Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững

Tóm tắt: Hiện nay, trên thế giới nước thải đô thị được xử lý tới cấp 2 (xử lý hữu cơ, TN tới nitrat, vi sinh), cấp 3 (xử lý TN, TP), một số nơi đã xử lý nâng cao tới mức tái sử dụng hoặc bổ cập nguồn an toàn. Xử lý cấp 2 là cách tiếp cận thông thường được khởi động từ đầu thế kỷ XX ở châu Âu, Mỹ và Việt Nam cũng đang đi theo hướng này, đôi khi phát triển tới cấp 3. Tuy nhiên, xử lý kiểu này tốn nhiều điện năng (trung bình thế giới hiện là 4% lượng điện quốc gia, và tới 2040 sẽ là 8%), lãng phí các tài nguyên có thể tái tạo trong nước thải. Mặt khác, lượng rác thải sinh hoạt tăng không ngừng theo dân số và mức sống, các thành phố lớn ở Việt Nam phải chi tới 3-3,5% ngân sách để thu gom, vận chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt, trong đó, khoảng 60% là rác hữu cơ, chủ yếu là dùng công nghệ chôn lấp hợp vệ sinh. Từ khoảng hơn 20 năm trở lại đây, nhiều nghiên cứu bắt đầu hiện thực hóa các cách tiếp cận mới đối với công nghiệp vệ sinh môi trường, đó là hướng phát triển bền vững - nền kinh tế tuần hoàn (circular economy), thu hồi tối đa tiềm năng về mặt năng lượng, vật chất và nước từ nước thải đô thị, nước thải giàu hữu cơ từ công nghiệp và khu vực chăn nuôi cũng như phần hữu cơ trong rác sinh hoạt (RSH). Bài báo này tổng quan những thay đổi trong công nghiệp xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững mà Việt Nam có cơ hội theo đuổi

pdf 8 trang yennguyen 3500
Bạn đang xem tài liệu "Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững

Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững
5061(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Đặt vấn đề
Hiện nay, trên thế giới nước thải đô thị thường được xử 
lý tới cấp 2 (loại bỏ hữu cơ - HC, tổng nitơ - TN có thể 
chuyển hóa tới nitrat, xử lý vi sinh), xử lý cấp 3 (loại bỏ 
thêm TN, tổng phospho - TP), một số nơi đã xử lý nâng cao 
tới mức đạt các tiêu chuẩn có thể tái sử dụng hoặc bổ cập 
nguồn nước. Đây là cách tiếp cận thông thường được khởi 
động từ đầu thế kỷ XX ở châu Âu, Mỹ và về nguyên tắc 
là đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh môi trường. Hiện nay, 
Việt Nam cũng đang thực hiện theo hướng này. Tuy nhiên, 
phương thức xử lý kiểu này tiêu tốn nhiều điện năng, trung 
bình thế giới hiện nay lĩnh vực nước cấp và nước thải tiêu 
thụ tới 4% lượng điện quốc gia, và tới 2040 sẽ là 8%) [1], 
đồng thời lãng phí các tài nguyên có thể tái tạo có trong 
nước thải (nước, năng lượng, N, P, K). Nhiều nhà khoa 
học gần đây coi kiểu xử lý nước thải này là sai đường, một 
số khác thì kêu gọi hãy “khai mỏ trong nước thải” [2, 3]. 
Mặt khác, lượng rác thải sinh hoạt tăng không ngừng theo 
sự gia tăng của dân số và mức sống. 
Các thành phố lớn ở Việt Nam phải chi tới 3-3,5% ngân 
sách để thu gom, vận chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt, 
trong đó khoảng 60% là rác hữu cơ, chủ yếu là dùng công 
nghệ chôn lấp hợp vệ sinh [4]. Phương thức xử lý này kéo 
theo nhu cầu lớn và không ngừng tăng về diện tích đất xây 
dựng bãi chôn lấp, dẫn đến những thách thức không nhỏ về 
việc phải đối phó với các hệ quả môi trường phát sinh từ 
các bãi chôn lấp rác như nước rỉ rác, mùi, các vectơ truyền 
bệnh, phát thải khí nhà kính (KNK) Đây là giải pháp rất 
lãng phí tài nguyên, chỉ có tiềm năng nhỏ trong việc thu hồi 
năng lượng từ khí bãi rác, các công nghệ khác (làm phân 
compost, đốt, nhà máy phân loại) có suất đầu tư và chi 
phí vận hành rất lớn, khó khăn trong việc tiêu thụ sản phẩm 
(phân compost) nên thiếu tính bền vững. Từ khoảng hơn 
20 năm trở lại đây, nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học 
Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải 
theo hướng phát triển bền vững
Cao Thế Hà1*, Vũ Ngọc Duy2, Nguyễn Thị An Hằng3, Nguyễn Trường Quân1, 
Cao Thế Anh4, Trần Mạnh Hải5, K. Fukushi6, H. Katayama6
2Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 
3Chương trình kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Việt Nhật, Đại học Quốc gia Hà Nội 
Tóm tắt:
Hiện nay, trên thế giới nước thải đô thị được xử lý tới cấp 2 (xử lý hữu cơ, TN tới nitrat, vi sinh), cấp 3 (xử lý TN, 
TP), một số nơi đã xử lý nâng cao tới mức tái sử dụng hoặc bổ cập nguồn an toàn. Xử lý cấp 2 là cách tiếp cận thông 
thường được khởi động từ đầu thế kỷ XX ở châu Âu, Mỹ và Việt Nam cũng đang đi theo hướng này, đôi khi phát 
triển tới cấp 3. Tuy nhiên, xử lý kiểu này tốn nhiều điện năng (trung bình thế giới hiện là 4% lượng điện quốc gia, 
và tới 2040 sẽ là 8%), lãng phí các tài nguyên có thể tái tạo trong nước thải. Mặt khác, lượng rác thải sinh hoạt tăng 
không ngừng theo dân số và mức sống, các thành phố lớn ở Việt Nam phải chi tới 3-3,5% ngân sách để thu gom, vận 
chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt, trong đó, khoảng 60% là rác hữu cơ, chủ yếu là dùng công nghệ chôn lấp hợp vệ 
sinh. Từ khoảng hơn 20 năm trở lại đây, nhiều nghiên cứu bắt đầu hiện thực hóa các cách tiếp cận mới đối với công 
nghiệp vệ sinh môi trường, đó là hướng phát triển bền vững - nền kinh tế tuần hoàn (circular economy), thu hồi tối 
đa tiềm năng về mặt năng lượng, vật chất và nước từ nước thải đô thị, nước thải giàu hữu cơ từ công nghiệp và khu 
vực chăn nuôi cũng như phần hữu cơ trong rác sinh hoạt (RSH). Bài báo này tổng quan những thay đổi trong công 
nghiệp xử lý nước thải theo hướng phát triển bền vững mà Việt Nam có cơ hội theo đuổi.
