03/04/2020
TÓM TẮT
Tổng quan về tiềm năng tái sử dụng nước xám thay thế nước cấp sinh hoạt cho tưới ở những vùng khan hiếm nước được tổng hợp từ các nghiên cứu về nước xám đã xuất bản trên các tạp chí chuyên ngành. Nội dung của nghiên cứu cho thấy, nước xám có tiềm năng sử dụng cho tưới trong vườn nhà ở hộ gia đình với lượng nước và chất lượng nước phù hợp. Tuy nhiên, để đảm bảo không ảnh hưởng đến môi trường đất trồng và an toàn, nước xám cần được xử lý sơ bộ trước khi tái sử dụng. Bài viết nghiên cứu và đề ra một số giải pháp trong thời gian tới nhằm giảm bớt những ảnh hưởng khan hiếm nước.
Từ khóa: Nước xám, tái sử dụng, tưới, khan hiếm nước.
1. Mở đầu
Khan hiếm nước ngọt đang diễn ra và ngày càng lan rộng khắp các lục địa trên toàn cầu. Theo Liên Hiệp quốc 2/3 dân số thế giới sẽ phải đối mặt với khan hiếm nước vào năm 2025 [1]. Hiện tại 2/3 dân số thế giới đang khan hiếm nước ít nhất một tháng trong năm và hơn một nữa dân số Trung Quốc đang gặp phải vấn đề tương tự. Ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) trong những năm gần đây, tình hình xâm nhập mặn diễn biến phức tạp, theo báo cáo của Bộ TN&MT 2019, lượng mưa ở đầu nguồn sông Mekong thấp từ tháng 1 - 4, dòng chảy từ thượng lưu giảm. Hiện tượng xâm nhập mặn diễn ra kéo dài từ tháng 1 - 6. Theo dự báo độ mặn tại các cửa sông vùng xâm nhập mặn lên đến 4gram/lít. Xâm nhập mặn làm cho khu vực này đối mặt với khan hiếm nước và tình trạng này diễn ra ngày càng một nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt và tưới tiêu.
Để đối phó với tình trạng khan hiếm nước, các quốc gia như Úc, Mỹ, Jordan, Israel… đã áp dụng nhiều giải pháp xử lý và tái sử dụng nước xám cũng như đã xây dựng các tiêu chuẩn, chính sách, nghiên cứu công nghệ phù hợp để áp dụng tái sử dụng cho tưới và các hoạt động khác như rửa xe, rửa đường, dội toilet,…[2]. Các hướng dẫn tái sử dụng nước xám đã được xuất bản ở Anh, Úc và Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng đã xuất bản hướng dẫn kiểm soát vi sinh vật ở mức đảm bảo an toàn khi tái sử dụng nước xám cho tưới. Trước tình hình diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu và khan hiếm nước ngày càng tăng. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu liên quan đến nước xám được các nhà nghiên cứu quan tâm và nhiều nghiên cứu về xử lý và tái sử dụng nước xám xuất bản trên các tạp chí chuyên ngành tăng đáng kể. Nước xám được xem như là một nguồn tài nguyên [3].
2. Nước xám
Nước xám được định nghĩa là nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình ở nó bao gồm nước thải từ nhà tắm (tắm, bồn tắm), chậu rửa tay, máy giặt nhưng không bao gồm nước thải từ nhà bếp (như chậu hay máy rửa chén bát), toilet [4]. Tuy nhiên, cũng có một vài định nghĩa khác là nước xám bao gồm toàn bộ nước thải từ hộ gia đình ngoại trừ dòng nước thải từ toilet [5]. Nước xám cũng được phân chia làm 2 loại: nước xám sáng (light greywater) là nguồn bao gồm nước thải từ tắm và rửa tay, nước xám tối (dark greywater) là nguồn bao gồm nước thải từ giặt và nhà bếp.
