Xử lý nước thải: xu hướng hiện tại, định hình tương lai

Xử lý nước thải: xu hướng hiện tại, định<br /> hình tương lai<br /> <br /> Nhu cầu về nước không ngừng tăng, cùng lúc nguồn nước sạch đang giảm dần đặt ra thách thức<br /> lớn cho việc quản lý và tái sử dụng nước. Đây cũng là cơ hội cho những đổi mới sáng tạo trong<br /> việc xử lý nước thải.<br /> <br /> <br /> Theo Hội đồng Nước Thế giới (worldwatercouncil.org), lượng nước tiêu thụ toàn cầu tăng gấp<br /> đôi mỗi 20 năm, nhanh hơn gấp đôi mức tăng trưởng dân số. Nhu cầu về nước không ngừng<br /> tăng, cùng lúc nguồn tài nguyên nước sạch lại đang giảm dần đặt ra thách thức lớn cho việc quản<br /> lý và tái sử dụng nước. Đây cũng là cơ hội cho những đổi mới sáng tạo trong việc xử lý nước<br /> thải (XLNT). Theo một báo cáo mới đây của Freedonia Group (Mỹ), nhu cầu XLNT trên thế giới<br /> trong năm nay dự kiến tăng trưởng 5,7% bất chấp tình hình kinh tế suy thoái.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Nguồn: Global Water market 2014<br /> <br /> <br /> <br /> Thách thức mới<br /> <br /> Ngành XLNT hiện phải đối mặt với nhiều thách<br /> thức gây khó khăn cho lập kế hoạch ngắn và dài<br /> hạn. Chi phí năng lượng tăng, các hợp chất hữu cơ<br /> vi lượng, nguồn tài nguyên có hạn, nguồn nước cần<br /> bảo tồn và các quy định ngày càng nghiêm ngặt<br /> hơn, tất cả phải được xem xét trước khi đầu tư đổi<br /> mới.<br /> <br /> Các tổ chức về nước trên thế giới cho rằng có 5<br />  vấn đề lớn mà các công nghệ XLNT trong tương<br /> lai cần phải giải quyết.<br /> <br /> 1. Loại bỏ dưỡng chất<br /> <br /> Phốt pho và nitơ là những dưỡng chất chính tạo điều kiện cho sự phát triển chất hữu cơ và các<br /> loại tảo gây hiện tượng phì dưỡng trong nước. Các quy định về việc giảm lượng phốt pho và nitơ<br /> trong nước thải sẽ ngày càng nghiêm ngặt hơn để đảm bảo chất lượng nước tái sử dụng.<br /> <br /> 2. Tiết kiệm năng lượng<br /> <br /> Chi phí năng lượng cùng với mục tiêu giảm khí thải nhà kính dẫn đến yêu cầu kiểm soát năng<br /> lượng hiệu quả và các giải pháp thay thế.<br /> <br /> 3. Phát triển bền vững<br /> <br /> Quản lý tài nguyên tốt hơn và khôi phục (tài nguyên) để bảo tồn cho tương lai sẽ là yêu cầu bắt<br /> buộc. Trong XLNT, điều này có nghĩa giảm tiêu thụ tài nguyên và tăng tái chế và tái sử dụng<br /> nước, chất dinh dưỡng và các chất liệu khác có trong nước thải.<br /> <br /> 4. Xử lý những chất ô nhiễm mới<br /> <br /> Mối lo ngại của công chúng về sự hiện diện của hóa chất hữu cơ vi lượng trong nước sẽ thúc đẩy<br /> việc ứng dụng các công nghệ XLNT tiên tiến để loại bỏ các chất này.<br /> <br /> 5. Gắn kết cộng đồng<br /> <br /> Sự tham gia ngày càng nhiều của các bên liên quan trong các quyết định có ảnh hưởng đến môi<br /> trường xung quanh.<br /> <br /> <br /> Công nghệ mới<br /> <br /> Đổi mới trong ngành công nghiệp XLNT đang tăng tốc, mỗi năm lại có những khái niệm và công<br /> nghệ mới, nhưng không phải tất cả đều thâm nhập được thị trường. Dưới đây là một số công<br /> nghệ đầy hứa hẹn, có thể sẽ làm thay đổi hoàn toàn các nhà máy XLNT trong tương lai.