công nghệ xử lý nước thải trên thế giới và việt nam – phương pháp tiếp cận mới

Tuy nhiên, phương thức thoát nước truyền thống này có nhiều hạn chế, vì thế, ngày nay trên Thế giới người ta khuyến khích áp dụng mô hình phân tán, đặc biệt là cho các khu đô thị mới, cá

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM –

PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN MỚI Wastewater treatment technologies worldwide and in Vietnam – new

approaches

PGS TS Nguyễn Việt Anh,

Phó viện trưởng, Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE),

Trường Đại học Xây dựng

ĐT: (04) 3628 4509, DĐ: 091320.9689 E-mail: vietanhctn@gmail.com

1 Thế giới đang chuyển đổi và những thách thức trong lĩnh vực vệ sinh môi trường

Trên Thế giới, quá trình đô thị hóa vẫn không ngừng gia tăng Dự báo trong vòng 2 thập

kỷ tới, gần 60% dân số thế giới (khoảng 5 tỷ người) sẽ trở thành cư dân đô thị Tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh nhất tại các nước đang phát triển, nơi mà mỗi tháng lại có thêm 5 triệu người đến sinh sống tại các đô thị Ở châu Phi và châu Á, dân số đô thị sẽ tăng gấp đôi từ năm

2000 đến năm 2030 Trong các thập kỷ tiếp theo, khoảng 95% tăng trưởng dân số đô thị sẽ tập trung ở các nước đang phát triển

Thách thức và sức ép ngày càng gia tăng tới nguồn nước từ quá trình đô thị hóa, phát triển công nghiệp những bất ổn do biến đổi khí hậu, thiên tai và các mâu thuẫn – thậm chí tranh chấp – giữa các đối tượng sử dụng nước ở đô thị Toàn Thế giới đang nỗ lực, chủ động tham gia giải quyết các thách thức đối với tài nguyên nước trong bối cảnh đô thị hóa

Nước và sức khỏe là hai trong số những nhu cầu cơ bản nhất của con người Hiện nay, hơn một tỉ người trên Thế giới còn chưa tiếp cận với nước uống sạch, và hơn hai tỉ người không có điều kiện vệ sinh đầy đủ Mỗi năm, có gần ba triệu người, chủ yếu là trẻ em chết vì những bệnh có liên quan đến nước, nhất là bệnh tiêu chảy Nhiều người khác bị ốm hoặc thiểu năng vì bệnh truyền nhiễm liên quan đến nước, chủ yếu do nguồn cung cấp nước không an toàn, vệ sinh không đầy đủ

Kinh nghiệm Trung Quốc: Dân số Trung Quốc chiếm 20% dân số thế giới, nhưng diện tích và nước sạch chỉ chiếm 7% toàn cầu Vấn đề lớn nhất mà Trung Quốc đang gặp phải trong phát triển nóng hiện nay là vấn đề về tài nguyên và môi trường Tại Trung Quốc hầu hết nguồn nước sinh hoạt đều bị ô nhiễm bởi các chất thải của con người và các chất ô nhiễm công nghiệp Theo tính toán của Cơ quan bảo vệ môi trường quốc gia Trung Quốc (SEPA), trong vòng 15 năm tới, Trung Quốc đặt mục tiêu trở thành một xã hội sung túc - GDP sẽ tăng gấp 4 sần - nhưng nếu Trung Quốc vẫn duy trì mức sản xuất và tiêu dùng hiện tại thì ô nhiễm

và tiêu thụ năng lượng ở nước này cũng sẽ tăng gấp 4 lần

Chính phủ Trung Quốc đã có nhận thức mới là : "không nên theo lối cũ là gây ô nhiễm môi trường rồi sau đó xử  lý" Thay vì chỉ tập trung vào tăng trọng kinh tế, Trung Quốc chú ý tới bảo tồn năng lượng và bảo vệ môi trường Đồng thời, Trung Quốc sẽ thi hành chính sách công nghiệp nghiêm ngặt, cấm doanh nghiệp và các dự án hạ tầng cơ sở gây ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên Chỉ riêng trong năm 2005, gần 30.000 vụ vi phạm môi trường

bị điều tra và trừng phạt, trong đó 2.609 doanh nghiệp buộc phải ngưng hoạt động hoặc đóng cửa Trong 4 năm đầu thực hiện kế hoạch 5 năm lần thứ 10, Trung Quốc đầu tư tổng cộng 600,6 tỷ NDT (khoảng 72,3 tỷ USD) cho phòng chống và kiểm soát ô nhiễm môi trường Vấn

đề bảo vệ môi trường và chất lượng cuộc sống sẽ là ưu tiên trong chương trình phát triển kinh

tế 5 năm tới của Trung Quốc Trung Quốc sẽ tiếp tục tăng cường đầu tư vào công tác xử lý ô

nhiễm, xây dựng môi trường sinh thái, nâng tổng vốn đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường lên tới 1400 tỷ nhân dân tệ, chiếm khoảng 1,5% GDP cùng kỳ

