1. Số lượng và thành phần bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị

Hệ thống thoát nước đô thị của Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước chung cho cả 3 loại nước thải là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa. Hệ thống thoát nước đô thị bao gồm các tuyến cấp I (cống chính hoặc kênh mương), tuyến cống cấp II (cống lưu vực) và cống cấp III (thu gom nước thải và nước mưa trực tiếp từ các đường phố và khu dân cư). Trên hệ thống thoát nước còn có các trạm bơm và hồ điều hoà. Phần lớn hệ thống thoát nước các đô thị lớn đều đã được xây dựng từ lâu, xuống cấp và quá tải. Hệ thống cống thoát nước mới chỉ đảm bảo phục vụ khoảng 50 – 60% dân số ở các thành phố lớn và 20 – 40% ở các đô thị nhỏ. Với cơ sở vật chất – kỹ thuật chưa đầy đủ lại đang bị xuống cấp, phạm vi hoạt động của hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam rất hạn chế.

Hầu hết các đô thị chưa có trạm xử lý nước thải tập trung. Nước thải sinh hoạt, bệnh viện, công nghiệp,… không qua xử lý mà xả thẳng vào hệ thống cống thành phố, hồ ao, kênh rạch, sông ngòi… gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng và cảnh quan, cản trở đầu tư và du lịch.

Đánh giá chế độ hoạt động của mạng lưới thoát nước đô thị thấy rằng một trong những yếu tố chính cản trở việc thu gom và tiêu thoát nước đô thị là sự lắng đọng bùn cặn trong cống, kênh mương và hồ. Bùn cặn trong nước mưa và nước thải có nguồn gốc từ quá trình cuốn trôi bề mặt do mưa, từ nước thải các ngôi nhà, công trình dịch vụ và nhà máy xí nghiệp,… và trong quá trình xử lý nước thải. Bùn cặn hệ thống thoát nước sẽ tích tụ:

 – Tại cống thoát nước;

 – Trên kênh, mương, sông và hồ;

 – Trong các công trình xử lý nước thải tại hộ thoát nước như bể tự hoại, bể chứa lưu giữ bùn,…

 – Trong trạm xử lý nước thải tập trung.

Trong tất cả các loại bùn cặn trên, bùn cặn trong mạng lưới thoát nước (cống, kênh mương và hồ) không tập trung, khó thu gom và thành phần phức tạp nhất. Các loại bùn cặn này dễ gây ô nhiễm môi trường sông hồ, làm giảm sút oxy và mất cân bằng sinh thái trong nguồn nước mặt. Với số lượng lắng đọng lớn, bùn cặn trên mạng lưới thoát nước gây cản trở dòng chảy, hạn chế điều kiện tiêu thoát nước, đặc biệt là thời gian đầu mùa mưa.

Bảng1. Thành phần chất dinh dưỡng và kim loại nặng trong bùn cặn

 Ghi chú: (1). Bùn cặn cống thoát nước phố Phân Đăng Lưu, quận Bình Thạnh (theo: Chu Quốc Huy, 2007, Quản lý bùn thải ở TP. HCM – Hiện trạng và chiến lược phát triển. Kỷ yếu Hội thảo Quản lý bùn cặn TP.HCM, tháng 4/2007); Bùn kênh TE (2) trên sông Tô Lịch (theo báo cáo dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn II do Nippon Koei lập, 2005); (3). Tiêu chuẩn đối với đất nông nghiệp theo QCVN03:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất.

Lượng bùn cặn tập trung trong cống thoát nước phụ thuộc vào một loạt các yếu tố đô thị: tình trạng vệ sinh và đặc điểm bề mặt phủ, độ dốc địa hình, mức độ ô nhiễm môi trường không khí khu vực, cường độ mưa, thời gian mưa, khoảng thời gian không mưa…. Lượng bùn cặn tích tụ lại trong mạng lưới thoát nước tính cho một hecta đô thị được xác định theo biểu thức sau đây:

  M  =  M_max(1 – e ^–  KzT ), kg/ha

Trong đó:

 M_max – lượng chất bẩn có thể tích tụ lớn nhất sau thời gian không có mưa T, ngày;

 K_z – hệ số động học tích luỹ chất bẩn, phụ thuộc vào cấp đô thị, có thể chọn từ 0,2 đến 0,5 ngày ^-1 (giá trị lớn khi đô thị cao và ngược lại).

