Tầm quan trọng của tuần hoàn, tái sử dụng nước
Tái sử dụng nước đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển của mỗi quốc gia. Việc tái sử dụng nước mang lại nhiều lợi ích khác nhau và có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó chủ yếu vẫn là ngành nông nghiệp và tưới tiêu. Trong phạm vi đô thị, nước tái sử dụng có thể được đem đi phục vụ cho việc rửa đường, cấp cho hệ thống chữa cháy và rửa xe. Trong lĩnh vực công nghiệp, nguồn nước tái sử dụng có thể được cấp cho các thiết bị làm mát, phục vụ cho các công đoạn có sử dụng nước trong chu trình sản xuất và cấp cho sinh hoạt, tưới tiêu. Ngoài ra, TSD nước còn ứng dụng cho việc phổ cập nguồn nước ngầm, điều này đóng vai trò quan trọng ở những khu vực có lượng mưa hạn chế. TH/TSD nước thải có thể đem lại các hiệu quả về kinh tế cũng như môi trường, cụ thể như sau:
Về mặt kinh tế:
- TH/TSD nước trong một công đoạn sản xuất có thể giúp tiết kiệm được lượng nước sử dụng, do đó cắt giảm được chi phí sử dụng nước cấp cũng như chi phí đầu tư cho việc xây dựng hệ thống cấp nước cho quy trình sản xuất.
- TH/TSD nước sẽ làm giảm lưu lượng nước thải tạo thành, từ đó tiết giảm được thể tích của các bể xử lý nước thải, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống xử lý và các chi phí liên quan (chi phí vận hành, xả thải…).
Về mặt môi trường:
- Giảm thiểu ô nhiễm và lưu lượng nước thải đối với các nguồn tiếp nhận nguồn nước mặt.
- Tăng nguồn cấp nước cho các nhu cầu sản xuất.
- Đem lại lợi ích cho nông nghiệp cũng như một số ứng dụng trong đô thị (tưới tiêu, chữa cháy, tạo cảnh quan…)
- Cải thiện môi trường, cải thiện nguồn nước mặt và nước ngầm.
Đánh giá tình trạng tuần hoàn, tái sử dụng nước ở các quốc gia trên thế giới
Ở các nước phát triển, do nhận thức của cộng đồng về các vấn đề môi trường và tài nguyên ngày càng cao, do các tiêu chuẩn về môi trường nói chung và nước thải nói riêng ngày càng chặt chẽ, các doanh nghiệp có xu hướng áp dụng các công nghệ thích hợp để xử lý nước thải công nghiệp, khởi đầu bằng các loại hình công nghệ hóa lý cơ bản, dần bổ sung các công nghệ sinh học và hóa lý tiên tiến để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải ngày càng cao.
Ngoài ra, do giá nước cấp cho sản xuất ngày càng tăng, các nhà máy tìm mọi cách để TH/TSD nước thải đã xử lý. Các doanh nghiệp đầu tư vào việc TH/TSD nước thải sau xử lý không những đạt được hiệu quả kinh tế, mà còn nâng cao được hình ảnh của bản thân trong con mắt của cộng đồng.
Ngày nay, việc TH/TSD nước thải công nghiệp ở các nước phát triển đã được triển khai ngày càng rộng rãi, đặc biệt trong một số ngành sản xuất sử dụng nhiều nước, hoặc có thể phát sinh nước thải có độc tính cao như các ngành:
- Sản xuất bột giấy và giấy
- Nhà máy điện
- Dệt nhuộm
- Chế biến thực phẩm
Xu hướng ngày nay là tiến đến các nhà máy có mức độ TH/TSD nước ngày càng triệt để, đến mức có thể gọi là các nhà máy “Zero Discharge” (không xả thải).
Biểu đồ tình hình tái sử dụng nước trên thế giới (2012)
Các chương trình TH/TSD nước trong sản xuất công nghiệp đã bắt đầu tại Mỹ vào những năm 1940 khi nước thải sau xử lý được khử trùng và sử dụng trong dây chuyền sản xuất thép. Tại Thụy Điển, trong thời gian từ năm 1930 -1970, tổng lưu lượng TSD nước tăng 5-6 lần đã được ghi nhận. Trong quý cuối cùng của thế kỷ 20, lợi ích của việc thúc đẩy TSD nước như một phương tiện bổ sung nguồn tài nguyên nước đã được
Hoa Kỳ và Liên Minh Châu Âu công nhận. Mối quan tâm đến việc TSD nước đang phát triển ở nhiều vùng khác trên thế giới nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp nước đáng tin cậy, chất lượng cao sử dụng cho nông nghiệp, công nghiệp và đô thị nhưng công nghệ TSD nước chỉ mới được thông qua ở Châu Á trong quý cuối cùng của thế kỷ 20.
Thực tế triển khai tại Trung Quốc đã đạt được tỷ lệ trung bình 56% TSD nước trên tổng số 82 thành phố lớn vào năm 1989 và tỷ lệ TSD cao nhất đạt 93%.