Từ khóa: chất thải, công nghệ xử lý nước thải, nước thải, nước thải đô thị.
Chỉ số phân loại: 2.7
*Tác giả liên hệ: Email: caotheha@gmail.com
1Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững, 
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 
4Khoa Kỹ thuật hóa học, Đại học KU Leuven (Bỉ) 
5Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
6Khoa Kỹ thuật đô thị, Đại học Tokyo (Nhật Bản)
Ngày nhận bài 8/11/2018; ngày chuyển phản biện 14/11/2018; ngày nhận phản biện 10/12/2018; ngày chấp nhận đăng 18/12/2018
5161(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
kết hợp với cố gắng từ các nhà công nghiệp, các nhà quản 
lý đã bắt đầu hiện thực hóa các cách tiếp cận mới đối với 
công nghiệp vệ sinh môi trường, đó là các cách tiếp cận theo 
hướng phát triển bền vững - nền kinh tế tuần hoàn (Circular 
Economy), thu hồi tối đa tiềm năng về mặt năng lượng, vật 
chất và nước từ nước thải đô thị, nước thải giàu hữu cơ từ 
công nghiệp và khu vực chăn nuôi cũng như phần hữu cơ 
trong RSH. Đã xuất hiện một số pilot, bước tiến đáng kể 
nhất là tháng 6/2017 ở Billund, Đan Mạch đã xuất hiện nhà 
máy xử lý chất thải đầu tiên theo hướng này. Nhà máy xử 
lý nước thải đô thị theo kiểu “chi phí, xử lý - thải bỏ” đã và 
đang dần tiến hóa thành “chi phí, xử lý - thu hồi tài nguyên 
- không phát thải”, nó xử lý đồng thời nước thải đô thị với 
các dòng thải giàu hữu cơ, bao gồm cả phần chất thải rắn 
hữu cơ trong RSH và công nghiệp giàu hữu cơ, bao gồm cả 
chất thải chăn nuôi. Báo cáo này tổng quan những thay đổi 
trong công nghiệp xử lý nước thải theo hướng phát triển bền 
vững nêu trên. Việt Nam là một đất nước đang đô thị hóa 
nhanh nhưng chưa cao (mức đô thị hóa khoảng 35%), nông 
thôn đang đổi mới theo hướng sản xuất hàng hóa tập trung, 
phát thải rất lớn nên rất cần có sự thay đổi và có cơ hội thay 
đổi ngành công nghiệp xử lý môi trường theo hướng kinh 
tế tuần hoàn này. 
Hiện trạng và thách thức
Đô thị hóa - hiện đại hóa là sự phát triển tất yếu của thế 
giới nói chung và Việt Nam nói riêng, tuy nhiên, kéo theo 
nó là những thách thức mà muốn đạt các mục tiêu phát triển 
bền vững loài người bắt buộc phải vượt qua [5], đó là: ô 
nhiễm không khí; nước và nước thải; chất thải rắn; phát thải 
các KNK; nghèo đói và các khu nhà ổ chuột; bất ổn xã hội. 
Vậy, công nghiệp môi trường với chức năng làm sạch có 
thể “tuần hoàn” những gì từ lượng chất thải không ngừng 
gia tăng? Ở mức độ nhất định, con người đã và đang tái 
chế, tái sử dụng thành công rất nhiều chất thải như kim loại, 
nhựa, giấy... Nước thải công nghiệp, rác công nghiệp theo 
quy định thì thuộc trách nhiệm của người phát thải. Còn 
những dòng thải khổng lồ khác như nước thải, rác thải từ 
khu vực dân sinh hiện nay nhà nước đang phải căng sức để 
giải quyết. Vậy hiện trạng vấn đề này như thế nào?