 Giá trị M_max phụ thuộc vào cấp đô thị và được lấy như sau:

– Đối với vùng đô thị có điều kiện sinh hoạt cao, mật độ giao thông thấp, M_max  = 10 – 20 kg/ha

–  Đối với vùng trung tâm hành chính, thương mại, M_max  = 100 – 140 kg/ha

– Đối với khu công nghiệp và khu vực mật độ giao thông lớn, M_max  = 200 – 250 kg/ha

Trong nước thải sinh hoạt, theo TCVN 7959: 2008, bùn cặn sơ cấp nằm trong khoảng từ 60 đến 65 g/ người/ngày với thành phần hữu cơ 60 đến 65%. Phần lớn lượng bùn cặn này được giữ lại trong các bể tự hoại (từ 40 đến 50%) và trên đường cống thoát nước. Tuy nhiên do thời gian lưu giữ trong các công trình và mạng lưới thoát nước lâu, phần lớn các chất hữu cơ trong bùn cặn lắng đọng bị phân huỷ.

Các nghiên cứu về hệ thống thoát nước Hà Nội, Hải Phòng và một số đô thị khác khu vực phía Bắc của Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường (Trường Đại học Xây dựng) cho thấy, thành phần bùn cặn thay đổi nhiều theo chiều dài tuyến cống, thời gian mùa mưa và cường độ trận mưa. Về mùa khô, cống thoát nước tiếp nhận các loại nước thải và nước rửa đường, tưới cây. Bùn cặn chủ yếu tập trung vào đầu tuyến cống với độ ẩm không lớn và tỷ lệ vô cơ cao. Đầu mùa mưa, lượng bùn cặn trong cống thoát nước tăng lên rõ rệt. Trong mùa mưa, bùn cặn có hàm lượng hữu cơ cao và tập trung nhiều trên kênh mương và ao hồ đô thị.

Bùn cặn hệ thống thoát nước có độ ẩm lớn, thành phần hữu cơ cao, nhiều vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán và có mùi hôi, khó chịu. Độ ẩm của bùn cặn cống thoát nước và sông mương khoảng 75 – 92%. Khi nạo vét để vận chuyển, độ ẩm còn lại khoảng 50 – 80%. Các số liệu bùn cặn cống và kênh mương thoát nước một số đô thị được trình bày trong Bảng 1.

Theo nghiên cứu của Công ty Cổ phần Môi trường Việt Úc (2007), bùn cặn tại 3 vị trí kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (TPHCM) có thành phần hữu cơ chiếm 69,8 – 82,4%, hàm lượng nitơ hữu cơ là 0,29% và phôt pho tổng số là 0,19% rất phù hợp cho cây trồng. Nồng độ kẽm là 569 mg/kg, các kim loại nặng Pb, Cd thấp không gây ảnh hưởng đến môi trường. Phân tích bùn cặn cống thoát nước đầu hồ Bảy Mẫu cũng như bùn cặn sông Kim Ngưu tại hồ Yên Sở của CEETIA (2007 và 2008) cho thấy hàm lượng As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đó luôn luôn thấp, mức độ vết hoặc nhỏ hơn các quy định cho phép đối với đất nông nghiệp theo QCVN 03: 2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất.

Phần lớn cơ sở sản xuất, nhà máy xí nghiệp có các chất thải ô nhiễm độc hại được di chuyển hoặc có hệ thống xử lý theo Nghị định 64 của Chính phủ. Vì vậy bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị hiện nay có hàm lượng kim loại nặng không lớn. Tuy nhiên, thành phần hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong bùn cặn cao. Mặt khác, bùn cặn nước thải đô thị cũng chứa nhiều vi khuẩn và trứng giun sán. Theo Strauss, 1997 và Mara, 1978, trong bùn cặn bể tự hoại số lượng trứng giun sán khoảng 4.000 trứng/L. Trong bùn cống thoát nước, số lượng này khoảng vài trăm đến vài nghìn. Đây là những yếu tố cần tính đến khi sử dụng bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị để làm trồng cây hoặc phân bón.

Bùn cặn nước thải phân bố không đều trên hệ thống thoát nước từ các tuyến cống đến sông, mương và hồ. Số lượng và thành phần đa dạng, phức tạp, thay đổi theo thời gian và điều kiện khí hậu, thời tiết nên rất khó thu gom, vận chuyển và xử lý. Các loại bùn cặn nước thải có độ ẩm lớn nên thường khó khăn và dễ gây ô nhiễm môi trường khu vực đô thị khi thu gom và vận chuyển. Bùn cặn nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, nồng độ kim loại nặng và các chất độc hại thấp dễ sử dụng làm phân bón. Tuy nhiên, trong bùn cặn chứa nhiều trứng giun sán, vi khuẩn dễ gay bệnh dịch. Đối với hệ thống thoát nước các khu vực công nghiệp, trong bùn cặn có thể tồn tại kim loại nặng nên khó xử lý và sử dụng.

