Tái sử dụng nước thải trong phát triển bền vững thích ứng với Biến đổi khí hậu

Bối cảnh chung

Nước bao phủ 70% bề mặt thế giới và gần như có ở khắp mọi nơi, tuy nhiên nước ngọt có sẵn và có thể sử dụng được chỉ chiếm 0,5% lượng nước trên Trái đất. Hiện nay, khoảng 2,2 tỷ người trên khắp thế giới vẫn chưa được tiếp cận với nguồn nước uống được quản lý an toàn và 785 triệu người thậm chí không có nước uống cơ bản.

Dự kiến dân số thế giới sẽ đạt mức 10 tỷ người ở năm 2050. Mức tăng dân số cùng với quá trình đô thị hóa và sự phát triển của các ngành kinh tế, nhu cầu dùng nước ngày càng cao, nguồn nước sẽ ngày càng khan hiếm. Tài nguyên nước phải đối mặt với áp lực hơn nữa từ ô nhiễm nguồn nước, cạn kiệt nguồn nước mặt, nước ngầm và biến đổi khí hậu.

Nguồn nước mặt ở Việt Nam

Việt Nam có hệ thống sông ngòi có mật độ tương đối cao, với hơn 3.000 sông, suối và có khoảng trên 7.160 hồ chứa [1]. Tài nguyên nước Việt Nam thuộc loại phong phú so với trung bình trên thế giới, tuy nhiên thay đổi theo vùng miền và theo mùa, mưa nhiều gây ngập lụt mùa mưa, cạn kiệt vào mùa khô. Thêm vào đó là các hiện tượng thời tiết cực đoan, biến đổi khí hậu – nước biển dâng, ảnh hưởng bởi quản lý và sử dụng nước thượng lưu, khiến tình trạng khan hiếm nước, xâm nhập mặn càng trở nên nghiêm trọng, đặc biệt như đối với sông Hồng, sông Thái Bình và các sông thuộc vùng ĐBSCL.

Hình 1. Sông Hồng cạn nước vào mùa lũ

Về chất lượng nước mặt, theo kết quả đánh giá chất lượng nước mặt thực hiện đối với các lưu vực sông lớn trên phạm vi cả nước, cho thấy nhiều lưu vực sông đã và đang bị ảnh hưởng ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và sản xuất. Suốt thời gian qua, nước thải từ các đô thị, các khu công nghiệp, dân cư nông thôn, làng nghề, sản xuất nông nghiệp, vv… hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu hoặc không được xử lý xả thẳng ra môi trường, làm ô nhiễm các nguồn nước.

Hiện cả nước có hơn 770 đô thị, tuy nhiên tỷ lệ nước thải sinh hoạt được xử lý chỉ đạt ở mức khoảng 12% [2]. Kết quả quan trắc cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm trên nhiều hệ thống sông vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần, như ở hệ thống sông Cầu, sông Nhuệ-Đáy, sông Hồng, sông Đồng Nai.

Hình 2. Ô nhiễm nguồn nước sông Đáy

Nguồn nước ngầm

Việt Nam có nguồn tài nguyên nước dưới đất phong phú, với nhiều tầng chứa nước, có chất lượng tương đối tốt, trong đó phổ biến là: Tầng chứa nước các trầm tích Holocen (qh); Tầng chứa nước các trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp₂); Tầng chứa nước các trầm tích Pleistocen dưới (qp₁); Tầng chứa nước các trầm tích Pliocen (n₂); Tầng chứa nước các trầm tích Miocen (n₁) [3]. Tuy nhiên dữ liệu quan trắc mực nước và chất lượng nước trong những năm gần đây cho thấy mực nước ngầm ở nhiều vùng khai thác bị suy giảm, phễu hạ thấp mực nước do khai thác nước có diện tích tăng thêm, diện tích vùng bổ cập bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa. Chất lượng nước có chiều hướng xấu đi, ảnh hưởng chất ô nhiễm và xâm nhập mặn tăng thêm

