Nước thải sinh hoạt là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Nước thải sinh hoạt là gì?

Nước thải sinh hoạt là loại nước đã bị ô nhiễm sau khi được sử dụng trong các hoạt động đời sống hằng ngày của con người tại hộ gia đình, khu dân cư, trường học, bệnh viện, khách sạn và các cơ sở dịch vụ khác. Nguồn nước này phát sinh từ các hoạt động như tắm rửa, giặt giũ, nấu ăn, rửa chén bát, vệ sinh cá nhân và các quá trình dọn dẹp, chứa nhiều tạp chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và hóa chất có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người nếu không được xử lý đúng cách.

Theo United States Environmental Protection Agency (EPA), nước thải sinh hoạt chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lưu lượng nước thải đô thị và đóng vai trò then chốt trong các chương trình quản lý nước thải quốc gia.

Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt có những đặc điểm hóa lý và sinh học đặc trưng:

• Hàm lượng chất hữu cơ cao: Bao gồm carbohydrate, protein, chất béo từ thức ăn thừa, chất thải người và dầu mỡ sinh hoạt.
• Chứa chất dinh dưỡng: Nitơ và phospho ở dạng hòa tan và dạng hạt, dễ gây phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận.
• Đa dạng vi sinh vật: Vi khuẩn, virus, ký sinh trùng có thể gây bệnh tiêu hóa, viêm gan, và nhiễm trùng khác.
• Các hợp chất hóa học: Xà phòng, chất tẩy rửa, hóa mỹ phẩm, dư lượng thuốc và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác.
• Chất rắn lơ lửng: Các hạt cặn không tan góp phần gây đục nước và lắng đọng bùn tại nguồn tiếp nhận.

Thành phần và chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt

Chất lượng nước thải sinh hoạt được đánh giá thông qua các chỉ tiêu chủ yếu sau:

• BOD₅ (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày, phản ánh lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
• COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học, đo tổng lượng chất hữu cơ cần oxy hóa.
• TSS (Total Suspended Solids): Tổng chất rắn lơ lửng trong nước thải.
• Ammonia, Nitrate, Phosphate: Các dạng nitơ và phospho hòa tan.
• Coliforms và E. coli: Chỉ tiêu vi sinh để đánh giá mức độ ô nhiễm phân.

Quan hệ tiêu chuẩn BOD₅ theo thời gian có thể mô tả bằng phương trình:

$BOD_t = BOD_5 \times \left(1 - e^{-k \times t}\right)$

Trong đó BOD_t là lượng oxy tiêu thụ tại thời gian t, k là hằng số phản ứng sinh hóa đặc trưng cho loại nước thải.

Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, với đặc tính và lưu lượng thay đổi theo quy mô và tính chất hoạt động:

• Hộ gia đình: Hoạt động cá nhân hàng ngày như tắm, giặt, nấu ăn, vệ sinh.
• Cơ quan, văn phòng: Rửa tay, nhà vệ sinh, dịch vụ ăn uống nội bộ.
• Trường học, bệnh viện: Ngoài nước thải sinh hoạt thông thường còn có thêm nước thải từ khu vực dịch vụ y tế.
• Khách sạn, nhà hàng: Lượng nước thải lớn hơn do phục vụ nhiều đối tượng, chứa thêm dầu mỡ, chất tẩy rửa.

Đặc tính nước thải giữa các nguồn này có thể khác nhau về hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng và vi sinh vật.

Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý

Việc xả nước thải sinh hoạt không qua xử lý ra môi trường gây ra các tác động nghiêm trọng:

• Ô nhiễm nguồn nước mặt: Gây suy giảm oxy hòa tan, tăng BOD, COD, giết chết sinh vật thủy sinh.
• Phú dưỡng nguồn nước: Làm bùng nổ tảo (eutrophication), giảm chất lượng nước và gây hiện tượng nước chết (dead zone).
• Ô nhiễm nguồn nước ngầm: Nước thải thấm qua đất có thể gây ô nhiễm mạch nước ngầm.
• Lan truyền dịch bệnh: Các mầm bệnh trong nước thải có thể gây bùng phát các dịch bệnh như tả, lỵ, thương hàn, viêm gan A.

Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt chuẩn bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp:

• Xử lý sơ cấp: Tách bỏ cặn lớn và dầu mỡ bằng song chắn rác, bể lắng cát.
• Xử lý thứ cấp: Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong bể Aerotank hoặc bùn hoạt tính để phân hủy chất hữu cơ.
• Xử lý bậc ba: Khử trùng bằng chlorine hoặc tia cực tím (UV) để loại bỏ vi sinh vật còn sót lại, đôi khi kết hợp lọc sinh học nâng cao.

Theo EPA, quy trình xử lý sinh hoạt hiện đại còn bổ sung bước tách chất dinh dưỡng để kiểm soát hiện tượng phú dưỡng hóa.

Các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phổ biến

• Hệ thống bùn hoạt tính (Activated Sludge System): Quá trình sinh học hiếu khí truyền thống.
• Hệ thống SBR (Sequencing Batch Reactor): Hệ thống bùn hoạt tính vận hành theo mẻ, linh hoạt cao.
• Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor): Ứng dụng vật liệu đệm di động để nâng cao hiệu quả sinh học.
• Công nghệ màng lọc MBR (Membrane Bioreactor): Kết hợp sinh học và màng lọc, cho chất lượng nước đầu ra rất cao.

Quy chuẩn xả thải nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Theo QCVN 14:2008/BTNMT:

• BOD₅: ≤ 30 mg/L
• COD: ≤ 50 mg/L
• TSS: ≤ 50 mg/L
• Coliform tổng số: ≤ 3000 MPN/100mL

Tuân thủ quy chuẩn này là bắt buộc đối với các công trình xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường tự nhiên.

Vai trò của cộng đồng trong quản lý nước thải sinh hoạt

Để bảo vệ môi trường và nguồn nước, cộng đồng cần thực hiện các hành động sau:

• Tiết kiệm nước, giảm thiểu lãng phí trong sinh hoạt hàng ngày.
• Giảm thiểu sử dụng hóa chất tẩy rửa mạnh và ưu tiên sản phẩm thân thiện môi trường.
• Tuân thủ quy định đấu nối vào hệ thống thoát nước đô thị.
• Tham gia các hoạt động tuyên truyền, giáo dục về bảo vệ nguồn nước sạch.

Kết luận

Nước thải sinh hoạt là nguồn nước thải quan trọng trong đô thị và nông thôn, chứa nhiều thành phần ô nhiễm có khả năng gây hại cho hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc quản lý, thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt đúng quy trình không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn là trách nhiệm chung của toàn xã hội nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên nước quý giá và hướng tới sự phát triển bền vững.