                    Hình 1. Sơ đồ nguyên tắc quản lý các loại bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị

2. Tình hình quản lý bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị hiện nay

Nghị định số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/5/2007 về thoát nước đô thị và khu công nghiệp đã quy định những nhiệm vụ của các đơn vị thoát nước và những nội dung quản lý thoát nước đô thị. Theo quy định, các tuyến cống, mương, hố ga,…phải được nạo vét để bảo đảm dòng chảy theo thiết kế. Tuy nhiên, trong Nghị định cũng chưa nêu rõ nội dung công tác vận chuyển và xử lý bùn cặn của hệ thống thoát nước.

Hệ thống thoát nước đô thị hiện nay được giao cho các Công ty TNHH Nhà nước một thành viên thoát nước đô thị (đối với các đô thị loại đặc biệt và loại I trực thuộc TƯ), các công ty môi trường đô thị, công ty cấp thoát nước hoặc công ty dịch vụ công trình đô thị (đối với các đô thị khác). Các đơn vị này thực hiện các nhiệm vụ nạo vét bùn cặn mạng lưới thoát nước (cống và kênh mương), vận chuyển và đưa đi chôn lấp với mục đích duy trì hoạt động thoát nước là chính. Việc hút, vận chuyển và bùn bể tự hoại phần lớn được các đơn vị thoát nước thực hiện. Tuy nhiên, đối với nhiều đô thị, nhiệm vụ này còn chồng chéo giữa công ty thoát nước và công ty môi trường đô thị như ở TP. Hà Nội, TP Hồ Chí Minh. Một số nơi để xã hội hoá trong việc vận hành hệ thống thoát nước, nhiều đơn vị tư nhân cũng tham gia vào hút và vận chuyển bùn bể tự hoại, nạo vét cống mương thoát nước. Điều kiện trang thiết bị kỹ thuật cho nạo vét và vận chuyển bùn cặn còn hạn chế và chưa đồng bộ. Ở nhiều đô thị nhỏ, công tác vận hành duy tu mạng lưới thoát nước còn thủ công nên hiệu quả nạo vét bùn cặn mương cống còn hạn chế. Việc chôn lấp và xử lý bùn cặn thoát nước, bùn bể tự hoại…. chưa có được quy trình thống nhất. Bùn cặn cống và bùn bể tự hoại ở mỗi địa phương xử lý theo mỗi kiểu khác nhau. Bùn cặn chủ yếu là đổ đống, nước bùn tự thấm hoặc tự chảy ra các kênh mương ao hồ xung quanh. Một số nơi bùn cặn hệ thống thoát nước được chôn lấp cùng rác thải sinh hoạt. Bùn cặn và nước bùn không được xử lý triệt để là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước, đất và không khí khu vực.

Hiện nay tại TP. HCM có hai cấp được giao nhiệm vụ trực tiếp thực hiện chức năng duy tu nạo vét hệ thống cống thoát nước là cấp Thành phố và cấp quận, huyện. Công ty thoát nước đô thị chịu trách nhiệm duy tu nạo vét khoảng 746 km đường cống cấp I, cấp II có đường kính D800 trở lên và 56 km các loại kênh rạch. Cấp quận huyện gồm các công ty dịch vụ công ích quận huyện duy tu nạo vét các cống nhỏ đường kính D600 trở xuống với tổng chiều dài hơn 1000 km. Theo số liệu của sở tài nguyên và môi trường năm 2007, tại TP. HCM mỗi ngày công tác nạo vét và vệ sinh mạng lưới thoát nước thải ra khoảng 2000 – 2200 tấn (vào mùa khô); Các nhà máy xử lý nước thải tập trung của 7 khu công nghiệp và của các nhà máy lớn thải ra khoảng 200 – 250 tấn bùn thải; Công tác hút bể tự hoại thải ra khoảng 300 – 350 tấn, công tác nạo vét kênh rạch sinh ra khoảng vài trăm nghìn tấn bùn/năm. Trong tương lai gần (đến năm 2010), các dự án môi trường sẽ sinh ra khoảng 2,0 – 2,5 triệu m³ bùn nạo vét hệ thống kênh Nhiêu Lộc  – Thị Nghè, Tàu Hũ – Bến Nghé và kênh Đôi – kênh Tẻ, các nhà máy xử lý nước thải tập trung của thành phố với công suất 200.000 đến 500.000 m³/ngày. Hầu hết lượng bùn này hiện nay chưa có phương án giải quyết, chủ yếu đỏ vào hai bãi bùn riêng của Công ty thoát nước đô thị hoặc đổ chung vào các bãi rác.

