ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBR ĐỂ XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBR ĐỂ XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM PGS.TS Trần Đức Hạ Viện trưởng Viện Nghiên cứu Cấp thoát nước Mơi trường (IWASSE), Hội Cấp nước Việt Nam Đặc điểm số lượng, thành phần tính chất nước thải sinh hoạt sản xuất Đến tháng năm 2015 Việt Nam có 778 thị với 31 triệu người Theo dự báo Bộ Xây dựng đến năm 2025 nước ta có 1000 đô thị với số dân 52 triệu (tỷ lệ đô thị hóa 50%) [Bộ Xây dựng, 2015] Lượng nước thải sinh ước tính 80% lượng nước cung cấp vùng có mức độ phát triển bình thường 90% vùng phát triển mạnh [Trần Đức Hạ, 2006] Nhìn chung, thành phố lớn, mức độ sử dụng nước nằm khảng 100 – 150 lít / người ngày Tại vùng ven nông thôn, mức độ sử dụng nước thường thấp so với thành phố, từ 50 đến 100 L/người.ngày [TCXDVN 33:2006] Hiện lượng nước thải thị ước tính khoảng 6,1 triệu m3/ngày Hệ thống thoát nước thị chủ yếu hệ thống nước chung, đảm nhiệm việc thu gom nước thải sinh hoạt, thương mại dịch vụ, phần nước thải công nghiệp nước mưa, nước chảy tràn bề mặt Xã hội phát triển kéo theo nhu cầu nước người tăng theo để phục vụ cho mục đích sinh hoạt hàng ngày Nước thải phát sinh từ hoạt động người thường xử lý sơ bể tự hoại hộ nhà dân sau chảy hệ thống cống kênh mương hở địa bàn thành phố Ước tính tổng lượng nước thải đô thị Việt Nam năm 2013 khoảng 5.500.000 m nước thải (World Bank, 2013), nước thải sinh hoạt chiếm đến 64% nước thải Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên môi trường Việt Nam (VACNE),2015, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải thành phố lớn Do ảnh hưởng từ lượng nước mưa chảy vào hệ thống cống, lượng nước thải thành phần tính chất dao động lớn theo thời gian ngày, theo mùa năm Theo nghiên cứu Bộ mơn Cấp nước – Môi trường nước, trường Đại học Xây dựng, thành phần nồng độ chất ô nhiễm nước thải phụ thuộc rõ rệt vào đặc điểm HTTN đô thị Hiện số lượng cơng trình xử lý nước thải (XLNT) xây dựng không nhiều hoạt động không hiệu nên lượng nước thải đô thị xử lý đảm bảo tiêu chuẩn môi trường không đáng kể Theo số liệu Ngân hàng Thế giới, 2013, tồn quốc có 19 nhà máy XLNT đô thị vào vận hành 31 nhà máy khác xây dựng với tổng công suất khoảng 670.000 m 3/ngày [8] Các số liệu thu thập cho thấy, đến nay, năm 2015, nước có 28 hệ thống thu gom XLNT thị xây dựng vào hoạt động với cơng suất 670.000 m3/ngày [Hội Cấp nước Việt Nam, 2015] Tỉ lệ thu gom nước thải để xử lý đạt khoảng 12% lượng nước thải sinh hoạt thị (tính theo cơng suất thiết kế) khoảng 9,5 % (tính theo cơng suất vận hành thực tế) Trong thập niên vừa qua, đầu tư hàng năm vào lĩnh vực vệ sinh môi trường đô thị đạt số 150 triệu Đô la Mỹ, chiếm 0,45% GDP hàng năm Đến năm 2020 nước tiếp tục có khoảng 60 nhà máy XLNT tập trung đầu tư xây dựng đưa vào sử dụng với tổng công suất nước thải theo thiết kế 1.435.000 m 3/ngày [Hội Cấp thoát nước Việt Nam, 2015], 94% người dân sử dụng nhà vệ sinh, 90% số hộ gia đình sử dụng bể tự hoại làm cơng trình xử lý chỗ, 60% hộ gia đình đấu nối xả nước thải vào hệ thống nước cơng cộng [WB, 2013] Phân bố nhà máy XLNT đô thị năm 2020 vùng miền thể hình Hình Phân bố nhà máy XLNT đô thị năm 2015 năm 2020 Việc quan tâm đầu tư nhà máy XLNT với mạng lưới thu gom nước thải