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

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:
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
1


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
2


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.
3


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.
4


-

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
5


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
6


lỗ rỗng với kích thước nhất định, có 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 có thể coi
như một cuộc cách mạng về quan điểm và khả năng ứng dụng trong công 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 có nguồn gốc vô 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 phóng xạ, lazer, sử dụng hóa 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, có 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).
Công nghệ màng có nhiều ưu điểm như: Chất lượng nước sau xử lý cao; Không yêu cầu
điều chỉnh liều lượng và nồng độ hóa chất; Không sinh ra những sản phẩm phụ; Là một công
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 hóa; vv...
Công 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) – còn 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
công 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 thông thường khác, nước sau xử lý được tách bùn bằng hệ
màng vi lọc (MF) với kích thước màng dao động khoảng 0,1-0,4µm (Manem và Sanderson,
1996).
Hệ thống MBR có hai dạng chủ yếu : (1) MBR đặt ngập mà mặt ngoài màng phần lớn
được đặt chìm trong trong bể phản ứng sinh học và dòng thấm được tháo ra bằng cách hút
hoặc bằng áp lực (Hình 5a); (2) MBR đặt ở ngoài bể phản ứng (hoặc MBR tuần hoàn), hỗn
hợp lỏng được tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao thông qua module màng (hình 5b).
Dòng 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 hóa chất.

Hình 5a. Hệ thống MBR với
module màng đặt ngập trong
bể phản ứng sinh học

7

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

Hình 5c. Mô đun lọc dạng sợi

được lắp đặt vào MBR


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
Nước thải
Bùn hoạt
Nước thải sinh
Nước thải
Nước thải
Thông số
nhà máy
tính thông
hoạt
đô thị
sinh hoạt
kem
thường
Loại màng
kgCOD/m3.ngà
y
F/M, g/g.ngày
MLSS, g/l

SRT
COD khử (%)
Nguồn

MF 0,1 µm

MF 0,1 µm

MF 0,1 µm

UF

-

1,5

1,2

0,47

12,8

0,8 – 1,9

0,1

0,1

0,2

-

0,2 – 0,6

14

11

2,5 – 3,0

16

2,5 – 4,0

50 – 100

50

25

> 95%
Yamamoto
cùng cộng sự.
(1989)

96
Buission
cùng cộng
sự (1998)

96
Trouve
cùng cộng
sự (1994)

5 – 10
97
Scott và
Smith,
1997

99
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 (CH 4) 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 – 35 oC) 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
8


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.
9


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
10


3.

4.
5.
6.

11

ĐT: PGS. TS. Nguyễn Việt Anh. Bộ Giáo dục và Đào tạo quản lý, Trường Đại học Xây
dựng thực hiện (2003 - 2004).
Nguyễn Phước Dân, Huỳnh Khánh An và Phạm Ngọc Hòa. Nghiên cứu sử dụng lại nước
thải sinh hoạt đã xử lý cho TP.Hồ Chí Minh. ĐH Bách khoa, ĐH Quốc gia TP. HCM - Sở
Khoa học và Công nghệ TP.HCM. 2010.
Brandt M. & Middleton R.. Tackling the growing energy demand in the water sector.
Asian Water Journal. Dec. 2010.
Brepols C. Lessons from the leading edge of membrane bioreactor use. Water 21. IWA.

April 2011.
Larsen T. Cleanteach for wastewater treatment of future. EAWAG News. No. 70. June
2011.