Công ty Thoát nước đô thị Hà Nội chịu trách nhiệm quản lý: 513, 35 km đường cống các loại; 80,55 km kênh mương; 46,13 km sông thoát nước; 44 hồ điều hoà và các công trình trạm bơm, trạm xử lý nước thải,…. Từ Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn I, Công ty được trang bị đầy đủ một hệ thống xe hút và vận chuyển bùn cống tương đối hiện đại. Ngoài việc vét và nạo hút bùn cống, hệ thống cơ giới này còn tham gia vào việc hút bùn bể tự hoại cho nhiều hộ thoát nước.

Tuy nhiên đối với sông mương và hồ điều hoà, phương pháp nạo vét bùn cặn chủ yếu vẫn là phương pháp thủ công. Một số phương tiện như tầu cuốc, máy hút bùn,… được thử nghiệm trên sông hồ nhưng không hiệu quả. Lượng bùn với độ ẩm lớn rất khó vận chuyển và thường chảy ra đường phố, gây ô nhiễm môi trường. Số lượng bùn cặn được công ty thoát nước Hà Nội nạo vét và vận chuyển về bãi chứa bùn Yên Sở năm 2008 là 112.566 tấn. Bãi đổ hiện đủ sức chứa để tiếp tục nhận bùn cặn thêm một vài năm nữa. Tuy nhiên bãi chứa bùn không được thiết kế hợp lý nên nước bùn chưa được thu gom và xử lý đúng quy trình.

Hải Phòng cũng nhận được sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới thực hiện điều kiện vệ sinh môi trường với phương tiện thu gom bao gồm các xe hút chân không dung tích 0,25 đến 7,5 m³ và xe vận chuyển dung tích 1,8 m³. Bãi xử lý bùn Tràng Cát cũng là một hạng mục công trình trong dự án thoát nước 1B là nơi tập kết xử lý bùn cho các gói thầu thông rửa hệ thống thoát nước thành phố, nạo vét bùn các hồ điều hoà, mương thoát nước thành phố đồng thời có nhiệm vụ tập kết xử lý khối lượng bùn nạo vét duy tu của hệ thống thoát nước hàng năm và bùn phốt hút miễn phí các bể tự hoại của nhân dân trong 4 quận nội thành. Khối lượng bùn cống và bùn bể tự hoại hàng năm đưa về bãi Tràng Cát để xử lý là 33241 m³.

Vấn đề xử lý bùn cặn cũng đã có đề cập đến trong một số dự án và chương trình nghiên cứu khoa học. Dự án vệ sinh môi trường 3 thành phố Hải Phòng, Hạ Long và Đà Nẵng do Ngân hàng Thế giới tài trợ đã có một số hạng mục công trình như chứa và chôn bùn tại các bãi Tràng Cát (Hải Phòng), kết hợp xử lý bùn cặn nước thải với bùn cặn bể tự hoại tại hố xử lý bùn tại trạm XLNT Cái Dăm. Công ty CDM (Mỹ) cũng đang đề xuất một số giải pháp xử lý bùn cặn trong hệ thống thoát nước lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (TP. Hồ Chí Minh). Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào hoàn chỉnh về đặc điểm các loại bùn cặn trong hệ thống thoát nước đô thị nước ta, các biện pháp thu gom, vận chuyển và xử lý bùn cặn chưa hợp lý, không kinh tế và còn gây mất mỹ quan hoặc ô nhiễm môi trường khu vực.

3. Các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý bùn cặn hệ thông thoát nước đô thị

Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2010 và Định hướng đến năm 2020 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định số 256/2003/QĐ – TTg ngày 02/12/2003 và Nghị định số 88/2007/NĐ – CP ngày 28/5/2007 của Thủ tướng Chính phủ về thoát nước đô thị và khu công nghiệp đã nêu lên những yêu cầu cấp bách và các nội dung phải thực hiện để giải quyết các vấn đề thoát nước đô thị, trong đó có thu gom nạo vét và xử lý bùn cặn.

