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 Ứng dụng của nước tái sử dụng chủ yếu tập trung vào nông nghiệp và tưới tiêu, nhưng cũng có thể được sử dụng trong đô thị cho các hoạt động như rửa đường, cung cấp cho hệ thống chữa cháy và rửa xe.

Trong ngành công nghiệp, nước tái sử dụng có thể được sử dụng cho các thiết bị làm mát, quy trình sản xuất và nhu cầu sinh hoạt, tưới tiêu Bên cạnh đó, việc tái sử dụng nước còn giúp bảo vệ nguồn nước ngầm, điều này đặc biệt 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:

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

TH/TSD nước giúp giảm lưu lượng nước thải, từ đó giảm thể tích các bể xử lý nước thải Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý mà còn giảm các chi phí vận hành và xả thải liên quan.

- 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, nhận thức của cộng đồng về vấn đề môi trường và tài nguyên đang gia tăng, dẫn đến việc các tiêu chuẩn về môi trường, đặc biệt là nước thải, ngày càng trở nên nghiêm ngặt Do đó, các doanh nghiệp đang áp 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 cao hơn.

Với sự gia tăng giá nước cấp cho sản xuất, các nhà máy đang nỗ lực tối ưu hóa việc tái sử dụng và thu hồi nước thải đã qua xử lý Đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn cải thiện hình ảnh doanh nghiệp trong mắt cộng đồng.

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

- Sản xuất bột giấy và giấy;

Xu hướng hiện nay là phát triển các nhà máy với mức độ xử lý và tái sử dụng nước tối đa, đạt tiêu chuẩn "Zero Discharge" (không xả thải).

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, tổng lưu lượng tái sử dụng nước đã tăng 5-6 lần Vào 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 Mối quan tâm về tái sử dụng nước đang gia tăng trên toàn cầu 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 ở Châu Á vào cuối thế kỷ 20.

Tính đến năm 1989, Trung Quốc đã triển khai thành công tỷ lệ sử dụng nước trung bình đạt 56% tại 82 thành phố lớn, trong đó tỷ lệ cao nhất ghi nhận lên đến 93%.

Tại Châu Âu, việc thực hiện tái sử dụng nước (TSD nước) được phân loại thành ba nhóm: i) các quốc gia như Pháp, Ý, Tây Ban Nha đã có quy định và hướng dẫn về TSD nước; ii) các quốc gia như Bỉ, Hy Lạp, Bồ Đào Nha, Thụy Điển, Hà Lan, Anh dự kiến sẽ ban hành quy định và hướng dẫn; iii) các quốc gia như Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Đức, Ireland, Luxembourg chưa có quy định hoặc hướng dẫn về TSD nước Tại Israel, nước thải công nghiệp và sinh hoạt 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 nước mỗi năm, trong đó nguồn nước sử dụng cho tưới tiêu chủ yếu là nước thải đã qua tái chế.

Biểu đồ tình hình tái sử dụng nước trên toàn cầu (EPA, 2012)

Tại Nhật Bản, việc ứng dụng tiết kiệm nước (TSD nước) đã bắt đầu từ sớm do nguồn nước hạn chế Trước đây, chỉ 40% dân số, bao gồm cả cư dân nông thôn, có thể tiếp cận nguồn nước cấp Tuy nhiên, đến năm 1995, tỷ lệ này đã tăng lên 89,6% tại các thành phố lớn với hơn 50.000 dân Ban đầu, chương trình TSD nước được triển khai 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 và tái sử dụng nước thải tập trung của thành phố đã được xây dựng nhằm cung cấp nguồn nước cho các hoạt động vệ sinh đô thị trên toàn địa bàn.

Tại Singapore, do lượng mưa hạn chế (trung bình 250 cm/năm), công nghệ tái sử dụng nước (TSD) đã phát triển sớm, với sản phẩm nước chất lượng cao mang tên “NEWater” ra đời vào năm 2003, đáp ứng tiêu chuẩn nước uống Nguồn nước này 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 từ nước thải, phục vụ cho sản xuất Singapore là quốc gia tiên phong trong việc xử lý nước thải thành nước uống.

Nghiên cứu của Meihong Liu và cộng sự tại Trung Quốc đã so sánh 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, nước thải sau xử lý từ cả hai phương pháp đều có thể tái sử dụng trong quy trình sản xuất, giúp giảm lượng nước tiêu thụ và chi phí xử lý.