thị góp phần giảm nhiễm nguồn nước ô nhiễm môi trường Tuy nhiên lực XLNT đô thị Việt Nam đáp ứng mức thấp so với nhu cầu thực tế Tại Việt Nam có nhiều dự án đầu tư xây dựng cơng trình thoát nước vệ sinh với nhiều nguồn vốn khác chủ yếu thực đô thị lớn : Dự án thoát nước thành phố Hà Nội, dự án cải tạo xây dựng hệ thống thoát nước thành phố Vũng Tàu, thành phố Hồ Chí Minh, dự án cải thiện mơi trường nước thành phố Huế, dự án bảo vệ môi trường thành phố Hạ Long….nên có nhiều cơng nghệ xử lý nước thải khác ứng dụng vào Việt Nam Tuy nhiên nhà máy XLNT công nghệ bùn hoạt tính (bùn hoạt tính truyền thống, bể phản ứng theo mẻ, mương oxy hóa, bùn hoạt tính theo nguyên tắc kị khí, thiếu khí hiếu khí) chủ yếu, chiếm 85% công suất lưu lượng thiết kế toàn nhà máy [8] Ở đô thị Việt Nam, nước thải chủ yếu thu gom theo hệ thống thoát nước chung (thu gom nước thải nước mưa) Do nước mưa chảy vào hệ thống thoát nước chung làm nước thải đầu vào loãng chảy đến nhà máy XLNT Các liệu thu thập nhà máy XLNT đô thị cho thấy, nồng độ chất hữu (BOD) nước thải đầu vào tiếp nhận từ hệ thống thoát nước chung giao động khoảng từ 38-101 mg/l Với nồng độ chất hữu thấp nước thải đầu vào, nhiều nhà máy XLNT có cơng nghệ bùn hoạt tính (bùn hoạt tính truyền thống CAS, cơng nghệ kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí A2O, mương oxi hóa OD xử lý sinh học theo mẻ SBR), gặp khó khăn việc đáp ứng tiêu chuẩn xử lý nước thải nghiêm ngặt, đặc biệt yêu cầu tiêu chất dinh dưỡng [4] Nhu cầu tái sử dụng nước thải đô thị công nghiệp Hiện nay, vấn đề nước thách thức nhiều quốc gia giới có Việt Nam Do trình cơng nghiệp hóa ngày phát triển, bùng nổ dân số ngày gia tăng dẫn đến thiếu hụt nguồn tài nguyên nước (nước mặt, nước ngầm) cho hoạt động sản xuất sinh hoạt người Hơn nữa, môi trường tự nhiên bị ảnh hưởng biến đổi khí hậu Thiên tai hạn hán, ngập lụt xảy nhiều nơi diễn biến ngày phức tạp, gây ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn tài nguyên nước Vì thế, việc tái sử dụng nước biện pháp hiệu để giải vấn đền khan nước tương lai Khu vực thị có tiềm cao việc tái sử dụng nước thải Các mục đích tái sử dụng khác đóng góp vai trò quan trọng việc sử dụng tiêu thụ nước Tái sử dụng nước thải khu vực thị thực thông qua nước thải trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung trạm xử lý phân tán khu vực đô thị Đặc biệt nguồn nước thải phát sinh khu vực có mật dân cư cao khu chung cư, thương mại, văn phòng…vv, xem nguồn nước thay cho khu vực thị Các cơng trình tiêu thụ lượng nước lơn sử dụng nước chưa thật hợp lý Nước sử dụng cho mục đích dội nhà vệ sinh, rửa xe, tưới cây, chữa cháy vv không cần thiết phải có chất lượng nước cao nước dành cho mục đích ăn uống Tái sử dụng nước thải khu vực thị dễ dàng thực đem lại nhiều lợi ích Tại phát sinh lượng lớn nước thải nơi trực tiếp tiêu thụ lượng nước lớn mà không yêu cầu chất lượng nước cao Hơn nữa, thực việc tái sử dụng nước thải làm giảm tác động gây ô nhiễm đến môi trường, giảm lượng nước thải vận chuyển trạm xử lý tập trung Tại nhiều nơi, trạm XLNT tập trung yêu cầu mở rộng xây để đáp ứng nhu cầu đô thị Bằng cách thực tiết kiệm nhiều chi phí dành cho vấn đề mơi trường đặc biệt vấn đề tiêu thụ nước tiếp nhận nước thải Tái sử dụng nước thải thực nhiều lĩnh vực khác đô thị tùy thuộc vào khả