Trong lĩnh vực xử lý nước thải sinh hoạt, nếu chỉ tính 
riêng cho dân cư đô thị, với mức độ đô thị hóa hiện nay và 
tương lai luôn lớn hơn mức tăng dân số trung bình, tới 2030 
Việt Nam sẽ có khoảng 106,3 triệu dân với 47,87 triệu dân 
đô thị (44,87% dân số) [6]. Với định mức cấp nước đô thị 
hiện nay là ~200 l/người/ngày, hiệu quả thu gom xử lý là 
80%, giả thiết là toàn bộ nước thải của dân số đô thị được 
xử lý thì tổng công suất xử lý nước thải đô thị cần có năm 
2017 và 2030 tương ứng là 5,25 triệu m3/ngày và 7,63 triệu 
m3/ngày. Theo [7] thì tới nay, Việt Nam mới có 37 nhà máy 
xử lý nước thải tập trung với tổng công suất 890.000 m3/
Current status of in wastewater 
treatment technology 
toward sustainable development
The Ha Cao1*, Ngoc Duy Vu2, Thi An Hang Nguyen3, 
Truong Quan Nguyen1, The Anh Cao4, 
Manh Hai Tran5, K. Fukushi6, H. Katayama6
1Research Centre for Environmental Technology and Sustainable Development, 
University of Science, Vietnam National University, Hanoi 
 2 Faculty of Chemistry, University of Science, Vietnam National University, Hanoi 
3 Program of Environmental Engineering, Vietnam Japan University (MEE-VJU), 
Vietnam National University, Hanoi 
4 Department of Chemical Engineering, KU Leuven (Belgium) 
5Institute of Environmental Technology, Vietnam Academy of Science & Technology 
6Urban Engineering, Tokyo University (Japan)
Received 8 November 2018; accepted 18 December 2018
Abstract:
At the present practice of urban wastewater treatment in 
the world, secondary treatment (removal of organics, patho-
gens, TN to nitrate), tertiary treatment (plus removal of TN, 
TP), and advanced treatment are applied to reclaim water 
for safe reuse or recharging groundwater sources. Secondary 
treatment is a conventional approach which originated since 
early 1900s from Europe and America, and Vietnam is now 
applying this approach with some improvement. However, 
this kind of treatment consumes a lot of energy (the world 
average consumption is 4% of total electricity produced, and 
it will reach 8% by 2040), and waste renewable resources in 
wastewater. On the other side, the amount of municipal sol-
id wastes (MSW) constantly increases along with the growth 
of population and living; in Vietnam, the large cities have to 
spend about 3-3.5% of their budget just for MSW (contain-
ing ~60% organics) collection, transportation and treatment 
for landfilling. During the last 20 years, a lot of researches 
have been conducted in the direction of new approaches in 
the field of waste treatment, this is the concepts of sustainable 
development - circular economy. This mean energy and ma-
terials including wastewater are recovered and reused. Ur-
ban wastewater, industrial rich organic wastewaters, animal 
breeding wastewater, organic fraction of MSW can be the 
input into this treatment system, outputs such as renewable 
energies, reclaimed water and fertilizers, and other useful 
materials can also be produced. This paper reviews real de-
velopments in this promising field, a sustainable development 
opportunity that Vietnam should pursue.
Keywords: urban wastewater, waste, wastewater, wastewater 
treatment technology.
Classification number: 2.7
5261(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
ngày - đêm, tới 2020 sẽ có thêm 50 nhà máy với tổng công 
suất 2 triệu m3/ngày - đêm, nghĩa là tổng công suất chưa đạt 
50% của nhu cầu 2030. Để có được công suất xử lý này, với 
suất đầu tư 250 USD/người tới 2030, theo [8] Việt Nam sẽ 
cần tổng chi đầu tư xây dựng các nhà máy xử lý là 11,925 
tỷ USD. Tiếp theo là chi phí xử lý nước thải, thải bỏ bùn 
thải. Giả thiết là toàn bộ nước thải đô thị được xử lý bằng 
công nghệ phổ biến nhất hiện nay là bùn hoạt tính (BHT), 
tạm tính con số chi phí trực tiếp (điện năng, hóa chất, nhân 
công, sửa chữa nhỏ, chưa tính khấu hao) ở mức khiêm tốn 
là 4.000 đồng/m3, với lưu lượng nước thải nêu trên, chi phí 
2017 và 2030 để xử lý nước thải đô thị tương ứng là 18,4 tỷ 
đồng/ngày, 6.716 tỷ đồng/năm và 24 tỷ đồng/ngày, 8.760 tỷ 
đồng/năm (chưa tính trượt giá) tương ứng, nếu tính cả chi 
phí khấu hao, con số chờ đợi là gần gấp đôi [2]. Rất tiếc, 
việc đầu tư xử lý nước thải ở Việt Nam hầu như chỉ tập trung 
ở các khu công nghiệp và các đô thị lớn, khu vực phát thải 
nặng nề hơn là nông thôn chưa được đầu tư, các đô thị cũng 
chỉ mới đáp ứng trên 10% nhu cầu cần xử lý [7]. 
