Vật liệu EBB

Ô nhiễm nước thải hiện là thách thức lớn tại nhiều địa phương. Nước thải từ khu dân cư, làng nghề, cơ sở chăn nuôi và khu công nghiệp chứa hàm lượng cao chất hữu cơ và các hợp chất nitơ, gây suy giảm chất lượng nguồn nước, phát sinh mùi hôi và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

Tuy nhiên, nhiều địa phương vẫn chưa có hệ thống xử lý nước thải đồng bộ. Trong khi đó, các công nghệ nhập khẩu thường đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, tiêu tốn năng lượng và khó triển khai ở quy mô nhỏ.

Xuất phát từ thực tế này, nhóm nghiên cứu do TS Hoàng Lương, Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), chủ trì 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”.

“Ngôi nhà” cho vi sinh vật xử lý nước thải

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ sinh học xử lý nước thải dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có lợi phân hủy các chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, để phát huy hiệu quả, các vi sinh vật cần có môi trường bám dính ổn định thay vì tồn tại tự do trong dòng nước.

Vật liệu mang vi sinh EBB (Eco-Bio-Block) được thiết kế như một “viên gạch sinh học” có cấu trúc xốp, bên trong chứa hệ vi sinh vật có lợi. Khi được đưa vào bể xử lý, các vi sinh vật này sẽ phân hủy chất hữu cơ, giảm hàm lượng amoni và tổng nitơ, đồng thời hạn chế mùi hôi phát sinh trong nước thải.

Vật liệu được chế tạo từ các nguyên liệu sẵn có trong nước như zeolit, than hoạt tính, kazemzit và xi măng bền sunfat. Cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho vi sinh vật hình thành lớp màng sinh học bền vững, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý.

Điểm nổi bật của vật liệu EBB là khả năng kết hợp đồng thời hai cơ chế: hấp phụ vật lý và xử lý sinh học. Trong khi các khoáng chất trong vật liệu hấp phụ các chất ô nhiễm, hệ vi sinh vật sẽ tiếp tục phân hủy chúng thành những hợp chất ít độc hại hơn. Nhờ đó, EBB có thể xử lý hiệu quả COD, amoni và tổng nitơ trong nhiều loại nước thải khác nhau.

Làm chủ công nghệ, giảm phụ thuộc nhập khẩu

TS Hoàng Lương cho biết, công nghệ EBB được kế thừa từ các chương trình hợp tác công nghệ giữa Việt Nam và Nhật Bản. Trên thế giới, vật liệu dạng này đã được ứng dụng tại nhiều quốc gia như Nhật Bản, Singapore, Malaysia, Ấn Độ và Hoa Kỳ trong xử lý ô nhiễm sông hồ, ao mương và nước thải sinh hoạt.

Tuy nhiên, phần lớn sản phẩm hiện nay vẫn phải nhập khẩu với giá thành cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu nội địa hóa toàn bộ quy trình từ nguyên liệu, thiết bị đến công nghệ vận hành nhằm giảm chi phí và tăng khả năng ứng dụng trong nước.

Quá trình sản xuất và thử nghiệm vật liệu EBB

Từ quy mô phòng thí nghiệm, nhóm đã thiết kế thành công hệ thiết bị sản xuất EBB bán công nghiệp với công suất khoảng 2.000 viên mỗi ngày. Đồng thời, vật liệu cũng được thử nghiệm trên hệ thống xử lý nước thải công suất 50 m³/ngày.

Kết quả cho thấy, vật liệu EBB xử lý hiệu quả nước thải sinh hoạt, nước rỉ rác và nước thải bệnh viện. Chất lượng nước sau xử lý đáp ứng các quy chuẩn môi trường hiện hành đối với nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Một trong những ưu điểm lớn nhất của vật liệu EBB là khả năng vận hành ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Hệ vi sinh vật bám dính bền vững giúp vật liệu duy trì hiệu quả xử lý trong thời gian dài, hạn chế hiện tượng bong tróc và giảm nhu cầu thay thế vật liệu.

Nhờ sử dụng các nguồn khoáng tự nhiên và vật liệu trong nước, giá thành vật liệu EBB được ước tính chỉ bằng khoảng 40-50% so với các loại giá thể sinh học nhập khẩu cùng chức năng. Điều này mở ra cơ hội phát triển các mô hình sản xuất tại địa phương, góp phần tạo việc làm và thúc đẩy kinh tế tuần hoàn.

Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, vật liệu EBB đặc biệt phù hợp với các khu dân cư, làng nghề, cơ sở chăn nuôi, bệnh viện quy mô nhỏ, cơ sở chế biến thực phẩm và các trạm xử lý nước thải vừa và nhỏ.

Bên cạnh đó, vật liệu có thể tích hợp trực tiếp vào các hệ thống xử lý hiện hữu mà không cần cải tạo lớn về hạ tầng, giúp nâng cao hiệu quả xử lý nitơ với chi phí đầu tư thấp.

Tiềm năng thương mại hóa cao

Không chỉ dừng ở việc phát triển vật liệu, nhóm nghiên cứu còn tiến hành các phân tích sinh học phân tử để đánh giá quần thể vi sinh vật bám trên vật liệu EBB, tạo cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa hiệu quả xử lý và nâng cao độ ổn định khi vận hành thực tế.

Theo Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dự án có tính ứng dụng cao, đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong lĩnh vực xử lý môi trường nước. Hội đồng cũng đánh giá cao việc xây dựng thành công quy trình sản xuất hoàn chỉnh, chế tạo hệ thiết bị đồng bộ và triển khai thử nghiệm ở quy mô thực tế.

Với lợi thế sử dụng nguyên liệu nội địa, giá thành hợp lý và khả năng mở rộng linh hoạt, EBB được kỳ vọng sẽ sớm được thương mại hóa, trở thành giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, phù hợp với điều kiện kinh tế và hạ tầng của Việt Nam.

Thành công của dự án không chỉ góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm nước mà còn cho thấy năng lực làm chủ công nghệ môi trường của các nhà khoa học Việt Nam, từ nghiên cứu vật liệu, chế tạo thiết bị đến xây dựng quy trình vận hành và chuyển giao ứng dụng.