Đang tải... (xem toàn văn)
BAC cho phép kiểm soát các sản phẩm hữu cơ phân hủy sau ozon hóa (hầu hết là các chất phân hủy được bằng sinh học), ngăn cản sự phát triển màng vi sinh vật trong đường ống, tiết kiệm Cl[r]
(1)Xu hướng phát triển công nghệ xử lý nước cấp Thế giới Nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ phù hợp để đáp ứng thách thức hội lớn cho doanh nghiệp cấp nước, động lực để thúc đẩy ngành nước Việt Nam phát triển
Đặt vấn đề
Các chất ô nhiễm thách thức giai đoạn
Quản lý nguồn nước cấp trở thành thách thức lớn thời đại 10% dân số Thế giới không tiếp cận đến nước sạch, 33% không tiếp cận tới dịch vụ vệ sinh phù hợp, số 7,2 tỷ người phải ăn uống, sinh hoạt nước ô nhiễm
Diễn đàn kinh tế giới WEF 2015 xếp nguy khủng hoảng nước có khả xảy cao nhất, tác động tiêu cực đến loài người Các nguy liên quan đến yếu tố dân số tăng, thị hóa cơng nghiệp hóa Đến 2030, có thêm khoảng tỷ người sinh (chủ yếu châu Á), 60% số sống thị khả cung cấp nước đáp ứng 60%
Mức sống, mức độ tiện nghi ngày cao, làm tăng nhu cầu dùng nước thêm 55% tới năm 2050 (Asian Water, 4/2016) Những thách thức nghiêm trọng bối cảnh biến đổi khí hậu, với đợt hạn hán diễn ngày dài, nhiều địa điểm hơn, xảy mâu thuẫn xung đột nguồn nước
Mức độ ô nhiễm ngày tăng từ nguồn ô nhiễm điểm phân tán, với chất ô nhiễm khó xử lý chất hữu bền vững, kim loại nặng, kháng sinh, hc mơn dư lượng thuốc chữa bệnh khác, chủng vi sinh vật mới… thách thức lớn ngành nước Chỉ riêng nước Mỹ, năm có khoảng 700 loại hóa chất đưa thị trường Trên giới, năm có khoảng triệu thuốc trừ sâu loại sử dụng Các ngành công nghiệp thải vào nguồn nước khoảng 300 - 400 triệu kim loại nặng, dung môi, bùn nguy hại, chất thải khác (Palaniappan nnk, 2011)
Bảng Các chất nhiễm khó kiểm sốt xử lý nước
Tên chất Ví dụ Tác hại với sức khỏe
Kháng sinh Methicillin,
Vancomycin Tạo hiệu ứng kháng thuốc, khó chữa bệnh
Các hóa chất dùng vệ sinh cá nhân (kem đánh răng, bột giặt, chất tẩy rửa…)
Triclosan (chất kháng khuẩn dùng xà phòng), nonylphenol (bột giặt),
para-hydroxybenzoate (chất bảo quản dùng mỹ
Tạo hiệu ứng kháng chất khử trùng; Ảnh hưởng đến phát triển bào thai;
(2)phẩm) gái, tăng nguy ung thư vú
Kim loại
Arsen, kẽm, đồng, selen, cadimi,… có chất thải cơng nghiệp khai thác khống sản, nước thải nơng nghiệp,…
Ảnh hưởng đến thủy sinh vật, tác động đến hệ sinh sản,…
Các hạt nano
Các oxit kim loại (TiO2 ZnO dùng pin mặt trời,…);
Kim loại hóa trị (sắt nano hóa trị dùng xử lý đất, nước ô nhiễm);
Ống nano bon dùng y tế
Tác hại đến màng nhân tế bào, tăng chất oxy hóa, độc
Thuốc trừ sâu Nhiều loại
Gây ung thư nhiều quan nội tạng;
Ảnh hưởng đến cân hooc mơn giới tính;…
Chất dẻo BPA Tăng nguy ung thư vú, cân giới tính,…
Hóa chất chống cháy
PBDEs, pha vào thảm, đồ gỗ, đồ điện, điện tử
Gây rối loạn nội tiết, ảnh hưởng đến phát triển não bào thai, ảnh hưởng đến khả miễn dịch sinh sản, tăng nguy ung thư
Các sản phẩm phụ chất sát khuẩn
(3)Hooc môn (tự nhiên tổng hợp)
E2, EE2 thuốc
tránh thai Gây rối loạn nội tiết