Nạo vét bùn cặn trên các tuyến cống, kênh, mương thoát nước và hồ điều hoà theo đúng định kỳ vừa hạn chế được ô nhiễm môi trường do thiếu hụt oxy trong nước kênh hồ nới có bùn cặn tích tụ, vừa đảm bảo được chế độ dòng chảy để tiêu thoát nước mùa mưa. Nạo vét bùn cặn cũng góp phần hạn chế mùi và màu trong nước thải cống rãnh kênh mương.

Bùn cặn nạo vét có độ ẩm lớn cần phải được tách nước sơ bộ ngay tại nơi nạo vét. Bằng các biện pháp như quay ly tâm, tạo xung… hiệu quả tách nước sơ bộ rất cao, làm giảm được từ 20 – 50% lượng nước ban đầu trong bùn cặn. Tách nước sơ bộ tại điểm tập kết bùn cặn sẽ giảm đáng kể khối lượng vận chuyển cũng như hạn chế được lượng nước chảy dọc đường trên tuyến vận chuyển.

Bùn cặn mạng lưới thoát nước và kênh mương sau khi được nạo vét theo định kỳ, được đưa đến các công trình xử lý bùn cặn tập trung của thành phố hoặc ở các bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Bùn cặn nước thải sau khi xử lý cũng có thể sử dụng làm phân bón hoặc làm đất nông nghiệp để trồng cây trên cơ sở phải loại bỏ được các yếu tố kim loại nặng hoặc vi sinh vật gây bệnh đến mức độ yêu cầu.

Bùn cặn hệ thống thoát nước có thể chia thành 3 loại (Hình 1) với nguyên tắc xử lý như sau:

– Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách một phần lượng nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm thể tích bùn cặn đi vào công trình xử lý tiếp theo qua đó giảm được quy mô của công trình xử lý hoặc thể tích bùn cặn vận chuyển đến nơi tiếp nhận.

– Ngăn cản hoặc phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối giữa chuyển hoá chúng thành các chất hữu cơ ổn định hoặc là chất vô cơ để giảm khối lượng, dễ tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận.

– Loại bùn cặn thứ nhất: Chủ yếu là bùn cặn nước thải từ hệ thống thoát nước và công trình xử lý nước thải, được kiềm hoá hoặc xử lý hoá học, hoá lý tương ứng, lắng và sau đó làm khô bằng sân phơi bùn hoặc quay ly tâm trước khi đưa đi chôn lấp tại khu chôn lấp chất thải công nghiệp. Phương pháp này được ứng dụng tại Khu công nghiệp Bắc Thăng Long và một số khu công nghiệp khác.

– Loại bùn cặn thứ hai chủ yếu là cát, xà bần… là các phần tử vô cơ, tỷ trọng lớn, theo nước mưa tích tụ đầu mạng lưới thoát nước. Loại bùn cặn này sau khi tách nước sơ bộ tại điểm thu gom, nạo vét được đưa về phơi tại bãi chôn lấp bùn cặn nước thải.

– Loại bùn cặn thứ ba hình thành ở phần hạ lưu tuyến cống thoát nước cấp hai, trong kênh, sông, hồ hoặc trong trạm xử lý nước thải đô thị. Thành phần loại bùn cặn này chủ yếu là các chất hữu cơ nên sau khi tách nước sơ bộ tại điểm thu gom, được đưa về bể phân huỷ kỵ khí (bể metan). Biogas tạo thành được thu hồi sử dụng. Bùn nước thải sau khi lên men, có thành phần hữu cơ và chất dinh dưỡng N, P phù hợp với cây trồng được sử dụng làm phân bón. Trứng giun sán và vi khuẩn gây bệnh đã bị tiêu diệt trong quá trình lên men. Hàm lượng kim loại nặng trong bùn cặn ở mức cho phép đối với đất nông nghiệp. Phương pháp phân huỷ kỵ khí bùn cặn nước thải được sử dụng nhiều ở Nhật Bản, Úc, Đức, Nga, Pháp và các nước công nghiệp khác. Phương pháp ủ (chôn lấp) kỵ khí thành đống sau đó trồng cây hoặc sử dụng làm phân bón triển khai tại bãi xử lý bùn Tràng Cát cũng được thực hiện theo nguyên tắc này.

Theo cách tiếp cận quản lý bền vững, bùn cặn được xử lý và sử dụng trong nông nghiệp. Hệ thống thoát nước được duy trì tốt, đảm bảo được chế độ thuỷ lực để tiếp nhận nước mưa, góp phần giải quyết úng ngập đồng thời giảm thiểu được ô nhiễm môi trường sông hồ đô thị.

Nguồn: TC Xây dựng, số 10/2009