TUẦN HOÀN tái sử DỤNG nước THẢI CÔNG NGHIỆP NHẰM PHỤC vụ PHÁT TRIỂN bền VỮNG

Tầm quan trọng của tuần hoàn, tái sử dụng nước

Tái sử dụng nước là một yếu tố quan trọng trong chiến lược phát triển quốc gia, mang lại nhiều lợi ích đa dạng, đặc biệt trong nông nghiệp và tưới tiêu Trong môi trường đô thị, nước tái sử dụng có thể được sử dụng cho việc rửa đường, cung cấp cho hệ thống chữa cháy và rửa xe, góp phần vào việc tiết kiệm tài nguyên nước.

Trong ngành công nghiệp, nước tái sử dụng có thể cung cấp cho thiết bị làm mát, các quy trình sản xuất và sinh hoạt, tưới tiêu Hơn nữa, việc tái sử dụng nước còn giúp bổ sung nguồn nước ngầm, điều này rất quan trọng ở những khu vực có lượng mưa thấp.

TH/TSD nước thải có thể đem lại các hiệu quả về kinh tế cũng như môi trường, cụ thể như sau:

Sử dụng công nghệ TH/TSD nước trong quy trình sản xuất có thể tiết kiệm đáng kể lượng nước tiêu thụ, từ đó giảm chi phí nước cấp và giảm bớt chi phí đầu tư cho hệ thống cung cấp nước trong sản xuất.

Sử dụng TH/TSD nước sẽ giảm lưu lượng nước thải, từ đó giảm thể tích các bể xử lý nước thải, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý và các chi phí liên quan như vận hành và xả thải.

- Giảm thiểu ô nhiễm và lưu lượng nước thải đối với các nguồn tiếp nhận nguồn nước mặt

- Tăng nguồn cấp nước cho các nhu cầu sản xuất

- Đem lại lợi ích cho nông nghiệp cũng như một số ứng dụng trong đô thị (tưới tiêu, chữa cháy, tạo cảnh quan…)

- Cải thiện môi trường, cải thiện nguồn nước mặt và nước ngầm.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Tại các quốc gia phát triển, ý thức cộng đồng về môi trường và tài nguyên ngày càng tăng cao, dẫn đến việc áp dụng các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt hơn, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước thải Các doanh nghiệp hiện nay đang chuyển hướng sử dụng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp phù hợp, bắt đầu từ các công nghệ hóa lý cơ bản và dần dần tích hợp các công nghệ sinh học và hóa lý tiên tiến nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải ngày càng cao.

Giá nước cấp cho sản xuất ngày càng tăng, khiến các nhà máy nỗ lực tìm cách tái sử dụng và xử lý nước thải Đầu tư vào việc tái sử dụng nước thải sau xử lý không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn cải thiện hình ảnh của doanh nghiệp trong mắt cộng đồng.

Hiện nay, việc thu hồi và tái sử dụng nước thải công nghiệp đang trở nên phổ biến ở các nước phát triển, đặc biệt trong những ngành sản xuất tiêu tốn nhiều nước hoặc có khả năng phát sinh nước thải độc hại.

- Sản xuất bột giấy và giấy;

Xu hướng hiện nay là phát triển các nhà máy đạt tiêu chuẩn "Zero Discharge" (không xả thải), với khả năng xử lý và tái sử dụng nước một cách triệt để, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

Các chương trình tái sử dụng nước trong sản xuất công nghiệp đã bắt đầu tại Mỹ vào những năm 1940, khi nước thải sau xử lý được khử trùng và sử dụng trong sản xuất thép Tại Thụy Điển, từ năm 1930 đến 1970, lưu lượng tái sử dụng nước đã tăng 5-6 lần Cuối thế kỷ 20, Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu đã công nhận lợi ích của việc thúc đẩy tái sử dụng nước như một nguồn tài nguyên bổ sung Sự quan tâm đến tái sử dụng nước đang gia tăng ở nhiều khu vực trên thế giới để đáp ứng nhu cầu cung cấp nước chất lượng cao cho nông nghiệp, công nghiệp và đô thị, mặc dù công nghệ này chỉ mới được áp dụng tại Châu Á vào cuối thế kỷ 20.

Tính đến năm 1989, Trung Quốc đã đạt được tỷ lệ trung bình 56% trong việc sử dụng tài nguyên nước tại 82 thành phố lớn, với tỷ lệ cao nhất lên tới 93%.

Tại Châu Âu, việc thực hiện tái sử dụng nước (TSD) được phân chia thành ba nhóm: (i) các nước như Pháp, Ý và Tây Ban Nha đã có quy định và hướng dẫn về TSD nước; (ii) các nước như Bỉ, Hy Lạp, Bồ Đào Nha, Thụy Điển, Hà Lan và Anh dự kiến sẽ ban hành quy định về TSD; và (iii) các nước như Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Đức, Ireland và Luxembourg chưa có quy định liên quan Tại Israel, nước thải sinh hoạt và công nghiệp được thu gom vào hệ thống xử lý tập trung, với hơn 80% nước thải hộ gia đình được tái chế, đạt khoảng 400 triệu m3/năm, trong đó nguồn nước sử dụng cho tưới tiêu chủ yếu là nước thải đã qua xử lý.