Nghiên cứu của H.H Chen và cộng sự (2005) tại Đài Loan đã áp dụng hệ thống sinh học màng (MBR) để tái sinh và xử lý nước thải tại nhà máy ở KCN Hsinchu, Đài Bắc 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 với công suất 10.000 m³/ngày đang được triển khai, sử dụng mô hình nghiên cứu pilot UF/RO kết hợp với oxi hóa sinh học BioNET/BAC Kết quả cho thấy nước tái sinh đạt tiêu chuẩn nước uống và có thể được sử dụng làm nước làm mát trong nhiều ngành công nghiệp, trong khi dòng đậm đặc từ RO có thể đáp ứng tiêu chuẩn xả thải.

Nghiên cứu của tác giả Yaozhong He và cộng sự tập trung vào việc ứng dụng công nghệ tích hợp ozone, lọc sinh học và lọc màng để tái sử dụng nước thải dệt nhuộm sau xử lý Nước sau khi 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 cho thấy, khi áp dụng công nghệ lọc nano ở áp lực 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 tỷ lệ nước thu hồi lên đến 99%.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu về Thực hành sản xuất sạch hơn (TH/TSD) tại Việt Nam từ những năm 2000 chủ yếu tập trung vào các chương trình sản xuất sạch hơn Khái niệm này đã được giới thiệu từ những năm 90 thông qua sự hỗ trợ của nhiều nhà tài trợ quốc tế như Thụy Sỹ, Thụy Điển, Canada, và Đan Mạch, cùng với 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, Phú Thọ đã tham gia vào việc 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, 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 thực hiện, các nhà quản lý và nhà sản xuất đã thừa nhận rằng 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, chưa áp dụng công cụ này hoặc chưa duy trì áp dụng liên tục Các chuyên gia trong và ngoài nước 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 từ cơ sở sản xuất, và rào cản về kỹ thuật.

Rào cản về quản lý trong các dự án sản xuất sạch hơn (SXSH) chủ yếu liên quan đến việc tập trung vào quản lý nội vi, tiết kiệm năng lượng và thay đổi nguyên liệu Các giải pháp sâu hơn như tái sử dụng và tiết kiệm nước trong sản xuất thường đòi hỏi đầu tư lớn và tạm ngừng sản xuất, dẫn đến việc ít được ủng hộ Do đó, nghiên cứu và áp dụng các giải pháp này trong sản xuất công nghiệp vẫn còn hạn chế.

Nghiên cứu của tác giả Trà Văn Tùng và cộng sự (2011) đã triển khai mô hình ứng dụng màng lọc (MBR) kết hợp hệ thống bùn hoạt tính và siêu lọc để tái sử dụng nước thải công nghiệp tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân, TP Hồ Chí Minh Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ COD đạt 85,33% với MBR và 84,05% với bùn hoạt tính Tuy nhiên, độ đục và độ màu của nước thải sau xử lý không đạt quy chuẩn cho phép, với hiệu suất loại bỏ màu lần lượt là 73,7% và 72,6%.

Nguyễn Xuân Hoàn và cộng sự (2012) đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ lọc màng nano, áp dụng cho cả nước thải nhân tạo và thực tế Kết quả cho thấy, đối với nước thải từ nhà máy, hiệu suất loại bỏ màu đạt 93% và muối đạt 60%.

Nguyễn Phước Dân và cộng sự (2009) đã nghiên cứu về tái sử dụng nước thải sinh hoạt (TSD) cho các hoạt động vệ sinh trong hộ gia đình, công cộng và các doanh nghiệp như dệt nhuộm, xi mạ, sản xuất kim loại, bao bì, và sản phẩm nhựa Nghiên cứu đề xuất hai giải pháp công nghệ: thứ nhất, công nghệ than hoạt tính sinh học BAC – BSF kết hợp với khử trùng, cho phép sử dụng nước xử lý vào việc dội rửa toilet và tưới cây xanh với hiệu suất khử COD trung bình đạt khoảng 60%, có thể lên tới 88%; thứ hai, công nghệ BAC-BSF kết hợp với màng RO, giúp nước sau xử lý đạt chất lượng cao cho các hoạt động dịch vụ và công nghiệp yêu cầu chất lượng cao như nồi hơi, làm mát, vệ sinh 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 nghiên cứu 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 mục đích tưới cây Đề tài này đánh giá tiềm năng sử dụng nước tái sinh từ các hoạt động này.

