Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và gia tăng dân số, vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt đang trở thành một thách thức lớn đối với Việt Nam. Việc xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững. Bài viết này sẽ phân tích toàn diện về hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, từ hiện trạng, công nghệ đến thị trường và xu hướng phát triển trong tương lai.

1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

1.1. Khái niệm nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các hoạt động sinh hoạt của con người như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân. Loại nước thải này chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh, các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và các chất rắn lơ lửng.

1.2. Hiện trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Theo số liệu từ Cục Kiểm soát ô nhiễm môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường), hiện nay ở Việt Nam mới chỉ có khoảng 18% nước thải đô thị được xử lý tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung. Đây là con số đáng báo động khi so với tổng lượng nước thải sinh hoạt phát sinh mỗi ngày lên đến 7,7 triệu m³. Báo Nông Nghiệp và Môi Trường

Thống kê của Bộ Xây dựng cho thấy cả nước hiện có 43 nhà máy xử lý nước thải đô thị tập trung với tổng công suất thiết kế trên 926.000 m³/ngày đêm. Điều này cho thấy một khoảng cách lớn giữa lượng nước thải phát sinh và khả năng xử lý hiện tại.

Tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm nước ngày càng nghiêm trọng. Tại Hà Nội, mới chỉ có khoảng 8,8% lượng nước thải làng nghề được thu gom và xử lý. Tại TP. Hồ Chí Minh, với lượng nước thải đô thị phát sinh khoảng 1,54 triệu m³/ngày đêm, nhưng chỉ có 12,6% được xử lý qua các nhà máy xử lý nước thải.

1.3. Tác động của nước thải sinh hoạt không được xử lý

Nước thải sinh hoạt khi không được xử lý đúng cách sẽ gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng:

• Ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm: Các chất ô nhiễm trong nước thải làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh.
• Ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng: Nước thải chưa qua xử lý chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh, có thể dẫn đến các bệnh truyền nhiễm.
• Phát sinh mùi hôi và làm mất mỹ quan đô thị: Nước thải đọng lại tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển, gây mùi hôi khó chịu.
• Ảnh hưởng đến phát triển kinh tế-xã hội: Ô nhiễm môi trường nước làm giảm giá trị du lịch, giảm năng suất nông nghiệp và tăng chi phí xử lý nước cấp.

2. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

2.1. Quy trình cơ bản của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hoàn chỉnh thường bao gồm các công đoạn chính sau:

2.1.1. Thu gom và xử lý sơ bộ

Đây là công đoạn đầu tiên, nước thải sinh hoạt được thu gom vào hệ thống cống, sau đó đi qua các thiết bị lọc rác thô, tách dầu mỡ và cặn bẩn. Quá trình này giúp loại bỏ các chất rắn lớn, bảo vệ các thiết bị trong các công đoạn xử lý tiếp theo.

2.1.2. Điều hòa

Nước thải sau xử lý sơ bộ được bơm vào bể điều hòa, nơi các thông số của nước thải như pH, nhiệt độ, nồng độ chất ô nhiễm được cân bằng. Bể điều hòa thường được sục khí liên tục để cung cấp oxy cho quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa ammonium thành nitrit và nitrat.

2.1.3. Xử lý sinh học

Đây là công đoạn chính trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt, thường sử dụng các phương pháp xử lý sinh học như:

• Bể Aerotank: Nước thải được xử lý bằng các vi sinh vật hiếu khí, với sự hỗ trợ của hệ thống sục khí cung cấp oxy.
• Bể yếm khí/thiếu khí: Giúp loại bỏ nitrat thông qua quá trình khử nitrat hóa.
• Bể lắng: Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải đã xử lý.

2.1.4. Khử trùng

Trước khi xả ra môi trường, nước thải cần được khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp phổ biến bao gồm chlorine hóa, ozone hóa hoặc sử dụng tia UV.

2.2. Các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện đại

2.2.1. Công nghệ AO (Anoxic – Oxic)

Đây là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt mới nhất hiện nay, được áp dụng để xử lý các chất dinh dưỡng chủ yếu như nitơ và phốt pho. Công nghệ AO có hai bể chính là bể hiếu khí và thiếu khí, thực hiện quá trình nitrat hóa ở bể hiếu khí và khử nitrat hóa ở bể thiếu khí.

Ưu điểm:

• Xử lý triệt để các chất hữu cơ và dinh dưỡng (N, P)
• Chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp
• Hệ thống ổn định, mức độ tự động hóa cao
• Bảo trì, bảo dưỡng đơn giản

2.2.2. Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic)

Công nghệ AAO là quá trình xử lý sinh học liên tục sử dụng ba hệ vi sinh vật: kỵ khí, yếm khí và hiếu khí để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải.

