng cao chất lượng nước nghiêm ngặt hơn". Khi các thành phố ngày càng mở rộng, mật độ dân cư tăng cao và nền kinh tế phát triển, lượng nước thải phát sinh cũng nhân lên; đồng thời, nhu cầu của cộng đồng và quy định của cơ quan quản lý đối với nguồn nước thải sạch hơn và môi trường thủy sinh khỏe mạnh hơn cũng không ngừng gia tăng, tạo nên một thách thức lớn đối với các nhà quy hoạch và kỹ sư đô thị.

Trường hợp của nhà máy xử lý nước thải ở khu vực đô thị cũ của một thành phố cấp tỉnh nhất định ở miền trung Trung Quốc là một ví dụ tiêu biểu cho tình trạng khó khăn đô thị phổ biến này. Đã hoạt động liên tục trong hơn 15 năm, cơ sở này mang những dấu ấn của thời đại nó được xây dựng. Nó được thiết kế cho một thời kỳ khác, phục vụ một diện tích đô thị nhỏ hơn và một dân cư có mức tiêu dùng thấp hơn. Khu vực phục vụ của nó trải rộng trên 35 kilômét vuông, và nó chịu trách nhiệm xử lý nước thải từ 400.000 cư dân thường trú — con số này có thể đã tăng lên kể từ khi nhà máy đi vào hoạt động. Công suất thiết kế ban đầu chỉ khiêm tốn ở mức 30.000 tấn mỗi ngày, một con số từng đủ đáp ứng nhu cầu. Tuy nhiên, hai động lực phát triển đô thị — sự mở rộng sang các khu vực lân cận và dòng người nhập cư gia tăng — cùng với mức sống được nâng cao đáng kể, đã khiến công suất này trở nên lỗi thời một cách nghiêm trọng. Lượng nước thải đầu vào hàng ngày đã tăng vọt lên 45.000 tấn, quá tải 50%, đẩy hệ thống hạ tầng già cỗi đến giới hạn tuyệt đối. Tình trạng quá tải thủy lực này dẫn đến thời gian lưu nước giảm, làm suy giảm hiệu quả xử lý và tiềm ẩn nguy cơ vi phạm quy định.

Các thách thức không chỉ đơn thuần là về lượng mà còn mang tính định tính sâu sắc. Nước thải đầu vào có thành phần hóa học phức tạp và biến động liên tục. Nồng độ nhu cầu oxy hóa học (COD), một chỉ số quan trọng phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ, thay đổi mạnh, dao động từ 300 đến 800 mg/L. Chính sự biến động này đã tạo thành vấn đề đối với các hệ thống xử lý sinh học vốn ưa điều kiện ổn định. Thành phần của nước thải này là bức tranh phản chiếu trực tiếp đời sống đô thị hiện đại: nó chứa đầy các sản phẩm phụ từ công việc gia đình, bao gồm chất béo, dầu mỡ và rác thải thực phẩm từ nhà bếp. Một thành phần đáng kể và gây khó khăn là nồng độ cao của các chất tẩy rửa tổng hợp và chất hoạt động bề mặt, có thể tạo bọt và ức chế các quá trình sinh học. Hơn nữa, bất chấp các quy định, dòng nước thải vẫn chứa một hỗn hợp các chất ô nhiễm từ các cơ sở sản xuất hoặc thương mại qui mô nhỏ, không tuân thủ quy định, xả thải trái phép hoặc không đúng cách vào mạng lưới cống thoát nước đô thị. Những chất này có thể bao gồm kim loại nặng, dung môi và các hợp chất bền vững khác có độc tính đối với cộng đồng vi sinh vật thiết yếu cho quá trình xử lý.

Đối mặt với thực tế này, hệ thống xử lý ban đầu của nhà máy—có khả năng dựa trên các quy trình bùn hoạt tính thông thường từ những năm 2000—đã vượt quá khả năng thiết kế. Các thành phần chính như hệ thống sục khí, bể lắng và trạm bơm đang vận hành kém hiệu quả, thường xuyên gặp sự cố do mài mòn cơ học, tiêu thụ năng lượng cao và không thể xử lý được tải trọng dinh dưỡng cũng như các cú sốc độc hại một cách ổn định. Hệ thống đang ở bờ vực bị loại bỏ, đối diện với nguy cơ bị phạt liên tục do vi phạm quy định, khiếu nại của người dân về mùi hôi hoặc chất lượng nước thải đầu ra, và cuối cùng là trở thành điểm nghẽn đối với sự phát triển bền vững của thành phố. Việc mở rộng đơn thuần là chưa đủ; một bước nhảy công nghệ là điều cần thiết.