Nước xám chiếm từ 50 - 80% tổng lượng nước thải từ hộ gia đình và thành phần chất ô nhiễm trong nước xám thấp hơn đáng kể so với thành phần nước thải sinh hoạt bởi vì nó không bao gồm nước thải từ toilet và nhà bếp [3]. Thành phần ô nhiễm cơ bản trong nước xám bao gồm: tóc, xà phòng, chất rắn lơ lửng, muối và vi sinh vật. Theo [6] thì nước xám có tiềm năng tưới cho thực vật bởi nồng độ các chất ô nhiễm ở mức độ thấp. Ngoài ra, thành phần dinh dưỡng trong nước xám cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho phát triển của cây trồng. Thành phần ô nhiễm đặc trưng trong nước xám là chất tẩy rửa và chất hữu cơ. Tuy nhiên, theo [3, 6] thì các thành phần này dễ phân hủy và không gây ảnh hưởng đến tăng trưởng của thực vật.
Nước xám chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng lượng nước thải sinh ra ở hộ gia đình. Tuy nhiên thành phần ô nhiễm trong nước xám và lượng nước xám thải bỏ cũng thay đổi ở những quốc gia, khu vực khác nhau bởi phụ thuộc vào mức sống, văn hóa xã hội, mức độ khan hiếm nước [3]. Cụ thể, ở các nước phát triển mức tiêu thụ nước trung bình từ 100-200 lít/người. ngày và 60-70% thành phần này là nước xám khi thải bỏ, trong khi ở các nước đang phát triển lượng nước xám thải bỏ từ 20-30 lít/người.ngày [7].
Nước xám được xử lý và tái sử dụng phổ biến ở các nước khan hiếm nước trên thế giới như Israel, Jordan, Bồ Đào Nha, Úc… Trong khi, Việt Nam là một quốc gia với nguồn nước mặt dồi dào cho nên vấn đề tái sử dụng nước xám chưa được phổ biến (chỉ áp dụng ở những khu vực khó tiếp cận nguồn nước ngọt). Tuy nhiên trong những năm gần đây vấn đề xâm nhập mặn, ô nhiễm nước mặt đang ảnh hưởng đến nguồn nước tưới cho cây trồng. Vì vậy tái sử dụng nước xám cho tưới cần được quan tâm ở vùng khan hiếm nước, xâm nhập mặn. Tái sử dụng nước thải tận dụng chất hữu cơ có sẵn trong nước thải là cơ hội tận dụng chất dinh dưỡng, giảm chi phí phân bón. Thu gom và tái sử dụng nước thải mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường. Hiện nay nhiều tỉnh thành cũng đã áp dụng mô hình thu gom và tái sử dụng nước thải cho cây trồng mà điển hình là thành phố Phan Rang - Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận [8].
Chất lượng nước xám là một yếu tố cần quan tâm trong áp dụng tái sử dụng nước xám cho tưới. Chất lượng nước xám cơ bản ở một vài quốc gia trên thế giới (Bảng 1).
Bảng 1. Chất lượng nước xám ở một vài quốc gia [3]
|
Chỉ tiêu |
India |
Malaysia |
Hy Lạp |
Israel |
|
pH |
7.15-8.34 |
5.9-6.4 |
6.2-7.8 |
6.3-8.2 |
|
Độ đục (NTU) |
|
|
|
23-35 |
|
EC (mm.S-1) |
|
|
|
120-170 |
|
TS (mg.dm-3) |
|
|
777-2891 |
|
|
TSS (mg.dm-3) |
121-322 |
36-224 |
60-134 |
30-298 |
|
COD (mg.dm-3) |
126-460 |
146-903 |
217-1461 |
840-1340 |
|
BOD5 (mg.dm-3) |
40-240 |
168-673 |
59 |
74- 890 |
|
FC (CFU/100.cm3) |
1.4x103-1.7x105 |
1.4x105 |
3.5x104-4x106 |
Trong các chỉ số có tiềm năng ảnh hưởng đến môi trường và đất trồng, SAR (Sodium Adsorption Ratio) là chỉ số được quan tâm khi tái sử dụng nước xám cho tưới. Theo các nghiên cứu ở Israel, Ấn Độ, Jordan thì SAR dao động từ 2 - 16 [3].