Ở khía cạnh thu hồi năng lượng và tài nguyên từ chất 
thải, về nguyên tắc, nước thải và RSH có tiềm năng thu hồi 
- tái sử dụng nhất định, đó là tiềm năng: nước, năng lượng 
(điện, nhiệt), các thành phần khác trong nước/chất thải. Lợi 
ích khác của việc xử lý theo cách tiếp cận “Kinh tế tuần 
hoàn” đối với các loại nước thải giàu hữu cơ và phần hữu 
cơ trong RSH bao gồm: vệ sinh môi trường; giảm phát thải 
KNK; giảm thiểu nhu cầu chôn lấp, tạo điều kiện để phát 
triển công nghiệp thu hồi, tái chế rác thải; thu hồi, bảo vệ tài 
nguyên, nhất là P - tài nguyên không tái tạo và đang cạn kiệt 
nhưng là yếu tố cần thiết để đảm bảo một nền nông nghiệp 
năng suất cao và bền vững.
Nếu Việt Nam áp dụng các nguyên lý của “Kinh tế tuần 
hoàn” hay là “Phát triển xanh” như đã đề cập [9], chắc chắn 
công tác xử lý nước thải sinh hoạt và RSH sẽ góp phần 
quyết định trong việc giảm thiểu tác động của cả 6 thách 
thức trên con đường đạt các SDG mà Chính phủ Việt Nam 
mong muốn thực hiện [10]. Sau đây sẽ là tổng quan ngắn 
gọn về những thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý 
nước thải sinh hoạt theo hướng phát triển bền vững và nhất 
là về những ứng dụng ở quy mô công nghiệp trong lĩnh vực 
này. 
Những nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước thải
Về khía cạnh lịch sử quản lý - xử lý nước thải, con người 
đã bắt đầu quan tâm đến vấn đề nước thải sinh hoạt từ thời 
cổ đại. Những di chỉ khảo cổ cho thấy, nhà vệ sinh đã có mặt 
ở Mohenjo-Daro gần sông Indus (Pakistan) từ năm 1500 
trước Công nguyên (CN), ở Cloaca Maxima, Rome (Ý) đã 
phát hiện những công trình thu gom - thoát nước thải được 
xây dựng từ năm 500 trước CN, tài liệu lịch sử cho thấy 
những hệ thống thu gom - thoát - thải bỏ nước thải đã có từ 
2000 năm trước CN [11]. Cách mạng công nghiệp (CMCN) 
lần thứ nhất (khoảng cuối thế kỷ XVIII, nửa đầu thế kỷ 
XIX) và nhất là CMCN lần thứ hai (nửa sau thế kỷ XIX) 
đã dẫn tới sự ra đời của hàng loạt thành phố lớn, điển hình 
là London - thành phố lớn nhất thế giới thời đó. Ở London, 
1865-1868 là thời điểm hệ thống kênh thoát nước thải hiện 
đại ra sông Thames được xây dựng và phục vụ tới ngày nay. 
Bức tranh tương tự cũng được thực hiện ở toàn châu Âu 
và Bắc Mỹ [11], rồi lan ra toàn cầu, trong đó có Việt Nam. 
Vấn đề chất lượng nước cấp được chính quyền London rất 
quan tâm, họ đã đề cử Viện Hoàng gia Anh Frankland thực 
hiện nhiệm vụ báo cáo chất lượng nước sông - nguồn nước 
cấp hàng tháng, Ủy ban ô nhiễm sông do Frankland phụ 
trách đã phát triển các phương pháp phân tích chất lượng 
nước. Năm 1868, trong một cuộc họp Frankland đã báo 
cáo về hiện tượng nước cấp của London lấy từ các dòng 
chảy từ núi Cader Idris và Plyalimmon (Bắc Wales) đã bị 
ô nhiễm bởi các vi trùng có hại (unhealthy germs) và hóa 
chất. Tuy nhiên, tới năm 1871 các phương pháp phân tích 
do Frankland mới được áp dụng rộng rãi để đánh giá chất 
lượng nước và hỗ trợ công tác nghiên cứu xử lý nước thải.
Ngày nay, vai trò chủ đạo của công nghệ sinh học, trong 
đó vi khuẩn, một mặt là tác nhân gây các bệnh dịch lan 
truyền theo đường nước, nhất là dịch tả và sốt phát ban, 
mặt khác là tác nhân chủ lực thực hiện các quá trình xử lý ô 
nhiễm nước thải sinh hoạt, được mọi người công nhận, tuy 
nhiên, tới cuối thế kỷ XIX, câu hỏi “hóa học hay sinh học” 
thường xuyên được tranh cãi trong giới khoa học. 
Đầu tiên, các nhà khoa học chú ý đến hiện tượng “tự làm 
sạch” của hỗn hợp nước sông và nước thải. Có lẽ Alexander 
Müller vào 1869 đã khẳng định là ô nhiễm hữu cơ trong 
nước được phân hủy nhờ các quá trình vi sinh. Tới năm 
1883, J. König đưa một tấm lưới vào nước thải và ghi nhận 
sự hình thành các màng vi sinh kèm theo là sự phân hủy các 
chất hữu cơ hòa tan, dưới sự hướng dẫn của Robert Koch thí 
nghiệm này được lặp lại bởi Wolffhügel và Thiemann, kết 
luận là màng vi sinh có thể xuất hiện trên nhiều loại vật liệu 
mang. Sau đó, từ 1885 tới 1890, các nhà khoa học châu Âu 
(Emich 1885; König 1886; Knauff 1887; Weigmann 1888; 
Winogradsky 1890) đã chứng minh là bên cạnh việc ôxy 
hóa hữu cơ tới CO
2
, các quá trình vi sinh  ... ủa nhà máy bắt đầu tiếp nhận rác hữu 
cơ và thực hiện quá trình đồng phân hủy với bùn vi sinh từ 
dây chuyền xử lý nước thải. 