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 nước phát triển đang ngày càng 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 Các sơ đồ nguyên lý tái sử dụng và xử lý nước thải công nghiệp được thiết kế cho những ngành có lượng nước thải lớn đang được nghiên cứu và triển khai.

Hình: ệ TH/TSD nước thả en

có sử dụng nước thải

Hình: ệ TH/TSD nước thả

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

Suy thoái tài nguyên nước đang diễn ra nghiêm trọng, với nhiều khu vực cạn kiệt Điều này yêu cầu chúng ta phải bảo vệ và sử dụng nguồn nước một cách tiết kiệm, hiệu quả và đa mục tiêu Để đạt được điều này, cần quản lý tài nguyên nước theo hướng tổng hợp bền vững cho từng lưu vực sông.

Nước di chuyển theo lưu vực sông thay vì theo ranh giới hành chính, do đó mọi 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 Vì lý do này, việc quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện theo quy mô lưu vực sông để đảm bảo hiệu quả và bền vững.

Vào ngày 01/12/2008, Chính phủ Việt Nam đã ban hành Nghị định số 120/2008/NĐ-CP, nhằm thiết lập khung pháp lý cho việc quản lý tổng hợp lưu vực sông.

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 tại Rio de Janeiro Những nguyên tắc này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả và bền vững.

Nước sạch là nguồn tài nguyên hữu hạn và dễ bị tổn thương, cần thiết cho sự sống và phát triển môi trường Việc tiếp cận sử dụng tổng hợp cần xem xét các thành phần của cán cân nước, hoạt động phát triển và tác động tại các vùng thượng và hạ lưu Sử dụng nước nên đa mục đích, liên kết giữa các ngành và gắn kết xã hội với thiên nhiên Tỷ lệ dòng chảy tự nhiên không bị khai thác cho thấy điều kiện cư trú dưới nước: 10% dòng chảy trung bình năm tạo điều kiện cư trú kém, 30% khá và trên 40% là tốt.

Nguyên tắc thể chế trong phát triển và quản lý nguồn nước nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tham gia của các bên liên quan, bao gồm khu vực công và tư, cộng đồng, người sử dụng nước, cũng như các nhà hoạch định chính sách Sự hợp tác này nhằm đạt được các thỏa thuận bền vững, cùng chịu trách nhiệm và chia sẻ lợi ích, từ đó 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, do đó, cần xem xét sự tham gia của họ trong các dự án phát triển Họ cần có cơ hội để phát biểu ý kiến và hưởng lợi từ những dự án này.

Nước là một tài nguyên có giá trị kinh tế thiết yếu cho mọi đối tượng 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 vô cùng quan trọng để đảm bảo sự bền vững và công bằng trong việc tiếp cận nguồn tài nguyên quý giá này.

Thực tiễn quản lý tài nguyên nước ngầm (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 đạt được điều này, cần phải dựa vào QLTHTNN với sự kết hợp giữa phát triển và quản lý Khái niệm về QLTHTNN không chỉ dừng lại ở việc quản lý mà còn mở rộng ra, yêu cầu các tổ chức ở cấp vùng hoặc quốc gia triển khai thực tiễn này và áp dụng các khuôn khổ hợp tác toàn cầu và khu vực.

Nước là tài nguyên tái tạo có thể tái sử dụng, 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 việc tái sử dụng nước, cần có các chính sách phù hợp cho từng người sử dụng, đồng thời thiết kế tích hợp các hệ thống chính trị, kinh tế, xã hội và hành chính nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên 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: Mối quan hệ giữa các tiểu ngành sử dụng nước và vai trò của 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 năm 1997-1998.

Trong những năm gần đây, quản lý tài nguyên nước tại Việt Nam đã có những cải tiến rõ rệt về 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 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

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 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo vệ và sử dụng hiệu quả tài nguyên nước.

Theo Luật Tài nguyên nước được ban hành ngày 21/6/2012, tài nguyên nước tại Việt Nam bao gồm nước mưa, nguồn nước mặt và nguồn nước dưới đất Luật quy định rằng tài nguyên nước thuộc sở hữu toàn dân và được nhà nước quản lý thống nhất, nhằm đảm bảo quyền lợi cho mọi người trong việc 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

Sáng chế đầu tiên về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp được đăng ký bảo hộ tại Mỹ vào năm 1972, giới thiệu phương pháp hấp phụ 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, bắt đầu từ năm 2000, lượng sáng chế đăng ký đã tăng mạnh, thể hiện rõ qua biểu đồ 1 với số lượng sáng chế tăng dần, đạt đỉnh vào năm 2013 với 259 sáng chế Mặc dù năm 2014 có sự giảm nhẹ, nhưng vẫn ghi nhận 158 sáng chế được đăng ký.

