"Viên gạch sinh học" made in Vietnam mở hướng xử lý nước thải hiệu quả, chi phí thấp

Tìm lời giải cho bài toán ô nhiễm nước từ thực tiễn Việt Nam

Những năm gần đây, ô nhiễm nguồn nước đang trở thành một trong những thách thức môi trường lớn nhất tại Việt Nam. Từ các đô thị đông dân cư, khu công nghiệp, làng nghề đến vùng chăn nuôi tập trung, lượng nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ và các hợp chất nitơ ngày càng gia tăng.

Tại nhiều địa phương, hệ thống xử lý nước thải tập trung vẫn chưa được đầu tư đồng bộ. Không ít khu dân cư vẫn phải sống cạnh những dòng kênh đen đặc, bốc mùi khó chịu. Nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt chuẩn không chỉ làm suy giảm chất lượng nguồn nước mà còn tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

Trong khi đó, các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hiện nay chủ yếu được nhập khẩu với chi phí đầu tư và vận hành cao. Điều này khiến nhiều doanh nghiệp (DN) nhỏ, hợp tác xã hay địa phương gặp khó khăn trong việc tiếp cận các giải pháp xử lý môi trường hiệu quả.

Xuất phát từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ (KH&CN) Việt Nam đã triển khai 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".

Mục tiêu của nhóm không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một loại vật liệu xử lý nước thải mới mà còn hướng tới làm chủ toàn bộ chuỗi công nghệ, từ nghiên cứu vật liệu, chế tạo thiết bị đến xây dựng quy trình vận hành phù hợp với điều kiện Việt Nam.

"Ngôi nhà" cho các vi sinh vật làm sạch nước

Theo TS. Hoàng Lương, chủ nhiệm dự án, xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học thực chất là tận dụng hoạt động của các vi sinh vật có lợi để phân hủy chất ô nhiễm. Tuy nhiên, một trong những hạn chế của các hệ thống xử lý truyền thống là vi sinh vật thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, dễ bị cuốn trôi hoặc suy giảm mật độ khi điều kiện vận hành thay đổi.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển vật liệu mang vi sinh EBB với cấu trúc xốp đặc biệt, đóng vai trò như một "ngôi nhà sinh học" giúp các vi sinh vật có nơi cư trú ổn định và phát triển lâu dài.

"Chúng tôi thiết kế EBB theo hướng tạo ra môi trường tối ưu để các vi sinh vật hình thành màng sinh học bền vững. Khi đưa vào hệ thống xử lý, các vi sinh vật sẽ bám trên bề mặt vật liệu và liên tục phân hủy các chất gây ô nhiễm trong nước", TS. Hoàng Lương cho biết.

Khác với nhiều loại giá thể sinh học nhập khẩu, EBB được chế tạo từ các nguyên liệu sẵn có trong nước như zeolit tự nhiên, than hoạt tính, kazemzit và xi măng bền sunfat. Nhờ cấu trúc nhiều lỗ rỗng cùng diện tích bề mặt lớn, vật liệu tạo điều kiện cho hệ vi sinh phát triển mạnh, đồng thời tăng khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm ngay từ giai đoạn đầu của quá trình xử lý.

Điểm nổi bật của EBB là khả năng kết hợp đồng thời hai cơ chế xử lý:

Thứ nhất là hấp phụ vật lý. Các khoáng chất có trong vật liệu sẽ giữ lại một phần các chất ô nhiễm, đặc biệt là các hợp chất chứa nitơ và chất hữu cơ hòa tan.

Thứ hai là xử lý sinh học. Sau khi được giữ lại trên bề mặt vật liệu, các chất ô nhiễm tiếp tục bị hệ vi sinh vật phân hủy thành những hợp chất đơn giản và ít độc hại hơn.

Sự kết hợp này giúp nâng cao hiệu quả xử lý COD, amoni và tổng nitơ - những chỉ tiêu ô nhiễm thường gặp trong nước thải sinh hoạt, bệnh viện, chăn nuôi và công nghiệp thực phẩm.

Từ phòng thí nghiệm ra thực tiễn

Một trong những điểm được đánh giá cao của dự án là khả năng chuyển hóa kết quả nghiên cứu thành sản phẩm thực tế. Sau quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhóm đã xây dựng thành công dây chuyền sản xuất EBB bán công nghiệp với công suất tối đa khoảng 2.000 viên mỗi ngày.

Đồng thời, các nhà khoa học cũng thiết kế hệ thiết bị đồng bộ phục vụ sản xuất vật liệu theo quy trình khép kín, bảo đảm chất lượng sản phẩm ổn định. Không dừng ở quy mô thử nghiệm nhỏ, EBB đã được đưa vào vận hành trên hệ thống xử lý nước thải công suất 50 m³/ngày. Các thử nghiệm được tiến hành với nhiều nguồn nước thải khác nhau, bao gồm nước thải sinh hoạt, nước rỉ rác và nước thải bệnh viện.

Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ, amoni và tổng nitơ, giúp nước sau xử lý đáp ứng các quy chuẩn môi trường hiện hành đối với nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.

Theo nhóm nghiên cứu, EBB duy trì hiệu quả xử lý ổn định trong nhiều điều kiện pH khác nhau và có tuổi thọ sử dụng dài nhờ hệ vi sinh bám dính bền vững trên bề mặt vật liệu. Đây là ưu điểm quan trọng bởi nhiều loại giá thể thông thường dễ bị bong tróc lớp màng sinh học, làm giảm hiệu suất xử lý và phát sinh chi phí thay thế.

