Công nghệ tái sử dụng nước giảm khai thác nước mới thế nào?

Nước đã dùng thay thế trực tiếp một phần lượng nước phải khai thác mới

Cơ chế giảm khai thác xuất hiện khi một nhu cầu sử dụng nước được đáp ứng bằng nước thu hồi thay vì nước lấy mới từ sông, hồ, tầng chứa nước ngầm hoặc hệ thống cấp nước uống. Nếu một cơ sở cần nước cho tháp giải nhiệt, tưới cây hoặc rửa thiết bị và dòng nước tái sử dụng đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của các công việc đó, lượng nước cấp mới tương ứng có thể được cắt giảm.

Điểm quan trọng là tái sử dụng không nhất thiết phải đưa nước trở lại đúng mục đích ban đầu. Nước đã qua sử dụng có thể được chuyển sang một nhu cầu khác có yêu cầu chất lượng thấp hơn. EPA liệt kê các ứng dụng không dùng để uống như vệ sinh đường phố, rửa xe, giặt thương mại, kiểm soát bụi và nhiều mục đích khác; việc thay nước uống bằng nước tái chế cho các nhu cầu này làm giảm lượng nước chất lượng cao mà cộng đồng phải cung cấp.

Vì vậy, tác động lên nguồn nước mới có thể hiểu theo cân bằng đơn giản: lượng nước tái sử dụng thực sự thay thế được một nhu cầu hiện hữu càng lớn thì lượng nước cần khai thác bổ sung cho nhu cầu đó càng nhỏ. Tuy nhiên, mức giảm thực tế không nhất thiết bằng toàn bộ công suất xử lý, vì còn phụ thuộc lượng nước có thể thu hồi, tổn thất trong xử lý, nhu cầu tại thời điểm sử dụng và khả năng phân phối nước tái chế đến đúng nơi cần dùng.

Thu hồi tại chỗ có thể cắt nhu cầu nước cấp ngay trong một tòa nhà hoặc khu vực

Trong hệ thống tái sử dụng tại chỗ, nước phát sinh ở chính công trình hoặc khu vực được thu gom, xử lý rồi quay lại phục vụ các nhu cầu không cần nước uống. Nguồn có thể gồm nước xám, nước thải hoặc nước mưa thu gom; đầu ra có thể dùng cho xả toilet, tưới, tháp giải nhiệt và những ứng dụng phù hợp khác.

Cách bố trí này tác động trực tiếp đến đồng hồ nước cấp của công trình: mỗi mét khối nước tái sử dụng thay cho nước cấp là một mét khối nhu cầu mà hệ thống cấp nước bên ngoài không phải đáp ứng, nếu bỏ qua các tổn thất và nhu cầu phụ trợ. EPA cũng ghi nhận hệ thống tái sử dụng không uống tại chỗ có thể giảm áp lực lên nguồn nước ngọt đồng thời giảm lượng nước đi vào hệ thống thoát nước.

Lợi ích đặc biệt rõ khi nhu cầu không uống lặp lại hằng ngày và tương đối ổn định. Ví dụ, một tòa nhà vừa tạo ra nước thải hằng ngày vừa cần nước cho xả toilet hoặc làm mát có thể tạo một vòng tuần hoàn cục bộ. Ngược lại, nếu lượng nước thu hồi xuất hiện vào lúc không có nhu cầu sử dụng hoặc công trình thiếu bể chứa, mạng đường ống riêng và khả năng vận hành phù hợp, phần nước có thể tái sử dụng sẽ thấp hơn tiềm năng lý thuyết.

Tái sử dụng tập trung có thể thay nguồn nước ngọt trên quy mô đô thị và công nghiệp

Ở quy mô tập trung, nước sau xử lý từ nhà máy nước thải có thể được xử lý bổ sung rồi phân phối qua một mạng riêng cho nhiều khách hàng. Cơ chế này chuyển một dòng nước vốn có thể bị xả bỏ thành nguồn cung thứ hai bên cạnh hệ thống nước truyền thống.

Trong công nghiệp, nước tái sử dụng có thể đáp ứng những nhu cầu như làm mát hoặc một số công đoạn sản xuất khi chất lượng nước sau xử lý phù hợp. Trong đô thị, nó có thể phục vụ tưới cảnh quan, vệ sinh và các mục đích không uống khác. EPA xác định tái sử dụng nước thải và nước mưa cho nông nghiệp, mục đích không uống hoặc thậm chí cấp nước uống là một nguồn thay thế có thể bổ sung cho danh mục nguồn nước của cộng đồng.

Tác động lên khai thác nước mới không phụ thuộc riêng vào việc nhà máy sản xuất được bao nhiêu nước tái chế. Điều quyết định là nước đó có thay thế một nhu cầu vốn đang lấy từ nguồn nước ngọt hay không. Nếu nước tái chế chỉ tạo thêm một nhu cầu sử dụng mới mà không làm giảm lượng nước lấy từ nguồn hiện hữu, hiệu quả giảm khai thác sẽ nhỏ hơn.

Mức xử lý được chọn theo mục đích sử dụng chứ không phải mọi dòng nước đều xử lý giống nhau

Không phải toàn bộ nước tái sử dụng cần đạt chất lượng nước uống. Nguyên tắc phù hợp với mục đích sử dụng cho phép mức xử lý được thiết kế theo rủi ro và yêu cầu của đầu ra. EPA nêu rằng mức xử lý cần thiết thay đổi theo khả năng con người tiếp xúc với nước; các ứng dụng có mức phơi nhiễm cao hơn đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt hơn.

