Nhà máy sản xuất trong khu công nghiệp phát sinh hai dòng nước thải có bản chất khác nhau: nước thải sinh hoạt của người lao động và nước thải từ hoạt động sản xuất. Dòng thứ nhất có lưu lượng và thành phần tương đối ổn định, chủ yếu là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Dòng thứ hai biến động theo kế hoạch sản xuất, thành phần phụ thuộc vào công đoạn đang vận hành.
Phương án thu gom chung hai dòng rồi đưa trực tiếp vào hệ thống sinh học là lựa chọn phổ biến vì chi phí đầu tư ban đầu thấp. Hệ thống thường vận hành ổn định trong vài tháng đầu, sau đó chất lượng nước sau xử lý suy giảm dần mà không có nguyên nhân rõ ràng.
Bài viết phân tích cơ chế gây suy giảm này và trình bày phương án ATL đã triển khai cho một nhà máy tại KCN Tiên Sơn, Bắc Ninh.
Cơ chế suy giảm hiệu quả xử lý khi thu gom chung
Hiệu quả của công trình sinh học phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng quần thể vi sinh vật trong bể. Nước thải sản xuất chứa bốn nhóm tác nhân làm suy giảm quần thể này theo cơ chế khác nhau.
Kim loại nặng hòa tan phát sinh từ công đoạn xử lý bề mặt kim loại. Ở nồng độ vượt ngưỡng chịu đựng, các ion kim loại ức chế hoạt tính enzyme của vi khuẩn. Quần thể không bị tiêu diệt hoàn toàn mà giảm dần năng lực xử lý. Quan sát bằng mắt thường tại bể không phát hiện được bất thường, trong khi các chỉ tiêu đầu ra suy giảm theo thời gian.
Dầu mỡ khoáng từ dầu gia công và dầu bôi trơn tạo màng bao quanh bông bùn hoạt tính, cản trở khuếch tán oxy vào cấu trúc bông bùn. Bùn bị bao dầu có tỷ trọng giảm, không lắng được tại bể lắng mà nổi lên bề mặt và theo nước ra ngoài. Dấu hiệu nhận biết là lớp váng bùn trên mặt bể lắng.
Chất rắn lơ lửng vô cơ dạng mạt kim loại và bụi mài không bị vi sinh phân hủy nhưng bị giữ lại trong cấu trúc bông bùn. Sau thời gian tích lũy, tổng lượng bùn trong bể không đổi nhưng tỷ lệ sinh khối hoạt động giảm đáng kể. Chỉ số MLVSS trên MLSS phản ánh rõ hiện tượng này.
Dao động pH từ nước rửa sau công đoạn tẩy axit hoặc tẩy kiềm. Nhóm vi khuẩn nitrat hóa nhạy cảm nhất với biến động pH, hoạt tính suy giảm rõ rệt khi pH xuống dưới 6,0 và cần nhiều ngày để phục hồi.
Điểm chung của bốn tác nhân trên là tác động tích lũy. Doanh nghiệp thường chỉ phát hiện khi kết quả quan trắc định kỳ vượt ngưỡng, thời điểm đó chi phí khắc phục đã cao hơn nhiều so với đầu tư đúng từ đầu.
Giải pháp: tách dòng từ hệ thống thu gom
Tăng thể tích bể sinh học không giải quyết được vấn đề, vì nguyên nhân nằm ở thành phần nước thải chứ không phải tải lượng. Phương án hiệu quả là tách riêng hai dòng ngay từ hạ tầng thoát nước và chỉ đưa dòng sản xuất qua khối xử lý hóa lý.
Tại công trình KCN Tiên Sơn, nước thải sinh hoạt được thu gom qua bể tự hoại, theo hố ga về hố bơm tập trung. Nước thải sản xuất đi tuyến ống riêng về hố gom. Việc tách dòng cần được xác định ngay trong giai đoạn thiết kế hạ tầng nhà xưởng; cải tạo sau khi công trình đã đưa vào sử dụng có chi phí cao hơn đáng kể và ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất.