Các chất ô nhiễm là hữu cơ và chất rắn lơ lửng theo [7] có nguồn gốc chủ yếu từ quá trình giặt và từ nhà bếp trong khi nước thải từ tắm gội và rửa tay hàm lượng ô nhiễm này rất thấp. Kết luận này trùng khớp với nghiên cứu [3, 9] là nước từ chậu hay máy rửa chén chiếm khoảng 31% tổng lượng nước xám từ hộ gia đình trong khi đó thành phần chất hữu cơ chiếm 42%, tổng lượng dầu mỡ 43% và MBAS (Methyl blue active substances) chiếm 40% trong thành phần của nước xám.Ngoài các thành phần ô nhiễm đặc trưng, phổ biến của nước xám, các thành phần có liên quan đến các hoạt động sinh hoạt hàng ngày cũng cần được quan tâm như: hóa chất, mỹ phẩm chăm sóc cá nhân, dư lượng kháng sinh, các hợp chất hữu cơ nhân tạo có nguồn gốc chủ yếu từ các hóa chất sử dụng trong nhà. Theo [3] thì hơn 900 hợp chất hữu cơ xenobiotic trong nước xám có nguồn gốc từ tắm và giặt. Ngoài ra sự có mặt của vi sinh vật trong nước xám có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người khi tái sử dụng cho tưới.
Để áp dụng tái sử dụng nước xám cho tưới, một số quốc gia khan hiếm và Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng đã có quy định/ hướng dẫn cho tái sử dụng nước cho tưới (Bảng 2).
Bảng 2. Một vài quy định/ hướng dẫn tái sử dụng nước thải cho tưới [3]
|
Tái sử dụng |
Chỉ tiêu hóa, lý |
Chỉ tiêu CFU.100.cm-3 |
|
Ở đô thị: tất cả các kiểu tưới cho vườn |
pH=6–9, BOD ≤10 mg.dm-3, độ đục ≤ 2 NTU, chlorine (Cl2 dư=1 mg.dm-3 pH=6–9, |
FC=không phát hiện |
|
Khu vực tưới hạn chế có sự tiếp xúc của con người |
pH=6–9, BOD≤30 mg.dm-3, TSS≤30 mg.dm-3, Cl2 dư=1 mg.dm-3 |
FC≤200 |
|
Xả vào nguồn nước mặt |
SS<100 mg.dm-3, pH=5.5 to 9.0, Dầu, mỡ<10 mg.dm-3, Nitơ amonia (as N)<50 mg.dm-3, BOD<30 mg.dm-3, COD<250 mg.dm-3, As<0.2 mg.dm-3. |
|
|
Thải bỏ vào đất cho tưới |
SS<200 mg.dm-3, pH=5.5 to 9.0, Dầu, mỡ<10 mg.dm-3, BOD<30 mg.dm-3, As<0.2 mg.dm-3, |
|
|
Tưới có giới hạn |
|
Helminth eggs<1.dm-3, E. coli<100,000 |
|
Tưới không giới hạn cho cây trồng |
|
Helminth eggs<1.dm-3, E. coli<1,000 |
|
Tưới bề mặt; dội xả toilet; tái sử dụng cho giặt (Úc)
|
TSS <30 mg.dm-3 Rửa xe BOD5<20 mg O2.dm-3 |
Coliform chịu nhiệt <10
|
|
Tưới cho cây không làm thực phẩm (California (Mỹ), Italy) |
|
Total Coliform ≤23 |
|
Tưới cho cây không làm thực phẩm (WHO, Hy Lạp, Tây Ban Nha) |
|
E. coli ≤10000 |
|
Tưới cho cây không làm thực phẩm (Đức, Úc) |
|
TC≤100; FC≤10 |
|
Tái sử dụng ở đô thị và tưới cho nông nghiệp (Không hạn chế tái sử dụng) |
BOD5≤10 mg.dm-3, Độ đục ≤ 2 NTU, 6≤pH≤9, Chlorine dư≤1 mg.dm-3 |
FC≤1000 TC≤10000 |
|
Tái sử dụng ở đô thị và tưới cho nông nghiệp (Hạn chế tái sử dụng) |
