Xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ bằng phương pháp vi tảo kết hợp màng lọc

Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu “Xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng bằng phương pháp vi tảo kết hợp màng”, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện KHCN Năng lượng và Môi trường do TS. Nguyễn Tuấn Minh đứng đầu đã nghiên cứu thành công công nghệ xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng và xây dựng mô hình hệ thiết bị xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng bằng phương pháp sử dụng vi tảo kết hợp với màng lọc.

Các chất hữu cơ (các hợp chất của cacbon, nitơ và photpho) trong nước thải chăn nuôi là nguồn dinh dưỡng có thể sử dụng cho sự phát triển của vi tảo. Vì vậy, khi loại bỏ các chất ô nhiễm thông qua quá trình tiêu thụ bởi vi tảo sẽ tạo ra sinh khối. Sinh khối vi tảo thu được có hàm lượng cao các hợp chất cao phân tử như chất béo, proteins, carbohydrate có tiềm năng để sản xuất nhiên liệu sinh học, thức ăn chăn nuôi, phân bón cây trồng, phụ gia thực phẩm, các chất có hoạt tính sinh học là nguyên liệu cho ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm. Việc sử dụng nước thải như là nguồn dinh dưỡng cho nuôi trồng vi tảo được đánh giá là một giải pháp bền vững về môi trường để đáp ứng nhu cầu xử lý nước cũng như thu hồi sinh khối.

Vi tảo lục đơn bào Chlorella sp. là một trong những loại vi tảo được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý nước thải do tốc độ tăng trưởng nhanh, hàm lượng lipids cao và đã được chứng minh khả năng loại bỏ cacbon, nitơ và photpho. Thêm vào đó, việc ứng dụng công nghệ màng MBR trong mô hình xử lý nước thải bằng vi tảo cho phép điều khiển được lưu lượng của hệ xử lý một cách dễ dàng trong khi vẫn duy trì được hàm lượng sinh khối cao nhờ khả năng tách pha rắn và lỏng, tránh được hiện tượng rửa trôi tảo trong nước đầu ra.

Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao hiệu quả xử lý nhờ kết hợp tảo và màng với đối tượng nước thải có nồng độ ô nhiễm dinh dưỡng cao. Trong hệ thí nghiệm, vi tảo được sinh trưởng, phát triển và tồn tại ở dạng lơ lửng trong bể thí nghiệm sẽ đóng vai trò hấp thụ và chuyển hóa các chất dinh dưỡng có trong nước thải để tổng hợp sinh khối, trong khi đó modul màng sẽ làm nhiệm vụ lọc và tách sinh khối ra khỏi nước thải đồng thời nhằm đảm bảo dễ dàng duy trì nồng độ sinh khối mong muốn.

Nhờ kết hợp xử lý như vậy nên hệ có thể đảm bảo khả năng xử lý triệt để với đối tượng nước thải ô nhiễm cao giàu chất dinh dưỡng. Thêm vào đó, với hiệu quả xử lý được nâng cao công nghệ kết hợp này sẽ làm giảm tiêu thụ năng lượng, diện tích xây dựng, hóa chất và khí thải nhà kính trong lĩnh vực xử lý nước thải nói riêng cũng như trong lĩnh vực bảo vệ môi trường phát triển năng lượng sinh học nói chung.

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về vi tảo và công nghệ màng trong xử lý nước thải, nhóm thực hiện đã nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thiết bị xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng bằng phương pháp vi tảo kết hợp màng công suất 10-20 l/m2 màng.h đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT đối với chỉ tiêu Nitơ và Photpho.

Nhóm nghiên cứu đã xác định được hiệu quả xử lý của hệ mô hình vi tảo kết hợp màng. Với thời gian lưu nước 5 ngày, việc sử dụng vi tảo Chlorella vulgaris kết hợp màng MBR đem lại hiệu quả tương đối lớn với hiệu suất xử lý NH4+, TP và COD lần lượt là 96,06%; 70,20% và 86,29%; các thông số đầu ra này đạt QCVN 40:2011/BTNMT (cột B). Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra được nguyên nhân gây tắc nghẽn màng và điều kiện hoạt động tối ưu để giảm thiểu tắc nghẽn màng với cường độ sục khí 0,05 l/cm2/phút, năng suất lọc 15 l/m2.h. NaOCl được lựa chọn để làm sạch màng bằng cách ngâm màng trong dung dịch NaOCl nồng độ 1000 mg/l trong 2 giờ để phục hồi khả năng làm việc của màng.

So với các phương pháp xử lý sinh học thông thường như bùn hoạt tính thường đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo hệ vi sinh vật phát triển và việc phát sinh lượng bùn thải trong hệ xử lý không những gây chi phí mà còn tạo nên các áp lực trong việc xử lý chất thải nguy hại (bùn thải) ở nước ta. Nghiên cứu kết hợp giữa vi tảo và công nghệ màng để xử lý nước thải có thành phần ô nhiễm dinh dưỡng cao đã giải quyết triệt để vấn đề nêu trên. Việc sử dụng vi tảo được đánh giá là một giải pháp phát triển bền vững về môi trường để đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải cũng như thu hồi sinh khối. Khi áp dụng vi tảo để xử lý nước thải, hàm lượng sinh khối duy trì trong hệ có quan hệ mật thiết với hiệu quả xử lý và công nghệ màng có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề chi phí và áp lực xử lý chất thải nguy hại.

Nhóm nghiên cứu đã công bố 01 bài báo quốc tế trên tạp chí Water về “Removal of Nutrients and COD in Wastewater from Vietnamese Piggery Farm by the Culture of Chlorella vulgaris in a Pilot-Scaled Membrane Photobioreactor” và công bố 01 bài báo trong nước về “Nghiên cứu khả năng xử lý chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi sử dụng vi tảo” trên Tạp chí Phân tích hóa, lý và sinh học.

Nguồn tin: Chu Thị Ngân, Trung tâm Thông tin – Tư liệu
Xử lý tin: Minh Tâm