Khái niệm “Kinh tế tuần hoàn” lần đầu được Pearce và Turner sử dụng từ năm 1990 nhằm chỉ ra mô hình kinh tế mới, theo nguyên lý cơ bản “Mọi thứ đều là đầu vào của thứ khác”. Ứng dụng vào thực tế, một số loại chất thải sản xuất (rác thải, chất thải từ giết mổ gia cầm, nước thải, bùn thải,…) đang được dùng làm nguồn nguyên liệu đầu vào để sản xuất phân bón nông nghiệp, vừa bảo vệ môi trường, vừa thúc đẩy kinh tế tuần hoàn.
Ở Việt Nam, số lượng các khu công nghiệp (KCN) đang gia tăng một cách nhanh chóng. Tính đến cuối năm 2021, cả nước có hơn 292 KCN đã đi vào hoạt động, với nhiều ngành nghề khác nhau, đã sinh ra một lượng lớn bùn thải công nghiệp. Bùn thải công nghiệp phát sinh từ nhiều ngành nghề khác nhau như ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm bánh kẹo, bia, nước ngọt, sữa, nước uống; ngành sản xuất thép, nhôm, nhựa, giấy, sơn dầu, dệt nhuộm, xi mạ,… Hiện nay, ở Việt Nam, việc xử lý bằng cách chôn lấp chất thải đã trở thành phương pháp truyền thống, nhờ chi phí thấp và cách thức vận hành đơn giản. Tuy nhiên, nếu chôn lấp bùn thải không đảm bảo an toàn có thể gây ô nhiễm môi trường, do quá trình phát thải các kim loại nặng xâm nhập vào môi trường đất, nước. Đặc biệt, chúng có thể đi vào các tầng nước mặt thông qua hệ thống các dòng chảy, gây ô nhiễm môi trường đất, nước và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Dự kiến đến năm 2025, lượng bùn thải công nghiệp phát sinh ở mỗi KCN tăng 1,23-3,21 lần. Bùn thải tại các KCN gia tăng không chỉ ảnh hưởng đến chi phí xử lý của các nhà đầu tư, mà đó còn là bài toán khó, thách thức các cơ quan chức năng trong việc tìm giải pháp xử lý lượng.
Góp phần giải quyết bài toán này, không chỉ “nhập cuộc” để xử lý bùn thải, mà nhiều nhà khoa học Việt Nam còn tạo ra được phân bón để cung cấp cho ngành nông nghiệp, đóng góp hữu hiệu cho các hoạt động xây dựng nền kinh tế tuần hoàn trong nước. Có thể kể đến đầu tiên là phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải của nhà máy sản xuất bia. Hình thành từ nghiên cứu “Tái sử dụng bùn thải sinh học và tro trấu từ nhà máy bia sản xuất phân hữu cơ” vào năm 2020, tác giả Nguyễn Khắc Biền (Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM) đã nghiên cứu các loại vật liệu như bùn thải, tro trấu thu được từ nhà máy sản xuất bia, cùng các chế phẩm sinh học cần thiết đế tạo ra phân hữu cơ. Kết quả thử nghiệm lên cây rau mầm cho thấy, cây phát triển tốt trong môi trường giá thể có bổ sung phân hữu cơ; cây phát triển mạnh hơn, năng suất cao hơn so với bón các loại phân hữu cơ đang rất phổ biến trên thị trường. Có thể thấy, bùn thải từ nhà máy bia hoàn toàn có thể sử dụng để sản xuất phân hữu cơ phục vụ cho ngành nông nghiệp.
Cũng trong năm 2020, Vũ Thúy Nga và các tác giả khác từ Viện Môi trường Nông nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG Hà Nội) và Viện Công nghệ Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu, đánh giá các đặc tính sinh hóa và tiềm năng xử lý bùn thải của nhà máy bia làm phân bón hữu cơ cho cây trồng nhằm cải thiện nguồn dinh dưỡng cho đất cũng như bảo vệ môi trường.
