Biến bùn và nước thải thành nguồn năng lượng

Khi chất thải không còn là “điểm cuối” của đô thị hiện đại

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực tài nguyên ngày càng gia tăng, nhiều quốc gia đang buộc phải thay đổi tư duy quản lý chất thải theo hướng tuần hoàn hơn. Singapore là một trong những ví dụ điển hình của quá trình chuyển đổi này. Là quốc gia có diện tích nhỏ và gần như không có nguồn nước ngọt tự nhiên đáng kể, Singapore từ lâu đã xác định nước sạch và xử lý môi trường là vấn đề an ninh quốc gia. Điều này khiến quốc đảo phải đầu tư mạnh vào công nghệ tái chế nước và tối ưu hóa toàn bộ chu trình xử lý chất thải đô thị.

Tổ hợp Tuas Nexus được xem là trung tâm xử lý nước và chất thải rắn quy mô lớn của Singapore. Ảnh: winfung.com.my

Trong các nhà máy xử lý nước thải truyền thống, bùn thải phát sinh thường được xem là sản phẩm phụ khó xử lý và tiêu tốn nhiều chi phí vận hành. Tuy nhiên, Singapore đã tiếp cận theo hướng hoàn toàn khác: Xem bùn thải là nguồn nguyên liệu năng lượng có thể tái sử dụng. Thông qua công nghệ phân hủy yếm khí, phần hữu cơ trong bùn thải được xử lý để tạo ra khí sinh học chứa thành phần chính là mêtan. Đây vốn là loại khí nhà kính có khả năng gây nóng lên toàn cầu mạnh hơn nhiều lần so với CO2 nếu phát tán trực tiếp ra môi trường. Tuy nhiên, khi được thu hồi và sử dụng làm nhiên liệu, mêtan lại trở thành nguồn năng lượng tái tạo có giá trị.

Tại Singapore, khí sinh học thu được từ quá trình xử lý bùn thải được sử dụng để vận hành các tổ máy phát điện và cung cấp năng lượng cho chính hệ thống xử lý nước. Điều này giúp giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ từ lưới quốc gia, đồng thời cắt giảm chi phí vận hành cho các nhà máy xử lý môi trường. Một trong những dự án tiêu biểu là tổ hợp Tuas Nexus được xem là trung tâm xử lý nước và chất thải rắn quy mô lớn của Singapore. Dự án kết hợp nhà máy xử lý nước thải với cơ sở xử lý chất thải rắn trong cùng một hệ thống nhằm tận dụng tối đa nguồn năng lượng và tài nguyên phát sinh.

Đây là bước tiến quan trọng của mô hình kinh tế tuần hoàn, nơi chất thải từ quá trình này trở thành đầu vào cho một quá trình khác. Nhiệt lượng từ hoạt động đốt chất thải rắn có thể hỗ trợ xử lý bùn thải, trong khi khí sinh học từ bùn hữu cơ lại được dùng để tạo điện phục vụ vận hành toàn bộ hệ thống. Nhờ đó, mức độ tự chủ năng lượng của các nhà máy xử lý môi trường được nâng lên đáng kể.

Hướng đi đáng tham khảo cho các đô thị và khu công nghiệp châu Á

Thành công của Singapore không chỉ nằm ở công nghệ mà còn ở cách tiếp cận quản lý tài nguyên theo vòng tuần hoàn khép kín. Trong mô hình truyền thống, nước thải và bùn thải thường được xử lý tách biệt, khiến chi phí vận hành cao và thất thoát nhiều nguồn tài nguyên có thể tái sử dụng. Ngược lại, mô hình tích hợp cho phép tối ưu hóa toàn bộ chu trình xử lý, từ thu gom, phân hủy hữu cơ đến thu hồi năng lượng và tái sử dụng nước.

Việc phát triển các hệ thống xử lý tuần hoàn còn giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước. Ảnh: freethink.com

Theo nhiều nghiên cứu quốc tế, ngành xử lý nước thải hiện là một trong những nguồn phát thải mêtan đáng kể tại đô thị nếu không được kiểm soát hiệu quả. Việc thu hồi và sử dụng khí sinh học không chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính mà còn góp phần xây dựng hệ thống hạ tầng môi trường phát thải thấp hơn.

Ngoài hiệu quả môi trường, mô hình này còn mang ý nghĩa lớn về an ninh năng lượng. Khi các nhà máy xử lý nước có thể tự sản xuất một phần điện năng phục vụ vận hành, mức độ phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài sẽ giảm xuống.

Theo Cơ quan Quản lý nước quốc gia Singapore (PUB), chiến lược dài hạn của nước này là xây dựng các nhà máy xử lý nước thế hệ mới có khả năng đạt mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất và tiến tới trung hòa carbon trong tương lai. Bên cạnh đó, nước tái chế sau xử lý cũng được đưa trở lại phục vụ sản xuất công nghiệp hoặc bổ sung cho nguồn nước sinh hoạt sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cao. Đây là ví dụ điển hình cho mô hình kinh tế tuần hoàn, nơi tài nguyên được sử dụng nhiều lần thay vì bị loại bỏ sau một chu trình khai thác.

Kinh nghiệm của Singapore được xem là hướng tham khảo đáng chú ý cho Việt Nam trong quá trình hiện đại hóa hạ tầng môi trường. Hiện nay, tốc độ đô thị hóa nhanh khiến lượng nước thải và bùn thải tại nhiều thành phố lớn ngày càng gia tăng.

Tuy nhiên, phần lớn hệ thống xử lý vẫn tiêu tốn nhiều năng lượng và chưa tận dụng hiệu quả nguồn khí sinh học phát sinh. Nếu áp dụng mô hình tích hợp xử lý nước thải - bùn thải - năng lượng sinh học, nhiều khu công nghiệp và đô thị có thể giảm đáng kể chi phí vận hành cũng như lượng phát thải hồi khí nhà kính. Bên cạnh đó, việc phát triển các hệ thống xử lý tuần hoàn còn giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nguy cơ thiếu nước ngày càng rõ rệt.

Lê Sơn/Báo Tin tức và Dân tộc