Bên cạnh vi sinh vật gây bệnh truyền thống vi khuẩn thị (Coliform tổng số, Coli chịu nhiệt, E.Coli), người ta tìm thấy vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm khác, có khả tồn nước dùng biện pháp khử trùng mạnh, mà thị nói khơng đại diện: Cryptosporidiun Giardia (đơn bào, gây bệnh tiêu chảy), Legionella (vi khuẩn gây bệnh Legionnaires, dạng bệnh truyền nhiễm liên quan đến đường hô hấp, bệnh nhân bị sốt cao, ho, khó thở, đau đầu…)
Điều đáng ý trình xử lý nước thải thông thường (lắng sơ cấp, xử lý sinh học bùn hoạt tính, lắng thứ cấp, khử trùng Clo) xử lý nước cấp thông thường (keo tụ, lắng, lọc, khử trùng Clo) không cho phép loại bỏ hết chất ô nhiễm phức tạp nói Keo tụ, lắng, lọc cho phép loại bỏ chất dạng lơ lửng keo, khó loại bỏ chất hịa tan
Q trình khử trùng nước cịn nhiễm hữu Clo cịn sinh sản phẩm phụ (DBPs) độc hại Mạng lưới truyền dẫn phân phối với tuổi thọ hàng chục năm, làm vật liệu ống cũ, điều kiện xây dựng sửa chữa chắp vá, quản lý yếu, bị đấu nối trái phép… làm chất lượng nước bị suy giảm, tái ô nhiễm Việc thay đường ống hay bổ sung thêm Clo làm tăng giá thành sản xuất nước, chí gia tăng nguy hình thành sản phẩm phụ độc hại
Mức độ xử lý nước cần phải nâng cao Việc đánh giá chất lượng nước cần thực với mức độ cao hơn, với nhiều số hơn, thể đầy đủ số đại diện cho rủi ro tiềm tàng nguồn nước Bên cạnh đó, cơng nghệ cấp nước cịn phải đáp ứng thách thức tiết kiệm lượng, diện tích đất, vốn đầu tư, vấn đề xử lý chất thải thứ cấp, địi hỏi đảm bảo chất lượng mơi trường xung quanh nhà máy, biến động bất thường lưu lượng chất lượng nguồn nước bối cảnh biến đổi khí hậu, thiên tai Bên cạnh đó, ngành nước cịn phải đáp ứng yêu cầu ngày cao chất lượng nước khách hàng (không cấp đủ, liên tục nước sạch, an tồn, mà cịn phải đủ áp lực, nước có vị ngon,…)
Những thách thức lại hội ngành Cấp thoát nước Tổ chức Global Water Inteligence (GWI) dự báo tăng trưởng đầu tư hàng năm cấp nước đô thị công nghiệp châu Á giai đoạn 2025 - 2019 7%, với tổng giá trị đầu tư cho cấp nước sinh hoạt công nghiệp 137,5 tỷ USD năm 2019 Riêng Trung Quốc, với mức tăng trưởng 8%, tổng đầu tư đạt 57,7 tỷ USD
Tại Ấn Độ, kế hoạch quản lý tổng hợp sông Hằng với tái sử dụng 100% nước thải đô thị nâng mức tăng trưởng ngành nước lên 13%/năm hay 14,2 tỷ USD Việc đánh giá công nghệ áp dụng, nhận dạng rõ thách thức rủi ro cấp nước tương lai, tham khảo xu hướng cơng nghệ xử lý nước giới, từ xác định hướng đổi mới, cải tiến công nghệ, nâng cấp hệ thống hướng kinh doanh cần thiết Đây mục tiêu nghiên cứu nội dung mà báo muốn đề cập
(4)Hình giới thiệu sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho sinh hoạt với nguồn nước mặt, bao gồm công nghệ truyền thống, áp dụng phổ biến nhiều nước giới kỷ 20, Clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng, lọc cát, khử trùng,…
Ngày nay, cơng nghệ xử lý nước có nhiều thay đổi Chúng ta nghiên cứu ví dụ áp dụng công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt quy mô lớn, nhằm đáp ứng yêu cầu cao chất lượng nước Nhà máy nước Tai Po (Hồng Cơng) có cơng suất 400.000 m3/ngày, nâng công suất lên gấp (giai đoạn 1) gấp (giai đoạn 2) Nhà máy
