Chuyển đổi số xanh - Quản trị nước thông minh, đảm bảo kinh tế tuần hoàn nước

Theo PGS.TS Huỳnh Quyền, Hiệu trưởng Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, chuyển đổi số vào ngành kỹ thuật cấp thoát nước là một chủ đề rất quan trọng trong bối cảnh chúng ta đang đối mặt với những thách thức về tài nguyên nước và môi trường nói chung, trong đó có ngành cấp thoát nước nói riêng.

Đây cũng là một hoạt động chuyên môn nhằm góp phần đào tạo lực lượng tri thức và trí thức theo tinh thần của Nghị quyết số 52-NQ/TW của Bộ Chính trị: cùng một số chủ trương, chính sách chủ động tham gia cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư và Nghị quyết 57-NQ/TW về đột phá khoa học, công nghệ, chuyển đổi số và ứng dụng công nghệ thông minh trong quản trị.

“Trong cấp thoát nước, quy trình số hóa và áp dụng công nghệ số, công nghệ số xanh vào quá trình quy hoạch, đầu tư - xây dựng, hoạt động thiết kế và quản lý- khai thác hệ thống cấp thoát nước có thể mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho nhiệm vụ cấp nước an toàn và thoát nước bền vững,” PGS.TS Huỳnh Quyền chia sẻ.

Chuyển đổi số xanh: Tối ưu hóa tài nguyên nước

Nước là nền tảng của mọi hoạt động kinh tế - xã hội và là thành phần cốt lõi trong cấu trúc phát triển bền vững của đô thị hiện đại. Tuy nhiên, ngành cấp thoát nước trên thế giới đang đối mặt với nhiều thách thức chưa từng có như biến đổi khí hậu, hạn hán, xâm nhập mặn, suy giảm chất lượng nguồn nước, già hóa hạ tầng và gia tăng nhu cầu sử dụng nước ở khu vực đô thị.

Theo PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm, Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, ngành cấp thoát nước không chỉ đối mặt với bài toán cung cấp đủ nước, mà còn là bài toán giảm phát thải, tiết kiệm năng lượng, kinh tế tuần hoàn ngành nước, năng suất xanh, bảo vệ tài nguyên và môi trường.

“Các nghiên cứu gần đây cho thấy khoảng 30 - 40% lượng nước sạch tại nhiều đô thị đang bị thất thoát do rò rỉ mạng lưới, trong khi hệ thống thoát nước và xử lý nước thải tại nhiều quốc gia chưa đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường và thích ứng khí hậu”, PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm cho biết.

Song song đó, ngành nước là một trong những lĩnh vực tiêu thụ năng lượng lớn trong hạ tầng đô thị. Các hệ thống bơm, xử lý nước, sục khí và vận chuyển nước thải có thể chiếm từ 25 - 40% tổng điện năng vận hành của doanh nghiệp cấp thoát nước. Điều này làm gia tăng phát thải khí nhà kính, đặc biệt trong bối cảnh nhiều quốc gia cam kết đạt trung hòa carbon vào giữa thế kỷ 21.

Chúng ta vẫn thường nghĩ nước là tài nguyên vô tận. Nhưng thực tế đang đặt ra một câu hỏi: “Liệu chúng ta có thể tiếp tục khai thác, xử lý và sử dụng nước theo cách cũ… trong một thế giới đang thay đổi nhanh chóng bởi biến đổi khí hậu và áp lực đô thị hóa?”

Theo TS Đinh Thị Thu Hà, Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, ngành cấp thoát nước toàn cầu bước vào giai đoạn chuyển đổi sâu sắc dưới tác động đồng thời của biến đổi khí hậu, áp lực đô thị hóa, già hóa hạ tầng, khan hiếm tài nguyên nước, chi phí năng lượng gia tăng và yêu cầu phát triển carbon thấp.

Khác với chuyển đổi số truyền thống chỉ tập trung vào tự động hóa và số hóa dữ liệu, chuyển đổi số xanh tích hợp đồng thời các mục tiêu môi trường, năng lượng, khí hậu và kinh tế tuần hoàn vào toàn bộ chuỗi giá trị của ngành cấp thoát nước.

"Các công nghệ như Internet vạn vật (Internet of Things - IoT), trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI), học máy (Machine Learning - ML), song sinh số (Digital Twin), dữ liệu lớn (Big Data), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) và điều khiển thông minh đang tạo ra sự thay đổi căn bản trong quản lý nguồn nước, vận hành mạng lưới, kiểm soát thất thoát nước, xử lý nước thải và quản trị tài sản hạ tầng", TS Thu Hà cho biết.