Đan Mạch: có nhà máy xử lý nước thải Marselisborg, 
Aarhur. Dự án bắt đầu được nghiên cứu từ 2006 với mục 
tiêu giảm chi phí năng lượng, giảm phát thải CO
2
, kế hoạch 
là thay 14 nhà máy nhỏ bằng 4 nhà máy mới lớn, hiện đại 
hơn, thực hiện trong giai đoạn 2011-2015. Marselisborg là 
nhà máy lớn nhất, phục vụ 220.000 dân, công suất 32.918 
m3/ngày [16]. Nhà máy đã áp dụng hàng loạt giải pháp tiết 
kiệm và thu hồi năng lượng, kể cả điều khiển tự động, trong 
đó tiết kiệm lớn nhất là quá trình annamox để xử lý N, thu 
hồi năng lượng qua hệ AD sản xuất biogas từ bùn thải và 
đồng phát điện - nhiệt CHP. 
Thu hồi phân bón
Về lý thuyết, nước thải ngoài dự trữ năng lượng (dưới 
dạng các hợp chất carbon - C, có thể chuyển hóa thành 
biogas để thu hồi năng lượng) có thể thu hồi, còn có một 
lượng lớn N, P, K, các kim loại (bao gồm cả kim loại nặng) 
nếu không thu hồi được, trừ K (gần như không tác động 
tới môi trường) sẽ phải chi phí xử lý; sau xử lý phát sinh 
bùn cặn chủ yếu là hữu cơ trơ, không xử lý được bằng vi 
sinh. Hiện nay, công nghệ đã được phát triển tới quy mô 
sản xuất để thu hồi hoặc xử lý N, P, cặn bùn hữu cơ. Thu 
hồi kim loại nặng đang trong quá trình nghiên cứu và phát 
triển. Hiện nay, công nghệ thu hồi phốt pho (P) dưới dạng 
phân bón P đã được phát triển thành công, hứa hẹn bảo vệ 
nguồn P có hạn (Việt Nam còn dự trữ appatit, với mức tiêu 
thụ phân P như hiện nay, chỉ đủ dùng 20-30 năm nữa). Hơn 
nữa, phốt pho là thành phần trong nước thải gây phú dưỡng 
các nguồn nước rất mạnh, rất khó xử lý bằng các kỹ thuật vi 
5561(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
sinh. Công nghệ thu hồi P từ nước và bùn thải phổ biến nhất 
là kết tinh dưới dạng struvit (NH
4
MgPO
4
) - một dạng phân 
P nhả chậm, ngoài P còn có cả N, Mg cũng là những thành 
phần phân bón quan trọng, có giá trị thương mại cao. Trong 
nhiều công nghệ được nghiên cứu có tới 9 công nghệ đã và 
đang được triển khai ở quy mô sản xuất, sớm nhất là công 
nghệ Phosnix do Công ty Unitika Ltd. (Nhật Bản) phát triển 
từ 1987, đã và đang áp dụng từ 1998 ở Nhà máy xử lý nước 
thải Hồ Shinji, tỉnh Shimane, để xử lý 1.000 m3/ngày dòng 
thải từ hệ xử lý bùn với hiệu suất thu hồi P lên tới 80-90%. 
Ở châu Âu có các công nghệ: PhospaqTM (Hà Lan) đang 
áp dụng ở các nhà máy nước thải Olburgen (Hà Lan) và 
Stoke Bardolph (Anh); AirPrexTM (Đức, Hà Lan) đang áp 
dụng tại 2 nhà máy xử lý nước thải ở Đức, 1 ở Hà Lan 
(AirPrex Technical Factsheet, 2015 [17]); Seaborne (Đức) 
áp dụng ở nhà máy nước thải Gifhorn từ 2007, sản lượng 
270 kg sản phẩm ngày (P-Rex, Gifhorn Technical Factsheet, 
2015 [17]); ở Pháp có công nghệ của Naskeo environment 
(2014), sản lượng struvit đạt 90 kg/ngày [18].
Thành công nhất là công nghệ Pearl do Đại học British 
Colombia, Canada phát triển. Năm 2007 mới thử nghiệm 
quy mô pilot ở Bắc Mỹ. Chỉ sau 2 năm (2009) đã có nhà 
máy đầu tiên ở Durham Advanced Wastewater Treatment 
Facility of Clean Water Services, Portland, Oregon (USA) 
với công suất thu hồi là 760 tấn/năm. Đến nay, công nghệ 
Pearl đã hiện diện tại 17 nhà máy xử lý nước thải đang hoạt 
động ở 6 quốc gia (Canada, Mỹ, Anh, Hà Lan, Tây Ban Nha, 
Ba Lan) với tổng công suất 19.000 tấn struvit/năm dưới tên 
thương mại là Crystal Green (Ostara, 2018). 
