Thiết bị xử lý nước thải tại nguồn

Học tập mô hình xử lý nước tại nguồn Jokaso của Nhật Bản, nhà sáng chế Trương Văn Đàn đã thiết kế các bể thu gom và xử lý nước thải phù hợp với điều kiện Việt Nam để góp phần làm giảm ô nhiễm do xả thải.

Anh Trần Phú Hải bên cạnh thiết bị xử lý nước thải Jokaso dùng cho hộ gia đình dưới 10 người. Ảnh: Ngô Hà

Trong tiếng Nhật, Jokaso (Johkasou) có nghĩa đen là “bể lọc” hay “hệ thống xử lý nước thải tại chỗ”. Thuật ngữ này ra đời vào những năm 1950, khi đất nước mặt trời mọc phát triển như một đại công trường với các khu đô thị, nhà máy mọc lên ồ ạt và nhiều trong số đó xả thải trực tiếp ra môi trường. Để đối phó với tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng, đặc biệt là ở vùng chưa tiếp cận được với các hệ thống xử lý nước thải tập trung, các kỹ sư Nhật đã nghiên cứu và phát triển ra các bể Jokaso, cho phép người dân đưa nước thải sinh hoạt vào một chỗ để xử lý trước khi xả ra môi trường. Nước thải trong các bể Jokaso chủ yếu được lọc bằng vi sinh vật, thông qua các quá trình chuyển hóa vi sinh vật (yếm khí và hiếu khí) để loại bỏ các chất ô nhiễm (BOD, COD, Amoniac, Nitrat, Photpho,…).

Cân bằng hệ vi sinh vật

Hiện nay, trên toàn thế giới đều sử dụng công nghệ phân hủy để tiêu hủy các chất thải có khả năng phân hủy trong nước, theo quy trình xử lý là “yếm khí, hiếu khí, lắng lọc, khử trùng”. Công nghệ này đòi hỏi độ pH thấp, nên phải ngăn nước tắm giặt, nước nhà bếp đi vào bể phân hủy yếm khí (bể phốt) và phải tách các loại dầu mỡ không phân hủy được trước khi cho vào bể. Nước mưa, trên nguyên tắc, cũng không được chạy vào cùng chỗ với nước thải.

Điều này đặt lên áp lực rất lớn cho các hệ thống thu gom nước thải và thoát nước tại những quốc gia không có khâu xử lý nước thải tại nguồn như Việt Nam. Người ta phải xây các trục thoát nước riêng và đầu tư một loạt bể xử lý thứ cấp trước khi nước thải đổ vào trạm xử lý tập trung.

Mô hình bể Jokaso của Nhật Bản khắc phục được phần lớn những vấn đề trên, khi cho phép tất cả các nguồn nước thải chảy vào cùng một chỗ. Tuy nhiên, Jokaso của Nhật Bản vẫn theo công nghệ cũ “yếm khí, hiếu khí” nên các chất thải vẫn còn phát sinh.

Ngược lại, các nhà khoa học Việt Nam đã cải tiến bể Jokaso và phát triển một quy trình [1] hoàn toàn mới là “sinh hủy, tái tổ hợp, sinh hủy” nhằm giúp duy trì quá trình phân hủy sinh học mà không cần phải bổ sung bất kỳ chế phẩm, hóa chất hay tia vật lý nào.

“Hiểu một cách đơn giản, vi khuẩn sẽ sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn để phát triển, sau đó chúng sẽ trở thành thức ăn cho các chủng vi sinh vật khác và cứ tuần hoàn như thế. Nói theo ngôn ngữ sinh học là tạo nên một hệ sinh thái hoàn chỉnh trong một thiết bị xử lý. Khi hệ sinh thái vi sinh vật được cân bằng, nó sẽ tự duy trì và đảm bảo chất lượng xử lý nước”, anh Trần Phú Hải, đại diện Công ty Cổ phần Jokaso Việt Nam, một trong những doanh nghiệp do ông Trương Văn Đàn thành lập để thương mại hóa các bể xử lý nước thải của mình, chia sẻ với Khoa học & Phát triển tại triển lãm Techfest Hà Nội cuối tháng 10 vừa qua.

Thiết bị Jokaso được thiết kế gồm hai buồng chính là buồng dị dưỡng và buồng tự dưỡng. Nước thải được thu gom chung một trục rồi chảy trực tiếp vào bể mà không cần xử lý sơ bộ qua bể phốt hay bể tách mỡ. 