Xử lý bùn thải của nhà máy sản xuất bia làm phân bón hữu cơ
Kết quả cho thấy, sau 30 ngày xử lý bùn bằng chế phẩm vi sinh vật, quá trình ủ đã làm thay đổi hàm lượng các chất trong bùn và loại bỏ vi sinh vật gây bệnh. Phân ủ đạt tiêu chuẩn phân bón hữu cơ theo Nghị định 84/2018/NĐ-CP của Chính phủ. Khi nghiên cứu sử dụng thí nghiệm trên cây đậu cove trong chậu, rễ cây phát triển tốt hơn và trọng lượng quả cao hơn 23,6% so với mẫu đối chứng.
Hoạt động giết mổ gia cầm cũng sản sinh ra nhiều chất thải. Năm 2021, nhóm nghiên cứu của TS. Tạ Ngọc Ly (Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ lông gà thải. Theo TS. Tạ Ngọc Ly, lông gia cầm thải có hàm lượng Nitơ rất cao, khó phân hủy. Ngoài ra, hỗn hợp lông gia cầm thải chứa phân, tiết, nếu ủ thông thường sẽ sinh ra dòi bọ, nước rỉ, mùi hôi thối, gây ô nhiễm môi trường. Sau quá trình thử nghiệm và chọn lọc, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các chủng sinh vật có hoạt tính keratinase để ủ phân bón hữu cơ. Qua nghiên cứu, nhóm đã thành công trong việc sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, tiết giảm chi phí, nâng cao chất lượng phân bón, đảm bảo an toàn (không có vi sinh vật gây hại) và đảm bảo về môi trường.
Thùng ủ phân từ lông gà kết hợp trống xoay với lưới sàng và phân hữu cơ sinh học từ lông gà
Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi so sánh với nhóm đối chứng (gồm cây không bón phân và cây bón phân sinh học lưu thông trên thị trường), mẫu cây bón phân sản xuất từ lông gà thải có chiều cao, số lá, chiều dài rễ tốt hơn hẳn (gấp khoảng 1,6 lần so với mẫu không bón phân và 1,2 lần so với mẫu phân hữu cơ đối chứng) và năng suất thực tế của cây trồng tăng lên 30-50%.
Đối với ngành sản xuất phân bón hóa học, các quy trình sản xuất khi vận hành sẽ phát thải vào môi trường một lượng lớn khí thải và nước thải. Các giải pháp xử lý chất thải từ các nhà máy sản xuất phân bón hóa học hiện nay phần lớn chưa thực sự hiệu quả. Để nguồn nước thải ra đạt tiêu chuẩn môi trường, hầu hết các nhà máy đều áp dụng công nghệ hóa lý để xử lý nước (chứa nhiều chất dinh dưỡng N và P). Theo đó, dung dịch NaOH được cho vào bể phản ứng với hàm lượng lớn để "đuổi" N ở dạng khí (NH3) ra khỏi dung dịch. Hợp chất của N ở dạng lỏng được chuyển sang chất ô nhiễm dạng khí và phát tán ra không khí. Tổng lượng N phát tán ra môi trường được xem là không đổi. Ngoài ra, nguồn nước thải sau khi loại N có độ pH cao, nên phải sử dụng lượng lớn axit HCl để trung hòa, đưa pH nước thải về trung tính để thực hiện các công đoạn tiếp theo trước khi thải ra môi trường. Còn khí thải, sau khi ra khỏi hệ thống tách bụi sẽ đi qua hệ thống rửa khí và hấp phụ trước khi thải ra môi trường bên ngoài. Như vậy, doanh nghiệp phải tiêu tốn một lượng lớn hóa chất NaOH và HCl mà vẫn không thể thể giảm lượng NH3 phát ra môi trường.
