'Viên gạch sinh học' EBB mở hướng xử lý nước thải giá rẻ

Vật liệu EBB được nhóm nghiên cứu phát triển.

Không cần công nghệ đắt đỏ hay phụ thuộc hoàn toàn vào thiết bị ngoại nhập, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã từng bước phát triển vật liệu mang vi sinh EBB (Eco-Bio-Block). Với cấu trúc dạng “viên gạch sinh học”, vật liệu này tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, hỗ trợ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ với chi phí phù hợp điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Ô nhiễm nước thải đang là một trong những vấn đề môi trường đáng lo ngại. Từ khu dân cư, làng nghề, cơ sở chăn nuôi đến các khu công nghiệp, lượng nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ xả ra môi trường ngày càng lớn, gây ô nhiễm sông, hồ, phát sinh mùi hôi và làm suy giảm chất lượng nguồn nước.

Tuy nhiên, nhiều địa phương vẫn chưa có hệ thống xử lý nước thải đồng bộ. Trong khi đó, một số công nghệ xử lý hiện đại nhập khẩu có giá thành cao, tiêu tốn năng lượng và khó vận hành tại các hệ thống quy mô nhỏ.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhóm nghiên cứu do TS. Hoàng Lương, Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường chủ trì đã đề xuất và được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt thực hiện dự án “Sản xuất vật liệu mang vi sinh (EBB) để xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ theo quy trình khép kín trên hệ thiết bị đồng bộ”, mã số UDSXTN.02/24-25.

Từ phòng thí nghiệm đến hệ thống xử lý thực tế

Về bản chất, xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là sử dụng các vi sinh vật có lợi để phân hủy chất ô nhiễm. Để hoạt động hiệu quả, các vi sinh vật cần môi trường bám dính ổn định thay vì trôi nổi trong dòng nước.

EBB có cấu trúc dạng “viên gạch sinh học”, tạo môi trường cho hệ vi sinh vật có lợi cư trú và phát triển trong cấu trúc vật liệu xốp. Khi được đưa vào hệ thống xử lý nước thải, hệ vi sinh vật này tham gia phân hủy chất hữu cơ, giảm amoni, tổng nitơ và góp phần hạn chế mùi hôi.

Theo TS. Hoàng Lương, vật liệu EBB được nhóm nghiên cứu chế tạo từ các nguyên liệu sẵn có trong nước như zeolit – loại khoáng tự nhiên có khả năng hấp phụ chất ô nhiễm, than hoạt tính, keramzit (vật liệu đất sét nung xốp nhẹ) và xi măng bền sunfat.

Nhờ cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn, vật liệu tạo điều kiện thuận lợi để vi sinh vật bám dính và hình thành màng sinh học ổn định – một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả xử lý nước thải.

Điểm đáng chú ý của EBB là khả năng kết hợp giữa quá trình hấp phụ vật lý và xử lý sinh học. Trong khi vật liệu khoáng hấp phụ các chất ô nhiễm, hệ vi sinh vật bám trên và bên trong vật liệu tiếp tục tham gia phân hủy chúng thành những hợp chất ít gây ô nhiễm hơn.

Nhờ đó, vật liệu có khả năng xử lý COD, amoni và tổng nitơ – những chỉ tiêu ô nhiễm phổ biến trong nước thải sinh hoạt, công nghiệp và chăn nuôi.

Theo TS. Hoàng Lương, công nghệ EBB được kế thừa và phát triển từ các nghiên cứu hợp tác công nghệ giữa Việt Nam và Nhật Bản. Vật liệu EBB đã được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều quốc gia để xử lý ô nhiễm sông, hồ, ao, mương và nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên, các sản phẩm nhập khẩu thường có chi phí tương đối cao.

Nghiên cứu của nhóm khoa học Việt Nam hướng tới mục tiêu nội địa hóa quy trình sản xuất, từ vật liệu, thiết bị đến công nghệ vận hành. Đây được xem là bước quan trọng nhằm giảm phụ thuộc vào sản phẩm ngoại nhập và hạ giá thành khi triển khai trong thực tế.

Từ quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thiết kế thành công hệ thiết bị sản xuất EBB bán công nghiệp với công suất tối đa khoảng 2.000 viên/ngày.

Đồng thời, vật liệu được thử nghiệm thực tế trên hệ thống xử lý nước thải có công suất 50 m³/ngày. Kết quả cho thấy EBB có khả năng xử lý COD, amoni và tổng nitơ trong nhiều loại nước thải như nước thải sinh hoạt, nước rỉ rác và nước thải bệnh viện.

Theo kết quả của dự án, chất lượng nước sau xử lý đáp ứng các yêu cầu được áp dụng trong quá trình thử nghiệm đối với nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.