Tính đến cuối năm 2008, Trung quốc đã có hơn 35 nghìn doanh nghiệp thuộc ngành công nghiệp bảo vệ môi trường Theo con số thống kê, trong vốn đầu tư 4000 tỷ nhân dân tệ dùng

để mở rộng kích cầu trong nước Trung Quốc, có 300 tỷ nhân dân tệ đã đầu tư trực tiếp vào ngành liên quan tới bảo vệ môi trường Ngoài ra, Trung Quốc cũng không chỉ dựa vào vốn đầu tư chính phủ để thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp bảo vệ môi trường như trước kia,

mà là thông qua cho phép doanh nghiệp bảo vệ môi trường niêm yết để huy động vốn đầu tư hoặc thu hút vốn đầu tư xã hội, khiến ngành công nghiệp này không ngừng thị trường hóa Ví

dụ, tại thành phố Giang Âm, tỉnh Giang Tô miền đông Trung Quốc, vốn Chính phủ chiếm gần 20% tổng vốn đầu tư xử lý nước thải

Ở Việt Nam, quá trình đô thị hóa cũng đang diễn ra hết sức mạnh mẽ Cả nước có gần 760

đô thị từ loại 5 trở lên và cứ trung bình hơn 1 tháng lại có thêm một đô thị mới ra đời Dự báo trong vài thập kỷ tới, Việt Nam sẽ trở thành quốc gia có nền kinh tế đô thị

2 Những hướng tiếp cận mới nhằm mục tiêu phát triển đô thị bền vững

(a) Thoát nước bề mặt bền vững (Sustainable urban drainage solutions – SUDS)

Các hệ thống thoát nước truyền thống thường được thiết kế để vận chuyển nước mưa ra khỏi nơi phát sinh càng nhanh càng tốt Chi phí cho xây dựng và vận hành, bảo dưỡng các đường cống thoát nước thường rất lớn, trong khi công suất của chúng lại chỉ có giới hạn và không dễ nâng cấp Cách làm này dẫn đến nguy cơ ngập lụt, xói mòn đất và ô nhiễm ở vùng

hạ lưu tăng Việc dẫn dòng chảy bề mặt đi xa và thải còn làm mất khả năng bổ cập tại chỗ cho các tầng nước ngầm quí giá

Phát hiện và khắc phục những tồn tại trên, gần đây, người ta đã nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật thay thế, theo phương thức tiếp cận mới: hướng tới việc duy trì những đặc thù tự nhiên của dòng chảy về dung lượng, cường độ và chất lượng; kiểm soát tối đa dòng chảy từ nguồn, giảm thiểu tối đa những khu vực tiêu thoát nước trực tiếp, lưu giữ nước tại chỗ

và cho thấm xuống đất, đồng thời kiểm soát ô nhiễm Đó chính là những nguyên lí của SUDS Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững SUDS là thoát chậm, không phải thoát nhanh,

để tránh lượng mưa tập trung lớn trong thời gian ngắn Tiết diện cống sẽ khó có thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, lụt nhà Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa, kết hợp các biện pháp khác nhau một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy được tập trung chậm Sử dụng các hồ điều hòa trên diện tích thu gom và truyền dẫn nước mưa

để lưu giữ nước là một cách làm phổ biến Bên cạnh đó, sử dụng bản thân diện tích bề mặt của thành phố, tăng cường việc cho nước mưa thấm tự nhiên xuống đất qua các thảm cỏ xanh, đồng thời cải tạo cảnh quan và điều hòa tiểu khí hậu

Trong trường hợp khả năng kiểm soát dòng chảy tại chỗ bị hạn chế, thì có thể phân tán dòng chảy theo các lưu vực nhỏ, dẫn nước đi bằng những giải pháp như sử dụng kênh mương

hở và nông, lưu giữ nước mưa trong những hồ chứa và cho thấm xuống đất ở những khu vực thích hợp Để ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm, có thể áp dụng những giải pháp xử lý tại chỗ trong bãi đất thấm, hồ lắng, bãi lọc ngầm trồng cây, vv

Cũng liên quan đến thoát nước đô thị, tại các đô thị cũ, nơi điều kiện không cho phép thay

thế từ hệ thống thoát nước chung sang hệ thống thoát nước riêng, việc kiểm soát các dòng thải từ các giếng tràn tách nước mưa hay các dòng nước thải xả tràn khi lưu lượng lớn trực

tiếp ra nguồn cũng đang là một vấn đề nổi cộm ở nhiều đô thị trên Thế giới Người ta phải tìm

cách thu gom, tạm lưu giữ các dòng thải này trong các dung tích chứa khi trời mưa, xử lý đến mức độ an toàn rồi mới xả ra ngoài môi trường hay đưa xa xuống phía dưới hạ lưu (Paris, London, Tokyo, …) Bức tranh này là bài học kinh nghiệm lớn cho Hà Nội và các đô thị khác