Trong 15 năm qua, số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ liên quan đến xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp đã chiếm ưu thế, với 1.617 sáng chế trên tổng số 1.663 sáng chế Điều này phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng của thế giới đối với vấn đề 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

Biểu đồ 1: Số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp theo thời 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 sáng chế liên quan đến xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp Trong số đó, 10 quốc gia dẫn đầu về số lượng đơn đăng ký là: 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 cũng 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 các đơn đăng ký sáng chế, và từ đó, quốc gia này đã trở thành thị trường lớn thu hút các chủ sở hữu sáng chế nộp đơn bảo hộ Số lượng sáng chế đăng ký tại Trung Quốc vượt trội 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

Với hơn 1600 sáng chế về xử lý nước thải công nghiệp, phân loại theo hệ thống IPC cho thấy sự tập trung cao ở các chỉ số C02F, B01D và B01J, phản ánh các xu hướng nghiên cứu chính trong lĩnh vực này.

Xử lý nước thải công nghiệp có thể được thực hiện thông qua các phương pháp lý hóa, bao gồm sử dụng chất keo tụ, hấp phụ và thẩm thấu Những phương pháp này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hiệu quả, đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường.

- 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 suất tách biệt các hợp chất Việc sử dụng các chất hấp thụ phù hợp có thể cải thiện đáng kể quá trình phân tích Ngoài ra, các phương pháp điều chế, tái sinh và tái hoạt hóa các chất này (theo chỉ số phân loại B01J/20) là cần thiết để duy trì hiệu quả sử dụng và tiết kiệm chi phí trong nghiên cứu và sản xuất.

Các quy trình tách sử dụng màng bán thấm như thấm tách, thẩm thấu và siêu lọc là rất quan trọng Những thiết bị, phụ kiện và công đoạn phụ trợ chuyên dụng cho các quy trình này được phân loại theo chỉ số B01D/61.

Phân tích chỉ số phân loại sáng chế theo thời gian

Khi phân tích các hướng nghiên cứu dựa trên chỉ số phân loại, nhận thấy rằng số lượng sáng chế đã tăng lên theo thời gian, đặc biệt trong ba lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu: xử lý nước thải thông qua keo tụ hoặc kết tủa chất bẩn lơ lửng, xử lý nước thải bằng phương pháp hấp thụ, và xử lý nước thải qua nhiều giai đoạn, trong đó có ít nhất một giai đoạn xử lý sinh học Đặc biệt, hai hướng nghiên cứu đầu tiên đã có những đăng ký sáng chế từ thập niên 70 và 80, cho thấy sự phát triển sớm 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, mặc dù hai hướng nghiên cứu về xử lý nước thải có sự gia tăng, nhưng số lượng sáng chế lại biến động không ổn định Đặc biệt, trong lĩnh vực xử lý nước thải qua nhiều giai đoạn, với ít nhất một giai đoạn xử lý sinh học, các sáng chế chỉ bắt đầu được đăng ký bảo hộ từ năm 2003 Tuy nhiên, số lượng sáng chế trong lĩnh vực này vẫn tăng đều và ổn định, cho thấy sự gia tăng quan tâm toàn cầu đối với việc áp 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 cũng là một lựa chọn hiệu quả (C02F 1/42) 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 quy 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 khác nhau được áp dụng như 10.28% xử lý bằng hấp thụ, 6.85% bằng sự 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 nghiên cứu xử lý nước thải thông qua các phương pháp sinh học, hấp thụ, keo tụ hoặc kết tủa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng và hóa học.

Tại Nhật Bản, 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 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 các phương pháp xử lý nước thải, bao gồm các kỹ thuật keo tụ, sinh học, hấp thụ và oxy hóa.

Các 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 đạt tiêu chuẩn để tái sử dụng cho một số công đoạn có yêu cầu chất lượng nước thấp hơn, chẳng hạn như nước dùng 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, SO₄²⁻ và Ca²⁺ 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%.

Tiêu đề	Tuần Hoàn/Tái Sử Dụng Nước Thải Công Nghiệp Nhằm Phục Vụ Phát Triển Bền Vững
Tác giả	TS. Trần Minh Chớ
Trường học	Trung Tâm Thông Tin Khoa Học Và Công Nghệ TP. HCM
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2015
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	1,91 MB