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),

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

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).


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

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;

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

-

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)


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:


-

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

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.