Cấu tạo bên trong thiết bị xử lý nước thải tại nguồn. Ảnh: Jokaso Việt Nam

Đầu tiên, nước sẽ đi qua buồng dị dưỡng. Tại đây chứa một công cụ lọc dạng xương hình cầu, cho phép vi vinh vật dị dưỡng bám trên đó hấp thụ carbon hữu cơ, amoni, và các khoáng chất để phát triển. Lượng vi khuẩn này sẽ thúc đẩy quá trình xử lý sinh học cho nước thải. Khoảng 50-55% COD và 15-25% BOD được phân hủy tại đây.

Sau đó, nước thải tràn qua buồng tự dưỡng, nơi chứa các giá thể vi sinh dạng bọt xốp và ống sục khí để cung cấp không khí cho vi sinh vật tự dưỡng. Vi sinh vật tự dưỡng bám dính lên giá thể lơ lửng, chuyển động liên tục trong nước thải để oxy hóa những chất vô cơ, loại bỏ CO2 và các chất hữu cơ dư thừa từ nước thải. Chúng biến đổi các hợp chất nitơ về dạng nitrat, sau đó tuần hoàn nước chứa nitrat lại ngăn dị dưỡng để các vi sinh vật đó chuyển hóa thành nitơ khí thoát ra bên ngoài. 

Các chất rắn không tan, không độc sẽ lắng đọng lại đáy bể để hút ra ngoài. Nước sau khi xử lý được khử trùng rồi mới thải ra môi trường. 

Các bể Jokaso Việt Nam cũng có thể xử lý được nước mưa. Vì cùng một lượng chất thải như nhau thì nước đi vào càng nhiều càng tốt cho quá trình hoạt động. Do vậy, các bể xử lý có thể cho phép lượng nước mưa đi vào cao đến gấp chín lần lượng nước thải. Quy trình sinh hủy, tái tổ hợp, sinh hủy trong bể được lặp đi lặp lại nhiều lần với tốc độ nhanh, cho đến khi vi sinh vật “ăn” hết 95% lượng chất hữu cơ có trong nước thải. Nước thải sau khi xử lý tại nguồn có thể tái sử dụng để trồng cây xanh, rửa sân, rửa xe, nuôi thủy sản,…

Điểm nổi bật của thiết kế Jokaso này là khả năng tạo ra môi trường cộng sinh hợp dưỡng thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động. Chúng có các lớp và vách ngăn để tạo ra các vùng xử lý sâu, xử lý theo lớp và chống xâm giữa các lớp vi sinh vật, từ đó duy trì trật tự và sự cân bằng của hệ sinh thái. Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các chủng vi sinh vật bản địa phù hợp với điều kiện thời tiết, độ ẩm và đặc điểm xả thải của Việt Nam.

“Tất cả mọi thứ đều có sẵn trên đời, nước vẫn luôn có quá trình tự làm sạch của mình, chúng tôi chỉ cố gắng bắt chước tự nhiên”, anh Trần Phú Hải nói. Hệ thống này không cần can thiệp gì nhiều ngoài cấp nước thải và bật một máy bơm khí nhỏ để cấp khí cho hệ vi sinh. Theo anh Hải, điểm khác biệt của hệ thống Jokaso với những quy trình xử lý phân hủy sinh học truyền thống tại các trạm xử lý tập trung là “họ tạo ra các “trang trại” nuôi vi sinh vật, nơi cần rất nhiều can thiệp của con người và những sinh vật nuôi trong đó dễ bị yếu ớt trước các thay đổi bất ngờ, trong khi một hệ vi sinh vật tự cạnh tranh và tự phát triển “sẽ có sức chống chịu tốt hơn.” 

Giảm áp lực cho các dòng sông

Theo các nhà khoa học, việc xử lý nước thải ngay tại nguồn sẽ giảm thiểu áp lực rất tốt cho môi trường. Nhiều đô thị của Việt Nam có các con sông nội đô và hồ điều hòa bị ô nhiễm nghiêm trọng, không chỉ là nước xám mà đã trở thành nước đen, thậm chí là sông chết. Theo Sở Tài Nguyên và Môi trường Hà Nội, mỗi ngày có khoảng 300.000-350.000 m3 nước thải sinh hoạt đổ trực tiếp vào các ao hồ, sông ngòi (chiếm 90% tổng nước thải), biến những con sông như Tô Lịch, Kim Ngưu, sông Lừ, sông Sét, sông Nhuệ, sông Đáy trở thành các kênh thoát nước thải. Mặc dù có sáu trạm xử lý nước thải đang hoạt động trên địa bàn thành phố nhưng vẫn không đủ để đáp ứng yêu cầu.

