PHÂN TÍCH CHI TIẾT CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI HIỆN NAY

Phân tích 3 phương pháp xử lý nước thải chính: kỹ thuật vật lý, hóa học và sinh học. Mỗi nhóm đều có những cơ chế, ưu điểm và hạn chế riêng, quyết định hiệu quả tùy theo đặc điểm dòng thải và mục tiêu xử lý.

Xử lý nước thải là một mắt xích thiết yếu trong quản lý tài nguyên nước bền vững, đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng do hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và đô thị hóa không kiểm soát. Dựa trên tổng quan từ bài báo "Wastewater treatment: A short assessment on available techniques" (2023), có thể chia các kỹ thuật xử lý nước thải thành ba nhóm chính: kỹ thuật vật lý, hóa học và sinh học. Mỗi nhóm đều có những cơ chế, ưu điểm và hạn chế riêng, quyết định hiệu quả tùy theo đặc điểm dòng thải và mục tiêu xử lý.
1. Tại sao cần xử lý nước thải?
Việc gia tăng dân số, hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt đô thị đã góp phần làm gia tăng hàm lượng các chất ô nhiễm trong nguồn nước, đặc biệt là các chất ô nhiễm mới nổi (Emerging Contaminants - ECs) như dược phẩm, vi nhựa, hóa chất chăm sóc cá nhân, và kim loại nặng. Những chất này không thể phân hủy sinh học và có thể gây rối loạn nội tiết, tác động tiêu cực đến hệ sinh thái nước và sức khỏe con người.
2. Các kỹ thuật xử lý nước thải hiện nay
2.1. Kỹ thuật xử lý vật lý
Một trong những phương pháp vật lý phổ biến nhất hiện nay là hấp phụ, trong đó các phân tử ô nhiễm trong nước được giữ lại trên bề mặt rắn của vật liệu hấp phụ. Than hoạt tính là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhờ chi phí hợp lý và khả năng điều chỉnh cấu trúc bề mặt để tăng hiệu quả xử lý. Phương pháp hấp phụ đặc biệt hữu ích trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm vi lượng như kim loại nặng, chất hữu cơ độc hại hoặc chất màu. Tuy nhiên, hấp phụ thường không chọn lọc và hiệu suất giảm sau nhiều chu kỳ tái sử dụng vật liệu.

Một kỹ thuật vật lý tiên tiến hơn là quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs), sử dụng các gốc hydroxyl (•OH) có tính oxy hóa rất mạnh để phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó xử lý. Các phương pháp AOPs phổ biến bao gồm ozon hóa, quang hóa, quang xúc tác hoặc phản ứng Fenton. Ưu điểm của các phương pháp này là khả năng phân hủy triệt để chất ô nhiễm, song nhược điểm là tiêu tốn nhiều năng lượng và yêu cầu điều kiện phản ứng chặt chẽ.
Bên cạnh đó, công nghệ lọc màng đang ngày càng phổ biến, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng nước đầu ra cao. Các loại màng như microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), và reverse osmosis (RO) cho phép loại bỏ chất rắn lơ lửng, vi sinh vật và ion hòa tan. Tuy nhiên, các hệ thống này có chi phí đầu tư cao và dễ bị nghẽn do hiện tượng fouling, yêu cầu bảo trì định kỳ.
2.2. Kỹ thuật xử lý hóa học

Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học chủ yếu dựa trên khả năng oxy hóa của các chất oxy hóa mạnh để phá vỡ cấu trúc hóa học của chất ô nhiễm. Trong đó, oxy hóa điện hóa là một phương pháp đang thu hút sự quan tâm nhờ khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất màu và chất hữu cơ bền vững, đặc biệt trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm. Điểm nổi bật là quá trình này không tạo ra bùn hóa học, tuy nhiên lại đòi hỏi điện cực có tính bền vững cao và chi phí điện năng lớn.
Ngoài ra, oxy hóa quang điện hóa là một hướng tiếp cận kết hợp giữa năng lượng ánh sáng và điện hóa để nâng cao hiệu suất phân hủy chất ô nhiễm, thông qua cơ chế tạo các gốc tự do mạnh. Phương pháp này cho thấy tiềm năng cao trong xử lý thuốc nhuộm và dược phẩm tồn dư.
Một kỹ thuật khác là ozon hóa, sử dụng khí ozone để trực tiếp hoặc gián tiếp tạo các gốc tự do có khả năng oxy hóa cao. Quá trình này phù hợp với xử lý nước thải có mùi, màu hoặc chứa chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên, thiết bị tạo ozone có chi phí cao và đòi hỏi an toàn nghiêm ngặt trong vận hành.
2.3. Kỹ thuật xử lý sinh học

Trong số các công nghệ hiện hành, xử lý sinh học là phương pháp lâu đời và phổ biến nhất do chi phí vận hành thấp và thân thiện với môi trường. Phương pháp này sử dụng vi sinh vật để phân giải các chất hữu cơ, giảm COD, BOD trong nước thải. Các hệ thống điển hình bao gồm bể hiếu khí, bể kỵ khí, lọc sinh học quay (RBC), hoặc bùn hoạt tính. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, pH, và thời gian lưu, trong khi việc xử lý bùn sinh ra sau quá trình cũng là một thách thức.
Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây cũng ứng dụng thực vật thủy sinh như bèo lục bình, tảo, hoặc vi khuẩn quang dưỡng để hấp thu kim loại nặng và cải thiện chất lượng nước. Đây là các mô hình xử lý tự nhiên có chi phí thấp, phù hợp với các khu vực nông thôn, tuy nhiên tốc độ xử lý chậm và diện tích chiếm dụng lớn.

Nguồn: Nishat, A., Yusuf, M., Qadir, A., Ezaier, Y., Vambol, V., Ijaz Khan, M., ... & Eldin, S. M. (2023). Wastewater treatment: a short assessment on available techniques. Alexandria Engineering Journal, 76, 505-516.