ở Việt Nam, để tránh những chi phí khổng lồ khi phải cải tạo hệ thống thoát nước

(b) Quản lý tổng hợp tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước tổng hợp là một quá trình quản lý tài nguyên nước đồng thời

có tính đến những mục đích sử dụng nước đối lập nhau Quản lý tài nguyên nước thực sự mang tính tổng hợp cũng cho phép cung cấp đủ thực phẩm, hệ thống hạ tầng đô thị, năng lượng và các dịch vụ có giá trị khác đồng thời vẫn duy trì một môi trường lành mạnh

Hình 1 Sơ đồ quản lí tổng hợp tài nguyên nước ở Công viên 7 sắc màu (Côn Minh, Trung

Quốc)

Hình 1 Giới thiệu mô hình quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở một khu tổ hợp nghiên cứu - sản xuất – dịch vụ Công viên Bảy sắc màu ở Trung Quốc Đây là một trong những dự

án đầu tiên trên Thế giới áp dụng một cách đồng bộ phương thức quản lí tổng hợp nguồn nước, thoát nước bền vững vào thực tế ở quy mô lớn Nước cấp sinh hoạt trong tổ hợp được

xử lí bằng công nghệ lọc màng, sản xuất ra nước uống trực tiếp Nước thải được tách riêng thành các đường ống vận chuyển nước đen (từ toilet) và nước xám Nước đen được đưa về Trạm xử lí nước thải, xử lí tới bậc 3, và được tái sử dụng làm nước dội toilet, cứu hỏa, làm mát, tưới cây, rửa đường Nước xám được xử lí sơ bộ rồi được tái sử dụng làm nước tưới Nước mưa, một phần được thoát ra sông, một phần được thu gom và chảy qua bãi lọc ngập nước trồng thực vật để kiểm soát chất lượng trước khi chảy ra hồ sinh thái trong Công viên Đây cũng là nguồn cấp nước cho Trạm xử lí nước cấp của khu vực này Rác thải hữu cơ từ sinh hoạt, chăn nuôi, trồng trọt được thu gom và chế biến thành phân vi sinh compost, dùng

để cung cấp cho các hộ nông dân trong tổ hợp, hoặc bón cho chính cây trồng trong Công viên

Tổ hợp có tổng diện tích 300 ha, được khởi công xây dựng 12/2009, dự kiến hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm 2011

Việc xử lý kết hợp các loại chất thải có nguồn gốc hữu cơ trong đô thị để tận thu tài nguyên, giải quyết những vẫn đề nan giải trong quản lý chất thải đô thị hiện nay có tiềm năng

vô vùng to lớn Có thể quy hoạch các trạm xử lý chất thải trên quy mô phù hợp trong thành phố, nhằm giảm chi phí vận chuyển và dễ tái sử dụng thu tài nguyên thu hồi Sau khi phân loại rác tại nhà máy, thành phần vô cơ được vận chuyển đến bãi chôn lấp, thành phần hữu cơ được ủ kỵ khí kết hợp với bùn bể tự hoại, bùn từ các trạm xử lý nước thải để thu hồi biogas,

bã bùn sử dụng làm phân bón nông nghiệp, hoặc làm khô rồi đốt để phát điện Nước thải, nước tách từ bùn sau phân hủy được xử lý và tái sử dụng trong thành phố

Trong khuôn khổ dự án Nghị định thư: ‘’Quản lý tổng hợp chất thải đô thị Việt Nam, nghiên cứu điển hình ở thành phố Hà Nội’’ (Dự án Semi-San), hợp tác giữa trường ĐHTH Darmstadt (Đức) và Đại học Xây dựng, do Bộ KH&GD Đức (BMBF) và Bộ KH&CN Việt Nam tài trợ, nhóm nghiên cứu đã thực hiện đánh giá khả năng phân hủy của bùn bể tự hoại và rác hữu cơ ở chế độ lên men nóng (55°C), hiệu suất của quá trình xử lý, cũng như các yếu tố ảnh hưởng, từ đó, tối ưu hóa các thông số hoạt động như pH, tỷ lệ phối trộn hỗn hợp chất thải, xác định cân bằng dinh dưỡng tối ưu, tải trọng hữu cơ và tải trọng thủy lực tối ưu cho quá trình xử lý Kết quả thí nghiệm đã cho thấy, rác nhà bếp và rác chợ là một nguồn chất thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, giàu nguồn C, trong khí bùn bể tự hoại lại giàu nguyên tố dinh dưỡng N Như vậy, việc kết hợp hai nguồn thải này trong quá trình lên men kị khí là hợp lý để tối ưu hóa việc cân bằng các nguyên tố trong quá trình xử lý và thu hồi khí biogas Hình 2 giới thiệu mô hình quản lý tổng hợp chất thải được đề xuất của nhóm nghiên cứu Semi-san