“Nếu việc xử lý nước thải tại nguồn được phổ biến thì tình trạng ô nhiễm như thế sẽ giảm đi rất nhiều”, anh Trần Phú Hải phân tích. Hiện chỉ có bệnh viện, khu công nghiệp và các tòa nhà chung cư mới xây là có yêu cầu về xử lý nước thải khi xin cấp giấy phép môi trường. Các hộ gia đình và khu dân cư hầu như không quan tâm đến vấn đề này. 

Dựa trên sáng chế của mình, công ty Jokaso Việt Nam chế tạo ra các loại thiết bị xử lý nước thải dạng module cho các hộ gia đình, nhà máy và công sở với quy mô từ 5, 10, 25, 50 đến 100 người. Ngoài ra, họ cũng có các hệ thống xử lý nước thải thiết kế theo yêu cầu, cấu thành bởi các module lắp song song. Vì tất cả hệ thống xử lý đều gói gọn trong một module nhỏ nên chúng có thể triển khai dễ dàng ở bất kỳ đâu và tăng công suất mà không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của các thiết bị cũ. 

Trong gần 15 năm, công ty của họ đã thu hút được một lượng khách hàng nhất định. “Mỗi năm, chúng tôi sản xuất các bể Jokaso để đáp ứng công suất xử lý khoảng 1000 m3/ngày đêm”, anh Hải tiết lộ. Tuy nhiên, so với quy mô thị trường, con số này vô cùng khiêm tốn. Thứ nhất, vì đa phần mọi người vẫn suy nghĩ là nước thải qua bể phốt xả ra đường cống rồi đến đâu thì đến, do vậy không ai có động lực đầu tư cho một hệ thống xử lý nước thải của riêng mình. Đầu tư cho một hệ thống như vậy sẽ tốn kém chi phí, cần không gian, bảo trì và chuyên môn lắp đặt. Đa phần chọn dựa vào hệ thống xử lý nước thải công cộng, ngay cả khi họ lo ngại về nước thải gây ô nhiễm môi trường.

Thứ hai là giá thành. Như đã nói, có rất ít gia đình và công sở lựa chọn xử lý nước thải tại nguồn, chính vì thế các thiết bị Jokaso dù được sản xuất nội địa vẫn có giá thành khá cao do không đạt được quy mô sản xuất công nghiệp. Một thiết bị xử lý nước thải tại nguồn dùng cho gia đình, biệt thự, khu nghỉ dưỡng dưới 10 người có dung tích 2m3 có giá lên tới hàng chục triệu đồng. Công ty anh Hải nói rằng họ có thể hạ được giá thành nếu xu hướng thị trường trở nên tốt hơn. Điều này sẽ cần tới thúc đẩy chính sách của nhà nước. 

Nếu so sánh một cách khiên cưỡng giữa táo với cam thì chi phí đầu tư cho một thiết bị xử lý nước thải tại nguồn có vẻ cao so với những giải pháp thay thế nhưng gây ô nhiễm môi trường hiện có. Tuy nhiên, dưới góc độ lâu dài và bền vững, sự đầu tư này sẽ góp phần bảo vệ cuộc sống lành mạnh hơn cho thế hệ tiếp theo. Nếu nhìn nước Nhật hiện nay và so sánh với hơn nửa thập kỷ trước, người ta sẽ thấy bước tiến dài về môi trường. Việt Nam cũng có thể làm điều tương tự, bắt đầu với các chương trình phân loại rác và xử lý nước thải tại nguồn. Thực tế, các khẩu hiệu bảo vệ môi trường chỉ có ý nghĩa thực sự khi người ta hành động để biến nó thành hiện thực.

Ngô Hà – Hồng Ngọc

[1] Giải pháp kỹ thuật về “Thiết bị xử lý nước thải và hệ thống thu gom và xử lý nước thải kết hợp thoát nước mưa” đã được cấp bằng độc quyền sáng chế tại Việt Nam số 19328 cấp ngày 24/5/2018; bằng độc quyền sáng chế tại Úc số 2016407538 B2 ngày 04/06/2020, và bằng độc quyền sáng chế tại Nhật số 6775850 ngày 9/10/2020.

(Bài đăng ở báo Khoa học và Phát triển số 45)

Tác giả