tiếp nhận nước thô từ sông Dongjiang, hồ chứa Plove Cove Dây chuyền (hiện nay) sử dụng trình keo tụ, tuyển áp lực (DAF), lọc sinh học có sục khí (Primary aerated biological filters PABF) để xử lý ammonia, lọc cát nhanh (SRGF), Clo để khử trùng Clo sử dụng để oxy hóa mangan có nước thơ (Hình 2)
(5)Bên cạnh việc nâng công suất, công nghệ xử lý giai đoạn cải tiến, với mục tiêu: giảm tối đa việc sử dụng Clo (để oxy hóa mangan) lý an tồn mơi trường, bổ sung thêm rào cản hữu hiệu để kiểm soát vi sinh vật gây bệnh Cryptosporidiun Giardia Dây chuyền có cho phép loại Cryptosporidiun Giardia tới log, tương đương tiêu chuẩn Mỹ, quyền Hồng Kông đặt mục tiêu giảm log Ozone chọn để xử lý mangan, diệt trùng loại bỏ chất hữu sau khử trùng, nâng cao hiệu suất lọc sinh học (xử lý ammonia), quan trọng cả, giảm liều lượng Clo phải sử dụng (Hình 4)
3 Một số công nghệ để giải thách thức xử lý nước 3.1 Xử lý chất ô nhiễm hữu
3.1.1 Lọc sinh học với than hoạt tính dạng hạt (BAC)
Than hoạt tính dạng bột (PAC) hay dạng hạt (GAC) từ lâu sử dụng rộng rãi loại vật liệu hấp phụ Than hoạt tính bột PAC đưa vào nước để tiền xử lý hợp chất hữu cơ, khử màu… Than hạt GAC thường đưa vào sau bể lọc cát, để loại bỏ chất hữu cơ, chất ô nhiễm vết lại nước
Trước việc sử dụng phương pháp sinh học xử lý nước cấp thường hạn chế lo ngoại đưa vi sinh vật vào nước Tuy nhiên ngày nhiều chất hữu cơ, dinh dưỡng dư phát nước, phương pháp lý - hóa tốn có nguy sinh sản phẩm phụ, nhiều chất phân hủy sinh học, nhu cầu việc xử lý chất hữu phân hủy sinh học - sản phẩm q trình ozone hóa, người ta bắt đầu áp dụng phương pháp lọc sinh học xử lý nước cấp
(6)nước nhiệt đới, q trình sinh hóa lý diễn bề mặt màng vi sinh với diện tích tiếp xúc lớn GAC (3-8 lần so với anthracite) cần mùa đơng xứ lạnh Có lớp cát thạch anh dày 15 - 30 cm GAC hay anthracite để giữ màng vi sinh trôi theo nước Bể lọc sinh học vận hành tương tự bể lọc hai lớp vật liệu thông thường, trừ nước xử lý có chứa Clo hay Cloramines Một số nhà máy nước bổ sung - mg/L Clo vào nước rửa ngược (3 lần rửa lại lần cho Clo) để kiểm soát phát triển vi sinh vật bể lọc tránh việc tăng dần tổn thất áp lực chu kỳ
Hệ BAC tổng hợp trình tương tác yếu tố: hạt than, vi sinh vật, chất ô nhiễm, oxy hịa tan (Hình 5a) Các bon hoạt tính có diện tích tiếp xúc lớn, nhiều lỗ rỗng, có khả hấp phụ oxy hòa tan, chất hữu nước Với BAC, bon hoạt tính sử dụng vật liệu mang, nơi dính bám phát triển hệ màng vi sinh Trong điều kiện môi trường thích hợp (nhiệt độ, dinh dưỡng,…), vi sinh vật phát triển tạo thành BAC, có khả hấp thụ chuyển hóa chất hữu cơ, dinh dưỡng nước Vi sinh vật sử dụng oxy hịa tan để hơ hấp, phân hủy chất nhiễm
BAC cho phép kiểm soát sản phẩm hữu phân hủy sau ozon hóa (hầu hết chất phân hủy sinh học), ngăn cản phát triển màng vi sinh vật đường ống, tiết kiệm Clo khử trùng, loại bỏ tốt chất ô nhiễm vô Amoni, nhờ trình nitrat hóa sinh hóa, giúp giảm thiểu tiêu thụ Clo khử trùng phát triển màng vi sinh đường ống cấp nước BAC giảm nguy tạo chất hữu khó xử lý, gây mùi vị bất lợi nước thương phẩm tạo sản phẩm phụ DBPs khử trùng nước Clo bước
Hình Cơ chế xử lý hệ BAC (a) hệ O3 - BAC (b).