BOD5≤30 mg.dm-3, TSS ≤ 30 mg.dm-3, 6≤pH≤9, Chất tẩy rửa (anionic) ≤1 mg.dm-3, Chlorine dư≤1 mg.dm-3 |
FC≤1000 TC≤10000 |
|
Tiêu chuẩn thấp (tưới cho cây); Tiêu chuẩn cao (dội xả toilet và tưới phun) |
Tiêu chuẩn thấp: pH: 5-9.5; Tiêu chuẩn cao: pH: 5-9.5, Độ đục: 10 NTU. |
Fecal coliform (FC): 25 CFU/100ml (Tiêu chuẩn thấp); FC: không phát hiện (Tiêu chuẩn cao) |
Ở Việt Nam hiện nay có Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 12180 - 1:2017 là tiêu chuẩn quốc gia về hướng dẫn sử dụng nước thải đã qua xử lý cho các dự án tưới - Phần 1: Cơ sở của một dự án tái sử dụng cho tưới. Ngoài ra, chưa có một hướng dẫn hay một tiêu chuẩn quốc gia giành cho nước xám.
3. Tiềm năng tái sử dụng nước xám cho tưới
Các nghiên cứu cho thấy, lượng nước xám sinh ra ở hộ gia đình hoàn toàn có thể thay thế cho lượng nước tưới cho thảm thực vật trong vườn nhà. Theo nghiên cứu [10] thì lượng nước xám trung bình sinh ra ở hộ gia đình có thể thay thế cho nước tưới thực vật với lượng nước tưới 115 mm/ngày cho diện tích 20 m2. Theo [7], thì lượng nước xám sinh ra trung bình tính trên một người có khả năng tưới cho 10 - 55 m2 của thảm cỏ trong vườn nhà.
Tái sử dụng nước xám hoặc nước xám sau xử lý sử dụng cho tưới một vài loài thực cho thấy không những không có ảnh hưởng nguy hại mà còn có khối lượng sinh khối cao hơn so với nước cấp từ sinh hoạt. Nghiên cứu [11] cho thấy, không có ảnh hưởng nguy hại lên cỏ Lolium perenne khi nước xám thô được thay thế tưới cho cỏ. Ngoài ra, không có sự khác biệt về sinh khối của cỏ sau thời gian nghiên cứu khi cỏ được tưới nước cấp sinh hoạt so với nước xám thô (với độ tin cậy 95%). Bên cạnh đó, kết quả cho thấy, nước xám được xử lý bới quá trình sinh học mẻ cho sinh khối cỏ cao hơn nước cấp và nước xám thô tưới cho cỏ. Ngoài ra, các nghiên cứu [10] trên cỏ, nghiên cứu [12] trên cà chua và đậu xanh không thấy sự khác biệt số lượng trái, chiều cao, số lượng lá khi so sánh 3 loại nước tưới là nước cấp sinh hoạt, nước xám xử lý và nước xám thô. Hơn thế nữa, để so sánh ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng và ức chế trong nước xám lên thực vật (cỏ) [13] đã thực hiện thí nghiệm so sánh khi chỉ thực hiện nước tưới mà không cung cấp dinh dưỡng khác và thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng tương tác của các loại nước tưới kết hợp (nước cấp sinh hoạt, nước xám thô và nước xám sau xử lý sơ bộ). Kết quả cho thấy, cỏ phát triển tốt sau thời gian ngắn 30 ngày với nước xám thô và nước xám sau xử lý sơ bộ so với nước tưới là nước cấp sinh hoạt và nhân tố nước xám sau xử lý sơ bộ ảnh hưởng lớn nhất (ảnh hưởng tăng) lên năng suất sinh khối cỏ khi thực hiện tưới kết hợp ba loại nước tưới trên.
