NCS. Phan Thị Kim Thủy trình bày luận án tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, ngày 4/7/2026. Ảnh: Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

Nước thải từ một nhà máy chế biến thủy sản không có thành phần cố định từ ngày này sang ngày khác. Lượng nguyên liệu thay đổi, loại sản phẩm khác nhau và từng công đoạn sản xuất đều có thể làm nồng độ chất hữu cơ, amoni và các hợp chất nitơ biến động. Với hệ thống xử lý sinh học, sự thay đổi ấy không chỉ là câu chuyện nước vào bẩn nhiều hay ít, mà còn quyết định vi sinh vật trong bể phản ứng có đủ điều kiện để hoạt động ổn định hay không.

Đó là bài toán Thạc sĩ, nghiên cứu sinh Phan Thị Kim Thủy, giảng viên Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng theo đuổi trong luận án về các thông số vận hành của quá trình chuyển hóa nitơ trong nước thải chế biến thủy sản. Sau lần đánh giá tại đơn vị chuyên môn năm 2025, tháng 7/2026 bà bảo vệ luận án cấp Trường, khép lại một giai đoạn nghiên cứu tập trung vào chính những biến động xảy ra trong hệ thống xử lý ngoài thực tế.

Không thể vận hành chỉ bằng một con số cố định

Một công trình xử lý nước thải sinh học thường được thiết kế trên cơ sở những thông số tính toán nhất định. Nhưng trong sản xuất thủy sản, tải lượng đi vào hệ thống có thể thay đổi mạnh theo loại nguyên liệu và quy trình chế biến. Nước thải từ khâu sơ chế không giống nước thải của dây chuyền surimi; tỷ lệ giữa nguồn carbon và nitơ cũng thay đổi, trong khi đây lại là yếu tố liên quan trực tiếp đến các quá trình vi sinh.

Luận án của NCS. Thủy khảo sát đặc điểm nước thải tại khu vực Bắc và Trung Trung Bộ, đồng thời phân tích hai nhóm quá trình chính là nitrat hóa và khử nitrat. Nitrat hóa chuyển amoni sang dạng nitrat trong điều kiện có oxy, còn khử nitrat tiếp tục chuyển nitrat thành dạng nitơ khác trong môi trường thiếu oxy. Hai công đoạn phải nối được với nhau nếu mục tiêu là giảm nitơ trong nước thải thay vì chỉ xử lý phần chất hữu cơ dễ phân hủy.

Kết quả khảo sát cho thấy tỷ lệ carbon trên nitơ của nước thải sơ chế dao động khoảng 7,8–18,5, trong khi nước thải surimi vào khoảng 5,7–14,1. Ở nước thải surimi, nitơ hữu cơ chiếm khoảng 49%, với độ dao động 14 điểm phần trăm. Khoảng biến thiên khá rộng này giải thích vì sao một chế độ vận hành phù hợp ở thời điểm này chưa chắc hoạt động tương tự khi cơ cấu sản xuất thay đổi.

NCS. Phan Thị Kim Thủy, đứng giữa cầm hoa, cùng Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ ngành Kỹ thuật môi trường ngày 4/7/2026. Ảnh: Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

Thay vì dừng ở việc mô tả thành phần nước thải, nhóm nghiên cứu đưa mẫu vào các mô hình phản ứng để đo tốc độ chuyển hóa. Kết quả của luận án xác định tốc độ oxy hóa amoni trong khoảng 6,47–8,89 mg N-NH4+/lít/giờ, tốc độ nitrat hóa 6,05–8,3 mg N/lít/giờ và tốc độ khử nitrat 14,39–16,12 mg N/lít/giờ. Những con số này không phải chỉ số chất lượng nước đầu ra, mà là dữ liệu động học dùng để hiểu hệ vi sinh xử lý chất ô nhiễm nhanh đến mức nào trong những điều kiện thử nghiệm đã xác lập.

Phần nghiên cứu này nối với một công trình mà NCS. Thủy và hai cộng sự công bố năm 2024. Trên mô hình SBR ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm phân tích quá trình nitrat hóa đối với nước thải chế biến thủy sản và xem xét ảnh hưởng của tải lượng, điều kiện vận hành đến khả năng oxy hóa amoni. Một nghiên cứu khác cùng năm đi sâu vào kích thước các thành phần hữu cơ trong nước thải surimi, qua đó cho thấy cách tiền xử lý nước thải cũng có thể ảnh hưởng đến tải đưa vào bể sinh học.