Các thông số thiết kế hệ BAC: tốc độ lọc 8-15 m/h; thời gian lưu nước 6-30 (khử mùi: 8-10 min, xử lý CODMn: 12-15 min) Hàm lượng oxy hịa tan cần khơng chế: DO>1 mg/L
(tương đương tỷ lệ khí/nước = 4-6/1) Chiều dày lớp vật liệu lọc than hoạt tính: 1.5-3 m, đường kính hạt than 0,4-2,5mm Các thông số rửa bể lọc: (1) Rửa khí kết hợp với nước: cường độ rửa ngược 7-11 L/(m2·s), thời gian rửa 8-20 min, cường độ sục khí 14 L/(m2·s), thời gian sục khí
min; (2) Rửa nước kết hợp nước rửa bề mặt: cường độ rửa ngược 7-11 L/(m2·s), thời gian rửa
8-20 min, cường độ rửa bề mặt 1.7 L/(m2·s), thời gian rửa bề mặt
(7)đoạn tiền xử lý, loại bỏ Ammonia hợp chất hữu Nước nguồn chứa nhiều cặn, sét, độ đục cao biến động trở ngại để đạt hiệu suất xử lý cao uBCF
Hình Bể lọc sinh học uBCF Nhà máy nước Vĩnh Bảo, Cơng ty Cấp nước Hải Phịng.
Lọc sinh học kết hợp với ozone hóa (O3 – BAC)
Lọc sinh học không loại bỏ hết chất nhiễm, chất khó phân hủy sinh học Các chất có nguy tạo sản phẩm phụ gây ung thư khử trùng Clo Để nâng cao hiệu suất xử lý, trước BAC, người ta áp dụng phương pháp ozone hóa trình sau diễn hệ: ozone hóa, hấp phụ, phân hủy sinh học Trong hệ O3-BAC, ban đầu chất hữu
sẽ oxy hóa chất oxy hóa mạnh ozone, tạo phân tử nhỏ Các phân tử nhỏ phân hủy sinh học hấp phụ sau lên than hoạt tính phân hủy vi sinh vật Oxy tạo thành từ phản ứng ozone làm tăng hàm lượng oxy hòa tan nước giúp trình phân hủy sinh học BAC (Hình 5b)
Màng vi sinh vật từ BAC bong trơi với nước Những nghiên cứu nhiều hệ O3-BAC cho thấy, khơng có vi sinh vật gây bệnh hệ Tuy nhiên vấn đề cần
tiếp tục nghiên cứu cần kiểm soát tốt
Trạm xử lý kết hợp ozone hóa BAC áp dụng lần Amstaad, Đức năm 1961 Thành công ứng dụng nhân rộng khắp nước Đức năm 70 châu Âu sau Năm 1976, Cục BVMT Mỹ (US EPA) đưa quy định than hoạt tính phải áp dụng để xử lý nước cấp cho khu đô thị với dân số 150.000 người Cuối năm 90 kỷ trước Mỹ bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn phải dùng lọc sinh học để loại bỏ chất hữu sinh sau ozone hóa (EPA, 1997) Các nhà máy áp dụng cơng nghệ ozone hóa - BAC xây dựng Nhật từ năm 1988-1992
1.1 Khử trùng kiểm soát sản phẩm phụ sau khử trùng
Clo hợp chất Clo
Clo sử dụng phổ biến khắp giới để khử trùng nước cấp Đây chất ơxy hố mạnh, dù dạng nguyên chất hay hợp chất, tự hay liên kết Clo tác dụng với nước tạo phân tử axit HOCl, chất khử trùng mạnh Tùy theo pH, Clo tồn nước dạng Cl2,
HOCl hay OCl- Quá trình tiêu diệt mầm bệnh xảy theo chế: Clo hay hợp chất Clo
(8)trình trao đổi chất, dẫn đến diệt vong tế bào Clo ngăn cản phát triển trở lại vi sinh vật đường ống, bể chứa,… Tác dụng tốt với liều lượng nhỏ, giá hợp lý, dễ kiếm, dễ sử dụng, ưu điểm làm cho Clo sử dụng làm chất khử trùng nước phố biến giới hàng trăm năm ngày
Hạn chế phương pháp Clo hóa vấn đề an toàn làm việc với Clo Bên cạnh thiết bị an tồn, cơng nhân phải tập huấn tốt, tuân thủ quy trình chuẩn, với biện pháp phòng ngừa rủi ro nghiêm ngặt vận chuyển, lưu giữ, vận hành bảo dưỡng thiết bị Clo Một nhược điểm khác Clo tác dụng với chất hữu có nguồn gốc tự nhiên (NOMs), hợp chất hữu nhân tạo có nước thải sinh hoạt, cơng nghiệp, thuốc trừ sâu,… tạo nên sản phẩm phụ THMs, HAAs, có liên quan đến nguy ung thư
Nước Javen (NaOCl), Dioxit Clo (ClO2), hay Cloramins chất diệt trùng thay Clo,