<br /> <br /> ▪ Lưới mịn<br /> <br /> Chất rắn trơ trong nước thải gây ra nhiều vấn đề cho hệ thống xử lý nước thải. Tóc, sợi và các<br /> vật liệu nổi trung tính thoát qua màn lọc có khuynh hướng tích tụ trong bể sục khí, ở đó chúng<br /> bện lại với nhau có hình dạng bất định có khả năng làm nghẽn các đường ống và thiết bị cơ khí.<br /> Tổ chức Nghiên cứu châu Âu ước tính sợi xơ<br /> (cellulose) có nguồn gốc từ giấy vệ sinh chiếm<br /> gần 60% tổng chất rắn "trôi nổi" trong nước<br /> thải, và gần như tất cả có thể loại bỏ bằng lưới<br /> mịn 500 micron mét hoặc nhỏ hơn. Chất thải<br /> này có thể tẩy rửa và nén chặt thành chất rắn<br /> khô để đốt như nhiên liệu, hoặc tái chế để làm<br /> giấy. Loại bỏ các sợi xơ có thể giảm tiêu thụ<br /> năng lượng khoảng 50%.<br /> <br /> ▪ Phương pháp kỵ khí<br /> <br /> Phương pháp kỵ khí (hay yếm khí) là lựa chọn hấp dẫn cho XLNT sinh hoạt, có chi phí thông<br /> khí và xử lý bùn thấp hơn hẳn qui trình hiếu khí (nhờ không cần khử oxy để đạt chuẩn COD -<br /> Carbonaceous Oxygen Demand), và lượng bùn thải cũng giảm đáng kể. Với bể phản ứng sinh<br /> học dùng màng kỵ khí (AnMBR) vấn đề trọng lực được loại bỏ, thời gian lưu nước ngắn, và<br /> AnMBR là một khối kín nên giảm mùi đáng kể.<br /> <br /> So sánh hiệu quả XLNT theo phương pháp kỵ khí và hiếu khí<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ▪ Thu hồi phốt pho<br /> Có nhiều dự báo khác nhau về sự cạn kiệt phốt<br /> pho trên thế giới, thay đổi trong khoảng từ 100<br /> đến 300 năm tới. Nhưng quan trọng hơn, 90%<br /> trữ lượng đá vôi được biết phân bổ chỉ ở 8 quốc<br /> gia, và chỉ có 3 quốc gia (Trung Quốc, Hoa Kỳ,<br /> và Ma-rốc / Tây Sahara) có lượng phốt pho<br /> thương mại lớn. Ở một số quốc gia không có<br /> nguồn đá vôi, việc thu hồi phốt pho từ nước thải<br /> đã trở thành yêu cầu quan trọng để đảm bảo an<br /> ninh lương thực (một trong những ứng dụng<br /> quan trọng của phốt pho là dùng để sản xuất<br /> phân bón).<br /> <br /> Nghiên cứu thu hồi phốt pho từ nước thải đã có nhiều bước tiến trong mười năm qua. Hiện nay,<br /> lựa chọn khả thi nhất là kết tủa sỏi struvite (phosphate amoniac magiê) bằng cách ly tâm bùn đã<br /> khử khuẩn kỵ khí. Phương thức kết tủa ly tâm có thể thu hồi khoảng 40% lượng phốt pho trong<br /> nước thải, và có thể đạt đến 90% nếu kết hợp với thu hồi từ bùn.<br /> <br /> ▪ Làm mới chu trình nitơ<br /> <br /> Quá trình điển hình loại bỏ nitơ khỏi nước thải gồm<br /> nhiều bước, trong đó nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị<br /> dưỡng liên tục chuyển đổi amoniac thành khí nitơ.<br /> Quá trình nitơ hóa - khử nitơ giờ có thể kiểm soát để<br /> việc chuyển đổi amoniac ban đầu nhờ vi khuẩn AOB<br /> (ammonia oxidizing bacteria) dừng ở khâu nitơ hóa,<br /> sau đó nitơ được chuyển thành khí (khử nitơ) nhờ vi<br /> khuẩn dị dưỡng. Việc kết hợp nitơ hóa với khử nitơ<br /> tiết kiệm 25 % chi phí năng lượng so với quá trình<br /> nitơ hóa thông thường, và tiết kiệm 40 % chi phí<br /> methanol trong quá trình khử nitơ.