Ở Israel, nước thải công nghiệp và sinh hoạt đều được thu gom vào các hệ thống xử lý nước thải tập trung. Hơn 80% lượng nước thải của các hộ gia đình hiện đang qua tái chế và TSD, đạt tới 400 triệu mét khối nước/năm. Trong đó ½ nguồn nước dùng để tưới tiêu là nước thải đã qua tái chế.
Tại Nhật Bản, việc ứng dụng TSD nước đã có từ rất sớm do hạn chế về lượng nước. Trước đây, chỉ có 40% dân số Nhật Bản (kể cả cư dân nông thôn) được sử dụng nguồn nước cấp. Tuy nhiên, đến năm 1995 đã có 89,6% dân số Nhật Bản tại các thành phố lớn hơn 50.000 dân được sử dụng nguồn nước sạch. Ban đầu, chương trình TSD nước được ứng dụng trong các tòa nhà, trường học, các trung tâm thương mại nhằm
mục đích TSD nước chủ yếu cho các thiết bị vệ sinh. Sau đó, công trình xử lý nước thải và TSD nước thải tập trung của thành phố được xây dựng và cung cấp nguồn nước phục vụ trong lĩnh vực vệ sinh đô thị cho cả thành phố.
Tại Singapore, do hạn chế về lượng mưa (trung bình 250 cm/năm) nên công nghệ TSD nước cũng đã xuất hiện từ rất sớm. Vào năm 2003, nước này đã sản xuất và cung cấp nguồn nước được TSD với chất lượng sau xử lý khá cao với tên gọi là “NEWater”, đáp ứng với tiêu chuẩn nước sử dụng cho ăn uống. Nguồn nước này được cấp trực tiếp cho các ngành công nghiệp, các trung tâm thương mại và tòa nhà. Ngoài ra, Công ty TNHH Xử lý nước Hyflux, của Singapore đã phát triển một thiết bị sử dụng công nghệ màng tiên tiến để loại bỏ các tạp chất có trong nước thải nhằm TSD nước thải để phục vụ sản xuất. Singapore cũng là nước đi đầu trong công nghệ xử lý nước thải thành nước uống.
Tại Trung Quốc, Meihong Liu và cộng sự đã thực hiện công trình nghiên cứu để đánh giá và so sánh hiệu quả giữa lọc RO và lọc nano trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã xử lý sinh học. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, dưới cùng một áp suất vận hành màng lọc nano có độ thấm cao hơn màng lọc RO, do có độ rỗng cao hơn, cả hai màng lọc đều cho hiệu quả loại bỏ COD khá cao với chất lượng nước đầu ra có COD < 10 mg/l. Tuy nhiên, màng lọc nano cho hiệu quả loại COD cao hơn so với màng lọc RO, mặt khác màng lọc RO lại cho kết quả loại bỏ hàm lượng muối cao hơn. Nước thải sau xử lý có thể đem TSD lại cho quy trình sản xuất, do đó có thể giảm lượng nước tiêu thụ và chi phí xử lý nước thải.
Nghiên cứu của H.H. Chen và cộng sự (2005) về tái sinh và TSD nước thải tại nhà máy xử lý nước thải ở Đài Loan bằng hệ thống sinh học màng (MBR) đã được triển khai tại KCN Hsinchu, Đài Bắc. Nước TSD được cấp 5 nhà máy và sử dụng như nguồn cấp nước sạch cho các cột làm mát. Dự án xây dựng nhà máy tái sinh nước thải công suất 10.000 m3/ngày đang được thực hiện. Mô hình nghiên cứu pilot là UF/RO kết hợp oxi hóa sinh học bậc cao BioNET/BAC. Kết quả cho thấy, nước TSD có thể thích hợp với tiêu chuẩn nước uống và có thể được sử dụng như nước làm mát trong nhiều ngành công nghiệp. Dòng đậm đặc của RO có thể đạt tiêu chuẩn xả thải.
Tác giả Yaozhong He và cộng sự đã nghiên cứu về ứng dụng công nghệ tích hợp ozone – lọc sinh học và lọc màng để TSD nước thải dệt nhuộm sau xử lý. Nước sau khi qua hệ thống có thể TSD lại cho công đoạn nhuộm và hoàn tất.
Ngoài ra, C.Tang & V.Chen đã tiến hành thí nghiệm việc ứng dụng màng lọc nano (nanofiltration) để xử lý nguồn nước thải dệt nhuộm phục vụ cho việc TSD. Nước thải tổng hợp có chứa thuốc nhuộm (CI reactive black 5) và muối NaCl, nghiên cứu tập trung vào việc xác định yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy và hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm khi dùng công nghệ lọc nano. Kết quả cho thấy, tại áp lực làm việc 500kPa, hiệu quả loại bỏ thuốc nhuộm đạt 98% và 14% đối với NaCl. Chất lượng nước sau xử lý hoàn toàn đạt tiêu chuẩn cho việc TSD trong quy trình dệt nhuộm. Màng lọc hoạt động ổn định và lượng nước thu hồi được đạt 99%.
(Theo TS.Trần Minh Chí, Trung tâm thông tin Khoa học và Công nghệ TP.HCM)