Hình 2 Mô hình quản lý tổng hợp chất thải đô thị Semi-San

Tiết kiệm nước cũng là một xu thế tất yếu Singapore phấn đấu giảm tiêu chuẩn dùng

nước trên đầu người từ 160 lít/ngày xuống còn 155 lít/ngày vào năm 2012 và sau đó là 150 lít/ngày Australia đang đạt mục tiêu giảm từ 300 lít/người.ngày xuống 150 lít/người.ngày vào năm 2030 (Larsen T., 2011)

(c) Quản lý nước thải phân tán

Các hệ thống thoát nước tập trung thường được xây dựng cho các khu trung tâm đô thị, có mật độ dân số cao, có điều kiện xây dựng đồng bộ Tuy nhiên, phương thức thoát nước truyền thống này có nhiều hạn chế, vì thế, ngày nay trên Thế giới người ta khuyến khích áp dụng mô hình phân tán, đặc biệt là cho các khu đô thị mới, các vùng ven đô, nông thôn, với các công trình thu gom, xử lý, xả hay tái sử dụng nước thải cho các hộ riêng lẻ (giải pháp tại chỗ) hoặc khu dân cư (giải pháp phân tán theo cụm) Mô hình này có những ưu điểm chính sau:

- Giảm chi phí đầu tư xây dựng, vận hành và bảo dưỡng, nhờ tránh được các tuyến cống thoát nước dài, đường kính và độ sâu lớn, các trạm bơm nước thải; tránh được những nhược điểm của các hệ thống thoát nước tập trung như kỹ thuật và thiết bị phức tạp, đường cống rò

rỉ, rủi ro lớn

- Cho phép sử dụng các giải pháp công nghệ đơn giản, chi phí thấp, tận dụng triệt để các điều kiện tự nhiên để xử lí nước thải, do phân tán được quỹ đất yêu cầu Các mô hình quản lí,

cơ chế tài chính áp dụng cũng rất linh hoạt tùy theo điều kiện cụ thể

- Dễ quy hoạch và thực hiện quy hoạch Cho phép phân đợt xây dựng, đầu tư các hợp phần

kỹ thuật từng bước theo khả năng tài chính Quy mô đầu tư cũng sát với yêu cầu hơn, tránh lãng phí

- Cho phép tái sử dụng tại chỗ nước thải sau xử lí (rửa, tưới, bổ cập nước ngầm) và chất dinh dưỡng tách được (bón cây trồng), Trong một số trường hợp, có thể xử lí nước thải tại các trạm phân tán đạt mức độ xả ra môi trường, rồi xả nước thải sau xử lí vào mạng lưới thoát nước mưa, nhờ vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng và quản lí đường cống thoát nước

Hình 3 Các bể xử lý nước thải phân tán do Viện KH&KTMT, ĐHXD thiết kế chế

tạo: (a) Bể AFSB-F; (b) Bể BASTAFAT-F

Hình 4 Bể xử lí nước thải tại chỗ chế tạo sẵn AFSB lắp đặt cho Công ty Vicostone

(Vinaconex)

Quản lý nước thải phân tán tạo điều kiện để phát triển và áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý nước thải và bùn cặn, tái sử dụng rất phong phú Nhóm nghiên cứu Quản lí nước thải phân tán (DESA) của Viện KH&KTMT, ĐHXD đã nghiên cứu chế tạo thành công hệ thống xử lí nước thải tại chỗ BASTAFAT và AFSB, kết hợp xử lí kị khí và xử lí hiếu khí, bằng composite hay BTCT Hiệu suất xử lí của hệ BASTAFAT đạt mức A theo QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 24/2009-BTNMT, cho phép xả nước thải sau xử lí ra môi trường hay tái sử dụng (Hình 3, 4)

(d) Tái sử dụng nước và dinh dưỡng như các nguồn tài nguyên giá trị

Tái sử dụng nước thải, bùn cặn trong nông nghiệp đã trở thành truyền thống ở nông thôn và vùng ven đô ở Việt Nam, tạo nhiều công ăn việc làm và mang lại nhiều giá trị kinh tế Tuy nhiên, cho đến nay, vấn đề này hầu như vẫn còn đang bị bỏ ngỏ, và hầu như ít được xem

xét, cân nhắc đến ngay cả trong khâu quy hoach đô thị hay phát triển các dự án vệ sinh đô thị

và nông thôn Trên thực tế, lượng nước ngọt trên Trái đất ngày càng trở nên khan hiếm và ô nhiễm, thậm chí ngày càng có nhiều mâu thuẫn và xung đột, và một trong những biện pháp giải quyết xung đột này là tái sử dụng nước thải trong nông nghiệp Về mặt chất lượng, trong nước thải chứa các chất dinh dưỡng chủ yếu cần thiết cho cây trồng (nitơ, phốtpho, kali) và một số chất dinh dưỡng hàm lượng thấp khác như đồng, sắt và kẽm, Sử dụng nước thải sau

xử lý phù hợp để tưới sẽ giảm nhu cầu phân bón và hạn chế ô nhiễm môi trường do khai thác, sản xuất, sử dụng phân bón hoá học trong nông nghiệp