Từ tốc độ phản ứng đến cách vận hành nhà máy

Khoảng cách giữa một phép đo trong phòng thí nghiệm và hệ thống xử lý của nhà máy nằm ở câu hỏi các thông số ấy được sử dụng như thế nào. Với luận án này, NCS. Thủy đề xuất bộ thông số cho quá trình thiếu khí - hiếu khí, thường được gọi là AxO, phù hợp với việc kiểm soát đồng thời chất hữu cơ và nitơ.

Cách tiếp cận gồm hai phần. Trước khi nước đi vào công trình sinh học, hệ thống cơ học cần được vận hành hiệu quả hơn để giảm lượng chất rắn và phần hữu cơ không cần thiết phải đưa toàn bộ sang bể vi sinh. Sau đó, quá trình thiếu khí - hiếu khí được điều chỉnh theo đặc điểm của từng dòng nước thải, thay vì áp dụng một chế độ như nhau cho mọi nhà máy và mọi loại sản phẩm.

Điều này có ý nghĩa thực tế bởi vận hành bể sinh học không đơn thuần là bật máy thổi khí và giữ nước trong một khoảng thời gian cố định. Lượng sinh khối vi sinh, tải chất hữu cơ, thời gian lưu, nguồn carbon dành cho quá trình khử nitrat và lượng oxy cung cấp đều liên quan với nhau. Một hệ thống có thể xử lý tốt chất hữu cơ nhưng vẫn để lại nitơ nếu những quá trình này không được cân bằng.

NCS. Phan Thị Kim Thủy, áo dài hồng, chụp ảnh lưu niệm sau buổi bảo vệ luận án cấp Trường. Ảnh: Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

Những kết quả của luận án vì thế nên được hiểu là một bộ dữ liệu và cơ sở tính toán phục vụ thiết kế, cải tạo và điều chỉnh vận hành. Chúng chưa đồng nghĩa mọi nhà máy chế biến thủy sản có thể lấy nguyên các giá trị nghiên cứu để áp dụng mà không khảo sát lại dòng thải của mình. Chính độ dao động mà công trình ghi nhận cho thấy đặc điểm nguyên liệu, sản phẩm và công nghệ hiện hữu vẫn phải được xem xét trước khi lựa chọn chế độ vận hành.

Hướng nghiên cứu của NCS. Thủy cũng không bắt đầu ở luận án. Hồ sơ chuyên môn của bà cho thấy từ năm 2007 bà đã giảng dạy tại Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng và theo đuổi lĩnh vực công nghệ xử lý nước thải, bùn thải. Một nghiên cứu được công bố từ năm 2017 đã khảo sát các thông số của quá trình sinh hóa hiếu khí với nước thải chế biến thủy sản và kiểm chứng bằng mô hình pilot tại thực địa. Những nghiên cứu sau đó tiếp tục đi sâu vào tải trọng, amoni, nitrat hóa và đặc điểm chất hữu cơ.

Nhìn theo mạch này, luận án năm 2026 không phải một đề tài tách rời mà là bước nối tiếp của câu hỏi kéo dài nhiều năm. Từ việc nhận diện hệ thống vận hành chưa ổn định, nghiên cứu được thu hẹp dần tới từng quá trình chuyển hóa và cuối cùng xây dựng bộ thông số để hỗ trợ việc tính toán và điều chỉnh hệ thống.

Trong xử lý môi trường, một công nghệ mới dễ gây chú ý hơn những con số vận hành. Nhưng với một nhà máy đã có sẵn bể xử lý, cải thiện hiệu quả đôi khi lại bắt đầu từ việc hiểu chính xác nước thải đang mang vào bao nhiêu chất hữu cơ, bao nhiêu nitơ và hệ vi sinh có thể chuyển hóa chúng với tốc độ nào. Công việc của NCS. Thủy nằm ở lớp ít nhìn thấy đó, nơi các phép đo được chuyển thành thông số để người thiết kế và vận hành có thêm cơ sở cho quyết định kỹ thuật.