Bi ểu đồ tình hình tái s ử d ụng nướ c trên toàn c ầ u (EPA, 2012)

Tại Nhật Bản, việc ứng dụng TSD nước đã được triển khai từ sớm do hạn chế về nguồn nước Trước đây, chỉ có 40% dân số, bao gồm cả cư dân nông thôn, được sử dụng nguồn nước cấp Tuy nhiên, đến năm 1995, tỷ lệ này đã tăng lên 89,6% ở các thành phố có hơn 50.000 dân Chương trình TSD nước ban đầu được áp dụng tại các tòa nhà, trường học và trung tâm thương mại, chủ yếu nhằm tiết kiệm nước cho các thiết bị vệ sinh.

Tưới tiêu, tạo cảnh quang

Tái sử dụng làm nước uống gián tiếp 2,3%

Công nghiệp Ứng dụng tái sử dụng nước

Hệ thống xử lý nước thải tập trung của thành phố đã được xây dựng nhằm cung cấp nguồn nước phục vụ cho lĩnh vực vệ sinh đô thị trên toàn địa bàn.

Tại Singapore, với lượng mưa hạn chế chỉ khoảng 250 cm/năm, công nghệ TSD nước đã phát triển từ sớm Năm 2003, nước này giới thiệu “NEWater”, nguồn nước tái sử dụng chất lượng cao đáp ứng tiêu chuẩn nước uống, được cung cấp cho các ngành công nghiệp, trung tâm thương mại và tòa nhà Công ty TNHH Xử lý nước Hyflux cũng đã phát triển thiết bị sử dụng công nghệ màng tiên tiến để loại bỏ tạp chất trong nước thải, phục vụ cho sản xuất Singapore nổi bật trong việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải thành nước uống.

Nghiên cứu của Meihong Liu và cộng sự tại Trung Quốc đã đánh giá hiệu quả của lọc RO và lọc nano trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã qua xử lý sinh học Kết quả cho thấy, màng lọc nano có độ thấm cao hơn và hiệu quả loại bỏ COD tốt hơn so với màng lọc RO, với chất lượng nước đầu ra đạt COD < 10 mg/l Mặc dù màng lọc RO loại bỏ hàm lượng muối hiệu quả hơn, nhưng nước thải sau xử lý vẫn có thể được tái sử dụng trong quy trình sản xuất, giúp giảm lượng nước tiêu thụ và chi phí xử lý nước thải.

Nghiên cứu của H.H Chen và cộng sự (2005) tại Đài Loan đã triển khai hệ thống sinh học màng (MBR) để tái sinh và xử lý nước thải tại KCN Hsinchu Nước thải sau xử lý được cung cấp cho 5 nhà máy, sử dụng làm nguồn nước sạch cho các cột làm mát Dự án xây dựng nhà máy tái sinh nước thải công suất 10.000 m³/ngày đang được thực hiện với mô hình nghiên cứu pilot là UF/RO kết hợp oxy hóa sinh học BioNET/BAC Kết quả cho thấy nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước uống và có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, trong khi dòng đậm đặc của RO đạt tiêu chuẩn xả thải.

Nghiên cứu của tác giả Yaozhong He và cộng sự đã chỉ ra ứng dụng hiệu quả của công nghệ tích hợp ozone, lọc sinh học và lọc màng trong việc tái sử dụng nước thải dệt nhuộm sau xử lý Nước sau khi được xử lý qua hệ thống này có thể được tái sử dụng cho quy trình nhuộm và hoàn tất.

Ngoài ra, C.Tang & V.Chen đã tiến hành thí nghiệm việc ứng dụng màng lọc nano (nanofiltration) để xử lý nguồn nước thải dệt nhuộm phục vụ cho việc TSD:

Nghiên cứu về nước thải tổng hợp chứa thuốc nhuộm CI reactive black 5 và muối NaCl đã chỉ ra rằng, khi sử dụng công nghệ lọc nano, tại áp lực làm việc 500kPa, hiệu quả loại bỏ thuốc nhuộm đạt 98% và NaCl đạt 14% Chất lượng nước sau xử lý hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng trong quy trình dệt nhuộm, với màng lọc hoạt động ổn định và lượng nước thu hồi đạt 99%.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu về Thương mại hóa và Tiêu dùng bền vững (TH/TSD) tại Việt Nam trước năm 2000 chủ yếu tập trung vào các chương trình sản xuất sạch hơn (SXSH) Xu hướng sản xuất sạch hơn đã được thúc đẩy từ những năm 90 nhờ vào sự hỗ trợ từ nhiều nhà tài trợ quốc tế như Thụy Sĩ, Thụy Điển, Canada và Đan Mạch, cùng với những nỗ lực của chính quyền các cấp.