Bên cạnh những chất dinh dưỡng có lợi cho cây trồng, nước thải còn chứa các chất gây ô nhiễm và chất độc hại khác Các mầm bệnh cư trú trong phân như các virut gây bệnh, vi khuẩn, các động vật đơn bào và giun sán, tồn tại với số lượng lớn Nước thải, nhất là nước thải công nghiệp, có thể chứa các hợp chất có hại cho con người và thực vật, ví dụ như các kim loại nặng, các chất hữu cơ bền vững, vv

Ở nhiều nước, việc thu gom, tái sử dụng nước thải trong đô thị đã được áp dụng phổ biến, với hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật đi kèm, được khuyến khích và được cộng đồng chập nhận Điển hình là kinh nghiệm của Singapore, nơi áp dụng Quản lý tổng hợp nguồn nước như một chiến lược quốc gia Nước thải được xử lý thành nước cấp sinh hoạt và nước uống (hiện chiếm 15% tổng lượng nước sử dụng của quốc gia này, và sẽ tăng lên 50% khi Hợp đồng mua nước thô từ Malaysia chấm dứt) Từ ‘’nước mới’’ được sử dụng cho mặt hàng này Ở một số nước khác như Mỹ, Australia, Nhật, danh từ ‘’nước tái sinh’’ được sử dụng thay cho ‘’nước thải’’

Nhu cầu nước tái sinh có thể được đánh giá dựa vào nhu cầu nước cấp sử dụng cho các đối tượng khác nhau Lượng nước cung cấp cho đô thị ngoài các nhu cầu có yêu cầu chất lượng cao như (nước uống, nấu ăn, giặt giũ và rửa chén) thì lượng nước cung cấp cho các nhu cầu còn lại không đòi hỏi chất lượng cao như nước sử dụng cho dội rửa toilét ở các cở sở kinh doanh và các khu thương mại, rửa đường, tưới công viên hoặc tưới các khoảng cây xanh, chữa cháy, sử dụng trong các dịch vụ xây dựng, v.v Nếu thay thế lượng nước sạch có chất lượng nước ăn uống bằng nước tái sinh cho các đối tượng sử dụng có chất lượng thấp hơn này có thể tiết kiệm được lượng lớn nguồn nước ngọt thiên nhiên khai thác và giảm chi phí xử lý

Theo Nguyễn Phước Dân (2010), nước tái sinh có thể thu được từ việc xử lý tăng cường các dòng ra của các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và phân tán ở TP HCM đạt chất lượng yêu cầu Nếu thành phố có các chính sách hợp lý khuyến khích hoặc bắt buộc

sử dụng nước tái sinh cho các đối tượng sử dụng nhiều nước, thì nhu cầu nước tái sinh có thể lên đến trên 1,5 triệu m3/ngày, giúp cho thành phố tiết kiệm được khoảng 10 tỷ đồng/ngày, chủ động được nguồn nước khai thác trong những ngày hạn hán, giảm thiểu sự phụ thuộc của việc cấp nước từ các hồ đầu nguồn như Trị An hoặc Dầu Tiếng, giảm thiểu sự ô nhiểm nước ngầm/nước mặt và giảm chỉ số áp lực khai thác nguồn nước ngọt dưới 20%

Khi xây dựng kế hoạch cho các ứng dụng nước tái sinh các yêu cầu sau đây cần xem xét: (i) lượng nước tái sinh, (ii) chất lượng nước nhằm giảm thiểu các rủi ro cho sức khỏe cộng đồng và (iii) công nghệ xử lý cũng như khả năng duy tu bảo dưỡng

3 Một số hướng công nghệ mới đang được phát triển và ứng dụng

(a) Lọc màng

Lọc màng là quá trình phân tách các phần tử qua một lớp vách ngăn (màng) giữa 2 pha lỏng nhờ lực tác dụng Lực tác dụng có thể là nhờ chênh lệch áp suất (P), hiệu điện thế (E), nồng độ dung dịch (C), Màng ngăn này được làm bằng những vật liệu đặc biệt, có những

lỗ rỗng với kích thước nhất định, cĩ khả năng cho đi qua hay giữ lại các phần tử nhất định trong dung dịch Nghiên cứu ứng dụng lọc màng trong xử lý nước cấp và nước thải cĩ thể coi như một cuộc cách mạng về quan điểm và khả năng ứng dụng trong cơng nghệ xử lý nước và nước thải, bắt đầu từ những năm 1980s của thế kỷ trước