Lợi ích của phương án tách dòng thể hiện ở cả đầu tư và vận hành. Khối hóa lý chỉ xử lý phần lưu lượng phát sinh từ sản xuất, thường chiếm tỷ trọng nhỏ trong tổng lưu lượng, nên quy mô công trình và lượng hóa chất tiêu thụ hàng tháng đều giảm. Phương án cho toàn bộ lưu lượng qua hóa lý làm chi phí hóa chất tăng nhiều lần mà không mang lại hiệu quả xử lý tương ứng.
Khối xử lý hóa lý
Cặn lơ lửng có kích thước nhỏ trong nước thải mang điện tích bề mặt cùng dấu nên đẩy nhau, duy trì trạng thái phân tán ổn định và không lắng được bằng trọng lực trong thời gian lưu thông thường.
Hóa chất keo tụ PAC cung cấp ion nhôm đa hóa trị, trung hòa điện tích bề mặt và cho phép các hạt kết dính thành bông có kích thước lớn hơn, đủ tỷ trọng để lắng tại bể lắng hóa lý.
Hiệu quả keo tụ phụ thuộc chặt chẽ vào pH. Ngoài khoảng pH tối ưu, phản ứng thủy phân nhôm không diễn ra đúng hướng, dẫn đến tiêu hao hóa chất mà độ đục vẫn cao. Vì vậy công đoạn điều chỉnh pH được bố trí trước công đoạn keo tụ.
Cụm hóa lý tại công trình gồm sáu bể, phân thành ba bể chứa hóa chất đậm đặc và ba bể pha chế. Hóa chất được khuấy đều tại bể chứa, chuyển sang bể pha để định lượng với nước sạch theo tỷ lệ cố định, sau đó bơm định lượng đưa vào dòng nước thải.
Việc tách riêng bể chứa và bể pha nhằm ổn định nồng độ dung dịch làm việc. Nếu pha trực tiếp tại bể chứa, mỗi lần bổ sung hóa chất sẽ làm thay đổi nồng độ, khiến lượng hoạt chất đưa vào hệ thống dao động dù bơm định lượng giữ nguyên lưu lượng. Cấu hình hai cấp cho phép cài đặt bơm một lần và duy trì ổn định trong suốt chu kỳ vận hành.
Bông cặn sau keo tụ lắng tại bể lắng hóa lý. Bùn được bơm về bể chứa bùn và hút định kỳ bởi đơn vị có chức năng. Phần nước trong chuyển sang bể điều hòa, hợp lưu với dòng nước thải sinh hoạt.
Khối sinh học AO và nguyên tắc bố trí bể thiếu khí
Sau bể điều hòa, nước thải đi qua bể thiếu khí rồi đến bể hiếu khí. Trình tự này là đặc trưng của công nghệ AO và có cơ sở kỹ thuật rõ ràng.
Tại bể hiếu khí, oxy được cấp liên tục cho hai quá trình song song: vi sinh dị dưỡng oxy hóa chất hữu cơ, và vi khuẩn nitrat hóa chuyển amoni thành nitrat.
Nitrat vẫn là hợp chất nitơ và vẫn gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận. Để loại bỏ nitơ khỏi nước thải, cần chuyển nitrat thành khí nitơ phân tử thông qua quá trình khử nitrat. Quá trình này chỉ diễn ra trong điều kiện thiếu oxy và đòi hỏi nguồn cacbon hữu cơ làm chất cho điện tử.
Bố trí bể thiếu khí phía trước cho phép tận dụng nguồn cacbon có sẵn. Nước thải từ bể điều hòa chưa qua xử lý sinh học nên còn nguyên hàm lượng chất hữu cơ. Nitrat được đưa về từ bể hiếu khí qua dòng tuần hoàn. Hai thành phần gặp nhau tại bể thiếu khí, quá trình khử nitrat diễn ra bằng chính cacbon trong nước thải.
Phương án bố trí bể thiếu khí phía sau bể hiếu khí buộc phải bổ sung nguồn cacbon từ bên ngoài, thường là methanol, vì nước thải tại vị trí đó đã cạn chất hữu cơ. Chi phí hóa chất tăng, đồng thời phát sinh yêu cầu kiểm soát liều lượng chặt chẽ để tránh dư cacbon làm tăng COD đầu ra.