được sử dụng chất diệt trùng thứ cấp sau ozone, UV, để giảm thiểu rủi ro Clo Javen điều chế chỗ điện phân muối ăn Nước Javen có ưu điểm an tồn Clo nhiều, nguyên liệu sẵn có, độ tin cậy cao Những hạn chế Javen có nguy tạo DBPs, hệ thống điều chế cồng kềnh, thiết bị dễ bị ăn mòn
Dioxit Clo điều chế từ NaClO2 (Sodium Chlorite) Clo hay axit HCl (có thể điều chế
tại chỗ) Dioxit Clo tồn nước lâu, có tác dụng diệt trùng môi trường kiềm (khác với Clo) Dioxit Clo tác dụng với nước tạo sản phẩm phụ Clorit, Clorat vô hại 2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
Cloramines, Monocloramine, sử dụng làm chất khử trùng hệ thống cấp nước khoảng 70 năm giới Những thập kỷ gần đây, hóa chất sử dụng nhiều hơn, tồn lâu mạng lưới cấp nước, nhờ trì lượng Clo hoạt tính dư cuối mạng lưới Cloramines tạo thành cho Ammonia vào nước chứa Clo hoạt tính tự (HOCl OCl-) Chính vậy, việc chuyển từ Clo sang dùng Cloramins với trạm xử lý
khơng phải vấn đề khó Tùy theo pH, Cloramins tồn dạng Tricloramine
(pH<3), Dicloramine (pH = 4-7), Monocloramine (pH>7), Monocloramine có tác dụng diệt trùng mạnh Khả diệt trùng Dicloramine thấp Monocloramine khoảng 3-5 lần, thấp Clo từ 20-25 lần Cloramins không gây mùi khó chịu nước Clo, tác dụng với chất hữu so với Clo
Cloramines làm tăng nguy mắc bệnh máu gây hại cho cá, chất dễ dàng xâm nhập vào hệ tuần hoàn, tác dụng với hồng cầu gây thiếu máu Do cần kiểm soát nồng độ Cloramines nước cấp 0,5mg/L (tiêu chuẩn Mỹ), không dùng Cloramines khử trùng nước thải Cloramines có trọng lượng phân tử nhỏ, không tồn dạng ion, khó loại bỏ nhờ thiết bị lọc nước hộ gia đình, kể màng RO, trao đổi ion, chí đun sơi… Có thể hấp phụ Cloramines than hoạt tính, đặc biệt than hoạt tính xúc tác (than xử lý bề mặt, cho tác dụng với hợp chất chứa N Ammonia, Urea 700-900oC)
Cloramines có than hoạt tính xúc tác chuyển hóa thành Clorua (Cl-) (Gaur V., 2013).
Ozone
(9)rất cao (2,07V) nên có khả oxy hố nhiều hợp chất hữu vô cơ, tiêu diệt mầm bệnh (mạnh Clo 500 lần), khử mùi, vị, màu nước, với thời gian tiếp xúc ngắn Ozone sử dụng tiền xử lý, loại bỏ mangan, sulfua hydro nước, khử mùi, vị tảo nước hồ, phá vỡ trạng thái bền vững keo hữu cơ, làm tăng hiệu suất keo tụ giảm lượng hóa chất keo tụ Ozone dùng cơng đoạn xử lý sau để khử trùng, loại bỏ chất vi lượng Một số nước giới bắt đầu ứng dụng ozone xử lý nước thải, để khử trùng loại bỏ chất ô nhiễm vi lượng, bền vững dược phẩm, hay để phá vỡ cấu trúc phân tử bền vững tiền xử lý bùn Thụy Sĩ, Pháp, Đức chuẩn bị áp dụng tiêu chuẩn mới, yêu cầu trạm xử lý nước thải lớn phải xử lý bậc 4, để loại bỏ chất ô nhiễm vết, ozone phương pháp ưu áp dụng
Thời gian tiếp xúc nước với ozone thiết kế - 12 phút, với liều lượng ozone 0.5 - mg/L Gần đây, yêu cầu kiểm soát Giardia Cryptosporidium, người ta phải cân nhắc tăng thời gian tiếp xúc liều lượng ozone lên Buồng tiếp xúc ozone phải kín, tránh người vận hành tiếp xúc trực tiếp với ozone dư trước ozone ngồi khơng khí chuyển hóa hết Có thể sử dụng hóa chất khử để hấp thụ hết ozone dư (hydrogen peroxide, thiosulfate, bisulfite) Hiệu suất oxy hóa tăng lên rõ rệt sử dụng kết hợp hydrogen peroxide (H2O2)
với ozone H2O2 tác dụng với phân tử O3, tăng cường q trình tạo gốc hydroxyl tự •OH,
chất oxy hóa mạnh phân tử ozone gấp nhiều lần Quá trình chủ yếu sử dụng, với tỷ lệ H2O2/O3 = 0.3/1 (mg/mg), cần oxy hóa chất tồn dư nước (VOCs, thuốc trừ sâu, diệt