Câu chuyện chuyển đổi số xanh ngành nước ở các nước

TS Thu Hà chia sẻ: “Chuyển đổi số xanh đang được xem là giải pháp chiến lược để đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành, tối ưu năng lượng và giảm phát thải carbon cho ngành nước.

Tại châu Âu, Liên minh châu Âu đã sửa đổi Chỉ thị xử lý nước thải đô thị theo hướng yêu cầu các nhà máy xử lý nước thải tiến tới trung hòa năng lượng vào năm 2045, đồng thời tăng cường giám sát số, quản lý dữ liệu và xử lý vi ô nhiễm.

Trong khi đó, Singapore đang trở thành hình mẫu toàn cầu về quản trị nước thông minh thông qua tích hợp cảm biến, trí tuệ nhân tạo, mô hình dự báo và song sinh số trong toàn bộ chuỗi quản lý nước đô thị”.

Trong lĩnh vực thoát nước và xử lý nước thải, chuyển đổi số xanh hỗ trợ điều khiển thông minh quá trình xử lý sinh học, tối ưu sục khí, kiểm soát tải lượng ô nhiễm và giảm phát thải nitrous oxide (N₂O) - một loại khí nhà kính có tiềm năng nóng lên toàn cầu rất cao.

Các nhà máy xử lý nước thải hiện đại đang chuyển đổi từ mô hình “xử lý ô nhiễm” sang “nhà máy phục hồi tài nguyên”, nơi nước thải được xem là nguồn tài nguyên để thu hồi nước tái sử dụng, năng lượng sinh học và dinh dưỡng như nitơ và phospho.

Một trong những công nghệ nền tảng của chuyển đổi số xanh là song sinh số. Đây là mô hình số mô phỏng theo thời gian thực toàn bộ hoạt động của hệ thống cấp thoát nước, từ mạng lưới đường ống đến nhà máy xử lý.

Song sinh số giúp dự báo sự cố, tối ưu hóa vận hành và hỗ trợ ra quyết định chiến lược dựa trên dữ liệu mô phỏng. Công nghệ này đang được triển khai mạnh tại Singapore, Hà Lan và Anh nhằm xây dựng các “thành phố nước thông minh”.

Điểm cốt lõi của chuyển đổi số xanh là mỗi công nghệ số phải tạo ra lợi ích xanh cụ thể. Ví dụ, đồng hồ thông minh không chỉ giúp đọc chỉ số tự động mà còn phát hiện bất thường tiêu thụ, giảm thất thoát nước và tiết kiệm năng lượng bơm. Tương tự, điều khiển sục khí bằng AI không chỉ ổn định nồng độ oxy hòa tan mà còn giảm điện năng, giảm phát thải carbon và hạn chế phát thải N₂O trong quá trình xử lý sinh học.

Chuyển đổi số xanh: Hiểu và quản lý hệ thống nước thông minh

Chuyển đổi số xanh trong ngành cấp thoát nước không chỉ dừng ở việc áp dụng công nghệ số để tự động hóa quy trình vận hành mà còn bao hàm mục tiêu tối ưu hóa tài nguyên nước, giảm tiêu thụ năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao khả năng chống chịu khí hậu của hệ thống hạ tầng nước.

Chuyển đổi xanh trong ngành nước, không chỉ là câu chuyện về công nghệ mới hay năng lượng tái tạo mà còn là cách chúng ta hiểu và quản lý hệ thống nước một cách thông minh hơn.

Theo TS Nguyễn Huy Cương, Trưởng Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, thông qua mô hình hóa, chúng ta có thể ‘nhìn thấy’ toàn bộ hệ thống - từ áp lực, lưu lượng cho đến các điểm rủi ro - trước khi chúng xảy ra trong thực tế và cuối cùng là đảm bảo cho nhiệm vụ cấp nước an toàn tại đô thị và nông thôn.

“Các mô hình quản trị nước thông minh tích hợp công nghệ cho đô thị bền vững sẽ giúp kỹ sư hiểu, vận hành, dự báo, cải thiện hệ thống truyền tải và phân phối nước một cách an toàn, hiệu quả và bền vững. Đồng thời qua đó dự báo phạm vi ảnh hưởng khi có sự cố như mô phỏng rò rỉ, vỡ ống, mất áp, hoặc ô nhiễm nguồn cấp; phát triển hệ thống cấp nước trong tương lai…”, TS Huy Cương nói.

Sự tích hợp giữa “chuyển đổi số” và “chuyển đổi xanh”, tạo nên mô hình quản trị nước đô thị dựa trên dữ liệu thời gian thực, ra quyết định thông minh và kinh tế tuần hoàn nước. Chuyển đổi số xanh cho phép doanh nghiệp nước giám sát liên tục lưu lượng, áp lực, chất lượng nước và tình trạng rò rỉ thông qua hệ thống cảm biến IoT kết hợp trí tuệ nhân tạo.