Nhiều doanh nghiệp trong các ngành dệt, giấy, chế biến thực phẩm và gia công kim loại tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, Nam Định, Ninh Bình, và Phú Thọ đã tham gia vào các hoạt động trình diễn sản xuất sạch trong khuôn khổ dự án UNIDO-SECO (VIE/96/023) và dự án “Giảm thiểu ô nhiễm công nghiệp - sản xuất sạch hơn” do UNIDO và SIDA (Thụy Điển) tài trợ Dự án VCEP (giai đoạn 2) cũng đã hỗ trợ các sở Khoa học và Công nghệ, Tài nguyên và Môi trường tại Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, và Bình Dương trong việc triển khai các giải pháp sản xuất sạch hơn cho các ngành như gốm sứ, chế biến mủ cao su, giấy tái sinh, chế biến thủy sản, thép, và dệt nhuộm.

Sau một thời gian triển khai, các nhà quản lý và nhà sản xuất đã công nhận sản xuất sạch hơn (SXSH) là công cụ hiệu quả trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mặc dù các mô hình trình diễn tại hàng trăm cơ sở sản xuất đã chứng minh lợi ích của SXSH và được truyền thông rộng rãi, nhưng mức độ lan tỏa và hiệu quả của chương trình vẫn chưa đạt yêu cầu Nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp vừa và nhỏ, vẫn chưa áp dụng SXSH một cách liên tục Các chuyên gia cho rằng có nhiều rào cản đối với SXSH tại Việt Nam, được phân thành bốn loại chính: chính sách của Nhà nước, động lực của cơ sở sản xuất, rào cản về kỹ thuật.

Rào cản về quản lý là một trong những vấn đề chính trong việc áp dụng sản xuất sạch hơn (SXSH) Hầu hết các dự án SXSH trong những năm qua tập trung vào quản lý nội vi, tiết kiệm năng lượng và thay đổi nguyên liệu Tuy nhiên, các giải pháp SXSH sâu hơn như tái sử dụng và tiết kiệm nước trong sản xuất thường yêu cầu vốn đầu tư lớn và có thể làm gián đoạn quy trình sản xuất, do đó ít được ủng hộ Kết quả là, nghiên cứu và áp dụng tái sử dụng nước trong sản xuất công nghiệp vẫn còn hạn chế.

Nghiên cứu của tác giả Trà Văn Tùng và cộng sự (2011) về ứng dụng màng lọc (MBR) và hệ thống bùn hoạt tính kết hợp siêu lọc để tái sử dụng nước thải công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh cho thấy mô hình thực hiện tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân có hiệu suất loại COD lần lượt đạt 85,33% và 84,05% Mặc dù vậy, độ đục và độ màu của nước thải sau xử lý không đạt quy chuẩn cho phép, với hiệu suất loại bỏ màu chỉ đạt 73,7% và 72,6%.

Nguyễn Xuân Hoàn và cộng sự (2012) đã nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ lọc màng nano, thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm với cả nước thải nhân tạo và thực tế Kết quả cho thấy, đối với nước thải thực tế tại nhà máy, hiệu suất loại bỏ màu đạt 93% và muối đạt 60%.

Nguyễn Phước Dân và cộng sự (2009) đã nghiên cứu về việc xử lý nước thải sinh hoạt (TSD) với khả năng ứng dụng trong các hoạt động vệ sinh tại hộ gia đình và công cộng, cũng như trong các ngành công nghiệp như dệt nhuộm, xi mạ, sản xuất kim loại và bao bì Nghiên cứu đưa ra hai giải pháp chính: đầu tiên là công nghệ than hoạt tính sinh học BAC – BSF kết hợp với khử trùng, cho phép tái sử dụng nước xử lý cho việc dội rửa toilet và tưới cây xanh, với hiệu suất khử COD trung bình khoảng 60% và tối đa đạt 88%; thứ hai là công nghệ BAC-BSF kết hợp màng RO, cho ra nước đạt tiêu chuẩn cao phục vụ cho các hoạt động dịch vụ và công nghiệp như nồi hơi, làm mát, vệ sinh trang thiết bị, và tái nạp tầng nước ngầm, với hiệu suất xử lý TDS và TOC lần lượt đạt 96% và 95%.

Nguyễn Phước Dân và cộng sự (2014) đã tiến hành nghiên cứu về việc xây dựng quy chuẩn địa phương cho việc tái sử dụng nước thải sau xử lý trong ngành chế biến mủ cao su và chăn nuôi nhằm phục vụ tưới cây Nghiên cứu này đánh giá tiềm năng sử dụng nước tái sinh, góp phần vào việc quản lý nguồn nước hiệu quả và bền vững trong nông nghiệp.

9 nước thải chăn nuôi và nước thải cao su sau xử lý ở tỉnh Bình Dương và tái sử dụng cho mục đích tưới tiêu.

Công nghệ tuần hoàn, tái sử dụng nước

Hiện nay, việc tái sử dụng và xử lý nước thải công nghiệp tại các quốc gia phát triển đang ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong những ngành sản xuất tiêu tốn nhiều nước Các công nghệ tiên tiến được áp dụng để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bao gồm công nghệ oxy hóa nâng cao, công nghệ màng, hấp thụ/trao đổi ion, xử lý xúc tác và điện hóa Dưới đây là các sơ đồ nguyên lý của quá trình tái sử dụng và xử lý nước thải trong một số ngành công nghiệp có mức độ tiêu thụ và thải nước cao.

