Tiềm năng ứng dụng công nghệ xử lý phân bùn bể tự hoại cho các đô thị  ở Việt Nam
 
I. Mở đầu
Thuật ngữ “Phân bùn” được định nghĩa là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng thu gom được từ hệ thống vệ sinh tại chỗ, riêng lẻ như: các nhà xí, nhà vệ sinh công cộng không có cống thoát nước, bể tự hoại và hố xí dội nước.
Phân bùn bể tự hoại là phân bùn tạo ra từ các bể tự hoại (cặn lắng, váng nổi hoặc dạng lỏng). Quá trình hình thành phân bùn được diễn ra chủ yếu trong các bể tự hoại. Bể tự hoại tiếp nhận các sản phẩm bài tiết của người từ các công trình vệ sinh, xử lý phần chất lỏng bằng cách lắng chất rắn. Phần chất rắn trong bùn cặn là 660 g/kg, tỷ trọng điển hình của cặn lắng đáy dạng bùn là 1,4 – 1,5 t/m3 (gần giống cặn lắng nước thải) và hàm lượng nước (độ ẩm) là 50%.
Khác với nước thải, tính chất của phân bùn tuỳ thuộc vào thời gian lưu trong bể tự hoại. Thành phần hữu cơ của các loại phân bùn từ các công trình vệ sinh có thời gian  sử dụng khác nhau được trình bày ở Bảng 1.
Các thành phần này nếu được xử lý và thu hồi theo phương thức hợp lý sẽ là nguồn phân bón thực sự có ích cho cây trồng và đồng thời góp phần làm giảm nhẹ tải trọng của hệ thống đường ống thoát nước tại các đô thị và giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
         Bảng 1: Thành phần hữu cơ của phân bùn từ các công trình vệ sinh khác nhau
      
Loại bùn/cặn Chất hữu cơ Nitơ tổng số Phot pho tổng số Nitơ tổng số Nitơ tổng số Nitơ tổng      Phot Phốt pho tổng số
Phân bùn từ các bể tự hoại hộ gia đình (sau một đến ba năm sử dụng)  
71 – 81
 
2,4 – 3,0
 
2,7 – 2,9
Phân bùn từ các bể tự hoại hộ gia đình (sau nhiều năm sử dụng)  
30,4
 
0,97
 
0,71
Phân từ khu vệ sinh trên máy bay (phân tươi) 85 - 88
 
3,2 – 3,7 2,6 – 2,8
              
Trong khuôn khổ của dự án hợp tác về Tăng cường năng lực giáo dục, đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học và công nghệ môi trường ở miền Bắc Việt Nam, Phòng Chất thải rắn, Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEE-TIA), nay là Viện Khoa học & Kỹ thuật môi trường (IESE), trường Đại học Xây dựng đã nhận được sự hỗ trợ kỹ thuật từ các chuyên gia EAWAG.SANDEC Thuỵ Sỹ nghiên cứu các phương án công nghệ xử lý phân bùn phù hợp với điều kiện Việt Nam. Bài báo này góp phần quảng bá tiềm năng ứng dụng công nghệ xử lý phân bùn phù hợp với điều kiện phát triển các đô thị ở Việt Nam
II. Công nghệ xử lý phân bùn chi phí thấp
Các phương pháp xử lý phân bùn với chi phí thấp đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và áp dụng như Thái Lan, Philippin, Tanzania, Ghana... Theo kết quả nghiên cứu trên thế giới, công nghệ xử lý phân bùn có thể kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác nhau phụ thuộc vào điều kiện và mục tiêu xử lý cùng từng vùng.
Xử lý phân bùn chi phí thấp đã bắt đầu được thử nghiệm áp dụng ở Việt Nam trong quá trình thực hiện dự án, các chuyên gia EAWAG.SANDEC Thụy Sỹ đã cùng nhóm nghiên cứu phân bùn (FSM) của Đại học Xây dựng hợp tác tích cực với Công ty Môi trường đô thị Nam Định, Hà Nội, Đà Nẵng và Hải Phòng với công nghệ chính là sử dụng khả năng đồng hoá chất dinh dưỡng của cây trồng trong các ngăn lọc (bãi lọc có trồng cây).
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy đứng áp dụng vào xử lý phân bùn trong điều kiện Việt Nam cho hiệu quả giảm nitơ từ  25 - 32% và phốt pho từ 18 - 22%. Nhiều loại cây trồng phong phú, sẵn có ở Việt Nam có thể sử dụng trong xử lý phân bùn như cây cói (Scirpus triangulatus), cây dong riềng (Canna); cây sậy (Pragmites communis) với các tải trọng khác nhau tuỳ vào từng điều kiện cụ thể của địa phương.
Thử nghiệm áp dụng công nghệ khử nước và ổn định sinh hoá trong các khoang lọc có trồng cây khi xử lý phân bùn ở thành phố Nam Định. Trong điều kiện thông hút và thu gom không thường xuyên phân bùn từ các bể tự hoại, tải trọng nạp vào công trình lọc có trồng cây thấp, phân bùn có khối lượng ít sẽ cho hiệu suất khử các hợp chất hữu cơ lên tới 93%, hiệu quả khử vi trùng gây bệnh trên 90% và chất lỏng có thể xả ra sau khi xử lý trong các hồ ổn định.
Các bể lọc có trồng cây đã được lựa chọn là phương án được phù hợp tại Nam Định sau các đánh giá chi tiết về tất cả các công nghệ xử lý chất thải từ bể tự hoại sẵn có tại thành phố này (Bảng 2).
 