Màng lọc được chế tạo từ các vật liệu cĩ nguồn gốc vơ cơ như gốm nấu chảy, các hợp chất Cácbon, Silic, Zicron, , hoặc từ nguồn gốc hữu cơ như cao su, vải amiang, axetat xellulo, Poly-ethylen, Poly-propylen, Bề dày màng từ 0,05 m - 2 mm Các lỗ nhỏ trên màng được chế tạo bằng cách chiếu tia phĩng xạ, lazer, sử dụng hĩa chất, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất, thích hợp Căn cứ theo cơ chế chuyển dịch phần tử qua màng, lực tác dụng, loại vật liệu màng, kích thước lỗ rỗng, cĩ thể phân loại các quá trình lọc màng thành: Vi lọc (Microfiltration - MF), Siêu lọc (Ultrafiltration - UF), Lọc Nano (Nanofiltration - NF), Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO hay Hyper Filtration), Điện thẩm tách (Electro Dialys - ED) và Điện thẩm tách đảo chiều (Reverse Electro Dialys - EDR)

Cơng nghệ màng cĩ nhiều ưu điểm như: Chất lượng nước sau xử lý cao; Khơng yêu cầu điều chỉnh liều lượng và nồng độ hĩa chất; Khơng sinh ra những sản phẩm phụ; Là một cơng đoạn xử lý riêng biệt, chủ động; Cho phép giảm liều lượng Clo khử trùng; Thiết bị gọn nhẹ;

Dễ dàng thực hiện tự động hĩa; vv

Cơng nghệ màng được ứng dụng trong xử lý nước thải để tách nước sau xử lý sinh học khỏi bùn hoạt tính từ bể Aeroten (thay cho bể lắng đợt 2) – cịn gọi là bể sinh học với màng lọc (Membrane bioreactor - MBR), xử lý bậc 3 để tái sử dụng lại nước thải, và gần đây là để tách pha lỏng trong bể phản ứng kỵ khí Các nước đi đầu trong nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng cơng nghệ màng là: Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Israel, vv

Bể sinh học màng vi lọc là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên: (1) Phân hủy sinh học chất hữu cơ và (2) kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration) Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra trong bể giống như các quá trình sinh học thơng thường khác, nước sau xử lý được tách bùn bằng hệ màng vi lọc (MF) với kích thước màng dao động khoảng 0,1-0,4m (Manem và Sanderson, 1996)

Hệ thống MBR cĩ hai dạng chủ yếu : (1) MBR đặt ngập mà mặt ngồi màng phần lớn được đặt chìm trong trong bể phản ứng sinh học và dịng thấm được tháo ra bằng cách hút hoặc bằng áp lực (Hình 5a); (2) MBR đặt ở ngồi bể phản ứng (hoặc MBR tuần hồn), hỗn hợp lỏng được tuần hồn lại bể phản ứng ở áp suất cao thơng qua module màng (hình 5b) Dịng thấm qua màng bởi vận tốc chảy ngang qua màng cao Màng được rửa sạch bằng khí hoặc làm sạch bằng nước rửa ngược và hĩa chất

Hình 5a Hệ thống MBR với

module màng đặt ngập trong

bể phản ứng sinh học

Hình 5b Hệ thống MBR với module màng đặt bên ngồi bể phản ứng sinh học

Hình 5c Mơ đun lọc dạng sợi được lắp đặt vào MBR

Bơm hút Sau xửlý Vào

Bểsinh học

Module màng

Bơm hút Sau xửlý Vào

Bểsinh học

Module màng

Module màng

Dòng tuần hoàn

Bểsinh học

Module màng

Dòng tuần hoàn

Bểsinh học

Quá trình MBR có thể vận hành ở nồng độ MLSS cao, từ đó gia tăng khả năng xử lý

cơ chất, hạn chế bùn thải và kích thước các công trình xử lý Hơn nữa, không giống như trong các hệ thống xử lý truyền thống, sự chọn lọc vi sinh hiện diện trong thiết bị phản ứng không còn phụ thuộc vào khả năng hình thành bông bùn sinh học và tính lắng cũng như khả năng tách ra ở dòng ra mà chỉ phụ thuộc vào màng Một số quá trình ứng dụng MBR trong xử lý nước thải được nêu trong bảng sau (Nguyễn Phước Dân, 2010) Trở ngại lớn nhất của công nghệ này là đầu tư đắt, màng tắc, yêu cầu thay thế, vào chi phí năng lượng Với các trạm xử lý quy mô nhỏ, MBR có thể được áp dụng khi có sự chuẩn bị kỹ càng và đồng bộ

Bảng 1: Kết quả thực nghiệm ứng dụng MBR trong xử lý nước thải

Thông số Nước thải sinhhoạt Nước thảiđô thị Nước thảisinh hoạt Nước thảinhà máy

kem

Bùn hoạt tính thông thường

-kgCOD/

Nguồn cùng cộng sự Yamamoto

(1989)

Buission cùng cộng sự

(1998)

Trouve cùng cộng sự (1994)

Scott và Smith, 1997

Metcalf và Eddy (1991)