Việc bổ sung methanol chỉ cần thiết khi nước thải có tỷ lệ cacbon trên nitơ thấp. Với hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải cơ khí sau hóa lý, tỷ lệ này thường đủ và không phát sinh nhu cầu bổ sung.
Bể thiếu khí không cấp khí, chỉ trang bị máy khuấy chìm vận hành theo chương trình hẹn giờ nhằm duy trì trạng thái xáo trộn và tiếp xúc giữa bùn với nước thải. Cường độ khuấy cần được kiểm soát: khuấy quá mạnh làm oxy từ không khí hòa tan vào nước, vi khuẩn sẽ ưu tiên sử dụng oxy hòa tan thay vì oxy trong nitrat, làm giảm hiệu quả khử nitơ.
Bể hiếu khí sử dụng đĩa phân phối khí tinh, tạo bọt khí kích thước nhỏ cho hiệu suất hòa tan oxy cao hơn hệ phân phối khí thô. Hai máy thổi khí vận hành luân phiên, cấp khí liên tục 24 giờ. Gián đoạn cấp khí kéo dài dẫn đến suy giảm quần thể vi sinh hiếu khí.
Bùn từ bể hiếu khí và bể lắng được tuần hoàn về bể thiếu khí, vừa cung cấp nitrat cho quá trình khử nitrat, vừa duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong hệ thống.
Cân bằng độ kiềm trong quá trình nitrat hóa
Quá trình nitrat hóa sinh ra ion H⁺ và tiêu thụ độ kiềm của nước thải. Theo cân bằng phản ứng, mỗi miligam amoni tính theo nitơ được oxy hóa tiêu thụ khoảng 7,1 mg độ kiềm quy đổi theo CaCO₃.
Nước thải sinh hoạt có sẵn một lượng độ kiềm nhất định, đủ đáp ứng khi tải lượng amoni ở mức trung bình. Khi hợp lưu với nước thải sản xuất đã qua xử lý hóa lý, độ kiềm dự trữ thường không còn đủ.
pH tại bể hiếu khí do đó giảm dần theo thời gian vận hành. Khi pH xuống dưới 6,5, tốc độ nitrat hóa suy giảm rõ rệt; dưới 6,0 quá trình gần như dừng lại. Biểu hiện đặc trưng là amoni đầu ra vượt ngưỡng cho phép trong khi COD và BOD vẫn đạt yêu cầu.
Do các chỉ tiêu hữu cơ vẫn bình thường, đơn vị vận hành thường tìm nguyên nhân ở hệ thống cấp khí hoặc chất lượng bùn trước khi xem xét đến cân bằng độ kiềm. Biện pháp kiểm soát là theo dõi pH bể hiếu khí định kỳ và bổ sung NaOH khi có xu hướng giảm. Đây là chức năng thứ hai của NaOH trong danh mục hóa chất vận hành, bên cạnh vai trò điều chỉnh pH tại công đoạn keo tụ.
Nước sau bể hiếu khí chuyển sang bể lắng có cấu tạo đáy vát, tạo điều kiện cho bùn trượt về tâm bể và hạn chế tích tụ tại góc. Phần nước trong tiếp tục qua bể khử trùng, tiếp xúc với hóa chất chlorine trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Thông tin công trình
Chủ đầu tư: Công ty Cổ phần Hawee Sản xuất và Thương mại. Địa điểm: đường TS7, KCN Tiên Sơn, tỉnh Bắc Ninh. ATL thực hiện thiết kế và thi công hệ thống xử lý nước thải, triển khai tháng 12 năm 2024.
Công suất thiết kế 15 m³/ngày đêm. Chất lượng nước sau xử lý đạt cột B QCVN 40:2011/BTNMT, là quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp có hiệu lực tại thời điểm thiết kế.
Dây chuyền công nghệ gồm khối hóa lý xử lý riêng dòng nước thải sản xuất, tiếp theo là khối sinh học AO xử lý dòng hợp lưu, kết thúc bằng bể lắng và bể khử trùng. Bùn phát sinh từ cả hai khối được tập trung về bể chứa bùn và hút định kỳ bởi đơn vị có chức năng.