Bảng 2. Một số kết quả nghiên cứu tại trạm xử lý phân bùn tại Nam Định, Việt Nam
 
Tính chất của phân bùn từ bể tự hoại hoạt động Khoảng giá trị Giá trị trung bình Hiệu quả xử lý
pH 7,41 - 7,46 7.5  
TS (mg/l) 17.410 - 40.000 18.700 95 - 97%
TVS (mg/l) 4.570 - 25.070 1.470  
SS (mg/l) 980 - 1.740 1.160  
TCOD (mg/l) 20.400 - 79.090 13.250 41  93%
TKN (mg/l) 1.260 - 1.780 920 10 - 29%
T - P (m/l) 570 - 2.760 615 10 - 22%
Trứng giun (Số trứng/g TS) 85 - 120 90  
(Ghi chú: Các số liệu trong bảng là giá trị trung bình của 72 mẫu trong năm 2005)
 
Công nghệ xử lý phối trộn phân bùn với rác thải hữu cơ qui mô công nghiệp được đề xuất áp dụng tại Hải Phòng - Việt Nam. Theo công nghệ này, các chất dinh dưỡng cho cây trồng nông nghiệp như nitơ, phốt pho được thu hồi dưới dạng sản phẩm phân hữu cơ với nguồn nguyên liệu đầu vào là rác thải hữu cơ và phân bùn bể tự hoại.  
III. Xử lý và tái chế phân bùn công nghệ cao
Hệ thống xử lý và tái chế phân bùn công nghệ cao (Hệ thống SAN Tre-Cycling) đang được áp dụng tại Nhật Bản là hệ thống tổng hợp có thể xử lý các loại bùn hữu cơ tỷ trọng cao bao gồm: Phân tươi từ các công trình vệ sinh, bùn Jokaso, bùn bể tự hoại, bùn cống, bùn thức ăn công nghiệp, rác nhà bếp và phế thải động vật.
Trạm xử lý của hệ thống San Tre-Cycling có thể xử lý bùn đã thu gom, phân bắc tươi, phế thải từ thực phẩm,  và phế thải động vật.
Nguyên tắc hoạt động: Hệ thống xử lý phân bùn được đặt cách xa nơi phát sinh gồm các công đoạn chủ yếu sau:
- Thông hút phân bùn từ các công trình vệ sinh;
- Vận chuyển phân bùn bằng xe téc chuyên dụng đến trạm xử lý;
- Phân bùn được bơm vào các bể chứa và xử lý theo phương pháp hiện đại theo 2 hướng:
+ Những chất thải không sử dụng được sẽ được phân loại và được đưa qua hệ thống bể xử lý sinh học đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh.
+ Những chất  thải có chứa nhiều chất hữu cơ sẽ được tách ra và được trộn với rác hữu cơ đã được nghiền và phân loại. Hỗn hợp này được đưa vào bể mêtan, khí sinh học được sử dụng làm năng lượng cho máy phát điện. Cặn còn lại tiếp tục được xử lý hiếu khí trong bể phối khí có bùn hoạt tính. Bùn sau khi tách nước, xử lý phối trộn với rác thải hữu cơ để chế biến phân compost.
Ưu điểm của hệ thống:
Hệ thống SAN Tre-Cycling có thể cải thiện đáng kể điều kiện vệ sinh một cách hiệu quả về chi phí, đặc biệt ở những nơi chưa phát triển hệ thống cống thoát nước đồng  bộ.
Khi phát triển hệ thống thoát nước, trạm xử lý của hệ thống SAN Tre-Cycling sẽ được sử dụng để xử lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải và phân bùn từ các công trình vệ sinh tại chỗ ở khu vực không thuộc phạm vi phục vụ của hệ thống cống thoát nước.
Các ưu điểm của công nghệ khử nitơ nồng độ cao bằng màng:
- Có thể loại bỏ BOD9, SS, COD, Tổng N, Tổng P và khử màu thông qua quá trình khử nitơ/nitơrat hoá dùng màng và xử lý công nghệ cao bao gồm đông tụ và hấp thụ bằng than hoạt tính.
- Màng có thể giữ cho hỗn hợp gồm chất lỏng và chất rắn lơ lửng có nồng độ cao trong các bể phản ứng sinh học ở trạng thái phù hợp nhất.
- Màng có thể phân tách nước đã xử lý và bùn, do đó không cần phải liên tục theo dõi
- Không đòi hỏi pha loãng và do đó tiết kiệm không gian lắp đặt và chi phí bảo trì.
- Chất lượng nước tách ra từ xử lý phân bùn được trình bày ở Bảng 3.
Một điều cần được nhấn mạnh là việc lựa chọn công nghệ xử lý phân bùn phải đảm bảo yêu cầu áp dụng những công nghệ có hiệu suất xử lý cao đồng thời phải tính đến hiệu quả chi phí và đáp ứng các yêu cầu bảo vệ điều kiện vệ sinh và môi trường.
 