Việc sử dụng dữ liệu thời gian thực giúp giảm thất thoát nước, tối ưu hóa áp lực mạng lưới và giảm điện năng tiêu thụ của các trạm bơm. Các nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa áp lực bằng AI có thể giúp giảm thất thoát nước từ 15 - 30% và tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng vận hành.

Ngành cấp thoát nước Việt Nam: Thiếu hành lang pháp lý về dữ liệu

Tại Việt Nam, theo các chuyên gia, quá trình chuyển đổi số và chuyển đổi xanh trong ngành cấp thoát nước đang diễn ra. Một số đô thị lớn như Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng và Bình Dương đã triển khai SCADA, GIS, quản lý khách hàng số và bước đầu ứng dụng đồng hồ nước thông minh.

“Một trong những thách thức lớn nhất là thất thoát nước còn cao. Theo số liệu của Bộ Xây dựng năm 2025, tại nhiều đô thị, tỷ lệ thất thoát nước vẫn dao động 15 - 25%, gây lãng phí tài nguyên nước và điện năng bơm. Trong khi đó, nhiều hệ thống thoát nước đô thị chưa được số hóa đầy đủ nên khó khăn trong dự báo ngập và quản lý vận hành theo thời gian thực”, TS Thu Hà cho biết.

Còn ở lĩnh vực xử lý nước thải, nhiều nhà máy vẫn vận hành theo chế độ thủ công hoặc bán tự động, thiếu hệ thống phân tích dữ liệu và tối ưu năng lượng. Điều này làm tăng chi phí vận hành và phát thải carbon của ngành nước đô thị. Ngoài ra, Việt Nam hiện chưa có bộ chỉ số đánh giá chuyển đổi số xanh cho doanh nghiệp nước, dẫn đến khó lượng hóa hiệu quả đầu tư và mức độ trưởng thành số của hệ thống.

Một khoảng trống quan trọng khác là thiếu hành lang pháp lý về dữ liệu ngành nước, an ninh mạng cho hạ tầng nước thông minh và tiêu chuẩn kỹ thuật cho song sinh số, dữ liệu thời gian thực và tích hợp hệ thống. Điều này khiến nhiều dự án số hóa còn rời rạc và khó mở rộng quy mô.

Đối với Việt Nam, quá trình chuyển đổi số ngành cấp thoát nước mới ở giai đoạn đầu và còn tồn tại nhiều khoảng trống về dữ liệu, tiêu chuẩn hóa, nhân lực số và cơ chế tài chính xanh. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết cần nghiên cứu một cách hệ thống về chuyển đổi số xanh nhằm xây dựng lộ trình phù hợp cho ngành cấp thoát nước Việt Nam trong bối cảnh phát triển bền vững và Net Zero.

Bài học quan trọng trong quản trị nước thông minh và phát triển carbon thấp ở Việt Nam, theo các chuyên gia môi trường và ngành cấp thoát nước, là không nên sao chép nguyên mẫu công nghệ từ các nước phát triển mà cần xây dựng lộ trình phân tầng.

“Đối với Việt Nam, nhóm công nghệ cần ưu tiên trước là hoàn thiện dữ liệu tài sản, GIS, SCADA, quan trắc online, đồng hồ thông minh tại khu vực thí điểm và nền tảng quản lý dữ liệu tập trung. Sau khi có dữ liệu đủ tin cậy, các công ty cấp thoát nước mới nên mở rộng sang AI, song sinh số và dashboard carbon để tránh tình trạng đầu tư công nghệ dàn trải, đồng thời tạo nền tảng vững chắc cho quản trị nước thông minh và phát triển carbon thấp”, TS Thu Hà cho biết.

“

Ba giai đoạn chuyển đổi số xanh ngành cấp thoát nước Việt Nam

- Xây dựng nền tảng dữ liệu cho AI và phân tích dữ liệu;

- Tối ưu vận hành bằng công nghệ số. Các ứng dụng ưu tiên gồm phát hiện rò rỉ, tối ưu áp lực mạng lưới, dự báo nhu cầu nước, điều khiển sục khí thông minh và quản lý năng lượng nhà máy xử lý nước thải;

- Hướng tới kinh tế tuần hoàn nước và Net Zero - Trạng thái phát triển bền vững ở cấp độ cao nhất. Khi đó, hệ thống cấp thoát nước không chỉ cung cấp dịch vụ mà còn trở thành nền tảng phục hồi tài nguyên và năng lượng.

Nước tái sử dụng, khí sinh học, năng lượng mặt trời và quản trị carbon thời gian thực trở thành trung tâm của mô hình này.

TS Đinh Thị Thu Hà, Khoa Môi trường - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM