Công nghệ loại bỏ kim loại trong nước thải

Sơ đồ lọc nước loại bỏ kim loại bằng điện cực CDI.

Không dùng hóa chất

Giải pháp “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khử ion điện dung trong xử lý nước thải có kim loại nặng tại nồng độ cao” do TS Nguyễn Tấn Thông làm chủ nhiệm nhằm phát triển một giải pháp xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả, đặc biệt tập trung vào nước thải từ ngành mạ điện, nơi thường phát sinh hàm lượng lớn kim loại nặng.

TS Nguyễn Tấn Thông cho biết, trong bối cảnh ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng tại Việt Nam, đặc biệt là tại các khu công nghiệp và khu vực sản xuất có sử dụng nhiều hóa chất như ngành mạ điện, việc phát triển một công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm và bền vững là hết sức cấp thiết.

TS Nguyễn Tấn Thông ứng dụng công nghệ khử ion điện dung (Capacitive Deionization - CDI), một công nghệ tiên tiến hiện đại trong lĩnh vực xử lý nước. CDI hoạt động dựa trên nguyên lý hấp phụ điện - khi nước thải đi qua giữa hai điện cực, các ion kim loại nặng sẽ bị hấp phụ lên bề mặt của các điện cực dưới tác động của điện trường.

Công nghệ này nổi bật nhờ hiệu quả xử lý cao, tiêu thụ năng lượng thấp, khả năng tái sử dụng điện cực và giảm thiểu chất thải phụ so với các phương pháp truyền thống như kết tủa hóa học hay trao đổi ion.

Để xử lý hiệu quả, TS Thông đã kết hợp vật liệu nano oxit kẽm (ZnO) với than hoạt tính để chế tạo điện cực CDI. Sự phối hợp này giúp tăng mật độ điện tích bề mặt, tạo ra trường điện cục bộ mạnh hơn, từ đó nâng cao khả năng hấp phụ và loại bỏ các ion kim loại nặng như chì, cadmium, crom - vốn là những chất gây độc hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người và hệ sinh thái khi tồn tại trong môi trường nước.

Tính ứng dụng của công nghệ CDI trong thực tiễn là rất lớn. Dù đã được nghiên cứu và triển khai ở một số quốc gia, tại Việt Nam, việc áp dụng CDI trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là ở quy mô lớn và nồng độ kim loại nặng cao, vẫn còn khá hạn chế. Do đó, đề tài được kỳ vọng sẽ mở ra hướng đi mới trong việc giải quyết bài toán ô nhiễm nước thải công nghiệp một cách hiệu quả, tiết kiệm và phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật trong nước.

TS Nguyễn Tấn Thông.

Nhiều ưu thế so với các công nghệ truyền thống

Về hiệu quả xử lý, giải pháp hướng đến việc đạt được hiệu suất loại bỏ kim loại nặng cao, đưa nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý xuống mức an toàn theo các quy chuẩn môi trường hiện hành.

Các thông số như mức tiêu thụ năng lượng, hiệu suất bắt giữ ion, thời gian vận hành liên tục và khả năng tái sử dụng điện cực sẽ được đánh giá và so sánh với các công nghệ truyền thống để chứng minh ưu thế vượt trội của công nghệ CDI cải tiến.

Việc tối ưu cấu trúc điện cực và quy trình vận hành nhằm giảm thiểu chất thải phụ phát sinh là một trong những mục tiêu quan trọng giúp giải pháp đảm bảo tính ổn định, bền vững và thân thiện với môi trường.

Giải pháp được định hướng chuyển giao công nghệ từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng thực tế ở quy mô công nghiệp. Kế hoạch triển khai bao gồm các giai đoạn thử nghiệm mô hình nhỏ, xây dựng dây chuyền sản xuất, tích hợp phần mềm điều khiển và giám sát tự động, hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm.

Ngoài ra, giải pháp cũng có thể kết hợp với các công nghệ hiện đại như Internet vạn vật (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) để giám sát chất lượng nước theo thời gian thực, điều chỉnh quá trình vận hành tối ưu và giảm chi phí bảo trì.

Công nghệ có thể dễ dàng ứng dụng linh hoạt tại nhiều khu vực, từ các khu công nghiệp tập trung đến các vùng nông thôn, miền núi thiếu nước sạch hoặc cơ sở hạ tầng môi trường yếu kém.

Tại các khu vực khó khăn, việc triển khai mô hình xử lý nước thải thân thiện với môi trường còn giúp giảm chi phí sinh hoạt, giảm nguy cơ bệnh tật do nước bẩn, góp phần nâng cao chất lượng sống cho người dân.

TS Nguyễn Tấn Thông cho biết, để triển khai hiệu quả giải pháp này, cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng kỹ thuật, bao gồm: Hệ thống điện áp DC ổn định (<1,2V) điều khiển quá trình CDI/MCDI, phần mềm tự động hóa giám sát quá trình sạc - xả, hệ thống thu gom và xử lý nước dòng cô đặc sau xử lý, đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn môi trường hiện hành. Những điều kiện này hoàn toàn khả thi tại Việt Nam nếu có sự phối hợp giữa Nhà nước, doanh nghiệp và các cơ sở nghiên cứu.

Ứng dụng công nghệ CDI trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng là một hướng đi sáng tạo, hiệu quả và có tính ứng dụng cao. Giải pháp không chỉ giải quyết vấn đề môi trường cấp thiết, mà còn tạo ra tác động tích cực lâu dài đến kinh tế, xã hội và cộng đồng, đặc biệt là ở những khu vực đang chịu áp lực lớn về môi trường nước.