Nguyên lý hoạt động:

• Quá trình kỵ khí: Khử hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng và phốt pho
• Quá trình yếm khí: Khử nitrat thành khí nitơ, giảm BOD và COD
• Quá trình hiếu khí: Chuyển hóa NH4 thành NO3, tiếp tục khử BOD và COD

Ưu điểm:

• Xử lý hiệu quả nitơ và phốt pho
• Phù hợp với nước thải có độ ô nhiễm cao
• Lượng bùn thải phát sinh thấp
• Tiêu thụ ít năng lượng

2.2.3. Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor)

Công nghệ SBR là phương pháp xử lý nước thải sinh học theo mẻ, gồm hai cụm bể: Selector và C-tech. Hệ thống hoạt động theo chu kỳ với 5 pha: làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và ngưng.

Ưu điểm:

• Không cần tuần hoàn bùn hoạt tính
• Độ bền cao với kết cấu đơn giản
• Vận hành tự động hóa cao
• Loại bỏ hiệu quả các chất dinh dưỡng và BOD

2.2.4. Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor)

Công nghệ MBR kết hợp giữa quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính với công nghệ màng lọc sợi rỗng. Bùn trong bể sinh học được giữ lại nhờ màng lọc có kích thước lỗ nhỏ (0,02~0,1 µm).

Ưu điểm:

• Hiệu quả xử lý cao hơn 15-35% so với Aerotank truyền thống
• Dễ dàng nâng công suất mà không cần thêm diện tích
• Tiết kiệm diện tích xây dựng
• Lượng bùn dư ít

2.2.5. Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

MBBR sử dụng vật liệu làm giá thể cho vi sinh vật dính bám, phát triển và phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải.

Ưu điểm:

• Mật độ vi sinh vật cao
• Khả năng xử lý BOD cao, lên đến 90%
• Tiết kiệm năng lượng
• Dễ dàng vận hành và nâng cấp
• Giảm diện tích xây dựng

2.3. Quy chuẩn nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT) quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi thải ra môi trường.

Giá trị tối đa cho phép (Cmax) được tính theo công thức: Cmax = C x K, trong đó:

• C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm
• K là hệ số tùy thuộc vào quy mô, loại hình cơ sở

Một số giá trị C tiêu biểu:

Ghi chú:

• Cột A: Áp dụng khi xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
• Cột B: Áp dụng khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

3. Thị trường xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

3.1. Hiện trạng thị trường

Thị trường xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam đang ngày càng phát triển, đặc biệt khi nhu cầu xử lý nước thải tăng cao do đô thị hóa nhanh chóng và các quy định môi trường ngày càng chặt chẽ.

Hiện nay, cả nước có 43 nhà máy xử lý nước thải đô thị tập trung với tổng công suất thiết kế trên 926.000 m³/ngày đêm. Tuy nhiên, con số này vẫn còn rất khiêm tốn so với tổng lượng nước thải phát sinh.

Theo Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030, đến năm 2030, các đô thị loại II trở lên phải đạt tỷ lệ 50% nước thải sinh hoạt được thu gom, xử lý theo quy chuẩn; các đô thị còn lại tỷ lệ phải đạt là 20%. Đến năm 2050, 100% nước thải được thu gom, xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

3.2. Chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Chi phí đầu tư cho một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ xử lý, công suất thiết kế, chất lượng đầu vào và yêu cầu đầu ra.

Theo khảo sát thị trường, chi phí đầu tư cho các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có thể dao động như sau:

• Công suất 5m³/ngày: khoảng 218 triệu VNĐ
• Công suất 10m³/ngày: khoảng 253 triệu VNĐ
• Công suất 15m³/ngày: khoảng 305 triệu VNĐ
• Công suất 20m³/ngày: khoảng 333 – 337 triệu VNĐ

Chi phí vận hành:

• Chi phí hóa chất: 500-700 VNĐ/m³ nước thải sinh hoạt
• Chi phí điện năng: Tùy thuộc vào công nghệ, dao động từ 0,5-1,5 kWh/m³

4. Xu hướng phát triển của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

4.1. Xu hướng công nghệ

4.1.1. Công nghệ màng (Membrane Technology)

Công nghệ màng đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt là hệ thống MBR (Membrane Bioreactor). Thị trường xử lý nước và nước thải bằng màng tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương được dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR là 8% vào năm 2028.

4.1.2. Tái sử dụng nước thải sau xử lý

Xu hướng tái sử dụng nước thải sau xử lý đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong bối cảnh nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm. Nước thải sau xử lý có thể được sử dụng cho mục đích tưới tiêu, làm mát công nghiệp, hoặc thậm chí là xử lý để đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt.

4.1.3. Ứng dụng năng lượng xanh

Các hệ thống xử lý nước thải hiện đại đang hướng tới việc sử dụng năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, hoặc thu hồi khí sinh học từ quá trình xử lý nước thải. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1.4. Ứng dụng công nghệ sinh học tiên tiến

Các công nghệ sinh học tiên tiến như enzyme, vi sinh vật biến đổi gen, hoặc thực vật xử lý nước thải đang được nghiên cứu và áp dụng để nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường.