(b) Khử trùng

Để tránh những rủi ro, sự cố hóa chất trong Nhà máy xử lý nước thải và khu vực xung quanh khi sử dụng các hợp chất Clo khử trùng, đồng thời giảm nguy cơ đưa các chất độc hại vào nguồn nước, xâm nhập vào chuối thức ăn và gây nguy hại tới hệ sinh thái dưới nước, ngày càng ít quốc gia sử dụng Clo để khử trùng nước thải sau xử lý Các biện pháp thay thế là

sử dụng tia cực tím (UV), điều chế và sử dụng ozon Trong điều kiện cho phép, nên áp dụng các công nghệ tiêu diệt mầm bệnh thân thiện với môi trường như sử dụng hồ sinh học hiếu khí, bãi lọc trồng cây ngập nước, …

(c) Xử lý bùn, xử lý kết hợp bùn và rác

Xử lý nước thải và bùn cặn giàu hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí ngày càng được quan tâm, đặc biệt trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu như hiện nay Khí biogas sinh ra, với thành phần chủ yếu là khí mêtan (CH4) là một dạng năng lượng sạch Việc

sử dụng năng lượng tái sinh của doanh nghiệp từ nguồn xử lý nước thải có thể được tham gia thị trường mua bán giảm phát khí thải (Cơ chế phát triển sạch – CDM)

Công nghệ xử lý kỵ khí có thể được thực hiện ở chế độ lên men ấm (30 – 35oC) hay lên men nóng (50 – 55oC) Công nghệ lên men nóng đang thu hút nhiều mối quan tâm bởi những ưu việt của nó so với các quá trình xử lý truyền thống như chi phí vận hành thấp, tạo ít sinh khối phụ (bùn), khả năng xử lý các chất thải có hàm lượng hữu cơ cao, cũng như hiệu quả diệt trừ các mầm bệnh Từ quá trình phân hủy kỵ khí, khí sinh học (biogas) được sinh ra

là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng đảm bảo cung cấp cho hệ thống hoạt động ổn định, đồng thời chuyển hóa thành nhiệt năng và điện năng, đem lại lợi ích kinh tế đáng kể Bùn sau phân hủy là nguồn phân hữu cơ an toàn, do các mầm bệnh đã bị tiêu diệt hết ở nhiệt

độ cao Việc ứng dụng và phát triển công nghệ xử lý kỵ khí trong xử lý chất thải đã và đang trở nên phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Đức, Pháp, Nhật, Trung Quốc và Ấn

Độ, bởi việc kết hợp các lợi ích môi trường và kinh tế trong cùng một hệ thống, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững

Ngoài ra, kết hợp xử lý kỵ khí với xử lý trong điều kiện tự nhiên cho phép xử lý nước thải với chi phí thấp Đây là mô hình phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải phân tán

(d) Năng lượng trong xử lý nước thải và bùn cặn

Trung bình, mỗi m3 nước thải được xử lý tới bậc 3 cần tiêu thụ 0,5 – 1,8 KWh (Brepols, 2011) Trạm xử lý nước thải Yên Sở của TP Hà Nội, khi hoạt động hết công suất sẽ tiêu thụ khoảng 100 triệu KWh mỗi năm, gần 1% tổng lượng điện thiêu thụ của cả thành phố hiện nay Tiết kiệm năng lượng và tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế trong thu gom, xử

lý và tái sử dụng nước thải, bùn cặn đang là một vấn đề lớn, thu hút quan tâm của nhiều Tập đoàn lớn, như một thị trường hấp dẫn Với các nước, làm chủ được vấn đề năng lượng trong thu gom, xử lý, tái sử dụng nước và bùn cặn cũng là những bước đầu tư chiến lược, mang lại hiệu quả kinh tế cao và bền vững

Nhìn một cách tổng thể trên toàn bộ hệ thống cấp – thoát nước, chi phí năng lượng được

phân bổ như sau (Brandt M & Middleton R., 2010):

- Cấp nước:

o Khai thác và vận chuyển nước thô: 25%;

o Xử lý nước: 10%;

o Phân phối nước: 65%

- Thoát nước:

o Thu gom, vận chuyển: 25%;

o Xử lý nước thải: 60%;

o Thải bỏ: 15%

Cơ hội cho những giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả được phân bổ như sau (Brandt

M & Middleton R., 2010):

- Sử dụng nước tiết kiệm, giảm thất thoát nước: tiết kiệm được 5 – 10%;

- Tối ưu hóa hệ thống bơm: 8 – 17%;

- Xử lý nước: có thể tiết kiệm được 20%;

- Xử lý nước thải với bùn hoạt tính: 25%;

- Hệ thống cấp thoát nước trong công trình: 15%;

- Sử dụng năng lượng tái tạo như biogas, …: có thể đóng góp đáng kể, làm thay đổi hẳn cân bằng năng lượng

Những công ty chỉ hoạt động trong một mảng, ví dụ như khai thác – xử lý – vận chuyển

và kinh doanh nước có ít cơ hội tiết kiệm tiêu thụ năng lượng hơn các công ty có lĩnh vực hoạt động rộng, liên quan đến nhiều khâu trong cấp thoát nước, xử lý chất thải