Mô hình BBR [Billund BioRefinery (Nhà máy “lọc 
sinh khối” Billund)]
BBR là một nhà máy trong hệ thống của Công ty dịch 
vụ công Billund Vand A/S, Đan Mạch, là Công ty có trách 
nhiệm cung cấp dịch vụ trong lĩnh vực cấp nước, xử lý nước 
thải và cấp năng lượng cho thị trấn Billund và khu vực xung 
quanh. BBR là nhà máy xử lý nước thải (XLNT), đồng thời 
là nhà cung cấp năng lượng. Ở đây hệ thống XLNT được 
kết nối với hệ xử lý bùn yếm khí thế hệ mới đồng phân hủy 
bùn từ nhà máy XLNT kết hợp với phần hữu cơ trong RSH 
(ODW) và các chất thải hữu cơ từ công nghiệp (OIW). BBR 
không những tự túc về mặt năng lượng, nó còn cung cấp 
cho nhu cầu xung quanh hơn 150% năng lượng (điện, nhiệt 
năng) “xanh” so với năng lượng nó tiêu thụ, tái tạo nước 
thải để tái sử dụng, và sản xuất phân hữu cơ chất lượng cao 
phục vụ nông nghiệp. Nó thu hồi tới 98% tiềm năng có thể 
thu hồi có trong nước thải và chất thải. Nhà máy BBR được 
coi là ví dụ ở quy mô công nghiệp về khái niệm “Kinh tế 
tuần hoàn”, điều này rất quan trọng đối với sự nghiệp phát 
triển bền vững [19].
Để đạt được các kết quả ấn tượng trên, BBR áp dụng 
hàng loạt tiến bộ khoa học công nghệ trong lĩnh vực xử lý 
nước/chất thải, trong đó trái tim của hệ thống là công nghệ 
phân hủy yếm khí (AD) bản quyền Exelys™ của Veolia. 
Công nghệ này cho phép phân hủy yếm khí chất hữu cơ sâu 
hơn, tăng thu hồi biogas lên 20-40% so với thông thường, 
lượng cặn bùn sinh ra để làm phân compost giảm về lượng 
đồng thời thay đổi về chất: dễ tách nước, làm khô hơn. Cùng 
với ExelisTM, BBR còn áp dụng những thành tựu tốt nhất 
của ngành công nghiệp nước thải, quan trọng nhất là: STAR 
Utility Solutions; ANITA™Mox; BioPasteur™; Lọc đĩa 
Hydrotech™ [20].
Có thể coi, BBR là một bước tiến hóa của nhà máy nước 
thải Marselisborg đã nêu ở trên về khía cạnh thu hồi năng 
lượng. Bảng 1 so sánh các thông số giữa hai nhà máy về 
khía cạnh thu hồi năng lượng xanh.
Bảng 1. Cân bằng năng lượng năm, so sánh BBR và nhà máy 
nước thải Marselisborg.
Nguồn: [21].
Lưu ý là về mặt công suất nhà máy XLNT Marselisborg 
có công suất lớn hơn nhiều (32.918 m3/ngày) [22] so với 
BBR (~7.000 m3/ngày). Tuy nhiên, bên cạnh nước thải sinh 
hoạt, BBR còn nhận xử lý một lượng lớn nước thải, chất 
thải giàu hữu cơ từ các nhà máy và khu vực chăn nuôi xung 
quanh, bao gồm cả phần hữu cơ trong RSH với tổng lượng 
hữu cơ quy chất khô (DS) là 4.200 tấn/năm [22]. 
Về hiệu quả thu hồi năng lượng tái tạo qua phân hủy hữu 
cơ thành biogas và phân hữu cơ, BBR đạt tới 99,9%, trong 
đó 70% thành biogas. Hiệu suất phát điện - nhiệt từ biogas 
ở BBR đạt tới gần 85%, tổn thất nhiệt có 15,2%, đây là con 
số lý tưởng nếu so sánh với các nhà máy nhiệt điện ở Việt 
Nam hiện nay. Về khía cạnh thu hồi P (52 tấn P/năm), BBR 
đạt tới 96%, tuy nhiên, do áp dụng quá trình annamox (ôxy 
hóa yếm khí NH
3
 bằng NO
2
-), hiệu suất thu hồi N (dưới 
dạng phân hữu cơ) chỉ đạt 32%, phần N còn lại được thải 
vào môi trường dưới dạng N
2
, ngoài ra một lượng điện năng 
đáng kể phải chi phí cho quá trình nitrit hóa khoảng 50% 
106 Nm3 kWh So sánh Marselisborg
Đầu vào Biogas tự sinh 4,2 27.000.000 100,0%
Sản lượng điện 10.800.000 40,0%
Sản lượng nhiệt 12.100.000 44,8%
Tổn thất 4.100.000 15,2%
TỔNG, kWh/năm 22.900.000 9.628.000
Xuất ra Điện năng 10.800.000 100,0% 817.000
Nhiệt năng 5.000.000 41,3% 2.500.000
Tiêu thu năng lượng 
ở BBR 
Điện năng (mua) 3.200.000 29,6% bán
Nhiệt năng 7.100.000
58,7% tự sản 
xuất
TỔNG, kWh/năm 10.300.000 6.311.000
Hệ số năng lượng 
(sinh ra:tiêu thụ)
Điện năng 3,3
Nhiệt năng 2,4
5661(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
của 182 tấn N-amôni/năm. Phân hữu cơ thu được 1.562 tấn/
năm với hàm lượng dinh dưỡng khá cao: 5,9%N, 3,2%P, các 
con số này vượt xa các loại phân hữu cơ vi sinh hiện nay ở 
Việt Nam. 
