Nghiên cứu phương pháp xử lý nước nhiễm bẩn tại Đại học Bách Khoa Hà Nội

Nguồn nước ngày càng khan hiếm do nhiều yếu tố, bao gồm biến đổi khí hậu, tăng dân số và ô nhiễm. Ô nhiễm nguồn nước gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, làm suy thoái môi trường và ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - xã hội. Việc nghiên cứu xử lý nước hiệu quả là vô cùng quan trọng để đảm bảo nguồn cung cấp nước sạch bền vững cho tương lai. Các nghiên cứu khoa học đóng vai trò then chốt trong việc tìm ra các giải pháp công nghệ môi trường tối ưu.

Đại học Bách Khoa Hà Nội là một trong những trường đại học hàng đầu tại Việt Nam về khoa học kỹ thuật và công nghệ môi trường. Trường có đội ngũ các nhà khoa học, kỹ sư giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại để thực hiện các đề tài nghiên cứu về xử lý nước nhiễm bẩn. Các nghiên cứu của trường đóng góp vào việc giải quyết các vấn đề ô nhiễm nước thực tế tại Việt Nam, cung cấp các giải pháp xử lý nước thải cho các khu công nghiệp, đô thị và nông thôn.

Các nguồn gây ô nhiễm nước chính bao gồm: nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn, nước thải công nghiệp chứa các hóa chất độc hại, nước thải từ hoạt động nông nghiệp chứa thuốc trừ sâu và phân bón, và rác thải sinh hoạt không được thu gom và xử lý đúng cách. Các hoạt động khai thác khoáng sản cũng góp phần gây ô nhiễm nguồn nước do xả thải các chất độc hại vào môi trường.

Ô nhiễm nước gây ra nhiều bệnh tật cho con người, bao gồm các bệnh tiêu chảy, tả, lỵ, viêm gan và ung thư. Ô nhiễm nước cũng gây ra suy thoái hệ sinh thái, làm giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế - xã hội. Ví dụ, ô nhiễm nước có thể làm chết các loài thủy sản, ảnh hưởng đến nghề cá và du lịch.

Việt Nam đã ban hành các tiêu chuẩn nước cho sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này còn nhiều hạn chế. Nhiều khu vực vẫn chưa có hệ thống xử lý nước đạt chuẩn, và việc kiểm soát xả thải còn lỏng lẻo. Điều này dẫn đến tình trạng ô nhiễm nước vẫn tiếp diễn, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và bảo vệ môi trường.

Phương pháp điện keo tụ dựa trên nguyên lý điện phân, sử dụng các điện cực bằng kim loại (thường là nhôm hoặc sắt) để tạo ra các ion kim loại. Các ion này kết hợp với các chất ô nhiễm trong nước, tạo thành các bông keo có kích thước lớn, dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lắng hoặc lọc. Quá trình điện phân cũng tạo ra các chất oxy hóa mạnh, giúp khử trùng nước.

Phương pháp điện keo tụ có nhiều ưu điểm, bao gồm: hiệu quả xử lý nước cao, loại bỏ được nhiều loại chất ô nhiễm, chi phí vận hành thấp, không cần sử dụng hóa chất, và ít tạo ra bùn thải. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm, như: cần điện năng, các điện cực bị ăn mòn, và có thể tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn.

Phương pháp điện keo tụ được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt, xử lý nước thải công nghiệp, xử lý nước uống và xử lý nước nuôi trồng thủy sản. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các chất lơ lửng, chất hữu cơ, kim loại nặng và vi sinh vật.

Cơ chế hấp phụ dựa trên lực hút giữa bề mặt vật liệu hấp phụ và các chất ô nhiễm trong nước. Các loại vật liệu hấp phụ phổ biến bao gồm: than hoạt tính (có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ tốt), zeolit (có cấu trúc lỗ xốp, khả năng trao đổi ion), và các vật liệu tự nhiên như diatomit (có nguồn gốc từ tảo cát, khả năng hấp phụ các kim loại nặng).

Việc biến tính vật liệu hấp phụ có thể nâng cao hiệu quả xử lý nước bằng cách tăng diện tích bề mặt, tăng khả năng trao đổi ion hoặc tạo ra các nhóm chức năng đặc biệt trên bề mặt vật liệu. Các phương pháp biến tính phổ biến bao gồm xử lý bằng axit, bazơ, nhiệt hoặc các hóa chất khác.

Phương pháp hấp phụ đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý nước nhiễm kim loại nặng, như Niken, Mangan, chì, thủy ngân và cadmi. Các kim loại nặng này gây độc hại cho sức khỏe con người và môi trường. Vật liệu hấp phụ có thể loại bỏ các kim loại nặng này khỏi nước, giúp bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

Việc kết hợp các phương pháp xử lý nước có thể tận dụng các ưu điểm của từng phương pháp, khắc phục các nhược điểm và tạo ra một hệ thống xử lý nước hiệu quả và ổn định hơn. Ví dụ, việc kết hợp điện keo tụ và hấp phụ có thể loại bỏ được nhiều loại chất ô nhiễm hơn so với việc sử dụng một phương pháp duy nhất.

Quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước kết hợp bao gồm các bước sau: xác định thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải, lựa chọn các phương pháp xử lý phù hợp, thiết kế sơ đồ công nghệ, tính toán kích thước các thiết bị, lựa chọn vật liệu và thiết bị, xây dựng và vận hành thử nghiệm, đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa quy trình.

Việc đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống xử lý nước kết hợp bao gồm các yếu tố: chi phí đầu tư (xây dựng, thiết bị), chi phí vận hành (điện năng, hóa chất, nhân công), hiệu quả xử lý nước, tuổi thọ của hệ thống và các lợi ích kinh tế - xã hội khác (bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường, phát triển kinh tế).

Các công nghệ xử lý nước tiên tiến bao gồm: công nghệ màng lọc, công nghệ nano, công nghệ sinh học và công nghệ oxy hóa nâng cao. Cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ này để nâng cao hiệu quả xử lý nước và giảm thiểu tác động đến môi trường. Ví dụ, việc sử dụng màng lọc nano có thể loại bỏ được các chất ô nhiễm có kích thước rất nhỏ, mà các phương pháp truyền thống không thể loại bỏ được.

Vật liệu nano có nhiều đặc tính ưu việt, như diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ cao và khả năng xúc tác tốt. Các vật liệu nano có thể được sử dụng để chế tạo các vật liệu hấp phụ, màng lọc và các chất xúc tác để nâng cao hiệu quả xử lý nước. Cần đẩy mạnh nghiên cứu khoa học về ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nước thải và xử lý nước uống.

Việc tăng cường hợp tác nghiên cứu với các tổ chức quốc tế có thể giúp Việt Nam tiếp cận các công nghệ xử lý nước tiên tiến, chia sẻ kinh nghiệm và nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học. Cần đẩy mạnh việc tham gia các dự án nghiên cứu chung, trao đổi chuyên gia và tổ chức các hội thảo khoa học về xử lý nước.