Dùng tảo hạt hoạt tính xử lý nước thải

Bằng cách thu hồi dinh dưỡng trong nước thải, tảo hạt hoạt tính sẽ làm sạch, xử lý nước trong thời gian ngắn, không gây ô nhiễm môi trường, hiệu quả với nước ô nhiễm nặng chất hữu cơ.

Dùng tảo hạt hoạt tính xử lý nước thải có thể thay thế nhiều loại nguyên liệu khác.

Xử lý nước thải tại chỗ

Không cần phải xây dựng các trạm xử lý nước thải với máy móc công nghệ phức tạp, các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng tảo làm sạch, xử lý nước tại chỗ, đem lại hiệu quả cao. Nghiên cứu này của nhóm tác giả do TS Bùi Xuân Thành, Trưởng phòng Thí nghiệm Trọng điểm Đại học Quốc gia Công nghệ Xử lý Chất thải Bậc cao – Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TPHCM đứng đầu.

ThS Nguyễn Ngọc Kim Quy, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, tảo hạt có thể ứng dụng làm nguồn nguyên/nhiên liệu đầu vào cho các ngành công nghiệp như xăng sinh học, nhựa sinh học, phân bón. Vi tảo, sản phẩm của tảo hạt được sử dụng làm xăng sinh học, nhựa sinh học.

So với nuôi cấy vi tảo thông thường, để nuôi tảo hạt, người ta thường sử dụng hóa chất để bổ sung dinh dưỡng N, P. Nguồn nước sạch dùng trong nuôi cấy tảo quy mô lớn cũng là một vấn đề nan giải đối với việc khan hiếm nước sạch hiện nay.

Nếu sử dụng tảo hạt hoạt tính nuôi cấy từ nước thải, tất cả các chi phí nêu trên đều được giảm thiểu. Cụ thể, tảo hạt sẽ dùng dinh dưỡng Natri (N), Phốt Pho (P) trong nước thải – có sẵn mỗi ngày, hệ thống nuôi cấy cũng không cần nguồn nước sạch.

Và do tảo hạt có kích thước nặng, cấu tạo đặc, việc thu hồi sinh khối chỉ cần tốn khoảng 3 phút để thu hồi > 90% sinh khối (trong nghiên cứu của nhóm tác giả Bird fighter), do đó không cần tốn kém chi phí cho hóa chất thu hồi sinh khối. Với các hệ thống đang nuôi tảo thông thường, muốn chuyển sang nuôi tảo hạt thì chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ “tảo hạt” giống – sản phẩm của nhóm để nuôi cây trong một thời gian ngắn.

Sử dụng vi tảo trong xử lý nước thải là một phương pháp giúp thu hồi chất dinh dưỡng N, P, biến loại vi sinh này từ một mối đe dọa thành một nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, do vi tảo có kích thước và khối lượng riêng rất nhỏ so với nước nên tốc độ lắng sẽ rất chậm, ảnh hưởng đến việc thu hoạch sinh khối.

Việc phát triển “tảo hạt hoạt tính” khi kết hợp tảo và vi khuẩn sẽ khiến sinh khối tảo dễ thu hồi nhờ kích thước hạt lớn, đặc, chứa nhiều vi tảo sẽ khiến việc ứng dụng vi tảo trong thu hồi chất dinh dưỡng từ nước thải để sử dụng trong các ngành công nghiệp xanh sẽ dễ dàng được hiện thực hóa hơn.

Sản phẩm tảo hạt hoạt tính được hình thành bằng cách đồng nuôi cấy vi tảo chủng Chlorella và vi khuẩn (được phân tách từ bùn hoạt tính dùng trong xử lý nuớc thải). Tảo hạt có kích thước phân bố từ 100 – 1.000 um, có thể lắng > 90% sinh khối sau 3 phút. Tảo hạt có hàm lượng vi tảo cao, chứa nhiều hợp chất có tính năng thương mại hóa đặc trưng như lipid, tinh bột, N, P.

Đối với hệ thống để tạo được tảo hạt hoạt tính, cần sử dụng các bể quang sinh học kín, hình trụ tạo bằng vật liệu trong suốt để tăng cường khả năng tiếp xúc ánh sáng của vi tảo. Khuấy trộn trong hệ thống sẽ dùng hệ thống cánh khuấy chân vịt.

Loại đèn sử dụng hiện tại được áp dụng sẽ là đèn led ánh sáng trắng để giảm lượng nhiệt phát sinh trong hệ thống. Hệ thống thiết bị tự động để kiểm soát quá trình vận hành, nạp và xả nước thải, cũng như thu hồi sinh khối tảo hạt.

Tảo hạt hoạt tính được tạo thành từ nguồn nước thải có sẵn, sử dụng hệ thống bể quang sinh học và khuấy trộn cơ học, có 2 tính năng ưu việt. Tảo hạt hoạt tính có khả năng chuyển hóa, thu hồi các chất dinh dưỡng N, P có trong nước thải trở thành nguồn sinh khối có giá trị kinh tế (so với công nghệ cũ chỉ dùng bùn hoạt tính sẽ gây phát sinh bùn thải – nguồn chất thải cần xử lý của quá trình xử lý nước thải sinh học).

Tảo hạt hoạt tính là giải pháp thu hồi sinh khối vi tảo rẻ tiền chỉ bằng lắng trọng lực, không yêu cầu hóa chất keo tụ (có khả năng gây ô nhiễm môi trường).

Nhiều tiềm năng ứng dụng

Nghiên cứu hiện mới chỉ dừng ở phòng thí nghiệm, nhóm chưa có điều kiện triển khai rộng rãi ngoài thực tế. Vi tảo có thể loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dưỡng: Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ trung bình luôn trên 90%, loại bỏ Nitơ: Lên đến 94%.

So với hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thông thường, cần sử dụng nhiều hệ thống với các chế độ vận hành khác nhau (để nuôi cấy các giống vi sinh khác nhau) để xử lý toàn bộ các chất ô nhiễm, sử dụng tảo hạt hoạt tính sẽ chỉ cần dùng 1 hệ thống bể quang sinh học duy nhất với ưu điểm nhỏ gọn, tiện lợi, giảm thiểu chi phí xây dựng.

Nhóm nghiên cứu cho biết tảo thu hồi dinh dưỡng trong nước để xử lý nước thải, đồng thời thu hồi sinh khối tảo hoạt tính. Sinh khối tảo hoạt tính có thể ứng dụng làm nhiên liệu sinh học. Vi tảo đã được coi là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất diesel sinh học do sự cung cấp hạn chế của các nguồn thực phẩm khác như mỡ động vật, dầu ăn thải và các loài dầu thực vật khác.

Ngoài ra còn làm phân bón sinh học. Việc sản xuất phân bón sinh học từ vi tảo là một giải pháp đơn giản và rẻ tiền, giảm thiểu các vấn nạn ô nhiễm môi trường vì hóa chất trong canh tác nông nghiệp hiện nay.

Điều đặc biệt là sinh khối tảo còn được ứng dụng để làm nhựa sinh học. Trong chủng vi tảo Chlorella (giống tảo chính trong sản phẩm tảo hạt hoạt tính) là một trong những chủng vi tảo có chứa hàm lượng tinh bột cao nhất tính đến hiện tại, có tiềm năng trong việc sản xuất nhựa sinh học.

Nhóm tác giả cho biết, mô hình nghiên cứu hiện vẫn đang hoạt động để nghiên cứu chuyên sâu hơn, thử nghiệm các điều kiện vận hành khác nhau nhằm tăng cường các đặc tính hữu ích, tiềm năng ứng dụng tảo hạt trong thực tế.