Có thể thấy, điểm mạnh của BBR là công nghệ AD rất 
hiệu quả, cặn bùn phát sinh chất lượng cao về mặt dinh 
dưỡng và cả vi sinh, có thể sử dụng cho nông nghiệp. Hơn 
nữa, công nghệ BBR cho phép xử lý đồng thời cả phần hữu 
cơ trong RSH, điều này rất quan trọng với Việt Nam vì có 
thể giảm thiểu nhu cầu chôn lấp rác, tạo thuận lợi cho công 
nghiệp thu hồi - tái chế chất thải rắn. Điểm còn chưa hoàn 
thiện là phần N thu hồi còn thấp, điều này kéo theo chi phí 
điện năng trong quá trình xử lý TN ở dây chuyền xử lý nước.
Kết luận và kiến nghị
Dưới áp lực của ô nhiễm môi trường, của sự cạn kiệt 
tài nguyên, của sự biến đổi khí hậu, mô hình “Kinh tế tuần 
hoàn” trong công nghiệp xử lý nước thải là điều phải và nên 
theo đuổi. Sự thành công của Mô hình BBR ở Đan Mạch 
là rất nên học tập. Mô hình BBR cho phép loại bỏ nhu cầu 
chôn RSH, xử lý đồng thời nước thải đô thị, phần hữu cơ 
trong RSH từ cả đô thị lẫn nông thôn, nước thải giàu hữu cơ, 
bao gồm cả nước thải chăn nuôi, góp phần phát triển nông 
nghiệp bền vững thông qua xử lý chất thải và cung cấp các 
dạng phân bón, hình thành liên kết đô thị - nông thôn kiểu 
mới. 
Về mặt thuận lợi, thứ nhất là mức độ đô thị hóa của 
Việt Nam đang ở mức rất thấp so với mức trung bình của 
thế giới, đồng thời mức độ xử lý nước thải đô thị hiện cũng 
còn rất khiêm tốn so với nhu cầu phải thực hiện. Điều này 
có nghĩa là các đô thị mới hình thành sẽ cần có các trạm xử 
lý nước thải xây mới, cộng với nhu cầu xử lý RSH mới, kể 
cả nước thải giàu hữu cơ ở vành đai xanh xung quanh đô 
thị mới, điều này sẽ là thuận lợi để áp dụng ngay cách tiếp 
cận BBR mới với hạ tầng mới phù hợp để thay thế mô hình 
BHT đã được đánh giá là “sai” về mặt bảo vệ tài nguyên 
[2]. Ở các nước phát triển, với mức độ đô thị hóa đã rất cao, 
hạ tầng đô thị đã hoàn thiện ở mức cao, sẽ khó hơn nhiều 
để quyết định chi phí cho việc phá cũ, xây mới, Việt Nam ít 
khó khăn hơn về khía cạnh này. 
Thuận lợi thứ hai, rất quan trọng là Chính phủ Việt Nam 
rất coi trọng chính sách “không đánh đổi môi trường lấy 
phát triển kinh tế”, Việt Nam có nhu cầu lớn về mặt năng 
lượng để phát triển, tuy nhiên COP21 vẫn cam kết giảm 
phát thải 8% KNK. Mô hình BBR sẽ đồng thời giải quyết 
bài toán vệ sinh môi trường (nước thải, rác hữu cơ), thu hồi 
năng lượng tái tạo và giảm phát thải KNK. Sẽ thuận lợi hơn 
khi một số thành phố ở Việt Nam đã bắt đầu chính sách phân 
loại RSH, tách riêng rác nhà bếp bắt buộc.
Thuận lợi thứ ba là đầu ra, nhất là đối với phân hữu cơ 
chất lượng cao và an toàn cho vành đai xanh - nông thôn 
xung quanh các đô thị mới để phát triển nông nghiệp hữu 
cơ, một chính sách mới nữa của ngành nông nghiệp Việt 
Nam, vốn là một nước thuần nông đang phát triển. Hơn 
nữa, mô hình BBR còn sẵn sàng nhận các chất thải hữu cơ 
từ chăn nuôi, chế biến thực phẩm ở vành đai thực phẩm 
xung quanh đô thị để thực hiện chu trình xử lý - tái tạo tài 
nguyên, giảm nhẹ gánh nặng xử lý môi trường cho nông 
thôn xung quanh vốn rất khó khăn về nguồn lực để xử lý 
môi trường, góp phần phát triển chính sách nông thôn mới.
Về mặt khó khăn, Việt Nam sẽ phải đối mặt với sức ỳ 
của “thói quen” làm theo cái mà số đông thường vẫn làm. 
Khó khăn tiếp theo sẽ là vấn đề tổ chức lại hệ thống vệ sinh 
môi trường hiện có. Khó khăn lớn nhất và cần vượt qua sớm 
nhất là tư duy quy hoạch. Hiện nay, quy hoạch đô thị, nông 
thôn gần như độc lập, sự thể hiện của các hệ thống môi 
trường trong đó rất mờ nhạt, cách tiếp cận theo BBR rất cần 
sự thống nhất, hơn nữa, một số thay đổi cần thiết trong thiết 
kế hạ tầng cần được nghiên cứu (ví dụ, đường dẫn nước 
thải từ đô thị nếu áp dụng nghiền rác nhà bếp tại chỗ hay 
hệ thống dẫn thải về trung tâm xử lý từ khu vực nông thôn). 