Hình: ệ TH/TSD nướ c th ả en

có sử dụng nước thải

Hình: ệ TH/TSD nướ c th ả

Nước từ công đoạ có sử dụng nước

Chính sách – hệ thống quản lý tài nguyên nước hiện hành

5.1 Các nguyên tắc quản lý tổng hợp tài nguyên nước (QLTHTNN)

Nước là tài nguyên thiết yếu cho sự sống và môi trường, đóng vai trò quyết định trong sự tồn tại và phát triển bền vững của quốc gia Khi xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày càng gia tăng, trong khi đó nguồn nước lại đang bị ô nhiễm nghiêm trọng.

Suy thoái tài nguyên nước và cạn kiệt nguồn nước đang trở thành vấn đề nghiêm trọng, đòi hỏi cần phải bảo vệ và sử dụng nước một cách tiết kiệm, hiệu quả và đa mục tiêu Để đạt được mục tiêu này, việc quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện theo hướng tổng hợp bền vững, tập trung vào từng lưu vực sông.

Nước di chuyển theo lưu vực sông thay vì theo các ranh giới hành chính Tất cả các hoạt động khai thác và sử dụng tài nguyên nước, cũng như các tác động liên quan, đều diễn ra trong phạm vi lưu vực Do đó, việc quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện theo quy mô lưu vực sông để đảm bảo tính hiệu quả và bền vững.

Vào ngày 01/12/2008, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 120/2008/NĐ-CP, nhằm thiết lập cơ sở pháp lý cho việc quản lý tổng hợp lưu vực sông, góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý tài nguyên nước.

Bốn nguyên tắc Dublin được thông qua tại hội nghị quốc tế năm 1992 nhấn mạnh tầm quan trọng của phát triển bền vững tài nguyên nước, phù hợp với tinh thần của hội nghị thượng đỉnh Liên hiệp quốc về môi trường và phát triển tổ chức tại Rio de Janeiro cùng năm Những nguyên tắc này hướng đến việc quản lý hiệu quả và bền vững nguồn nước, đảm bảo quyền tiếp cận nước sạch cho tất cả mọi người và bảo vệ môi trường sống.

Nước sạch là nguồn tài nguyên hữu hạn và dễ bị tổn thương, đóng vai trò quan trọng cho sự sống và môi trường Việc tiếp cận sử dụng tổng hợp cần xem xét các yếu tố như cán cân nước, hoạt động phát triển và tác động ở từng vùng thượng hạ lưu, đồng thời sử dụng nước với nhiều mục đích khác nhau Tỷ lệ dòng chảy tự nhiên không bị khai thác phản ánh điều kiện cư trú dưới nước, với 10% dòng chảy trung bình năm tạo điều kiện cư trú kém, 30% là khá và trên 40% là tốt.

Nguyên tắc thể chế trong phát triển và quản lý nguồn nước yêu cầu sự tham gia của các bên liên quan từ khu vực công và tư, cộng đồng, người sử dụng nước, cùng với các nhà lập kế hoạch và hoạch định chính sách ở mọi cấp Mục tiêu là đạt được các thỏa thuận chung bền vững, trong đó mọi bên cùng chịu trách nhiệm, chia sẻ và chấp nhận hy sinh để nâng cao hiệu quả sử dụng nước và bảo vệ nguồn nước.

Phụ nữ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ, quản lý và tiết kiệm nước, vì vậy cần xem xét sự tham gia của họ trong các dự án phát triển Họ nên có cơ hội để lên tiếng và được hưởng lợi từ những dự án này.

Nước là tài nguyên quý giá với giá trị kinh tế lớn đối với tất cả người sử dụng, do đó cần được xem như một hàng hóa xã hội và kinh tế Việc định giá và phân phối nước một cách hợp lý là điều cần thiết để đảm bảo sự công bằng và bền vững trong việc sử dụng nguồn tài nguyên này.

Thực tiễn quản lý tài nguyên thiên nhiên (QLTHTNN) phụ thuộc vào từng tình huống cụ thể, với thách thức lớn nhất là chuyển đổi các nguyên tắc đã thỏa thuận thành hành động thực tiễn Để đáp ứng yêu cầu này, cần có sự kết hợp giữa quản lý phát triển và quản lý tài nguyên Khái niệm QLTHTNN không chỉ dừng lại ở việc quản lý mà còn mở rộng ra việc triển khai thực tiễn tại các tổ chức vùng hoặc quốc gia, đồng thời áp dụng khuôn khổ hợp tác toàn cầu và khu vực.

Nước là tài nguyên tái tạo có thể tái sử dụng (TSD), nhưng nếu không được quản lý hiệu quả, chất lượng nước sẽ suy giảm và chi phí cấp nước sẽ tăng cao Để khuyến khích TSD, cần có các biện pháp phù hợp cho từng người sử dụng, đồng thời thiết kế lồng ghép các hệ thống chính trị, kinh tế, xã hội và hành chính để tối ưu hóa việc sử dụng nước.