cỏ, khử màu, mùi, vị…) để diệt trùng Một sản phẩm phụ q trình ozone hóa bromate (BrO3-), chất có khả gây ung thư, nước nguồn chứa bromide
Năm 1990, khoảng 40 nhà máy Mỹ áp dụng cơng nghệ ozone Đến năm 1998, có 114 nhà máy công suất 3000 m3/ngày sử dụng công nghệ Chi phí hệ ozone hóa thường khoảng 4.000 – 6.000 USD/kg ozone điều chế Một trạm xử lý nước công suất 50.000 m3/ngày với liều lượng ozone mg/L cần đầu tư 1-1,5 triệu USD cho hệ ozone hóa (thiết bị điều chế, bể tiếp xúc, …), tương đương suất đầu tư 0,5-0,75 triệu VND/m3 công suất
Tia cực tím (UV)
Tia UV sử dụng để khử trùng nước cấp, nước thải nhờ tác dụng diệt trùng tia sáng với bước sóng 250 - 270 nm Thời gian tiếp xúc vài giây đủ để vơ hiệu hóa vi sinh vật có nước Năng lượng UV phá cấu trúc ADN vi sinh vật ngăn chúng sinh sôi Từ năm 50 đến nay, UV sử dụng để khử trùng 500 nhà máy nước Mỹ, 1.500 nhà máy châu Âu, với công suất nhỏ (phổ biến) đến công suất lớn (ngày nhiều hơn) Tiêu chuẩn liều lượng UV: Mỹ 38 mW.s/cm2; Nauy 16 mW.s/cm2, Áo 30 mW.s/cm2, đủ
để vơ hiệu hóa bào tử vi khuẩn thị Để vơ hiệu hóa đơn bào Giardia, cần liều lượng lớn hơn (140 - 160 mW.s/cm2)
Chi phí đầu tư cho hệ UV Nhà máy nước công suất 5000 m3/ngày khoảng 200.000 USD (với
liều lượng UV 16-30 mW.s/cm2), tương đương suất đầu tư 0,9 triệu VND/m3 công suất Chi phí
vận hành (giá thị trường Mỹ) 100 VND/m3 Các nhà máy cơng suất lớn có chi phí thấp
Cơng nghệ đèn LED hướng mới, giúp giảm tiêu thụ điện UV UV ozone coi hai số cơng nghệ cho phép kiểm sốt Cryptosporidium Tuy nhiên, UV khơng có tác dụng oxy hóa chất nhiễm nước
1.2 Giải pháp đối phó với thiếu nước xâm nhập mặn
(10)Thị trường công nghệ màng tăng trưởng tốt Năm 2015, thị trường xử lý nước cấp, nước thải đô thị công nghiệp công nghệ màng 3,9 tỷ USD Năm 2019, giá trị thị trường ước tính tỷ USD (Asian Water, 4/2016) Các hướng nghiên cứu, phát triển tập trung vào giải pháp như: giảm mức tiêu thụ lượng thẩm thấu ngược (RO) cách sử dụng vật liệu (màng với hạt nano LG NanoH2O, màng với ống nano bon nanOasis, màng graphen Oak Ridge, …), sử dụng vật liệu mới, bền cho màng MF, UF, NF (ví dụ màng NF sợi rỗng SMTC - Evoqua) Đặc biệt màng gốm có triển vọng lớn, nhờ mức tiêu thụ lượng hơn, gọn, bền (Metawater, Meidensha,…) Đã xuất số công nghệ màng kết hợp thẩm thấu chuyển tiếp (FO) với màng RO áp lực thấp, làm nước bay nhiệt (từ lượng mặt trời, đốt chất thải,…) cho dịch chuyển nước qua màng (chứa khí) ngưng tụ (Memstill, TNO) Trong công nghệ màng, cần đặc biệt lưu ý việc thu hồi lượng (trong dòng dịch sau màng dư áp lực), việc xử lý dịch thải (chứa hàm lượng muối cao, nhiều chất ô nhiễm) Để thu hồi lượng dòng sau màng, người ta sử dụng hệ lọc màng nhiều bậc (Hình 7), với bơm tăng áp, turbin piston, kết hợp bơm tiền xử lý UF với bơm RO hệ thu hồi lượng, Đối với xử lý dịch thải, công nghệ RO hay đặc dịch thải địi hỏi nhiều lượng, hướng công nghệ xử lý dịch thải thẩm thấu chuyển tiếp (FO), với ưu điểm tiêu thụ lượng, nhiệt độ làm việc thấp, tránh phải sử dụng vật liệu chịu nhiệt Dịch thải chứa nhiều chất có ích, sử dụng để sản xuất phân bón, ngun liệu cơng nghiệp dược phẩm, hóa chất, xây dựng …
Hình Sơ đồ lắp đặt hệ thống RO:
a) Single pass multiple pass; b) Single stage multiple stage (Voutchkov N, 2015)