Phương án bố trí dạng module
Hệ thống được lắp đặt dạng module đặt nổi, bố trí sát tường nhà xưởng, có mái che và sàn thao tác kèm lan can an toàn.
Với nhà máy đang vận hành, phương án module có ưu thế rõ rệt so với bể bê tông ngầm. Không phải thi công móng sâu nên không ảnh hưởng đến hệ thống kỹ thuật ngầm hiện hữu, vốn thường thiếu hồ sơ hoàn công chính xác. Thời gian thi công ngắn, mức độ ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất thấp. Khi nhà máy mở rộng quy mô, có thể bổ sung module thay vì cải tạo toàn bộ công trình.
Yêu cầu kèm theo của phương án này là mái che bảo vệ thiết bị và bố trí mặt bằng hợp lý để không ảnh hưởng đến lối đi và hoạt động vận hành của nhà máy.
Chuyển giao vận hành
Phần lớn sự cố nghiêm trọng tại các trạm xử lý nước thải công nghiệp không xuất phát từ lỗi thiết kế mà từ khoảng trống trong công tác vận hành. Nhà máy thường giao trạm cho nhân sự bảo trì kiêm nhiệm; khi nhân sự này thay đổi, người tiếp quản không có tài liệu hướng dẫn và không nắm được chế độ vận hành, dẫn đến suy giảm quần thể vi sinh và phải nuôi cấy lại từ đầu.
ATL bàn giao kèm bộ tài liệu vận hành đầy đủ, bao gồm mô tả chức năng từng hạng mục công nghệ, lịch bảo trì theo chu kỳ tuần và sáu tháng cho từng thiết bị, danh mục sự cố thường gặp kèm biện pháp khắc phục, quy trình pha chế và định lượng từng loại hóa chất, và hướng dẫn sử dụng bộ test nhanh để kiểm tra amoni và nitrat tại chỗ.
ATL có trụ sở tại Bắc Ninh, hiện nhận tư vấn, thiết kế và thi công hệ thống xử lý nước thải tại 19 tỉnh thành phía Bắc.
Chỉ số kiểm soát trong vận hành hàng tuần
Ba thông số cơ bản cho phép đánh giá tình trạng hệ thống, chỉ cần máy đo DO và pH cầm tay cùng ống đong một lít.
Oxy hòa tan. Bể hiếu khí duy trì DO trên 2 mg/l. Khi DO thấp, nhóm vi khuẩn nitrat hóa bị ảnh hưởng trước do nhu cầu oxy cao hơn nhóm vi sinh dị dưỡng. Bể thiếu khí cần duy trì DO ở mức thấp nhất có thể, tại công trình này đặt ngưỡng dưới 0,15 mg/l. DO bể thiếu khí cao thường do lưu lượng tuần hoàn mang theo oxy hoặc cường độ khuấy vượt mức cần thiết.
pH. Kiểm tra tại cả hai bể sinh học, duy trì trong khoảng 6 đến 8. Xu hướng giảm đều qua các tuần là dấu hiệu thiếu hụt độ kiềm do nitrat hóa, xử lý bằng cách bổ sung NaOH.
Khả năng lắng của bùn hoạt tính. Lấy một lít hỗn hợp bùn nước từ bể hiếu khí, để lắng tĩnh 30 phút và đọc thể tích bùn lắng. Kết hợp với nồng độ bùn để xác định chỉ số SVI. Bùn lắng chậm, thể tích lớn cho thấy hiện tượng bùn trương nở, thường xuất hiện trước khi chất lượng nước đầu ra suy giảm. Đây là chỉ số cảnh báo sớm có chi phí thực hiện thấp nhất.
Bộ test nhanh amoni và nitrat bổ sung thông tin định hướng: amoni cao phản ánh nitrat hóa kém, amoni thấp kèm nitrat cao phản ánh khử nitrat kém.
Cập nhật quy chuẩn QCVN 40:2025/BTNMT
QCVN 40:2025/BTNMT về nước thải công nghiệp có hiệu lực từ ngày 01/9/2025, thay thế QCVN 40:2011/BTNMT áp dụng trong mười bốn năm trước đó.