áp dụng thuận lợi Ví dụ: bổ sung nguồn nước ngầm, tạo cảnh quan đô thị, nuôi cá sản xuất nước thơng qua cơng nghệ xử lý phù hợp Nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt với hạn chế sử dụng nước, chất lượng số lượng nước sử dụng, đặc biệt vùng khan nước môi trường nhảy cảm nước thải công nghiệp Để trì mở rộng lĩnh vực hoạt động, ngành công nghiệp buộc phải tái sử dụng nước thải giảm thiểu xả thải môi trường Tái sử dụng nước từ nước thải công nghiệp xem giải pháp thay nguồn nước tương lai Nước thải tái sử dụng cho ngành cơng nghiệp thực thơng qua việc tái sử dụng nước thải sinh hoạt thông qua q trình cơng nghiệp Tái sử dụng nước thải cho lĩnh vực công nghiệp đem lại nhiều tiềm khác tùy thuộc vào công nghệ xử lý mục đích sử dụng Tính ưu việt MBR công nghệ XLNT Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp Việt Nam (bùn hoạt tính truyền thống, lọc sinh học, hồ sinh học,… ) có nhiều kết tốt, đạt mức độ xử lý yêu cầu áp dụng nhiều cấp độ (đến cấp độ III – xử lý triệt để) Tuy nhiên, cơng nghệ có số nhược điểm chất lượng nước đầu phụ thuộc chủ yếu vào trình lắng thứ cấp, hiệu lắng có nhiều yếu tố ảnh hưởng nồng độ bùn, tải trọng hữu tải trọng thủy lực đầu vào, nhiệt độ,…Mặt khác, để trình lắng diễn tốt, nồng độ bùn hệ bùn hoạt tính thấp, dao động 3-5 g/L, điều giới hạn tải trọng hữu bể aeroten, kích thước cơng trình lớn, chiếm nhiều diện tích đất khơng phù hợp với đô thị ngày đông dân cư Vì vậy, cần phải có cơng nghệ ưu việt để thay thực cần thiết, đảm bảo nâng cao chất lượng xử lý, đồng thời hạn chế tỷ lệ chiếm đất, phù hợp với vốn đầu tư trình độ vận hành cán quản lý Công nghệ MBR công nghệ xử lý nước thải tiên tiến nhiều nước phát triển áp dụng rộng rãi vòng hai thập kỷ qua MBR kết hợp hai trình đơn nguyên: 1) Phân hủy sinh học chất hữu cơ; 2) Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn màng vi lọc (micro-filtration) Hệ thống MBR có hai dạng chủ yếu: MBR đặt ngập mà mặt ngồi phần lớn đặt chìm bể phản ứng sinh học hiếu khí dòng thấm tháo cách hút áp lực MBR đặt bể phản ứng (hoặc MBR tuần hoàn), hỗn hợp lỏng tuần hoàn lại bể phản ứng áp suất cao thơng qua modul màng Dòng thấm qua màng vận tốc chảy ngang qua màng cao Màng rửa khí làm nước rửa ngược hóa chất Bùn tuần hồn Dòng Dòng vào Dòng vào Dòng Khơng khí Bể aeroten có MBR đặt ngồi (a) Khơng khí Bể aeroten có MBR nhúng ngập (b) Hình Hệ thống MBR đặt ngồi nhúng ngập Aeroten Cơng nghệ trì nồng độ bùn hoạt tính mức cao bể phản ứng mà khơng cần sử dụng bể lắng để tách chất lỏng trộn lẫn với bùn hoạt tính Kết nước qua xử lý có chất lượng cao tiết kiệm khơng gian giảm chi phí hoạt động thực Do việc kiểm soát bùn bể lắng loại bỏ nên hệ thống xử lý nên tính bảo trì thấp hơn, việc tách cặn khơng cần đến bể lắng bậc Một hệ thống MBR thay từ – cơng trình nhỏ công nghệ truyền thống thể sơ đồ Hình Hình So sánh hệ thống có MBR với hệ thống xử lý nước thải truyền thống Đây kỹ thuật hiệu để loại bỏ hợp chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ photpho vi sinh vật triệt để, cho trì lượng sinh khối lớn Bảng So sánh hiệu XLNT công nghệ bùn hoạt tính (CAS) MBR Thơng số CAS MBR 20 30 Hiệu xử lý COD (%) 94,5 99 Hiệu xử lý TSS (%) 60,9 99,9 Hiệu xử lý N-NH4 (%) 98,9 99,2 Hiệu xử lý tổng P (%) 88,5 96,6 Bùn sinh (kg VSS/COD.ngày) 0,22 0,27 20-120