Xử lý nước thải tái sử dụng
(11)Hình Các mức độ xử lý nước theo mục đích sử dụng/ tái sử dụng (Lazarova V., 2013)
3.4 Giải pháp lượng
3.4.1 Tối ưu hóa vận hành, bảo dưỡng hệ thống
Mức tiêu thụ lượng hệ thống cấp nước khác nhau, tùy thuộc loại nguồn nước, chất lượng nước nguồn, khoảng cách địa hình khu vực, quy mơ cơng suất hệ thống, cách thức quản lý… Bảng giới thiệu mức tiêu thụ lượng trung bình hợp phần hệ thống cấp nước (Asian Water, 8/2013) Bơm nước chiếm khoảng 90% tiêu thụ lượng hệ thống cấp nước
Bảng Mức tiêu thụ lượng hợp phần hệ thống cấp nước
Hợp phần Quá trình Mức tiêu thụ lượng
Trạm bơm cấp Bơm;
Điều khiển vận hành
Nước mặt: 10%; Nước ngầm: 30%
Trạm xử lý nước
Trộn hóa chất; Rửa lọc;
Bơm nước, bùn, làm khô bùn; Điều khiển vận hành
Nước mặt: 10%; Nước ngầm: 1%
Trạm bơm, truyền dẫn phân
phối nước Bơm nước
Nước mặt: 80%; Nước ngầm: 69%
Kết phân tích liệu ngành Cấp nước Bộ Xây dựng năm 2015, tổng hợp từ 88 doanh nghiệp cấp nước, cho thấy mức tiêu thụ điện cho m3 nước sản xuất Việt
(12)công nghệ cấp nước Việt Nam chủ yếu công nghệ kinh điển, đơn giản, có nơi cịn lạc hậu Mức tiêu thụ lượng tăng lên áp dụng thêm công đoạn xử lý nước để nâng cao chất lượng nước Vấn đề tiết kiệm lượng hệ thống cấp nước đô thị Việt Nam quan tâm
Hình (a) Phân bổ mức chi phí sản xuất nước Cơng ty Cấp nước Việt Nam; (b) Các hội tiết kiệm lượng hệ thống cấp nước.
3.4.2 Năng lượng hệ thống cấp nước
Trạm xử lý nước thường có diện tích đất rộng, lắp nhiều pin mặt trời, hay tuốc bin gió để sản xuất điện Bên cạnh đó, nhiều hệ thống cấp nước phải vận chuyển nước từ nguồn trạm xử lý nước máy trạm bơm cấp đường ống áp lực Áp lực cao cột nước chạy tuốc bin phát điện, cung cấp cho nhu cầu điện trạm xử lý nước (Hình 9) Chỉ cần lắp tuốc bin nhỏ đường ống áp lực đưa nước thô vào ngăn tiếp nhận, với chiều cao dâng nước 17m, đường ống D250mm, trạm xử lý nước cơng suất 7600 m3/ngày tạo dòng điện 15KW (McCann B., 2012)
Với trạm bơm vận hành liên tục, tạo 100.000KWh năm Một số công ty châu Âu tạo tới 1/3 nhu cầu điện tuốc bin thủy điện Có thể đặt tuốc bin chỗ dòng chảy áp lực chuyển sang chảy tự do: ngăn tiếp nhận nước thô trạm xử lý, bể chứa trạm bơm tăng áp, vị trí kiểm soát áp lực (giảm áp) mạng lưới,… Giải pháp đặc biệt hiệu cho trạm cấp nước nhỏ, vùng xa xôi hẻo lánh
3.5 Các giải pháp kiểm soát tự động
Có hai xu hướng tăng cường kiểm sốt q trình ngày áp dụng phổ biến, là: (1) Kiểm soát rủi ro, cảnh báo xử lý sớm, với thiết bị đo lường, quan trắc trực tuyến (on-line) nguồn nước, chất lượng nước, số vận hành cơng trình thiết bị xử lý nước; (2) Áp dụng cơng nghệ thơng minh, kiểm sốt điều khiển xác cơng trình, thiết bị toàn hệ thống Với thiết bị quan trắc on-line, đột biến chất lượng nước nguồn hàm lượng hữu cơ, cặn lơ lửng, độ đục tăng vọt, nhanh chóng báo phận kiểm sốt, từ có giải pháp xử lý kịp thời tạm dừng bơm nước thô, chuyển nước sang hồ dự trữ, bổ sung thêm hóa chất,…
(13)kiểm sốt trực tuyến, từ xa cịn cho phép tiếp nhận, xử lý thông tin số vận hành thiết bị, xác định thời điểm cần bảo trì, thay thế,… Nhờ đó, hệ thống thiết bị vận hành chế độ tối ưu, góp phần nâng cao hiệu sản xuất, kinh doanh kèm với việc trì chất lượng nước tốt
4 Kết luận, kiến nghị