Tổng hợp đa ngành giữa các tiểu ngành sử dụng nước và vai trò của QLTHTNN trong liên kết giữa các tiểu ngành được thể hiện như sau:

Hình: M ố i quan h ệ gi ữ a các ti ể u ngành s ử d ụng nướ c và vai trò c ủ a QLTHTNN

5.2 Chính sách quản lý tổng hợp tài nguyên nước và quy hoạch tài nguyên nước hiện nay của Việt Nam

Việt Nam đã gia nhập Mạng lưới Cộng tác vì Nước toàn cầu và Mạng lưới Cộng tác vì nước khu vực Đông Nam Á (SEATAC, hiện nay là SEARWP) từ những năm 1997-1998.

Trong những năm gần đây, quản lý tài nguyên nước tại Việt Nam đã có những cải tiến đáng kể về mặt pháp lý và cấu trúc thể chế Những thay đổi này đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, đặc biệt là với sự ban hành chính thức của Luật Tài nguyên nước.

Nước cho sinh hoạt dân cư

Nước cho công nghiệp và những nhu cầu khác

Kể từ năm 1998, các văn bản pháp quy đã thiết lập quy định về quản lý, điều hành, lưu trữ, khai thác và sử dụng tài nguyên nước trên toàn quốc Luật Tài nguyên nước (sửa đổi) được Quốc hội khóa XIII thông qua đã đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện và quản lý hiệu quả tài nguyên nước.

Luật Tài nguyên nước, được thông qua ngày 21/6/2012, quy định rằng tài nguyên nước bao gồm nước mưa, nguồn nước mặt và nguồn nước dưới đất Tài nguyên nước ở Việt Nam thuộc sở hữu toàn dân và được quản lý thống nhất bởi nhà nước, nhằm đảm bảo quyền lợi cho tất cả mọi người trong việc tiếp cận và sử dụng các nguồn nước.

PHÂN TÍCH XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ

Phân tích tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp theo thời gian

Vào năm 1972, Mỹ đã tiếp nhận đơn đăng ký bảo hộ cho sáng chế đầu tiên liên quan đến xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp, trong đó phương pháp hấp phụ được sử dụng để xử lý nước thải.

Từ thập niên 70 đến 90, số lượng sáng chế đăng ký trong lĩnh vực này không đáng kể Tuy nhiên, kể từ năm 2000, lượng sáng chế đã tăng vọt, thể hiện rõ qua biểu đồ 1 với số lượng sáng chế đăng ký theo năm liên tục tăng và đạt đỉnh vào năm 2013 với 259 sáng chế Mặc dù năm 2014 có sự giảm sút, nhưng số lượng sáng chế vẫn đạt 158.

Trong 15 năm qua, lượng sáng chế đăng ký bảo hộ về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp đã chiếm ưu thế, với 1617 sáng chế trên tổng số 1663 Điều này phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng của thế giới đối với việc bảo vệ môi trường, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp.

Biểu đồ 1: Số Lƣợng SC theo thời gian

Biểu đồ: Số lượng SC đăng ký bảo hộ về xử lý v à t á i sử dụng nước thải công nghiệp theo thời gian

Bi ểu đồ 1: S ố lượ ng sáng ch ế đăng ký bả o h ộ v ề x ử lý và tái s ử d ụ ng nướ c th ả i công nghi ệ p theo th ờ i gian

Phân tích tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp theo quốc gia

Theo khảo sát từ CSDL Thomson Innovation, hiện có khoảng 33 quốc gia trên thế giới đang tiếp nhận đơn đăng ký bảo hộ cho các sáng chế liên quan đến xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp Trong số đó, 10 quốc gia có số lượng đơn đăng ký cao nhất bao gồm: Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Đài Loan, Canada, Úc, Ấn Độ, Pháp và Đức.

Ngoài việc nộp đơn đăng ký bảo hộ tại các quốc gia, sáng chế liên quan đến xử lý nước thải công nghiệp còn có thể được đăng ký bảo hộ tại hai tổ chức sở hữu trí tuệ lớn.

 Tổ chức sở hữu trí tuệ thế giới (WO): 95 sáng chế

 Tổ chức sở hữu trí tuệ châu Âu (EP): 50 sáng chế

Thập niên 70 Thập niên 80 Thập niên 90 2000 - 2014

Biểu đồ: Số lượng SC qua các thập niên

Giai đoạn đầu, những năm thập niên 70, sáng chế về xử lý nước thải công nghiệp được nộp đơn đăng ký bảo hộ đầu tiên ở Mỹ, Nhật, Úc

Năm nộp đơn Quốc gia

Những năm thập niên 80, bắt đầu có sáng chế nộp đơn ở: Đức, Tây Ban Nha và Nga

Năm nộp đơn Quốc gia

Từ năm 1987 đến 1994, Trung Quốc bắt đầu tiếp nhận đơn đăng ký bảo hộ sáng chế, và kể từ đó, quốc gia này đã trở thành một trong những thị trường lớn nhất cho các chủ sở hữu sáng chế Số lượng sáng chế đăng ký tại Trung Quốc vượt xa so với các quốc gia khác Tại Việt Nam, có 5 sáng chế được đăng ký bảo hộ liên quan đến xử lý nước thải.