Theo PGS.TS Lê Minh Viễn nhận định, trữ lượng P trong các mỏ để sản xuất phân lân đang ngày càng giảm sút. Do đó, việc thu hồi các nguyên tố dinh dưỡng như N và P ngày càng cấp bách hơn. Ngoài ra, trong nước hiện vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về công nghệ thu hồi và tái sử dụng N, P từ các nhà máy sản xuất phân bón, PGS.TS Lê Minh Viễn và nhóm cộng sự tại Đại học Bách Khoa TP.HCM đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ, phốtpho trực tiếp từ nước thải nhà máy phân bón và định hướng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón", vừa được công bố trong tháng 5 vừa qua.
Quy trình thu hồi struvite và mô hình hệ thống
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được mô hình hệ thống thử nghiệm thu hồi N và P từ nước thải nhà máy phân bón, với công suất xử lý 1m3/ngày và sản xuất 50kg struvite theo quy trình công nghệ gián đoạn; đồng thời, nghiên cứu sản xuất phân bón NPK từ nguồn struvite thu được từ nước thải nhà máy sản xuất phân bón. Struvite có hàm lượng dinh dưỡng (Mg, N và P) cao. Đối chiếu với tiêu chuẩn về độ tan theo tiêu chuẩn ISO 18644:2016 (về phân bón tan chậm), struvite thu được có tính chậm tan, rất phù hợp để làm phân bón tan chậm phục vụ sản xuất nông nghiệp ngày nay.
Các mẫu phân bón NPK từ struvite
*****
Tái chế là hoạt động giúp giảm thiểu lượng chất thải - đang tạo gánh nặng cho công tác xử lý và gây ô nhiễm môi trường. Các chất thải được tận dụng và tái chế thành các sản phẩm hữu ích sẽ giúp các nhà sản xuất giảm bớt chi phí cho các nguồn lực mới và tiết kiệm được nguồn tài nguyên tự nhiên.
Với nguồn chất liệu từ chất thải công nghiệp, các nghiên cứu sản xuất phân bón hiện nay đang tập trung nhiều vào tạo ra phân bón hữu cơ bằng quá trình ủ. Sử dụng các loại phân bón hữu cơ chế sẽ giúp ngành nông nghiệp giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, giảm được lượng chất hóa học tác động tiêu cực đến đất, nước và hệ sinh thái. Có thể nói, việc thu hồi chất dinh dưỡng từ chất thải sản xuất công nghiệp để tạo ra các loại phân bón hữu cơ là một hướng đi rất phù hợp với nền kinh tế tuần hoàn, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho các doanh nghiệp và cộng đồng.
Minh Thư
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Châu An. Kinh tế tuần hoàn - hướng phát triển bền vững cho doanh nghiệp. https://moit.gov.vn/phat-trien-ben-vung/kinh-te-tuan-hoan-thuc-day-cho-chien-luoc-san-xuat-va-tieu-dung-ben-vung.html
[2] Uyên Trang. Xử lý bùn thải của nhà máy sản xuất bia làm phân bón hữu cơ. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS5/xu-ly-bun-thai-cua-nha-may-san-xuat-bia-lam-phan-bon-huu-co-01011092-0000-0000-0000-000000000000
[3] Lam Vân. Kết nối ý tưởng: biến chất thải giết mổ gia cầm thành sản phẩm có giá trị. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS1/ket-noi-y-tuong-bien-chat-thai-giet-mo-gia-cam-thanh-san-pham-co-gia-tri-fa1818c7-8db7-48a1-983f-5d33271eb7ad
[4] Anh Thư - khoahocphattrien.vn. Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ lông gà. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS5/quy-trinh-san-xuat-phan-bon-huu-co-sinh-hoc-tu-long-ga-7aeeffda-fe28-46e1-aa64-c3564956b54c
[5] TS Nguyễn Thủy Chung. Giải pháp thu hồi kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp ở Việt Nam. https://vjst.vn/vn/tin-tuc/6314/giai-phap-thu-hoi-kim-loai-nang-trong-bun-thai-cong-nghiep-o-viet-nam.aspx
[6] Gắn sản xuất phân bón với kinh tế tuần hoàn. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/gan-san-xuat-phan-bon-voi-kinh-te-tuan-hoan/