4.2. Xu hướng phát triển thị trường

4.2.1. Tăng cường đầu tư vào xử lý nước thải tại chỗ

Bên cạnh các hệ thống xử lý nước thải tập trung, xu hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải tại chỗ đang được chú trọng. Luật Bảo vệ môi trường 2020 và Nghị định 08/2022/NĐ-CP đã đưa ra các quy định liên quan đến công trình, thiết bị xử lý nước thải tại chỗ, tạo hành lang pháp lý cho việc phát triển loại hình này.

4.2.2. Đẩy mạnh xã hội hóa trong đầu tư xử lý nước thải

Việc huy động nguồn lực từ khu vực tư nhân tham gia đầu tư vào lĩnh vực xử lý nước thải đang được khuyến khích. Điều này giúp giảm gánh nặng cho ngân sách nhà nước, đồng thời tăng cường hiệu quả quản lý và vận hành các hệ thống xử lý nước thải.

4.2.3. Phát triển thị trường dịch vụ xử lý nước thải

Thị trường dịch vụ xử lý nước thải đang phát triển với nhiều mô hình kinh doanh mới, như cung cấp dịch vụ trọn gói từ thiết kế, thi công đến vận hành, bảo dưỡng hệ thống xử lý nước thải. Dự kiến, thị trường công nghệ xử lý nước và nước thải toàn cầu sẽ đạt 85,28 tỷ USD vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng CAGR hơn 6%.

5. Giải pháp và đề xuất cho việc xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

5.1. Giải pháp về chính sách

5.1.1. Hoàn thiện hệ thống pháp luật về bảo vệ môi trường nước

Cần tiếp tục hoàn thiện hệ thống pháp luật về bảo vệ môi trường nước, đặc biệt là các quy định về xử lý nước thải sinh hoạt, áp dụng nguyên tắc “người gây ô nhiễm phải trả tiền”.

5.1.2. Xây dựng cơ chế, chính sách khuyến khích đầu tư

Cần có các chính sách ưu đãi về thuế, tín dụng, đất đai để thu hút các nhà đầu tư tham gia vào lĩnh vực xử lý nước thải, đặc biệt là các dự án áp dụng công nghệ tiên tiến, thân thiện với môi trường.

5.1.3. Tăng cường công tác quản lý nhà nước

Cần tăng cường công tác thanh tra, kiểm tra, giám sát việc tuân thủ các quy định về xử lý nước thải, xử lý nghiêm các hành vi vi phạm.

5.2. Giải pháp về công nghệ

5.2.1. Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ phù hợp

Cần nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện của Việt Nam, vừa đạt hiệu quả cao, vừa tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành.

5.2.2. Phát triển công nghiệp hỗ trợ

Cần phát triển các ngành công nghiệp hỗ trợ cho lĩnh vực xử lý nước thải, như sản xuất thiết bị, hóa chất, vật liệu lọc, giá thể vi sinh, để giảm giá thành và nâng cao tính tự chủ cho ngành.

5.2.3. Đẩy mạnh chuyển giao công nghệ

Cần đẩy mạnh hợp tác quốc tế, chuyển giao công nghệ tiên tiến từ các nước phát triển để nâng cao năng lực xử lý nước thải tại Việt Nam.

5.3. Giải pháp về nguồn lực

5.3.1. Đa dạng hóa nguồn vốn đầu tư

Cần đa dạng hóa nguồn vốn đầu tư cho các dự án xử lý nước thải, từ ngân sách nhà nước, ODA, vốn từ khu vực tư nhân và hình thức đối tác công-tư (PPP).

5.3.2. Phát triển nguồn nhân lực

Cần đầu tư đào tạo, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực trong lĩnh vực xử lý nước thải, từ cấp quản lý đến kỹ thuật viên vận hành.

5.3.3. Nâng cao nhận thức cộng đồng

Cần tăng cường công tác tuyên truyền, giáo dục để nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc xử lý nước thải, khuyến khích người dân tham gia vào quá trình giám sát và bảo vệ môi trường nước.

6. Kết luận

Xử lý nước thải sinh hoạt đang là một trong những thách thức lớn đối với Việt Nam trong quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế-xã hội. Với tỷ lệ xử lý nước thải hiện tại chỉ đạt khoảng 18%, việc đẩy mạnh đầu tư và ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong xử lý nước thải là rất cần thiết.

Các công nghệ xử lý nước thải hiện đại như AO, AAO, SBR, MBR và MBBR đang được áp dụng ngày càng phổ biến, mang lại hiệu quả xử lý cao và đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Thị trường xử lý nước thải tại Việt Nam đang có những bước phát triển tích cực, với sự tham gia của nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước.

Để đạt được mục tiêu 100% nước thải được thu gom và xử lý đạt chuẩn vào năm 2050, cần có sự nỗ lực của toàn xã hội, từ các cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp đến mỗi người dân. Việc đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải không chỉ là trách nhiệm mà còn là cơ hội để phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho các thế hệ hiện tại và tương lai.