CN JP KR US TW CA AU IN FR DE WO EP

Biểu đồ: Top 10 quốc gia có l ượ ng đăng ký sáng ch ế nhi ề u nh ấ t

Số Sáng chế Tên sáng chế Ngày nộp đơn

VN40561A Hệ thống và qui trình xử lý nước thải công nghiệp có sử dụng màng sinh học

VN23767A Thiết bị xử lý nước thải 02-02-2010

VN39019A Phương pháp điện phân dùng để xử lý nước thải công nghiệp khó phân hủy sinh học

VN40673A Hệ thống và qui trình xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí

VN38459A Qui trình xử lý nước thải công nghiệp sử dụng các hạt nano sắt hóa trị 0

Phân tích tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế theo các hướng nghiên cứu

Hơn 1600 sáng chế liên quan đến xử lý nước thải công nghiệp đã được nộp đơn đăng ký bảo hộ Khi phân loại theo hệ thống IPC, các sáng chế chủ yếu tập trung ở các chỉ số C02F, B01D và B01J, cho thấy các xu hướng nghiên cứu nổi bật trong lĩnh vực này.

Xử lý nước thải công nghiệp có thể thực hiện thông qua các phương pháp lý hóa như sử dụng chất keo tụ, phương pháp hấp phụ và thẩm thấu Những phương pháp này giúp loại bỏ các tạp chất và cải thiện chất lượng nước thải, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và phân loại C02F/01.

- Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học ( chỉ số phân loại C02F/03)

- Xử lý nước thải công nghiệp qua nhiều giai đoạn ( chỉ số phân loại C02F/09)

- Xử lý bùn thải công nghiệp ( chỉ số phân loại C02F/11)

- Bản chất các chất nhiễm bẩn trong nước thải công nghiệp ( chỉ số phân loại C02F/101)

Các thành phần chất hấp phụ và trợ lọc đóng vai trò quan trọng trong sắc ký, giúp nâng cao hiệu quả tách biệt các chất Việc sử dụng các chất hấp thụ phù hợp là cần thiết để tối ưu hóa quá trình sắc ký Ngoài ra, các phương pháp điều chế, tái sinh và tái hoạt hóa các chất này cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng, theo chỉ số phân loại B01J/20, nhằm đảm bảo tính bền vững và hiệu suất cao trong ứng dụng.

Quy trình tách sử dụng màng bán thấm bao gồm các phương pháp như thấm tách, thẩm thấu và siêu lọc Các thiết bị và phụ kiện chuyên dụng, cùng với các công đoạn phụ trợ, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả của các quy trình này Chỉ số phân loại B01D/61 liên quan đến các công nghệ tách này.

Phân tích chỉ số phân loại sáng chế theo thời gian

Nghiên cứu về xử lý nước thải cho thấy sự gia tăng đáng kể về số lượng sáng chế theo thời gian, đặc biệt ở ba hướng chính: xử lý nước thải bằng keo tụ hoặc kết tủa, xử lý bằng phương pháp hấp thụ, và xử lý qua nhiều giai đoạn với ít nhất một giai đoạn sinh học Hai hướng nghiên cứu đầu tiên đã có những đăng ký sáng chế từ thập niên 70 và 80, cho thấy sự phát triển liên tục trong lĩnh vực này.

Xử lý nước thải công nghiệp bằng các phương pháp lý hóa nói chung:

Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học: 18.9%

Xử lý nước thải công nghiệp qua nhiều giai đoạn:

Xử lý bùn thải công nghiệp:

Bản chất các chất nhiễm bẩn trong nước thải công nghiệp: 3.2%

Chất hấp phụ, chất trợ lọc,… : 3.6%

Các quy trình tách sử dụng các màng bán thấm:

Các hướng nghiên cứu khác:

Biểu đồ: Tỷ lệ các hướng nghiên cứu về xử lý nước thải theo chỉ số phân loại sáng chế

Từ những năm 2000, số lượng sáng chế trong hai hướng nghiên cứu này đã có sự tăng giảm không ổn định Đặc biệt, trong lĩnh vực xử lý nước thải qua nhiều giai đoạn, với ít nhất một giai đoạn là xử lý sinh học, sáng chế đầu tiên chỉ được đăng ký vào năm 2003 Mặc dù vậy, số lượng sáng chế trong lĩnh vực này vẫn tăng đều và ít biến động, cho thấy sự quan tâm ngày càng lớn của thế giới đối với việc sử dụng các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải nhằm bảo vệ môi trường.

