Khai thác đặc điểm sinh thái của tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải

Kỹ sư Nguyễn Quốc Vương và các đồng nghiệp của mình tại Công ty CP Công nghệ Tiên phong VBIOTECH đã khai thác hiệu quả đặc điểm sinh thái của tảo Chlorella vulgaris để xử lý nước thải, sản xuất thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu sinh học, phân bón cây trồng.

Theo Viện Nghiên cứu hải sản, vào năm 2020, nước ta có 1.015 cơ sở chế biến thủy sản quy mô lớn nhỏ khác nhau. Sự phát triển của ngành chế biến đã kéo theo những bất cập trong các lĩnh vực phụ trợ khác, trong đó có quản lý và xử lý chất thải sau chế biến. Các thành phần chính gây ô nhiễm môi trường từ chế biến thủy sản gồm phế liệu và chất thải rắn, chất thải lỏng, khí thải và mùi trong chế biến v.v. Chất thải lỏng từ chế biến thủy sản được coi là vấn đề nghiêm trọng, có chỉ số ô nhiễm cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B dùng cho nuôi trồng thủy sản (TCVN-2005)¹. Liệu có cách nào khả dĩ giúp giải quyết phần nào thực trạng này?

Một ngày nọ, khi chợ cá đầu mối Thọ Quang (TP. Đà Nẵng) đã ngớt người, kỹ sư Nguyễn Quốc Vương (Giám đốc CTCP Công nghệ Tiên phong VBIOTECH) và các đồng nghiệp đã tiến hành trực tiếp hút nước thải từ cống lên và đặt vào bể. Vài ngày sau, họ thả một loại vi tảo vào trong bể xử lý. Vì đây là bể hở, với khả năng tiếp xúc ánh sáng lớn, tảo sinh trưởng với tốc độ rất nhanh chỉ trong hai ngày. Nước thải trở nên trong hơn, mùi tanh đã biến mất, chỉ tiêu COD và BOD (hai chỉ tiêu quan trọng giúp ước tính mức độ ô nhiễm của nước thải) đều thấp. Bí mật đằng sau công nghệ của họ chính là tảo Chlorella vulgaris – một loại vi sinh vật có khả năng quang hợp, có thể tồn tại dưới dạng đơn bào hoặc đa bào.

Chlorella vulgaris phát triển nhanh chóng trong môi trường nước thải với hàm lượng dinh dưỡng và protein cao. Nhóm nghiên cứu sẽ thu gom nước thải và sau đó đưa giống tảo Chlorella vào bể xử lý với tỷ lệ thích hợp. Sau một thời gian, tảo sẽ sinh trưởng, phân hủy, hấp thụ chất bẩn, loại bỏ CO2, tạo ra oxy, loại bỏ mùi hôi và lọc sạch nước thải. Với các nhà máy chế biến, VBIOTECH sẽ tiến hành nhân giống tảo và cung ứng cho nhà máy để xử lý nước. Trước khi xử lý, chỉ tiêu COD trong nước thải của nhà máy thủy sản thường là 4000 – 5000; sau khi xử lý, COD sẽ giảm xuống còn là 700 – 800. Sau đó, công ty sẽ đưa nước đã xử lý qua một thiết bị điện phân để thu hồi vi tảo, đồng thời xử lý nước thải lần hai. Hiệu quả xử lý nước thải lần đầu của vi tảo rơi vào khoảng 60 đến 70%, nhưng qua lần xử lý thứ hai thì hiệu quả xử lý nước thải là đạt 97%.

“Công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tiết kiệm 30% chi phí lắp đặt ban đầu, thời gian xử lý nhanh, khả năng tái sử dụng nước sau xử lý, và chi phí vận hành thấp hơn so với các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học thông thường”, anh Nguyễn Quốc Vương chia sẻ tại hội thảo “Hệ thống xử lý nước thải bằng vi tảo cho khu công nghiệp, khu dân cư và tòa nhà…”, do Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ TP. HCM (CESTI) tổ chức vào cuối tháng chín vừa qua.