Doanh nghiệp có hệ thống xử lý nước thải được thiết kế theo quy chuẩn cũ cần rà soát khả năng đáp ứng quy chuẩn hiện hành. Hệ thống vẫn vận hành bình thường về mặt cơ khí nhưng có thể không còn đạt khi đối chiếu giới hạn mới, phổ biến nhất ở nhóm chỉ tiêu nitơ.
Các trường hợp cần ưu tiên rà soát gồm: hệ thống nghiệm thu trước tháng 9 năm 2025; kết quả quan trắc định kỳ gần nhất có chỉ tiêu tiệm cận ngưỡng cho phép; dây chuyền không bố trí công đoạn xử lý hóa lý trong khi nhà máy phát sinh nước thải sản xuất; hoặc nhà máy đã tăng sản lượng đáng kể so với công suất thiết kế ban đầu của hệ thống.
Kết quả rà soát không đồng nghĩa với việc phải đầu tư công trình mới. Trong nhiều trường hợp, biện pháp khắc phục là bổ sung cụm keo tụ phía đầu dây chuyền, hiệu chỉnh tỷ lệ tuần hoàn bùn, hoặc chuyển đổi một ngăn của bể hiếu khí thành bể thiếu khí. Chi phí các phương án này thấp hơn đáng kể so với rủi ro xử phạt hành chính hoặc đình chỉ hoạt động.
ATL nhận khảo sát và đánh giá miễn phí hiện trạng hệ thống xử lý nước thải, đối chiếu với QCVN 40:2025/BTNMT và đề xuất phương án cải tạo phù hợp.
Các yếu tố quyết định chi phí đầu tư
Mức đầu tư cụ thể chỉ xác định được sau khảo sát hiện trạng và phân tích thành phần nước thải. Tuy nhiên có thể xác định trước các yếu tố chi phối.
Công suất thiết kế là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất, quyết định thể tích công trình và công suất thiết bị. Tiếp theo là yêu cầu về khối xử lý hóa lý, phụ thuộc vào thành phần nước thải sản xuất; đây là khác biệt đáng kể giữa nhà máy chỉ phát sinh nước thải sinh hoạt và nhà máy có nước thải sản xuất. Mức độ tách dòng tại hạ tầng thoát nước cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô cụm hóa lý.
Các yếu tố còn lại gồm phương án kết cấu công trình, mức độ tự động hóa trong vận hành, và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý theo cột A hoặc cột B của quy chuẩn.
ATL thực hiện khảo sát tận nơi miễn phí và cung cấp báo giá chi tiết trong vòng 24 giờ sau khảo sát.
Câu hỏi thường gặp
Nhà máy trong khu công nghiệp có bắt buộc đầu tư hệ thống xử lý nước thải riêng không?
Yêu cầu này phụ thuộc quy định của từng khu công nghiệp. Nhiều KCN vận hành trạm xử lý tập trung và cho phép nhà máy đấu nối, tuy nhiên vẫn quy định tiêu chuẩn nước thải đầu vào trước khi tiếp nhận. Nhà máy phát sinh nước thải sản xuất chứa kim loại nặng, dầu mỡ khoáng hoặc có pH ngoài khoảng cho phép thường buộc phải xử lý sơ bộ tại chỗ. Doanh nghiệp nên làm rõ tiêu chuẩn đấu nối với ban quản lý KCN ngay trong giai đoạn lập dự án đầu tư.
Vì sao nước thải sản xuất cần xử lý hóa lý trước khi đưa vào công trình sinh học?
Kim loại nặng hòa tan, dầu mỡ khoáng và chất rắn lơ lửng vô cơ đều tác động tiêu cực đến quần thể vi sinh vật. Kim loại ức chế hoạt tính enzyme của vi khuẩn, dầu mỡ tạo màng bao quanh bông bùn cản trở khuếch tán oxy khiến bùn nổi và trôi theo nước ra ngoài, chất rắn vô cơ tích lũy trong bùn làm giảm tỷ lệ sinh khối hoạt động. Các tác động này mang tính tích lũy, thường chỉ biểu hiện rõ sau vài tháng vận hành.