Mức độ khai thác nước và nhu cầu dùng nước

Kết quả nghiên cứu của Ban Nước Toàn cầu thuộc Ngân hàng Thế giới, về chỉ số khai thác nước (tỉ lệ khai thác, sử dụng so với tổng lượng nước sẵn có) cho thấy mức độ khai thác, sử dụng nước ở các lưu vực chính của Việt Nam hiện đang tới mức không bền vững, điển hình là sông Hồng-Thái Bình, cụm sông Đông Nam Bộ và lưu vực sông Đồng Nai [4]. Theo tính toán dự báo của Ngân hàng thế giới, nhu cầu nước mùa khô của Việt Nam vào năm 2030 sẽ tăng 32% so với hiện tại và 5 lưu vực sông chính của Việt Nam, các lưu vực kinh tế trọng điểm sẽ có căng thẳng nghiêm trọng về nước [5].

Giải pháp khai thác sử dụng tổng hợp và chủ động nguồn nước một cách bền vững

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, thực trạng nguồn nước ngày càng khan hiếm ở giai đoạn hiện tại và tương lai, bên cạnh việc quản lý nhu cầu, sử dụng nguồn nước hiệu quả và tiết kiệm, cần thiết có các giải pháp khai thác sử dụng tổng hợp và chủ động nguồn nước một cách bền vững. Các giải pháp chính được thể hiện trên Bảng 1.

Bảng 1. Giải pháp khai thác sử dụng tổng hợp và chủ động nguồn nước

Tái sử dụng nước thải

Việc xử lý và tái sử dụng nước thải đạt được các mục tiêu chính sau:

• Chủ động nguồn nước cấp cho các nhu cầu sử dụng, góp phần đảm bảo yêu cầu cấp nước ngày càng tăng trong điều kiện nguồn nước khan hiếm;
• Đảm bảo tỷ lệ nước thải được xử lý với chất lượng theo yêu cầu, góp phần bảo vệ môi trường, bảo vệ chất lượng nguồn nước mặt và nước ngầm.

Hình 3. Chu trình xử lý và tái sử dụng nước thải

Nước thải sau xử lý được tái sử dụng ở hai hình thức, (1) Tái sử dụng trực tiếp và (2) Tái sử dụng gián tiếp. Tái sử dụng trực tiếp là nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn được cấp thẳng cho các nhu cầu sử dụng. Tái sử dụng gián tiếp, là nước thải sau xử lý sẽ được quay lại vùng đệm môi trưởng, như các nguồn nước mặt, nước ngầm, vùng đất ngập nước. Nước được đưa về tự nhiên trước khi được khai thác, xử lý ở công trình xử lý nước cấp, cấp cho các đối tượng dùng nước.

Tùy loại nước thải, với các hình thức tái sử dụng nước thải khác nhau yêu cầu mức độ và công nghệ xử lý nước thải khác nhau. Thông thường nước thải đô thị, yêu cầu xử lý bao gồm: Xử lý loại bỏ cặn, chất hữu cơ, dinh dưỡng và khử trùng nước. Các bước xử lý nước thải chính được thể hiện trên Hình 4. Xử lý nước thải loại bỏ chất hữu cơ và dinh dưỡng, thường sử dụng công nghệ sinh học AAO, bao gồm 3 bước chính: Kỵ khí (Anaerobic) – Hiếm khí (Anoxic) – Hiếu khí (Oxic).

Hình 4. Các bước xử lý nước thải chính

Xử lý và tái sử dụng nước thải gián tiếp, nước được xử lý đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và xả ra nguồn trước khi được tái sử dụng, được đề xuất áp dụng công nghệ xử lý nước thải như trình bày ở Hình 4.

Xử lý tái sử dụng trực tiếp nước thải cho cấp nước sinh hoạt ngoài việc áp dụng công nghệ như trình bày ở trên, cần bổ sung công nghệ lọc màng, sử dụng hai loại màng lọc phổ biến là màng UF (UltraFiltration) và màng thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis). Sử dụng công nghệ lọc màng trong xử lý nước thải yêu cầu chi phí đầu tư cao do màng lọc và các thiết bị đi kèm có chi phí cao, yêu cầu chi phí vận hành lớn do tốn tiền điện bơm áp lực cao để thắng được tổn thất áp lực lớn qua màng lọc. Tái sử dụng trực tiếp nước thải cũng đòi hỏi việc giám sát chất lượng nước liên tục và chặt chẽ.