Chính tại thời điểm then chốt này, việc triển khai và cải tạo toàn diện bằng hệ thống thiết bị xử lý nước thải đô thị QDEVU đã mang lại một giải pháp đột phá. Đây không chỉ đơn thuần là sửa chữa tạm thời mà là một cuộc đại tu chiến lược nhằm đảm bảo cơ sở hoạt động hiệu quả lâu dài trong tương lai. Dự án đã giúp trung tâm đô thị già cỗi này đạt được bước nhảy vọt, chuyển dịch mạnh mẽ từ việc chỉ thực hiện "xử lý cơ bản"—nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải tối thiểu—sang đạt được đồng thời hai mục tiêu vượt trội là "xả thải chất lượng cao" và "tái sử dụng tài nguyên".

Vậy, việc nâng cấp nhảy cóc này bao gồm những gì về mặt thực tiễn? Hệ thống QDEVU đại diện cho một dây chuyền xử lý tích hợp và tiên tiến. Việc cải tạo có lẽ đã bắt đầu bằng việc tăng cường xử lý sơ bộ để xử lý lưu lượng tăng lên và loại bỏ các chất rắn mịn hơn. Trọng tâm của việc nâng cấp có thể liên quan đến việc thay thế hoặc bổ sung đơn vị xử lý sinh học bằng một quy trình mạnh mẽ và hiệu quả hơn, chẳng hạn như Reactor Sinh học Màng (MBR). Công nghệ MBR tích hợp quá trình phân hủy sinh học với lọc màng, thay thế bể lắng bậc hai truyền thống. Điều này cho phép duy trì nồng độ sinh khối hoạt tính cao hơn nhiều trong reactor, dẫn đến diện tích chiếm dụng nhỏ hơn đáng kể và hiệu suất xử lý vượt trội, xử lý hiệu quả các mức COD và amoniac dao động.

Hơn nữa, các quy trình loại bỏ chất dinh dưỡng tiên tiến (Loại bỏ Phốt pho Sinh học Nâng cao và Quá trình Nitrat hóa/Denitrification) chắc chắn đã được tích hợp để xử lý tiềm năng phú dưỡng trong nguồn nước tiếp nhận. Bước cuối cùng và quan trọng nhất cho mục đích tái sử dụng là một rào cản xử lý bậc ba tiên tiến, có thể bao gồm lọc siêu lọc và khử trùng bằng tia cực tím hoặc thẩm thấu ngược. Cách tiếp cận đa rào cản này đảm bảo loại bỏ các tác nhân gây bệnh, chất rắn lơ lửng và các chất hữu cơ vi lượng, tạo ra dòng nước thải có chất lượng đặc biệt cao.

Sản phẩm nước chất lượng cao này vượt xa các tiêu chuẩn xả thải cơ bản, trở thành một nguồn tài nguyên có giá trị. Nó có thể được sử dụng an toàn cho các ứng dụng đô thị như tưới tiêu công viên công cộng, sân golf và dải cây xanh, rửa đường phố, cung cấp nước làm mát công nghiệp hoặc bổ sung nước ngầm, từ đó bảo tồn các nguồn nước ngọt quý giá. Đồng thời, chính quá trình xử lý cũng được tối ưu hóa để thu hồi tài nguyên. Bùn sinh ra trong quá trình xử lý được phân hủy kỵ khí để sản xuất khí sinh học, một nguồn năng lượng tái tạo có thể dùng để vận hành nhà máy, giảm lượng phát thải carbon và chi phí năng lượng. Phân bùn ổn định sau tiêu hóa có thể được xử lý thành phân compost hữu cơ phục vụ nông nghiệp.

Tóm lại, việc tích hợp chiến lược hệ thống QDEVU đã chuyển đổi nhà máy đô thị đang gặp khó khăn này từ một gánh nặng thành tài sản của cộng đồng. Hệ thống đã giải quyết thành công áp lực kép về tải thủy lực và tải chất ô nhiễm, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường khắt khe nhất. Quan trọng hơn, nó mở ra một kỷ nguyên mới về quản lý nước theo chu trình khép kín cho khu phố cổ, nơi mà nước thải không còn được xem là chất thải mà là nguồn cung cấp nước, năng lượng và chất dinh dưỡng đáng tin cậy, từ đó thiết lập tiêu chuẩn mẫu mực cho cơ sở hạ tầng đô thị bền vững trong thế kỷ 21.