Trong suốt kỷ 20, công nghệ xử lý nước phát triển với tốc độ chậm Tuy nhiên, cuối kỷ 20 đầu kỷ 21, loạt công nghệ, thiết bị nghiên cứu, ứng dụng, thúc đẩy ngành cơng nghiệp nước có biến đổi nhanh chóng, điển hình cơng nghệ lọc màng, oxy hóa hiệu suất cao, UV, lọc sinh học,…
Những thay đổi lớn xuất phát từ phát triển khoa học kỹ thuật bối cảnh kinh tế thị trường, cơng nghiệp hóa, tồn cầu hóa, với thách thức liên quan đến xuất chất ô nhiễm mới, nguồn nước truyền thống bị suy thoái, cạn kiệt, với nhận thức ngày tăng người sử dụng nước tác động tiêu cực biến đổi khí hậu
Ở Việt Nam, q trình thị hóa, cơng nghiệp hóa - đại hóa diễn nhanh chóng, với sức ép ngày tăng lên hệ thống cấp nước
Chính phủ ban hành Chương trình quốc gia bảo đảm cấp nước an toàn giai đoạn 2016 - 2025 Trong công nghệ truyền thống đáp ứng yêu cầu ngày cao chất lượng nước cấp, thách thức ngày lớn nguồn nước, doanh nghiệp ngành nước cần có chiến lược kế hoạch phù hợp, nghiên cứu đầu tư cải tiến, đổi cơng nghệ Nhà nước, quyền địa phương cần khuyến khích, tạo điều kiện hỗ trợ chương trình Hợp tác với trường đại học, viện nghiên cứu, đối tác quốc tế, học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau, cách làm đắn để lựa chọn công nghệ phù hợp, khả thi với điều kiện doanh nghiệp
Bên cạnh đó, cần xem xét đầy đủ khía cạnh kỹ thuật, tài chính, mơ hình quản lý, hiệu sản xuất kinh doanh, khả thu hồi vốn, khả tiếp quản vận hành, bảo dưỡng cán bộ, công nhân… thực biện pháp đồng để việc cải tiến, đổi công nghệ khả thi, bền vững, hiệu Nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ phù hợp để đáp ứng thách thức hội lớn cho doanh nghiệp cấp nước, động lực để thúc đẩy ngành nước Việt Nam phát triển
Tài liệu tham khảo
• Bộ Xây dựng Cơ sở liệu ngành nước 2015
• PGS TS Nguyễn Việt Anh, ThS Nguyễn Phương Thảo, ThS Đào Thị Minh Nguyệt, ThS Vũ Thị Hoài Ân, ThS Vũ Thị Minh Thanh Tiết kiệm tận thu lượng hệ thống cấp thoát nước Tạp chí Cấp nước Việt Nam (ISSN 1859 – 3623) Số 1+2(88+89), 1+3/2013 Trang 38 – 42
• 11 New and Emerging Drinking Water Treatment Technologies National Research Council Identifying Future Drinking Water Contaminants Washington, DC: The National Academies Press, 1999 DOI:10.17226/9595
• Brandt M., Middleton R Tackling the growing energy demand in the water sector Asian Water, 12/2010 Pp 17-20
• Gaur V Reduction of Chloramines in drinking water using catalytic carbon Filtrex Technologies Pte Ltd In J Asian Water, 10/2013, pp 16 – 18
• Lazarova V Global milestones in water reuse: keys to success and trends in development J Water 21 August 2013 Pp 12 – 22
(14)Water 21, April 2012 Pp 18 – 20
• Morrison K Overcome an Uphill Challenge Black & Veatch Co J Asian Water 8/2010 Pp 26-30
• Palaniappan M., Gleick P., Allen L., Cohen M., Christian-Smith J and Smith C Urgent need to focus on water quality Asian Water 12/2011 Pp 10 – 16
• Pengkang Jin, Xin Jin, Xianbao Wang, Yongning Feng and Xiaochang C Wang Biological Activated Carbon Treatment Process for Advanced Water and Wastewater Treatment School of Environment & Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture & Technology, Xi’an, P R China http://www.intechopen.com/books
• Stedman L 2011 Ozone’s ongoing opportunities Water 21 Feb 2011 Pp 26-27
• Vouchtkov N Reverse Osmosis Process, Design and Applications In J Asian Water 12/2015 Pp 26-32
GS, TS Nguyễn Việt Anh