Biểu đồ: L ượ ng SC v ề x ử lý nước thải bằng sự keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng theo thời gian

Biểu đồ: Lượng SC về xử lý nước thải bằng phương pháp hấp thụ theo thời gian

Phân tích hướng nghiên cứu theo quốc gia

Một số hướng nghiên cứu có nhiều sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ tại Trung Quốc:

Chỉ số phân loại Hướng nghiên cứu

Số lƣợng sáng chế đăng ký bảo hộ

Xử lý nhiều giai đoạn, ít nhất một giai đoạn là xử lý sinh học

Xử lý bằng hấp thụ (sử dụng trao đổi ion C02F 1/42; thành phần của các chất hấp thụ B01J)

Xử lý bằng sự keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng

C02F000904 Xử lý nhiều giai đoạn, ít nhất 102

Biểu đồ: L ượ ng SC v ề x ử lý nước thải qua nhiều giai đoạn, ít nhất một giai đoạn là xử lý sinh học theo thời gian

28 một giai đoạn là xử lý hóa học

Xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm thấu hoặc thẩm thấu ngược

C02F000172 Xử lý bằng sự oxy hóa 68

Xử lý bằng phương pháp sinh học đặc trưng bởi vi sinh vật được sử dụng

Để xử lý nước, có thể áp dụng các phương pháp như trung hòa và điều chỉnh độ pH nhằm loại bỏ khí CO2 (C02F 1/20) Sử dụng sự trao đổi ion (C02F 1/42) cũng là một cách hiệu quả Bên cạnh đó, việc keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng (C02F 1/52) và loại bỏ các chất hòa tan (C02F 1/58) cũng rất quan trọng trong quá trình xử lý.

C02F0001461 Xử lý bằng điện phân 40

C02F000910 Xử lý nhiều giai đoạn, Xử lý nhiệt 39

Một số hướng nghiên cứu có nhiều sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ tại Nhật:

C02F000144 Xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm thấu hoặc thẩm thấu ngược 44

C02F000312 Xử lý bằng phương pháp sinh học: Các quá trình hoạt hóa bùn 38

C02F000152 Xử lý bằng sự keo tụ hoặc kết 30

Xử lý nước thải thường bao gồm nhiều giai đoạn, trong đó ít nhất một giai đoạn là xử lý sinh học Các phương pháp xử lý khác bao gồm 10.28% sử dụng hấp thụ, 6.85% áp dụng keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng, và 6.68% cho các phương pháp khác.

Xử lý nhiều giai đoạn, ít nhất một giai đoạn là xử lý hóa học, 5.83% xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm thấu hoặc thẩm thấu ngược, 4.11%

Các hướng nghiên cứu khác, 66.25%

Biểu đồ: Tỷ lệ các hướng nghiên cứu theo chỉ số phân loại sáng chế nộp đơn tại Trung Quốc

30 tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng

Xử lý bằng phương pháp sinh học, đặc trưng bởi vi sinh vật được sử dụng

C02F000900 Xử lý nhiều giai đoạn 18

Tách các phần tử rắn lơ lửng khỏi chất lỏng bằng cách làm lắng đọng sử dụng các chất keo tụ

Xử lý bằng cách loại bỏ các hợp chất hòa tan đặc biệt (bằng trao đổi ion C02F 1/42; làm mềm nước C02F 5/00)

Xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm thấu hoặc thẩm thấu ngược, 6.44%

Xử lý bằng phương pháp sinh học: Các quá trình hoạt hóa bùn, 5.56%

Xử lý bằng hấp thụ, 5.27%

Xử lý bằng sự keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng, 4.39%

Xử lý bằng sự oxy hóa, 3.66%

Biểu đồ: Tỷ lệ các hướng nghiên cứu theo chỉ số phân loại sáng chế nộp đơn tại Nhật

Một số hướng nghiên cứu có nhiều sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ tại Hàn Quốc:

C02F000144 Xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm thấu hoặc thẩm thấu ngược 16

C02F000146 Xử lý bằng phương pháp điện hóa 12

C02F0001461 Xử lý bằng điện phân 10

Xử lý bằng phương pháp sinh học Vật liệu bít kín; Vật liệu độn; Lưới

C02F001112 Xử lý bùn bằng loại nước, sấy hoặc cô đặc 7

B01D006102 Qui trình tách sử dụng Thẩm thấu ngược; Siêu lọc 7

Xử lý bằng phương pháp sinh học sử dụng thiết bị lọc nhúng chìm trong bể

Một số hướng nghiên cứu có nhiều sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ tại Mỹ:

C02F000300 Xử lý bằng phương pháp sinh học 10

C02F000144 Xử lý bằng sự thẩm tách, thẩm 9

Xử lý bằng hấp thụ , 5.56%

Xử lý bằng phương pháp điện hóa, 4.17%

Xử lý bằng điện phân, 3.47%

Biểu đồ: Tỷ lệ các hướng nghiên cứu theo chỉ số phân loại sáng chế nộp đơn tại Hàn Quốc

33 thấu hoặc thẩm thấu ngược

C02F000100 Xử lý nước, nước thải, hoặc nước thải sinh hoạt nói chung 8

Xử lý bằng phương pháp sinh học Các quá trình ưa khí và yếm khí

Xử lý bằng phương pháp sinh học đặc trưng bởi vi sinh vật được sử dụng

C02F000900 Xử lý nhiều giai đoạn 8

C02F000312 Xử lý bằng phương pháp sinh học Các quá trình hoạt hóa bùn 7

Xử lý bằng phương pháp sinh học, 3.82%

Xử lý bằng hấp thụ , 3.82%

Biểu đồ 8: Tỷ lệ các hướng nghiên cứu theo chỉ số phân loại sáng chế nộp đơn tại Mỹ

Tại Trung Quốc, các sáng chế được đăng ký bảo hộ chủ yếu tập trung vào việc xử lý nước thải thông qua các phương pháp sinh học, hấp thụ, keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn lơ lửng, cũng như các phương pháp hóa học.