Trong công nghệ AO, bể thiếu khí được bố trí trước hay sau bể hiếu khí?
Bể thiếu khí bố trí phía trước. Nước thải từ bể điều hòa vào bể thiếu khí còn nguyên hàm lượng chất hữu cơ, trong khi nitrat được cung cấp qua dòng tuần hoàn từ bể hiếu khí. Quá trình khử nitrat sử dụng chính nguồn cacbon có sẵn trong nước thải nên không phát sinh nhu cầu bổ sung hóa chất. Nếu bố trí ngược lại, nước thải tại vị trí bể thiếu khí đã cạn chất hữu cơ và bắt buộc phải bổ sung methanol làm nguồn cacbon.
Vì sao pH tại bể hiếu khí có xu hướng giảm dần trong quá trình vận hành?
Quá trình nitrat hóa sinh ra ion H⁺ và tiêu thụ độ kiềm của nước thải. Mỗi miligam amoni tính theo nitơ được oxy hóa tiêu thụ khoảng 7,1 mg độ kiềm quy đổi theo CaCO₃. Khi độ kiềm dự trữ không đủ, pH giảm dần theo thời gian vận hành. Ở mức dưới 6,5 tốc độ nitrat hóa suy giảm rõ rệt, biểu hiện là amoni đầu ra vượt ngưỡng trong khi COD và BOD vẫn đạt yêu cầu. Biện pháp khắc phục là bổ sung NaOH.
Đơn vị vận hành cần kiểm soát những chỉ số nào hàng tuần?
Ba thông số cơ bản gồm oxy hòa tan, pH và khả năng lắng của bùn hoạt tính. Bể hiếu khí duy trì DO trên 2 mg/l, bể thiếu khí duy trì DO ở mức thấp nhất có thể. pH tại cả hai bể sinh học giữ trong khoảng 6 đến 8. Khả năng lắng của bùn được xác định bằng cách để lắng tĩnh một lít hỗn hợp bùn nước trong 30 phút và đọc thể tích bùn lắng; bùn lắng chậm là dấu hiệu cảnh báo sớm trước khi chất lượng nước đầu ra suy giảm.
Nước thải công nghiệp hiện áp dụng quy chuẩn kỹ thuật nào?
QCVN 40:2025/BTNMT, có hiệu lực từ ngày 01/9/2025, thay thế QCVN 40:2011/BTNMT. Doanh nghiệp có hệ thống xử lý nghiệm thu trước tháng 9 năm 2025 nên rà soát khả năng đáp ứng quy chuẩn mới, đặc biệt khi kết quả quan trắc có chỉ tiêu tiệm cận ngưỡng cho phép hoặc khi sản lượng đã tăng so với công suất thiết kế ban đầu.
ATL có nhận thiết kế và thi công hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy tại Bắc Ninh không?
Có. ATL đặt trụ sở tại Bắc Ninh và đã thực hiện hệ thống xử lý nước thải công suất 15 m³/ngày đêm cho nhà máy tại KCN Tiên Sơn. Công ty nhận tư vấn, thiết kế, chế tạo thiết bị và thi công hệ thống xử lý nước thải, xử lý khí thải tại 19 tỉnh thành phía Bắc, khảo sát tận nơi miễn phí và cung cấp báo giá chi tiết trong vòng 24 giờ.
Liên hệ ATL
Công ty TNHH Công nghệ Tự động hóa ATL
- Hotline: 0983.081.898
- Email: info@tudonghoaatl.com.vn
- Địa chỉ: Số nhà 159, TDP Phố, Phường Đa Mai, Tỉnh Bắc Ninh
- Giờ làm việc: Thứ 2 đến Thứ 7, 07:30 – 17:00
Đội ngũ kỹ sư hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực môi trường, có chứng chỉ hành nghề. Hơn 200 công trình xử lý nước thải và khí thải đã hoàn thành trên toàn quốc. Khảo sát tận nơi miễn phí, báo giá chi tiết trong 24 giờ, bảo hành thiết bị và hỗ trợ vận hành 12 đến 24 tháng.
