Công nghệ biến chất thải thành phân bón

Ở Việt Nam, số lượng các khu công nghiệp (KCN) đang gia tăng một cách nhanh chóng. Tính đến cuối năm 2021, cả nước có hơn 292 KCN đã đi vào hoạt động, với nhiều ngành nghề khác nhau. Bùn thải công nghiệp phát sinh từ các ngành nghề như sản xuất bánh kẹo, bia, nước ngọt, sữa, nước uống; sản xuất thép, nhôm, nhựa, giấy, sơn dầu, dệt nhuộm, xi mạ…

Dự kiến đến năm 2025, lượng bùn thải công nghiệp phát sinh ở mỗi KCN tăng 1,23 - 3,21 lần. Bùn thải gia tăng không chỉ ảnh hưởng đến chi phí xử lý của các nhà đầu tư, mà còn là bài toán khó, thách thức các cơ quan chức năng trong việc tìm giải pháp xử lý.

Góp phần giải quyết bài toán này, nhiều nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra được phân bón để cung cấp cho ngành nông nghiệp, đóng góp hữu hiệu cho các hoạt động xây dựng nền kinh tế tuần hoàn trong nước. Có thể kể đến đầu tiên là phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải của nhà máy sản xuất bia.

Hình thành từ nghiên cứu “Tái sử dụng bùn thải sinh học và tro trấu từ nhà máy bia sản xuất phân hữu cơ”, tác giả Nguyễn Khắc Biền (Trường Đại học Công nghiệp TPHCM) đã nghiên cứu các loại vật liệu như bùn thải, tro trấu thu được từ nhà máy sản xuất bia, cùng các chế phẩm sinh học cần thiết để tạo ra phân hữu cơ.

Kết quả thử nghiệm lên cây rau mầm cho thấy, cây phát triển tốt trong môi trường giá thể có bổ sung phân hữu cơ; cây phát triển mạnh hơn, năng suất cao hơn so với bón các loại phân hữu cơ đang phổ biến trên thị trường. Có thể thấy, bùn thải từ nhà máy bia hoàn toàn có thể sử dụng để sản xuất phân hữu cơ phục vụ cho ngành nông nghiệp.

TS Vũ Thúy Nga và các tác giả khác từ Viện Môi trường Nông nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) và Viện Công nghệ Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu, đánh giá các đặc tính sinh hóa và tiềm năng xử lý bùn thải của nhà máy bia làm phân bón hữu cơ cho cây trồng nhằm cải thiện nguồn dinh dưỡng cho đất cũng như bảo vệ môi trường. Khi nghiên cứu sử dụng thí nghiệm trên cây đậu cove trong chậu, rễ cây phát triển tốt hơn và trọng lượng quả cao hơn 23,6% so với mẫu đối chứng.

Nghiên cứu công nghệ cho nông nghiệp tuần hoàn

Hoạt động giết mổ gia cầm cũng sản sinh ra nhiều chất thải. Năm 2021, nhóm nghiên cứu của TS Tạ Ngọc Ly (Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ lông gà thải.

Theo TS Tạ Ngọc Ly, lông gia cầm thải có hàm lượng nitơ rất cao, khó phân hủy. Ngoài ra, hỗn hợp lông gia cầm thải chứa phân, tiết, nếu ủ thông thường sẽ sinh ra dòi bọ, nước rỉ, mùi hôi thối, gây ô nhiễm môi trường.

Sau quá trình thử nghiệm và chọn lọc, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các chủng sinh vật có hoạt tính keratinase để ủ phân bón hữu cơ. Qua nghiên cứu, nhóm đã thành công trong việc sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, tiết giảm chi phí, nâng cao chất lượng phân bón, bảo đảm an toàn (không có vi sinh vật gây hại) và bảo đảm về môi trường.

Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi so sánh với nhóm đối chứng (gồm cây không bón phân và cây bón phân sinh học lưu thông trên thị trường), mẫu cây bón phân sản xuất từ lông gà thải có chiều cao, số lá, chiều dài rễ tốt hơn hẳn (gấp khoảng 1,6 lần so với mẫu không bón phân và 1,2 lần so với mẫu phân hữu cơ đối chứng) và năng suất thực tế của cây trồng tăng lên 30 - 50%.

Đối với ngành sản xuất phân bón hóa học, các quy trình sản xuất khi vận hành sẽ phát thải vào môi trường một lượng lớn khí thải và nước thải. Các giải pháp xử lý chất thải từ các nhà máy sản xuất phân bón hóa học hiện nay phần lớn chưa thực sự hiệu quả. Để nguồn nước thải ra đạt tiêu chuẩn môi trường, hầu hết các nhà máy đều áp dụng công nghệ hóa lý để xử lý nước (chứa nhiều chất dinh dưỡng N và P).

Theo đó, dung dịch NaOH được cho vào bể phản ứng với hàm lượng lớn để “đuổi” N ở dạng khí (NH3) ra khỏi dung dịch. Hợp chất của N ở dạng lỏng được chuyển sang chất ô nhiễm dạng khí và phát tán ra không khí. Tổng lượng N phát tán ra môi trường được xem là không đổi.

Ngoài ra, nguồn nước thải sau khi loại N có độ pH cao, nên phải sử dụng lượng lớn axit HCl để trung hòa, đưa pH nước thải về trung tính để thực hiện các công đoạn tiếp theo trước khi thải ra môi trường.

Còn khí thải, sau khi ra khỏi hệ thống tách bụi sẽ đi qua hệ thống rửa khí và hấp phụ trước khi thải ra môi trường. Như vậy, doanh nghiệp phải tiêu tốn một lượng lớn hóa chất NaOH và HCl mà vẫn không thể giảm lượng NH3 phát ra môi trường.

Theo PGS.TS Lê Minh Viễn nhận định, trữ lượng P trong các mỏ để sản xuất phân lân đang ngày càng giảm sút. Do đó, việc thu hồi các nguyên tố dinh dưỡng như N và P ngày càng cấp bách hơn. Ngoài ra, trong nước hiện vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về công nghệ thu hồi và tái sử dụng N, P từ các nhà máy sản xuất phân bón.

PGS.TS Lê Minh Viễn và nhóm cộng sự tại Đại học Bách khoa TPHCM đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ, phốt pho trực tiếp từ nước thải nhà máy phân bón và định hướng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón”, vừa được công bố trong tháng 5 vừa qua.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được mô hình hệ thống thử nghiệm thu hồi N và P từ nước thải nhà máy phân bón, với công suất xử lý 1m3/ngày và sản xuất 50kg struvite theo quy trình công nghệ gián đoạn.

Đồng thời, nghiên cứu sản xuất phân bón NPK từ nguồn struvite thu được từ nước thải nhà máy sản xuất phân bón. Struvite có hàm lượng dinh dưỡng (Mg, N và P) cao.

Đối chiếu với tiêu chuẩn về độ tan theo tiêu chuẩn ISO 18644:2016 (về phân bón tan chậm), struvite thu được có tính chậm tan, rất phù hợp để làm phân bón tan chậm phục vụ sản xuất nông nghiệp ngày nay.