Thu hồi vi tảo

Vi tảo không đơn thuần chỉ giúp xử lý nước thải, mà còn tảo còn có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng có trong nước để xử lý mùi hôi vốn có của nước thải, hấp thụ lượng lớn CO2 và tạo ra lợi ích kép: tạo ra lượng lớn sinh khối tảo. Sau khi điện phân để thu hồi tảo, nhóm nghiên cứu có thể sử dụng sinh khối tảo để tạo ra biodiesel, viên nén năng lượng để đốt, sản xuất thức ăn chăn nuôi và phân bón.

“Việc thu hồi vi tảo sẽ dẫn đến một số câu hỏi như trong vi tảo này có bị lẫn tạp chất hay không, có bị chứa kim loại hay không”, ông Vương nêu ra một số thắc mắc ông vẫn thường nhận được khi giới thiệu cho các doanh nghiệp về công nghệ của mình. “Dựa vào chất lượng của vi tảo, chúng tôi sẽ phân loại để đưa ra hình thức chuyển đổi. Chẳng hạn, vi tảo chất lượng cao thì chúng tôi lấy để sản xuất biodiesel và làm thức ăn chăn nuôi. Nếu như tảo chứa nhiều tạp chất như cặn phế phẩm, kim loại nặng, thì chúng tôi sẽ làm phân hoặc nén lại dạng viên để các nhà máy dùng làm nhiên liệu đốt lò sấy”.

Hiện tại công ty đã xây dựng một nhà máy tại Khu công nghiệp Hòa Khánh để sản xuất vi tảo làm thức ăn chăn nuôi. Bên cạnh đó, họ cũng đã tiến hành xử lý nước thải ở các ao nuôi tôm, cua tại xã Hòa Liên (huyện Hòa Vang, TP.Đà Nẵng), hợp tác với Công ty Long Sinh (Khánh Hòa). Không chỉ dừng lại ở hải sản, hiện tại công ty cũng lắp đặt các thiết bị xử lý nước tại các trại chăn nuôi lợn ở Cần Thơ.

Được thành lập vào tháng 5/2022, VBIOTECH là thành quả nghiên cứu của những sinh viên vừa tốt nghiệp Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Họ không nề hà tham gia các cuộc thi như Cuộc thi tìm kiếm tài năng khởi nghiệp đổi mới sáng tạo khu vực Nam Trung Bộ – Tây Nguyên năm 2022 (trong khuôn khổ TECHFEST), nộp hồ sơ xin tài trợ Quỹ sáng kiến “Thanh niên Thế Hệ Xanh hành động vì Khí hậu và Năng lượng bền vững” của Live&Learn với mong muốn gặp gỡ được nhiều doanh nghiệp, tìm kiếm cơ hội ứng dụng nghiên cứu của mình ra thực tế.

Thay vì cứ thế áp các nghiên cứu của mình ra thực tế, “chúng tôi xác định, khảo các sát các vấn đề nghiêm trọng mà những tỉnh thành tại Việt Nam đang gặp phải và tìm cách xử lý nó. Chúng tôi đặt mục tiêu doanh thu của mình dựa theo hướng phát triển của thị trường”, kỹ sư Nguyễn Quốc Vương cho biết. Hiện tại, 65% doanh thu của công ty đến từ việc cung cấp dịch vụ xử lý nước thải, 35% đến từ việc bán sinh khối tảo. Theo nghiên cứu của Ian Tiseo trên Statisca, từ năm 2000 đến 2018, doanh thu do ngành xử lý nước thải tạo ra đã tăng từ 28,7 tỷ USD lên 63,1 tỷ USD. Do hoạt động xuất khẩu thủy sản đang được chú trọng, song hành với sự xuất hiện của các nhà máy thủy sản, đây là thời điểm thích hợp để công ty gia nhập thị trường. Công nghệ lọc nước thải bằng vi tảo – không dùng hóa chất – có tiềm năng phát triển trong bối cảnh này.