 
 
 
Bảng 3. Chất lượng nước đã qua xử lý bằng màng
 
Nồng độ chất hữu cơ có trong phân bùn bể tự hoại (mg/l) Phân tách bằng màng. Xử lý sinh học thứ nhất Phân tách bằng màng. Xử lý sinh học thứ hai và kết đông Nước thải Tổng tiêu huỷ (%)
Nồng độ Loại bỏ (%) Nồng độ Loại bỏ (%) Nồng độ Loại bỏ (%)
BOD 13.600 20 99,9 10 50 10 0 99,93
COD cr 30.000 1.600 94,7 700 56,3 100 86 99,97
SS 12.000 20 99,8 5 75 5 0 99,96
Tổng N 4.000 30 99,3 20 33,3 20 0 99,5
Tổng P 800 400 50 5 98,8 5 0 99,38
IV. Kết luận
Ở hầu hết các đô thị Việt Nam, phân bùn bể tự hoại sau khi được thông hút thường được đổ thẳng ra bãi chôn lấp cùng với các loại rác thải đô thị, hoặc xả trực tiếp vào các hồ nuôi cá, hoặc 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 tới sức khoẻ cộng đồng. Tuy nhiên trong những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu công nghệ xử lý loại chất thải này đã và đang bắt được sự quan tâm.
Trong khuôn khổ các dự án ODA nước ngoài, công nghệ xử lý phân bùn đã bước đầu được áp dụng mà điển hình là công trình xử lý phân bùn ở Hải Phòng, Nam Định, Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh và Đà Nẵng.
Trong khuôn khổ của dự án Tăng cường năng lực nghiên cứu khoa học và công nghệ môi trường ở miền Bắc Việt Nam (ESTVN) do SDC tài trợ, Trường Đại học Xây dựng đã phối hợp với các Công ty Môi trường Đô thị Hà Nội, Nam Định, Hải Phòng tiến hành những nghiên cứu khoa học về công nghệ xử lý phân bùn bể phốt phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Hy vọng những kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho công tác xử lý phân bùn bể phốt ở Việt Nam được hiệu quả góp phần bảo vệ môi trường đô thị ngày càng hữu hiệu.
 
Nguồn: Báo cáo của Viện KHKT Môi trường - ĐH Xây dựng HN tại Hội thảo "Công nghệ xử lý chất thải đô thị và khu công nghiệp", tháng 4/2009