Các nghiên cứu cho thấy, tiềm năng tái sử dụng của nước xám cho tưới bởi lượng nước và thành phần dinh dưỡng trong nước xám. Tuy nhiên, một vài thành phần trong nước xám có tiềm năng ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, môi trường đất khi sử dụng nước xám thô. Theo nghiên cứu [3], sử dụng nước xám thô ảnh hưởng đến môi trường đất bởi lượng Boron, chất tẩy rửa bề mặt trong nước xám. Hơn thế nữa kết quả nghiên cứu [12] cho thấy rằng pH, SAR, độ dẫn điện (EC) của đất tăng cao khi tưới nước xám thô so với nước xám sau xử lý. Ngoài ra, sử dụng nước xám thô cho tưới có tiềm năng ảnh hưởng đến nước ngầm bởi muối, nitrat, vi sinh vật gây bệnh rò rì từ vùng rễ xâm nhập nước ngầm [13].
Thành phần và lượng nước xám là một nguồn nước tiềm năng cho tái sử dụng cho tưới. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng chỉ ra một vài tiềm năng ảnh hưởng đến đất trồng, sức khỏe. Chính vì vậy một giải pháp quan trọng để tận dụng nguồn nước này là phải áp dụng một phương pháp xử lý hợp lý. Chất lượng của nước xám áp dụng cho tái sử dụng ít nhất phải được xử lý sơ bộ để loại bỏ các thành phần chất rắn, chất hữu cơ và một phần vi sinh vật tồn tại trong nước xám. Theo [14] thì lắng và lọc cát là một trong những phương pháp đơn giản nhất trong xử lý nước sơ bộ. Thuận lợi của xử lý sơ bộ bằng phương pháp lắng và lọc là giá thành thấp, hiệu quả, đơn giản và có thể đạt yêu cầu tái sử dụng cho tưới ở vùng khan hiếm nước [14]. Ngoài ra để đạt hiệu quả cao hơn các hệ thống xử lý nước xám cho tưới phổ biến gồm: hệ thống lọc cát + than hoạt tính, sỏi lọc + than hoạt tính + khử trùng bằng chlorine, lọc qua cát và khử trùng bằng UV [15]. Ở Việt Nam, Viện Khoa học Thủy lợi đã triển khai một số mô hình xử lý nước thải cho tái sử dụng nước cho tưới trong nông nghiệp. Cụ thể như xử lý yếm khí nước thải chế biến nông thủy sản bằng công nghệ yếm khí kết hợp hồ sinh học, xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm kết hợp với hồ sinh học [8]. Theo nghiên cứu [15] cho thấy chi phí đầu tư một hệ thống xử lý nước xám phân tán riêng lẻ xử lý tại hộ gia đình cho tái sử dụng dao động từ 500 đến 2500 USD. Nghiên cứu [15] cho rằng đầu tư một hệ thống xử lý nước xám cho tái sử dụng cho tưới ở hộ gia đình thì khả năng thu hồi vốn sau 14 năm hoạt động (chỉ tính chi phí giá thành đầu tư, vận hành và tiết kiệm nước, chưa tính giá trị môi trường mang lại) .
4. Kết luận
Tổng quan về tiềm năng tái sử dụng nước xám cho tưới ở vùng khan hiếm nước cho thấy: Nước xám có tiềm năng thay thế cho nước tưới tuy nhiên cần phải xử lý để đảm bảo an toàn sức khỏe và môi trường; Nghiên cứu giải pháp xử lý thích hợp cho chất lượng đầu ra và chi phí xử lý hợp lý cho từng vùng, từng khu vực cụ thể và loại cây trồng áp dụng; Tiến tới cần xây dựng quy định, tiêu chuẩn áp dụng tái sử dụng nước xám; Cần chính sách hỗ trợ, khuyến khích cho giải pháp công nghệ áp dụng tái sử dụng nước xám ở những vùng khan hiếm nước.