Hình 5. Hình ảnh màng lọc trong xử lý tái sử dụng nước thải cấp nước uống trực tiếp – Trạm xử lý NewWater – Changi, Singapore [6]

Để đảm bảo an toàn chất lượng nước cấp, giảm thiểu chi phí đầu tư và chi phí vận hành công trình xử lý nước cấp, phương án tái sử dụng nước thải gián tiếp được đề xuất áp dụng. Nước thải sau khi xử lý đạt yêu cầu được đưa trở về tự nhiên, được lưu ở nguồn một thời gian nhất định trước khi tái sử dụng. Các wetland tự nhiên và nhân tạo với đặc điểm có đất, cây và nước cho quá trình xử lý sinh học cũng được sử dụng phổ biến trong xử lý tái sử dụng nước thải. Wetland xử lý nước có thể được kiến tạo kết hợp mục tiêu tạo cảnh quan, như ví dụ wetland xử lý chất ô nhiễm tại Nine Acre L.A, USA (Hình 6). Công nghệ xử lý nước cấp tái sử dụng nước thải tương tự như công nghệ xử lý nước mặt thông thường, bao gồm: keo tụ - tạo bông, lắng, lọc và khử trùng nước.

Hình 6. Wetland xử lý chất ô nhiễm tại Nine Acre L.A, USA

Giải pháp tái sử dụng gián tiếp nước thải cũng được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, như ở Hà Lan, Singapore, Bắc Mỹ. Nước thải sau xử lý ở Singapore một phần được tái sử dụng trực tiếp cho mục tiêu làm mát trung tâm thành phố qua hệ thống cống ngầm, một phần được xả vào các hồ chứa nước và được tái sử dụng gián tiếp, cấp nước cho các mục tiêu sử dụng nước. Bản đồ hệ thống nước ở Singapore được thể hiện trên Hình 7. Ở Hà Lan, ngoài việc tái sử dụng nước thải, quá trình xử lý nước thải còn đồng thời là quá trình thu hồi tài nguyên, ví dụ như thu hồi Protein.

Hình 7. Bản đồ hệ thống nước ở Singapore

Kết luận

Áp dụng tái sử dụng nước thải cho mục tiêu cấp nước sinh hoạt và sản xuất sẽ góp phần giảm căng thẳng nguồn nước, chủ động nguồn nước cấp cho các nhu cầu sử dụng, góp phần đảm bảo yêu cầu cấp nước ngày càng tăng trong điều kiện nguồn nước khan hiếm, đảm bảo ổn định bền vững trong cả điều kiện có ảnh hưởng bởi thời tiết cực đoan, biến đổi khí hậu hay rủi ro nguồn nước thượng lưu

Tăng cường tái sử dụng nước thải góp phần tăng tỷ lệ xử lý nước thải đạt yêu cầu, góp phần bảo vệ môi trường chung và môi trường nước nói riêng, là yêu cầu tất yếu của cuộc sống. Tái sử dụng nước thải là giải pháp bền vững thích ứng với Biến đổi khí hậu.

Tài liệu tham khảo

^{[1] Bộ Tài nguyên môi trường. Báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia, 2022}

^{[2] QCVN, Bộ Tài nguyên môi trường, Thực trạng môi trường nước, 2020}

^{[3] Nguyễn Văn Đản. Khả năng tồn tại các nguồn nước dưới đất ở vùng thềm lục địa Việt Nam, 2023}

^{[4] WB, Ban Nước Toàn cầu, Chỉ số khai thác nước, 2019}

^{[5] WB, Dự báo nhu cầu nước mùa khô năm 2030, 2022}

^{[6] PUB Singapore, NewWater}

^{[7] PUB, Singapore, The Blue Map of Singapore}