Khó khăn cuối cùng là vốn đầu tư, công nghệ mới nên có thể 
đắt? Tuy nhiên, yếu tố giá có thể tham khảo từ dự án BBR 
và có thể khắc phục nhờ các lợi ích mà nó mang lại (điện 
- năng lượng, nước sạch, phân bón). Các khó khăn này chỉ 
có thể vượt qua được nếu tập hợp được đội ngũ cán bộ đa 
ngành, đa lĩnh vực có quyết tâm và sẵn sàng thực hiện các 
công tác nghiên cứu, tuyên truyền để có sự ủng hộ của hệ 
thống chính quyền các cấp và dân cư ở khu vực dự án. Đặc 
biệt là cần sự tham gia của những nhà đầu tư có tầm và có 
tâm với tương lai của đất nước. 
Mô hình BBR hoàn toàn có thể áp dụng ở Việt Nam và 
nên áp dụng càng sớm càng tốt, khi mức độ đô thị hóa còn 
chưa quá cao (ở mức 35-40%). Việc áp dụng mô hình BBR 
đòi hỏi sự thay đổi tư duy từ bước quy hoạch, cần kết hợp 
quy hoạch đô thị với phát triển nông thôn. Các nội dung 
nghiên cứu kỹ thuật cần kết hợp với các yếu tố kinh tế để 
làm rõ hơn tính khả thi của phương án này. Hơn nữa, vấn đề 
xã hội, tổ chức thực hiện, như sự chuyển đổi vai trò của các 
Urenco cũng cần được quan tâm. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] IEA (2016), Water Energy Nexus, World Energy Outlook 2016 
Excerpt, OECD/IEA 2016, p.31.
[2] Willy Verstraete and Siegfried E. Vlaeminck, ZeroWasteWater 
(2010), Short-cycling of Wastewater Resources for Sustainable Cities 
of the Future, Keynote Paper 2nd Xiamen International Forum on 
Urban Environment. 
[3] Choan - hong Xing (2008), 100 years of biological wastewater 
treatment practice: A perspectives, Report at Bangkok ASTS.
[4] https://www.tienphong.vn/xa-hoi/35-chi-ngan-sach-cua-ha-
5761(1) 1.2019
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
noi-va-tphcm-la-thu-gom-xu-ly-rac-1071253.tpo on Finland-Vietnam 
Cooperation Forum “Water Supply and Sewerage”, Organizers: 
Vietnam Ministry of Construction and Finnish Ministry of Foreign 
Affairs, Hochiminh City, 8th November 2016) (truy cập 16/04/18).
[5] World Bank (2012), Solid Wastes.
[6]  (truy cập 
22/8/2018).
[7] Cục Hạ tầng kỹ thuật, Bộ Xây dựng (2018), Báo cáo tại Hội 
thảo Việt - Nhật về thoát nước và xử lý nước thải.
[8] World Bank (2013), Report No: ACS7712 Vietnam Urban 
Wastewater Review, 158p.
[9] Cao Thế Hà, Lê Văn Chiều, Vũ Ngọc Duy, Nguyễn Thị An 
Hằng, Nguyễn Trường Quân, Cao Thế Anh, Trần Mạnh Hải, K. 
Fukushi, H. Katayama (2018), Cần cách tiếp cận mới để bảo vệ môi 
trường Việt Nam trong bối cảnh đô thị hóa, hiện đại hóa nông thôn 
nhằm đạt các mục tiêu phát triển bền vững, Báo cáo tại Hội nghị khoa 
học của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà 
Nội.
[10] Intended Nationally Determined Contribution (INDC) of 
Viet Nam, 2015.
[11] Udo Wiesmann, In Su Choi, Eva - Maria Dombrowski 
(2007), Fundamentals of Biological Wastewater Treatment, WILEY-
VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
[12] Env, Ana, Tech (2010), Applications and New Developments, 
Editor Herbert H.P. Fang, Imperial College Press. 
[13] G. Zeeman (2017), Source separation, the future for efficient 
resource recovery.
[14] A. van Haandel and J. van der Lubbe (2007), Handbook of 
Biol. Wastewater Treatment. Design and Optimization of activated 
sludge systems.
[15] Katrin Eitrem Holmgren, Hong Li, Willy Verstraete, Peter 
Cornel (2015), State of the Art Compendium Report on Resource 
Recovery from Water.
[16] https://stateofgreen.com/en/partners/aarhus-vand/solutions/
marselisborg-wwtp-energy-neutral-water-management/ (truy cập 
4/7/2018).
[17] www.p-rex.eu (truy cập 4/7/2018).
[18] Platform, 2016.
[19] Bro, Bjarne, Raju, S. Chitra, Gadegaard, Theis N. Billund 
BioRefinery (2017), How WWTPs Can Contribute to a Circular 
Economy, Proceedings of the Water Environment Federation, 
WEFTEC 2017: Session 210 through Session 219, pp.401-412.
[20] VEOLIA Wave #1 Insights from Veolia Water Technologies, 
4/2015.
[21] Gilbert, A.B. Billund BioRefinery (2016), Advancing 
the Recycle Circle, European Biosolids and Organic Resources 
Conference, 15-16 Nov. 2016, Edinburgh, Scotland.
[22] https://stateofgreen.com/en/partners/aarhus-vand/solutions/
marselisborg-wwtp-energy-neutral-water-managemen/ (truy cập 
4/7/2018).

File đính kèm:

  • pdfhien_trang_cong_nghe_xu_ly_nuoc_thai_theo_huong_phat_trien_b.pdf