Giảm phụ thuộc công nghệ nhập khẩu

Trong lĩnh vực xử lý nước thải, các loại vật liệu mang vi sinh nhập khẩu như MBBR hay biochip hiện được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, giá thành cao vẫn là rào cản lớn đối với nhiều đơn vị vận hành hệ thống xử lý nước thải tại Việt Nam.

TS. Hoàng Lương cho biết việc chủ động được nguồn nguyên liệu và quy trình sản xuất trong nước đã giúp giá thành EBB giảm đáng kể.

"Chi phí sản xuất hiện chỉ bằng khoảng 40-50% so với các sản phẩm cùng chức năng nhập khẩu. Điều này tạo cơ hội để nhiều địa phương, DN nhỏ và cơ sở sản xuất tiếp cận công nghệ xử lý nước thải hiệu quả hơn", TS. Hoàng Lương thông tin.

Theo các chuyên gia môi trường, đây là lợi thế rất lớn trong bối cảnh Việt Nam đang thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp môi trường theo hướng tự chủ công nghệ. Việc nội địa hóa công nghệ không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bảo trì, nâng cấp và mở rộng quy mô trong tương lai. Thực tế cho thấy, nhiều công nghệ nhập khẩu hoạt động hiệu quả nhưng gặp khó khăn khi triển khai đại trà vì chi phí đầu tư quá lớn. Những giải pháp được phát triển từ điều kiện thực tế của Việt Nam thường có khả năng thích ứng và nhân rộng tốt hơn.

Đối với người dân, điều được quan tâm nhất không chỉ là tính mới của công nghệ mà là khả năng giải quyết các vấn đề môi trường đang tồn tại hằng ngày. Tại nhiều khu dân cư ven đô, tình trạng nước thải tồn đọng và mùi hôi kéo dài vẫn là nỗi ám ảnh của người dân.

Ông Nguyễn Văn Hòa, sống gần một tuyến mương thoát nước tại ngoại thành Hà Nội, cho biết tình trạng ô nhiễm đã kéo dài nhiều năm. "Điều người dân mong muốn là có công nghệ vừa hiệu quả vừa đủ rẻ để địa phương có thể triển khai. Nếu các nhà khoa học trong nước làm được điều đó thì rất đáng mừng", ông chia sẻ.

Theo các chuyên gia, nước thải giàu nitơ nếu không được xử lý triệt để sẽ gây hiện tượng phú dưỡng, làm bùng phát tảo, giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái thủy sinh. Đây cũng là nguyên nhân khiến nhiều ao hồ, kênh mương xuất hiện tình trạng cá chết hàng loạt hoặc phát sinh mùi hôi kéo dài.

Trong bối cảnh đó, các giải pháp xử lý linh hoạt như EBB có thể trở thành lựa chọn phù hợp cho những khu vực chưa có hệ thống xử lý tập trung hoặc cần nâng cấp các công trình hiện hữu với chi phí hợp lý.

Khẳng định năng lực làm chủ công nghệ môi trường

Không chỉ mang ý nghĩa môi trường, công nghệ EBB còn được đánh giá có tiềm năng tạo ra giá trị kinh tế. Theo nhóm nghiên cứu, nhiều nguyên liệu sử dụng để sản xuất EBB có thể được khai thác từ nguồn khoáng trong nước hoặc tận dụng vật liệu tái chế từ hoạt động nông nghiệp. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất, đồng thời góp phần thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn.

Nếu được thương mại hóa rộng rãi, việc sản xuất EBB hoàn toàn có thể triển khai theo mô hình liên kết giữa viện nghiên cứu, doanh nghiệp địa phương và hợp tác xã môi trường. Mô hình này không chỉ tạo ra sản phẩm phục vụ xử lý môi trường mà còn góp phần tạo việc làm cho lao động địa phương, đặc biệt tại các vùng nông thôn.

Theo đánh giá của Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâmKH&CN Việt Nam, dự án đã hoàn thành các mục tiêu đặt ra với nhiều kết quả nổi bật. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất hoàn chỉnh, thiết kế hệ thiết bị đồng bộ và triển khai thử nghiệm thành công ở quy mô thực tế. Đặc biệt, khả năng thương mại hóa được đánh giá cao nhờ lợi thế về nguồn nguyên liệu nội địa, chi phí hợp lý và khả năng mở rộng quy mô linh hoạt.

Các chuyên gia cho rằng đây là minh chứng cho năng lực nghiên cứu, thiết kế và làm chủ công nghệ của đội ngũ khoa học Việt Nam trong lĩnh vực môi trường. Thành công của EBB không chỉ tạo thêm một giải pháp xử lý nước thải mới mà còn cho thấy khả năng phát triển các công nghệ xanh phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội trong nước.

Trong bối cảnh Việt Nam đang hướng tới mục tiêu tăng trưởng xanh, kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững, những công nghệ như EBB được kỳ vọng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng.

Từ một ý tưởng trong phòng thí nghiệm, những "viên gạch sinh học" do các nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu phát triển đang từng bước tiến ra thực tiễn, góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm nước và mở rộng không gian cho các công nghệ môi trường "Made in Vietnam" trên hành trình phát triển xanh của đất nước./.