Lợi thế từ nguồn nguyên liệu trong nước

Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, EBB có khả năng hoạt động ổn định trong những điều kiện pH khác nhau và duy trì hiệu quả xử lý trong thời gian dài nhờ hệ vi sinh vật bám dính bền vững trên vật liệu.

So với một số loại giá thể truyền thống, EBB có ưu điểm hạn chế hiện tượng bong tróc màng vi sinh, không phải thay vật liệu thường xuyên, qua đó góp phần giảm chi phí vận hành.

Đáng chú ý, các loại khoáng tự nhiên như zeolit hoặc một số vật liệu tái chế từ nông nghiệp có thể được tận dụng để sản xuất EBB. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu trong nước giúp giảm chi phí so với các loại giá thể nhập khẩu như MBBR hoặc biochip.

Theo nhóm nghiên cứu, nhờ chủ động nguồn nguyên liệu nội địa, giá thành sản phẩm EBB ước tính chỉ bằng khoảng 40 - 50% so với vật liệu cùng loại nhập khẩu.

Lợi thế về chi phí mở ra khả năng phát triển các mô hình sản xuất bán công nghiệp tại địa phương, hình thành sự liên kết giữa viện nghiên cứu, doanh nghiệp và các đơn vị hoạt động trong lĩnh vực môi trường. Việc tận dụng nguyên liệu trong nước và vật liệu tái chế cũng phù hợp với định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn.

TS. Hoàng Lương nhận định EBB đặc biệt phù hợp với những khu vực chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung hoặc những nơi cần cải tạo hệ thống hiện hữu với chi phí hợp lý.

Công nghệ có thể được nghiên cứu, ứng dụng tại khu dân cư, làng nghề, bệnh viện quy mô nhỏ, khu chế biến thực phẩm, trang trại chăn nuôi, cơ sở sản xuất nông nghiệp và các trạm xử lý nước thải công suất vừa và nhỏ.

Một lợi thế khác là EBB có thể tích hợp vào nhiều hệ thống xử lý hiện hữu mà không cần cải tạo quá lớn về hạ tầng. Các viên vật liệu có thể bố trí trong bể xử lý, mương dẫn nước hoặc bể lọc sinh học nhằm tăng mật độ vi sinh vật và nâng cao hiệu quả xử lý chất hữu cơ, nitơ.

Trong bối cảnh nhiều địa phương đang gặp khó khăn trong xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và amoni, công nghệ này được đánh giá có ý nghĩa thực tiễn. Nước thải chứa hàm lượng nitơ lớn nếu không được xử lý phù hợp có thể góp phần gây hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm lượng oxy hòa tan trong nguồn nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh.

Bên cạnh đó, mùi hôi phát sinh từ nước thải cũng là vấn đề môi trường kéo dài tại nhiều khu dân cư, cơ sở chăn nuôi và khu vực sản xuất.

Nhóm nghiên cứu còn thực hiện các phân tích sinh học phân tử nhằm đánh giá quần thể vi sinh vật bám trên vật liệu EBB. Kết quả là cơ sở khoa học để tiếp tục tối ưu hiệu quả xử lý và nâng cao độ ổn định của công nghệ khi đưa vào vận hành thực tế.

Mở triển vọng thương mại hóa công nghệ EBB

Theo đánh giá của Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dự án có tính ứng dụng, bám sát nhu cầu thực tiễn trong lĩnh vực xử lý môi trường nước.

Hội đồng ghi nhận kết quả xây dựng quy trình sản xuất, chế tạo hệ thiết bị đồng bộ và triển khai thử nghiệm vật liệu EBB ở quy mô thực tế.

Khả năng sử dụng nguyên liệu trong nước, giá thành phù hợp và khả năng mở rộng quy mô linh hoạt cũng tạo điều kiện để công nghệ hướng tới thương mại hóa, nhất là tại những địa phương còn hạn chế nguồn lực đầu tư cho hệ thống xử lý môi trường.

Trong xu hướng phát triển công nghệ xanh và kinh tế tuần hoàn, các vật liệu mang vi sinh như EBB được kỳ vọng trở thành một trong những hướng tiếp cận cho bài toán xử lý nước thải bền vững.

Kết quả của dự án không chỉ góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm nước mà còn cho thấy khả năng từng bước làm chủ công nghệ môi trường của các nhà khoa học Việt Nam, từ thiết kế vật liệu, chế tạo thiết bị đến xây dựng quy trình vận hành.

Việc tiếp tục hoàn thiện công nghệ, đánh giá hiệu quả ở nhiều điều kiện thực tế và mở rộng quy mô sản xuất sẽ là cơ sở quan trọng để EBB tiến gần hơn đến ứng dụng rộng rãi và thương mại hóa tại Việt Nam.