Áp lực xử lý nước thải sinh hoạt
Hiện nay, tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa khiến lượng nước thải sinh hoạt tại các đô thị, khu công nghiệp tăng nhanh. Nhiều địa phương vẫn chưa có hệ thống xử lý tập trung hoặc đang sử dụng công nghệ truyền thống với chi phí cao, hiệu quả chưa ổn định.
Theo đánh giá, nước thải sinh hoạt thường chứa hàm lượng chất hữu cơ, nitơ và phốt pho cao, là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước mặt, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, suy giảm chất lượng nước sinh hoạt và ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng.
Trong bối cảnh đó, các công nghệ xử lý chi phí thấp, dễ triển khai và thân thiện môi trường đang trở thành nhu cầu cấp thiết.
Nghiên cứu do nhóm tác giả Nguyễn Huỳnh Phước Thành, Trần Hoàng Phúc và Kim Lavane (Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ) đã tập trung đánh giá khả năng sử dụng viên đất sét nung làm giá thể sinh học trong hệ thống lọc ngập nước.
Viên đất sét nung (LECA) là loại sỏi nhẹ, được sản xuất từ đất sét tự nhiên nung ở nhiệt độ cao, có cấu trúc rỗng xốp, diện tích bề mặt lớn, nhẹ, bền, không độc hại và chi phí thấp. Đặc tính này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật bám dính và hình thành màng sinh học - yếu tố then chốt trong xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học.
Nhóm tác giả xây dựng ba cột lọc bằng nhựa PVC, cao 1,2m, đường kính 0,3m, chứa lớp vật liệu đất sét nung dày 0,8m. Lưu lượng vận hành 7,07 lít/giờ, tốc độ lọc 0,1 m/giờ.
Mẫu nước thải sinh hoạt được lấy từ Khu công nghiệp Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long. Thí nghiệm vận hành liên tục trong 30 ngày để hình thành màng sinh học, sau đó tiến hành 7 đợt lấy mẫu (từ tháng 9 đến tháng 12/2023).
Các chỉ tiêu phân tích gồm pH, DO, SS (chất rắn lơ lửng), COD, BOD5, N-NH4+, N-NO3-, P-PO43-, kết hợp đánh giá hoạt động enzyme bằng phương pháp FDA nhằm xác định cường độ vi sinh vật.
Kết quả cho thấy hệ thống lọc sử dụng viên đất sét nung có hiệu quả cao trong xử lý nước thải sinh hoạt. Ở độ dày lớp vật liệu 0,8m, các chỉ tiêu sau xử lý đều đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT loại A - mức cao nhất hiện hành. Ngoài ra, pH nước sau xử lý duy trì ổn định ở mức trung tính (7,47 - 7,51), phù hợp cho các quá trình sinh học.
Vi sinh vật đóng vai trò quyết định
Tác giả Trần Hoàng Phúc cho biết, qua phân tích enzyme, nhóm nghiên cứu phát hiện vi sinh vật hoạt động mạnh nhất ở lớp vật liệu phía trên (0,4m) và giảm dần theo chiều sâu. Điều này phản ánh sự phân bố oxy và cơ chất, khi lớp trên tiếp xúc nhiều hơn với nguồn oxy hòa tan.
Vi sinh vật hiếu khí trong lớp trên sử dụng oxy để oxy hóa chất hữu cơ, trong khi vi sinh vật kỵ khí và tùy nghi ở các lớp dưới tiếp tục phân hủy hợp chất hữu cơ và thực hiện khử nitrat. Chính sự phối hợp này đã giúp hệ thống đạt hiệu quả xử lý cao, đặc biệt là giảm COD, BOD5 và N-NO3-.
So với các vật liệu khác như cao su, nhựa hay đá được sử dụng trong lọc sinh học nhỏ giọt, hiệu quả loại bỏ COD và BOD5 của viên đất sét nung (84%) thấp hơn một chút (trên 94% ở các nghiên cứu trước). Tuy nhiên, trong điều kiện lọc ngập nước - không cần sục khí - đất sét nung vẫn chứng minh tính ổn định và khả năng khử nitrat vượt trội.
Điểm hạn chế chính là hiệu quả xử lý amoni chưa cao (30,4%), do thiếu oxy cho quá trình nitrat hóa. Tuy nhiên, điều kiện thiếu khí lại giúp hệ thống khử nitrat tốt, góp phần giảm nguy cơ phú dưỡng nguồn nước.
Theo nhóm nghiên cứu, viên đất sét nung hoàn toàn có thể ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ, đặc biệt ở khu dân cư, trường học, bệnh viện hoặc khu công nghiệp có chi phí đầu tư hạn chế.
Ưu điểm lớn của vật liệu này là giá rẻ, dễ sản xuất trong nước, bền, nhẹ, dễ vận hành, có thể tái sử dụng, giảm chi phí thay thế, thân thiện môi trường, không gây độc hại.
Nếu được triển khai rộng rãi, giải pháp này sẽ góp phần giảm áp lực lên các hệ thống xử lý nước thải tập trung, cải thiện chất lượng môi trường nước và thúc đẩy mục tiêu phát triển bền vững.
Nghiên cứu của Đại học Cần Thơ đã chứng minh rằng viên đất sét nung là một vật liệu đệm tiềm năng trong hệ thống lọc sinh học ngập nước, với hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt cao, đạt chuẩn loại A của Việt Nam.
Dù còn một số hạn chế về loại bỏ amoni, kết quả này mở ra triển vọng lớn cho việc ứng dụng rộng rãi giải pháp chi phí thấp, thân thiện môi trường trong công tác xử lý nước thải, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.
