Tìm cách xử lý nước nhiễm phèn

PGS.TS Nguyễn Trung Thành cho biết, đất nhiễm phèn, nước chua là thực trạng khiến nguồn nước sinh hoạt ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) luôn khan hiếm. Đã có rất nhiều phương pháp từ cổ điển đến hiện đại như dùng tro bếp, dùng vôi, nhựa trao đổi ion… để xử lý nước phèn nhưng số phèn sau xử lý vẫn gây ô nhiễm.

PGS.TS Nguyễn Trung Thành cho biết, điều này khiến cho đất vẫn bị tích tụ và tồn trữ lượng phèn bên trong chứ không lấy ra được. Trong khi đó, phèn sắt lại có tính chất rất phù hợp để tạo thành vật liệu loại bỏ photphat - một chất ô nhiễm trong nước thải có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái như gây ra hiện tượng phú dưỡng và hủy hoại môi trường sống của nhiều loài sinh vật.

Từ góc nhìn của nhà nghiên cứu về vật liệu, anh và các đồng nghiệp tự hỏi: Nếu tận dụng phèn từ nước ô nhiễm để làm nguyên liệu tiếp tục xử lý nước thải ở nơi khác thì sao? Làm vậy, có thể cùng lúc giải quyết được bài toán với nhiều mục tiêu của ĐBSCL: Cung cấp nước sạch cho người dân, đa đạng hóa vật liệu xử lý môi trường, rửa phèn cho đất, cũng như giảm thiểu thiết bị, tối ưu hóa chi phí và thời gian xử lý.

Điểm khó nhất mà nhóm phải giải quyết chính là làm sao để thu được nhiều sắt nhất từ nước nhiễm phèn. “Bình thường sắt trong nước phèn sẽ hình thành dưới dạng kết tủa khi tiếp xúc với không khí, do đó nồng độ của sắt và ion trong nước sẽ giảm đi, nếu không tìm ra phương thức xử lý đúng cách thì sẽ khó có thể đưa sắt vào các hạt nhựa trao đổi ion”, PGS.TS Thành cho biết.

Sau nhiều lần thất bại và thử đi thử lại, nhóm anh nhận ra hai vấn đề mấu chốt: Phải thay đổi trạng thái của nước phèn và chọn loại hạt nhựa có tính chất phù hợp để xử lý nước thải. Trước đây, nhiều người cũng đã sử dụng hạt nhựa để lọc phèn, tuy nhiên vì họ không hướng đến việc tái sử dụng hạt làm nguyên liệu đầu vào tạo ra vật liệu mới nên vấn đề trạng thái của nước phèn chưa được chú ý. Nhờ những kinh nghiệm nghiên cứu trước đó, anh và đồng nghiệp đã tìm ra được các điều kiện thích hợp để thay đổi trạng thái của nước cũng như xác định được loại nhựa trao đổi ion (225H) trên thị trường là phù hợp nhất để hấp phụ phèn sắt từ nước.

Đầu tiên, nhựa trao đổi ion mang điện tích dương sẽ được đặt trong một cột nhựa có đường kính 1 cm. Sau đó, nhóm nghiên cứu sẽ thêm axit clohidric vào nước phèn chua tự nhiên với liều lượng 1 ml/l. Nước phèn chua tự nhiên này sau đó được đưa qua cột trao đổi cation từ dưới lên trên với tốc độ dòng chảy phù hợp. Khi đã lọc xong nước nhiễm phèn, các hạt nhựa sẽ được đưa ra khỏi cột và rửa nhiều lần để loại bỏ các cặn bẩn, rồi thêm vào nước khử ion có chứa dung dịch amoniac (28 – 34%).

Cuối cùng, các hạt nhựa được tách ra khỏi dung dịch, rửa bằng nước khử ion và làm khô tự nhiên trong không khí để trở thành một vật liệu mới là nhựa - oxit phèn sắt ngậm nước (hydrated). Lúc này, chúng ta có thể tái sử dụng ‘chất thải’ ấy để xử lý đồng thời nhiều cấu tử của nước ô nhiễm khác có chứa photphat, canxi, magie…

Lọc sạch nước, tái sử dụng vật liệu

Sau khi tổng hợp thành công vào năm 2020, nhóm của PGS.TS Thành tiến hành thu thập mẫu và phân tích nước phèn trong mùa mưa và mưa khô. “Kết quả nghiên cứu đã giúp chúng tôi lượng hóa được sự thay đổi của nước phèn theo mùa. Do phương pháp xử lý này đi theo hướng tiếp cận ‘tích tiểu thành đại’, nếu mùa nào có nhiều phèn thì hạt nhựa hút nhiều, mùa nào ít thì hút ít, khi nào hạt nhựa đã bão hòa thì mới cần lấy ra để tái sử dụng, nên vật liệu này có thể sử dụng trong bất kỳ thời gian nào”, PGS.TS Thành cho biết.

Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm nhựa trao đổi ion với nước nhiễm phèn, cũng như thử vật liệu tổng hợp được sau đó với nước nhiễm photphat, canxi, magie, kết quả cho thấy, các nguồn nước đầu ra đều đáp ứng được Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08-MT: 2015 / BTNMT) dùng cho nước sinh hoạt.

Không chỉ vậy, khi sử dụng vật liệu mới để xử lý nước nhiễm photphat, nhóm nghiên cứu nhận thấy vật liệu này đem lại hiệu suất hấp phụ photphat cao hơn 1,12 lần so với vật liệu nhựa oxit sắt thông thường trên thị trường. Theo PGS.TS Thành, kết quả này có được là nhờ việc sử dụng nước phèn tự nhiên (vốn đã chứa nhiều nguyên tố khác nhau bên trong), do đó, vật liệu nhựa oxit phèn sắt thu được sau quá trình xử lý nước phèn sẽ có thêm thành phần magie, canxi, nhôm, giúp cho vật liệu dễ dàng hình thành FeOOH trên bề mặt và đem lại hiệu quả xử lý photphat cao hơn.

“Đây cũng là một thí nghiệm cho mọi người thấy rằng vật liệu tổng hợp ra từ nước phèn tự nhiên có hiệu quả hơn so với những phương pháp công nghiệp khác. Thêm vào đó, phương pháp này không cần sử dụng nhiều hóa chất mà sử dụng chính hạt oxit phèn sắt với những cấu tử có bên trong tự nhiên để xử lý nước nhiễm photphat, do vậy cũng giảm thiểu được hóa chất đưa vào trong môi trường”, PGS.TS Thành nói.

Nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp này có tiềm năng áp dụng rất rộng rãi, những khu vực nào mà trong nước có kim loại phù hợp để tổng hợp các dạng oxit như vậy thì đều có thể áp dụng. Nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu trước đây chỉ thực hiện được ở những quặng hay mỏ lớn, trong khi đó, phương pháp này có nguyên tắc là tích lũy dần dần nên có thể áp dụng đồng thời để xử lý nguồn nước hộ gia đình. Và để có thể tái sử dụng vật liệu ngay cả khi chúng đã đạt đến giới hạn cuối cùng, nhóm của PGS.TS Thành cũng đang tiếp tục các nghiên cứu hướng đến việc tận dụng các hạt này làm vật liệu đệm cho hệ thống thủy canh, cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.