Song chặng đường phía trước sẽ không xuôi chèo mát mái, khi VBIOTECH không phải là nơi duy nhất sử dụng vi tảo để làm sạch nước. Gần đây, trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu “Xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng bằng phương pháp vi tảo kết hợp màng”, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ môi trường (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) do TS. Nguyễn Tuấn Minh đứng đầu đã nghiên cứu thành công công nghệ xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng và xây dựng mô hình hệ thiết bị xử lý nước thải giàu chất dinh dưỡng bằng phương pháp sử dụng vi tảo kết hợp với màng lọc.

Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng vi tảo lục đơn bào Chlorella sp. – bởi đây là một trong những loại vi tảo được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý nước thải do tốc độ tăng trưởng nhanh, hàm lượng lipids cao và đã được chứng minh khả năng loại bỏ cacbon, nitơ và photpho. Ngoài ra, họ còn kết hợp tảo và công nghệ màng MBR trong mô hình xử lý nước thải cho phép điều khiển được lưu lượng của hệ xử lý một cách dễ dàng trong khi vẫn duy trì được hàm lượng sinh khối cao nhờ khả năng tách pha rắn và lỏng, tránh được hiện tượng rửa trôi tảo trong nước đầu ra.

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào việc nâng cao hiệu quả xử lý nhờ kết hợp tảo và màng với nước thải có nồng độ ô nhiễm dinh dưỡng cao. Trong hệ thí nghiệm, vi tảo được sinh trưởng, phát triển và tồn tại ở dạng lơ lửng trong bể thí nghiệm sẽ đóng vai trò hấp thụ và chuyển hóa các chất dinh dưỡng có trong nước thải để tổng hợp sinh khối, trong khi đó module màng sẽ làm nhiệm vụ lọc và tách sinh khối ra khỏi nước thải đồng thời nhằm đảm bảo dễ dàng duy trì nồng độ sinh khối mong muốn².

VBIOTECH có lẽ sẽ cần đẩy nhanh việc mở rộng công nghệ ra thị trường, và tiếp tục hoàn thiện bí mật công nghệ về nguồn giống, công tác lắp đặt bể, quá trình thu hồi sinh khối và chế biến sinh khối của mình để cạnh tranh với các đơn vị nghiên cứu.

Lúc này, kỹ sư Nguyễn Quốc Vương đang tìm cách xử lý nguồn nước thải tại các cơ sở sản xuất giấy ở Bắc Ninh. “Tình trạng ô nhiễm nguồn nước nó không chỉ gói gọn trọng trong các khu công nghiệp, khu chế biến thuỷ hải sản, khu dân cư, mà nó còn bắt nguồn từ những làng nghề lâu đời”, anh phân tích. Tại thời điểm chia sẻ (21/9), anh cho biết mình đã tiến hành dự án xử lý nước được hai tuần. Anh và các đồng nghiệp đã chứng kiến cảnh tượng nước thải giữa hai cơ sở sản xuất chỉ đặc một màu đen, hôi thối, quánh lại như bùn – vì chứa tinh bột để sản xuất giấy trong đó. “Nó gây ảnh hưởng rất, rất lớn đến sức khỏe người dân”, anh nhấn mạnh. Và dòng nước thải đen ngòm kia chính là mục tiêu mới của anh.
——
Chú thích:
[1] https://thuysanvietnam.com.vn/thuc-trang-moi-truong-o-cac-co-so-che-bien-thuy-san/
[2]https://vast.gov.vn/web/guest/tin-chi-tiet/-/chi-tiet/xu-ly-nuoc-thai-o-nhiem-huu-co-bang-phuong-phap-vi-tao-ket-hop-mang-loc-103868-432.html

Đỗ Quỳnh Ngọc