Nguyễn Thanh Hùng1
1Bộ môn Kỹ thuật môi trường, Khoa Kỹ thuật - Công nghệ - Môi trường
Trường Đại học An Giang, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng việt 1/2020)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. https://www.worldwildlife.org/threats/water-scarcity
2. Reichman S. M., Wightwick A. M., 2013,Impacts of standard and “low environmental impact” greywater irrigation on soil and plant nutrients and ecology,Applied Soil Ecology,số. 72 trang 195-202.
3. Gross A., Maimon A., Alfiya Y., Friedler E., 2015,Greywater Reuse, Taylor & Francis Group. Anh.
4. Al-jayyousi O. R., 2003,Greywater reuse: Towards sustainable water management. Desalination,số156trang 181–192.
5. Ludwig A., 2007,Create an oasis with greywater (5 th), Oasis Design. ISBN: 0-9643433-9-8. trang 150.
6. Oron D., Adel M., Agmon V., Friedler E., HalperinN R., Leshem E., Weinberg D., 2014,Greywater use in Israel and worldwide: standards and prospects. Water Research,số58 trang 92–101.
7. Noutsopoulos C., Andreadakis A., Kouris N., Charchousi D., Mendrinou B., Galani A., Mantziaras I., Koumaki E., 2018, Greywater characterization and loadings – Physicochemical treatment to promote onsite reuse. Journal of Environmental Management, số 216 trang 337-346.
9. Friedler E, 2004, Quality of individual domestic greywater streams and its implication for on-site treatment and reuse possibilities. Environmental Technology,số25 trang 997–1008.
10.Pinto U., Mahesshwari B. L., Grewal H.S., 2010, Effects of greywater irrigation on plant growth, water use and soil properties,Resources, Conservation and Recycling. Số 54, trang 429-435.
11. Alfiya Y., Damti O., Stoler-Katz A., Zoubi A., Shaviv A., Friedler E., 2012,Potential impacts of on-site greywater reuse in landscape irrigation. Water Science and Technology,số 65 (4)trang 757–764.
12. Al-Zou J. Y., Al-Balqa K. K. A., Al-Balqa J. A., 2017, Low-cost treatment of grey water and reuse for irrigation of home garden plants. Environmental Engineering and Management Journal, số16 trang351–359.
13. Valentina L., Akica B., 2005,Water Reuse for Irrigation. CRC Press.ISBN: 1-56670-649-1. trang 432.
14. Dalameh S. S., Pell M., Vinneras B., 2012, Efficiency of bark, activeated charcoal, foam and sand filters in reducing pollutants from greywater. Water Air Soil Pollution, 223, trang 3657 – 3671.
15. Nguyen T. H., 2019, Luận án tiến sĩ. Xử lý và tái sử dụng nước xám cho tưới cỏ, Ba Lan.
|
GREYWATER REUSE FOR IRRIGATION: A SOLUTION FOR WATER SCARCITY AREAS PhD. Nguyen Thanh Hung Department of Environmental Engineering, Faculty of Engineering - Technology - Environment, An Giang University, Viet Nam National University, Ho Chi Minh City
Abstract: A short review of the potential for greywater reuse applied for irrigation in the condition of the water shortage is presented in this paper. The content in the paper is collected from many studies which were published in many journals in the world in last time. The paper showed that greywater has the potential for irrigation in the garden of the house with propriety of quantity and quality. However, greywater needs to treat to ensure the safety for reuse with soil and human. The paper gives some topics which have to study in the future to apply for the areas are facing water scarcity. Keywords: Greywater, reuse, irrigation, water scarcity. |