Tại Nhật Bản, các sáng chế được đăng ký bảo hộ chủ yếu tập trung vào nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý nước thải, bao gồm thẩm tách, thẩm thấu, sinh học, hấp thụ, keo tụ và oxy hóa.

Tại Hàn Quốc, các sáng chế được đăng ký bảo hộ chủ yếu tập trung vào nghiên cứu xử lý nước thải thông qua các phương pháp như keo tụ, thẩm tách, thẩm thấu, hấp thụ, điện hóa và điện phân.

Tại Mỹ, các sáng chế được đăng ký bảo hộ chủ yếu tập trung vào nghiên cứu xử lý nước thải thông qua các phương pháp keo tụ, sinh học, hấp thụ và oxy hóa.

Các hướng nghiên cứu về xử lý nước thải tại các quốc gia chủ yếu tập trung vào các phương pháp lý hóa và sinh học.

KẾT QUẢ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM TH/TSD NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP QUY MÔ PILOT Ở 5 NHÀ MÁY

Kết quả vận hành mô hình tại nhà máy bia Sabmiller

1.1 Hiệu quả xử lý của màng lọc UF

Dòng vào Dòng ra Hiệu suất

• Hiệu quả loại bỏ SS đạt trên 60% Hiệu quả loại COD từ 40% đến 15%, Loại màu từ 25% – 45%, độ đục 20% – 60%

• Hiệu suất xử lý nitrat không cao, dao động từ 1 – 8% trong khi hiệu suất loại bỏ sulphua chỉ ở mức thấp là 18%

1.2 Hiệu quả xử lý của màng lọc RO

• Tỷ lệ thu hồi ở áp suất 5 bar, 10 bar và 12 bar lần lượt là 22%, 40% và 50%

• Hiệu quả loại bỏ màu, COD, TDS và sulphua lần lượt là 98%, 95%, 95% và 94%

COD Màu TDS Độ đục Nitrat Sulphua

Kết quả vận hành mô hình tại nhà máy Frieslands-Campina

• Hiệu suất loại bỏ SS và độ màu lần lượt là 8% và 10%

• hiệu suất loại COD đạt 40% hiệu quả xử lý độ đục là 15%

• Tỷ lệ thu hồi ổn định ở tất cả áp suất và cao nhất ở áp suất 12 bar, trên 70%

• Hiệu quả loại bỏ màu ở cả 3 mức áp suất đạt trên 99%, trong khi hiệu quả loại bỏ COD ở áp suất 5 bar, 10 bar và 12 bar lần lượt là 91%, 91% và 90%.

Kết quả vận hành mô hình tại nhà máy dệt nhuộm Chyang Sheng

COD Màu TDS Độ đục

• Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý độ đục, độ màu và COD lần lượt là 22,5%, 23,4% và 40,5%

Nước sau xử lý vẫn đáp ứng tiêu chuẩn để tái sử dụng cho một số công đoạn có yêu cầu chất lượng nước thấp hơn, chẳng hạn như trong quá trình xả đầu và giặt.

• Tại áp suất 10 bar, hiệu suất loại bỏ COD đạt 95% và độ dẫn là 96,5%, tỷ lệ thu hồi nước lên đến 46%

• Tại áp suất 12 bar cho tỷ lệ thu hồi cao nhất là 50%,

Kết quả vận hành mô hình tại nhà máy thuộc da Hồng Phúc

• Kết quả loại bỏ SS, COD cao hơn, lần lượt là 30% và 35%

• Độ màu và độ đục màng UF cho hiệu suất xử lý tương đối thấp, lần lượt là 8% và 10%

• Ở áp suất 10 bar màng RO xử lý tốt nhất, hiệu quả loại COD, màu, TDS và độ đục lần lượt là 95%, 98%, 99% và 88%.

Kết quả vận hành mô hình tại nhà máy giấy Thuận An

• Hiệu suất loại bỏ độ đục, SS và COD tương đối cao, lần lượt là 60%, 40% và 38% Đối với chỉ tiêu độ màu,

• Hiệu suất loại bỏ thấp, dao động từ 5 – 15%, hiệu suất loại bỏ ion Ca 2+ dao động từ 5 – 8%

Dòng vào Dòng ra Hiệu suất 0

• Ở áp suất 10 bar hiệu suất xử lý cao hơn so với các mức áp suất còn lại

Hiệu quả loại bỏ màu, SO4^2-, và Ca^2+ ở cả ba mức áp suất đều đạt trên 95% Trong khi đó, hiệu quả loại bỏ COD ở áp suất 5 bar, 10 bar và 12 bar lần lượt là 89%, 86% và 84%.

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	1,31 MB