Một chuỗi xử lý có thể gồm loại bỏ chất rắn, xử lý sinh học, lọc và khử trùng. Khi yêu cầu chất lượng cao hơn, hệ thống có thể bổ sung màng hoặc các quá trình xử lý nâng cao để loại vi sinh vật và hóa chất. Chính cách tiếp cận này cho phép dùng một nguồn nước nhiều lần mà vẫn kiểm soát chất lượng cho vòng sử dụng kế tiếp.

Đối với tái sử dụng cho nước uống, yêu cầu an toàn cao hơn đáng kể. WHO coi potable reuse là một nguồn nước uống khả thi trong những điều kiện phù hợp nhưng nhấn mạnh việc quản lý phải dựa trên hệ thống kiểm soát an toàn nước, bao gồm nhiều hàng rào xử lý, giám sát và quản lý rủi ro xuyên suốt từ nước nguồn đến người sử dụng.

Do đó, mục tiêu của công nghệ tái sử dụng nước không phải là xử lý mọi dòng nước đến chất lượng cao nhất có thể. Mục tiêu kỹ thuật là đạt đúng chất lượng cần thiết cho công dụng dự kiến với mức bảo vệ sức khỏe và môi trường phù hợp.

Tái sử dụng tạo nguồn cung lặp lại từ lượng nước đã đi qua hệ thống

Một đặc điểm làm giảm phụ thuộc vào khai thác mới là cùng một lượng nước có thể thực hiện nhiều vòng phục vụ trước khi rời khỏi hệ thống. Nước được khai thác lần đầu, sử dụng, thu hồi, xử lý và dùng lại; mỗi vòng tái sử dụng hợp lệ tạo thêm dịch vụ nước mà không đòi hỏi lấy một lượng nước thô tương đương từ môi trường.

Điều này khác với mô hình tuyến tính “khai thác – sử dụng – xả”, trong đó nhu cầu mới thường kéo theo lượng nước đầu vào mới. Mô hình tuần hoàn kéo dài giá trị sử dụng của cùng nguồn nước và giảm tỷ lệ giữa tổng nhu cầu sử dụng với lượng nước ngọt phải bổ sung.

Nguồn tái sử dụng còn có thể ổn định hơn một số nguồn phụ thuộc trực tiếp vào lượng mưa. WHO mô tả tái sử dụng cho nước uống là nguồn tương đối ít phụ thuộc vào khí hậu, còn EPA xem nước tái sử dụng là một lựa chọn có thể tăng khả năng chống chịu của hệ thống trước biến động nguồn cung và hạn hán.

Dù vậy, tái sử dụng không biến nước thành nguồn vô hạn. Một phần nước vẫn bị mất qua bay hơi, đi vào sản phẩm, bùn thải hoặc các dòng không thể thu hồi; hệ thống cũng cần lượng nước bổ sung để duy trì cân bằng. Vì thế, công nghệ này chủ yếu giảm tốc độ và quy mô khai thác nước mới chứ không mặc định loại bỏ hoàn toàn nhu cầu khai thác.

Hiệu quả giảm khai thác phụ thuộc vào khả năng ghép đúng nguồn nước với đúng nhu cầu

Một hệ thống chỉ giảm đáng kể nhu cầu nước mới khi bốn điều kiện cùng được đáp ứng: có dòng nước thu hồi đủ ổn định, công nghệ xử lý tạo ra chất lượng phù hợp, có nhu cầu thực sự có thể được thay thế và hạ tầng đưa nước tái sử dụng tới đúng điểm tiêu thụ.

Nếu chất lượng nước đầu ra cao nhưng không có người dùng phù hợp, nước vẫn có thể phải xả. Nếu có nhu cầu lớn nhưng nguồn nước thu hồi biến động, hệ thống vẫn phải duy trì nguồn cấp mới dự phòng. Nếu nơi xử lý cách xa nơi sử dụng, chi phí bơm, lưu trữ và đường ống có thể giới hạn quy mô triển khai. Đối với các ứng dụng có nguy cơ tiếp xúc cao, yêu cầu quản lý và giám sát an toàn cũng tăng lên.

Vì vậy, chỉ số có ý nghĩa nhất không phải là “bao nhiêu nước đã được xử lý”, mà là “bao nhiêu nước tái sử dụng đã thực sự thay thế lượng nước đáng lẽ phải khai thác hoặc cấp mới”. Hai hệ thống cùng xử lý một lưu lượng có thể tạo mức giảm khai thác khác nhau nếu tỷ lệ sử dụng thực tế, nhu cầu thay thế hoặc tổn thất khác nhau.

EPA cũng phân biệt nhiều nguồn và ứng dụng tái sử dụng, từ nước thải đô thị, nước mưa đến các dòng nước công nghiệp, với yêu cầu đánh giá và xử lý phù hợp cho từng mục đích. Điều đó cho thấy hiệu quả của tái sử dụng phụ thuộc vào thiết kế cả chuỗi nguồn – xử lý – lưu trữ – phân phối – sử dụng, chứ không nằm ở một công nghệ xử lý đơn lẻ.

Công nghệ tái sử dụng nước giảm khai thác nước mới bằng cách tạo một nguồn cấp thay thế từ nước đã đi qua một vòng sử dụng. Khi nước được thu hồi, xử lý đúng mức và đưa trở lại một nhu cầu vốn phải dùng nước ngọt hoặc nước uống, lượng nước đầu vào cần lấy mới sẽ giảm tương ứng với phần nhu cầu thực sự được thay thế. Hiệu quả lớn nhất xuất hiện khi nguồn thu hồi và nhu cầu sử dụng ổn định, chất lượng nước phù hợp với mục đích, hạ tầng phân phối khả thi và các yêu cầu an toàn được kiểm soát đầy đủ.