4 Cơ hội cho Việt Nam và kết luận, kiến nghị

Là nước đi sau, nhưng phát triển với tốc độ nhanh, với sự nỗ lực của Nhà nước, toàn dân, chúng ta hoàn toàn có điều kiện và cơ hội để có thể đi tắt, đón đầu, kế thừa, phát triển và ứng dụng những phương thức tiếp cận và giải pháp công nghệ mới, tiên tiến và bền vững trên Thế giới

Không có giải pháp nào là đa năng, có thể áp dụng ngay ở mọi nơi, mọi lúc Do vậy, người quản lý, nhà lãnh đạo cần có những cân nhắc, lựa chọn kỹ càng trước khi đưa ra quyết định Ngay cả với những phương thức tiếp cận và công nghệ phù hợp, việc thực thi cũng cần phải có lộ trình, có sự chuẩn bị tốt về các nguồn lực như con người, cơ sở vật chất, mô hình tổ chức, cơ chế tài chính phù hợp để có thể trang trải đủ các chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng

và nâng cấp sau này

Trong tương lai gần, hệ thống thoát nước ở các đô thị hiện có ở Việt Nam vẫn là hệ thống thoát nước chung, riêng hỗn hợp, bể tự hoại vẫn sẽ tồn tại và phát huy vai trò xử lí cục

bộ, chất thải rắn chưa được thu gom 100% và chưa thể tổ chức phân loại tại nguồn một cách rộng rãi Bên cạnh đó, những vấn đề quy hoạch phát triển đô thị vẫn sẽ còn phải điều chỉnh, thay đổi Vì vậy, có rất nhiều cơ hội để áp dụng các các giải pháp kỹ thuật mới, tránh lặp lại các phương thức quản lý chất thải cồng kềnh, tốn kém, lãng phí tài nguyên mà các nước khác

đã áp dụng từ hàng trăm năm trước đây, trước khi nhận ra những bất cập và khó thay đổi Đồng thời, các giải pháp này cũng phải phù hợp, thích ứng linh hoạt với điều kiện đặc thù của Việt Nam Đối với các khu đô thị mới, hệ thống thoát nước riêng, có tính đến việc xử lý kết hợp bùn cặn Việc sản xuất biogas thu được từ xử lí bùn, rác hữu cơ, nước thải đô thị làm nguồn nhiên liệu thay thế, tái sử dụng lại nước thải và bùn cặn trong nông nghiệp một cách kinh tế và an toàn cũng cần phải được coi trọng ‘’Chất thải’’ không phải là chất thải, mà là

‘’nguồn tài nguyên’’ Nước thải cần được xử lý an toàn và tái sử dụng tối đa cho các mục đích trong đô thị hay dùng trong nông nghiệp Hệ thống trang thiết bị kỹ thuật trong và ngoài công trình cũng cần được cập nhật để có thể đáp ứng được những mô hình mới trên

Các giải pháp này mang lại những lợi ích như kiểm soát ô nhiễm nước, đất, không khí, ngăn ngừa bệnh tật, giảm thiểu úng ngập, xói mòn, làm đa dạng và tăng giá trị của hệ sinh thái nước, bổ cập nguồn nước ngầm, ổn định dòng chảy các dòng sông, tiết kiệm nước cấp nhờ thu gom và tái sử dụng nước mưa, cải thiện cảnh quan sinh thái đô thị, tăng giá trị thương mại của khu đất và nâng cao thiết thực chất lượng cuộc sống

Để có thể thực hiện được quản lí nước thải bền vững cho các khu đô thị, chủ đầu tư phải nhận thức được tầm quan trọng của công tác quản lí nước thải đối với sức khỏe cộng đồng, môi trường sinh thái, lợi ích lâu dài trong kinh doanh Bên cạnh đó, cần thiết xem xét, điều chỉnh, cập nhật, bổ sung các tiêu chuẩn thiết kế thoát nước cho phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt là để ứng phó với biến đổi khí hậu Áp dụng triệt để phương thức tiếp cận tổng hợp, quản lí theo lưu vực Thoát nước, xử lí nước thải, cũng như các vấn đề hạ tầng kỹ thuật đô thị khác, cần được giải quyết một cách đồng bộ, và càng lồng ghép sớm từ khâu quy hoạch, chi phí càng giảm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Việt Anh Thoát nước đô thị bền vững Tạp chí xây dựng 10/2009.

2 Báo cáo đề tài: Nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất lựa chọn các giải pháp thoát nước và

xử lý nước thải chi phí thấp trong điều kiện Việt Nam (Mã số B-2003-34-45) Chủ nhiệm

ĐT: PGS TS Nguyễn Việt Anh Bộ Giáo dục và Đào tạo quản lý, Trường Đại học Xây dựng thực hiện (2003 - 2004)