<br /> <br /> ▪ Sơ chế cho quá trình phân hủy kỵ khí và bổ sung nguyên liệu<br /> <br /> Một số công nghệ đang được phát triển nhằm tăng sản lượng khí sinh học trong bể phân hủy kỵ<br /> khí bằng cách sơ chế nguồn phân hủy hoặc bổ sung chất thải ngoài. Ví dụ như qui trình Cambi<br /> (của công ty Cambi, Na Uy) thường được sử dụng xử lý bùn thải hoạt tính, dùng áp suất cao (90<br /> psi - pound/inch vuông) và nhiệt độ cao (160-175 º C) để phá màng tế bào, giải phóng tế bào chất<br /> (khối nguyên sinh bao quanh nhân) dẫn đến phá hủy chất rắn và sinh ra khí sinh học nhiều hơn.<br /> Việc bổ sung các nguyên liệu thải khác cũng có thể tăng sản lượng khí sinh học. Chất béo, dầu,<br /> mỡ (FOG), chất thải thực phẩm có độ hữu cơ cao và dễ phân hủy, các nguyên liệu này được<br /> nghiền thành hỗn hợp đồng nhất để đưa vào qui trình phân hủy. Ngoài tiềm năng tăng năng<br /> lượng từ khí sinh học, việc sử dụng các nguyên liệu này giúp giảm tải nhà máy XLNT, giảm tình<br /> trạng tắt nghẹt cống rãnh, giảm chất thải đưa đến các bãi chôn (rác), và giảm khí thải nhà kính<br /> liên quan đến khâu vận chuyển chất thải.<br /> Mô hình qui trình Cambi.<br /> <br /> ▪ Ôzôn với than hoạt tính (GAC) và lọc khí sinh học (BAF)<br /> <br /> XLNT thông thường không khử hiệu quả tất cả các chất ô<br /> nhiễm hữu cơ vi lượng (TorC), do vậy cần có phương<br /> thức xử lý tiên tiến phù hợp cho từng loại TorC, nồng độ<br /> và các quy định tương lai. Tuy các nhà nghiên cứu chỉ ra<br /> rằng ôzôn hóa làm tốt việc khử TorC, nhưng không có<br /> một qui trình xử lý đơn lẻ nào có khả năng khử hết tất cả<br /> các loại. Ví dụ, chất chống cháy thuộc nhóm hợp chất<br /> không thể khử sạch bằng phương pháp ôzôn, nhưng khử<br /> tốt bằng GAC.<br /> Hệ thống XLNT tương lai phải có qui trình linh hoạt để thực hiện xử lý khử TorC, trong đó các<br /> qui trình xử lý bổ sung như GAC hay BAF sẽ loại bỏ các hợp chất mà ôzôn hóa một mình không<br /> khử hết được.<br /> <br /> ▪ Khí hóa và nhiệt phân<br /> <br /> Nhận thức nguồn năng lượng tiềm năng của cặn<br /> nước thải, nhiều công nghệ mới đang được phát<br /> triển để tạo ra những hệ thống không dùng đến<br /> năng lượng ngoài. Khí hóa và nhiệt phân là những<br /> công nghệ hứa hẹn nhất trong số này, hai công<br /> nghệ này trước đây yêu cầu bùn thải phải được sấy<br /> khô thành chất rắn đến 90 %. Một số giải pháp khí<br /> hóa mới có khả năng xử lý chất rắn chỉ cần sấy khô<br /> 50 % hoặc thậm chí 10 %, do đó ít tốn năng lượng.<br /> Quá trình khí hóa đốt nóng<br /> chất rắn trên 800oC trong điều kiện nghèo oxy để tạo thành khí tổng hợp, trong đó chủ yếu bao<br /> gồm hydro và carbon monoxide.<br /> <br /> Nhiệt phân tạo ra khí tổng hợp tương tự như khí hóa, nhưng hoạt động ở nhiệt độ khoảng 700oC<br /> và trong môi trường không oxy. Cả hai qui trình được thiết kế để làm việc chặt chẽ với nhau,<br /> trong đó khí tổng hợp được đốt để đun nóng khí thải, khí này sau đó được sử dụng làm nguồn<br /> năng lượng cho quá trình sấy. Hầu hết năng lượng thu hồi được sử dụng để sấy khô chất rắn,<br /> phần còn lại để sản xuất điện.<br /> <br /> P. Nguyễn, STINFO Số 8/2013<br />