Bùn thải là nguồn chất thải chiếm tỉ lệ lớn trong các hoạt động của con người, tác động khá tiêu cực đến môi trường sống. Do vậy, xử lý hiệu quả bùn thải luôn là vấn đề nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học. Đến nay, nhiều công nghệ xử lý, tái chế bùn thải đã được nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn, vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa góp phần bảo vệ môi trường.
Bùn thải thường được nạo vét, thu gom từ các bể tự hoại, mạng lưới thu gom, kênh mương, cửa thu, trạm bơm nước, cửa xả,… các nhà máy xử lý nước thải. Theo Tổ chức Ngân hàng Thế giới, tỷ lệ khối lượng bùn thải ở Việt Nam là 36% tại khu vực phía Bắc, 13% ở miền Trung và 51% ở miền Nam. Trong đó, bùn từ nước thải ở TP.HCM chiếm gần 43% trong tổng lượng bùn thải từ nước thải sinh hoạt cả nước.
Để giải quyết bài toán môi trường và khai thác, tận dụng nguồn chất thải giá rẻ, nhiều nghiên cứu, ứng dụng bùn thải trong thực tiễn đã được các chuyên gia trong nước triển khai, bước đầu đạt được nhiều thành quả đáng khích lệ:
Tái sử dụng bùn thải để sản xuất gạch
Gạch được sản xuất chủ yếu từ đất sét dẻo, đất nông nghiệp theo phương pháp đơn giản và phổ biến là tạo hình dẻo. Hiện nay, nhu cầu về gạch xây dựng còn rất lớn do chưa có sản phẩm thay thế hiệu quả. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu sản xuất gạch hiện cũng ngày càng ít đi. Từ các thuộc tính của bùn thải phù hợp cho sản xuất gạch, các nhà khoa học đã nghiên cứu sản xuất ra gạch nung và không nung từ bùn thải ngành công nghiệp dệt may, giấy,… Gạch từ bùn thải vừa có tính ứng dụng cao vừa giúp bảo vệ môi trường. Gạch không nung được sản xuất từ bùn vôi của nhà máy giấy là một ví dụ. Bùn vôi là thải phẩm của quá trình sản xuất giấy, tạo thành trong công đoạn xử lý dăm gỗ thành bột giấy, được xếp vào nhóm chất thải công nghiệp độc hại chủ yếu do độ kiềm cao, do đó cần phải được xử lý thích hợp trước khi thải bỏ. Theo thống kê từ Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam, năm 2019 tổng lượng sản xuất giấy các loại tại Việt Nam đạt khoảng 4,43 triệu tấn (tăng trưởng 20,6% so với năm 2018). Trong quá trình sản xuất mỗi tấn giấy tạo ra trung bình khoảng 170-600 kg phế thải bùn khô (thành phần gồm 70% bùn sơ cấp và 30% bùn thứ cấp, còn gọi là bùn sinh học). Bùn thải này được nhóm nghiên cứu của PGS.TS Tống Tôn Kiên (Khoa Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Xây dựng) tiến hành xử lý vào năm 2021. Các nhà nghiên cứu sử dụng bùn vôi kết hợp đá mạt và phế thải xỉ lò cao để sản xuất gạch không nung có các tính chất kỹ thuật đảm bảo đạt mác từ M5,0 đến M10,0 theo TCVN 6477:2016. Các loại gạch này có giá thành sản xuất tương đương với gạch bê tông sử dụng đá mạt thông thường ở quy mô công nghiệp. Việc phát triển sản xuất loại gạch này có thể thay thế hoàn toàn gạch đất sét nung, hướng tới sản xuất bền vững, góp phần thực hiện mục tiêu không phát sinh rác thải trong ngành công nghiệp giấy, trong tương lai.
Nghiên cứu sử dụng bùn thải xử lý nước của Công ty Cổ phần Phát triển hạ tầng Dệt may Phố Nối để sản xuất gạch đất sét nung, năm 2023, là một ví dụ khác. Với sự phối hợp giữa các bên: đơn vị nghiên cứu (nhóm nghiên cứu của ThS. Nguyễn Văn Trung, Viện Vật liệu Xây dựng); đơn vị cung cấp bùn thải (Công ty Cổ phần Phát triển hạ tầng Dệt may Phố Nối); đơn vị vận chuyển đến nơi xử lý (Công ty Cổ phần Công nghệ xanh Quang Minh); và đơn vị sản xuất thực nghiệm, sản xuất gạch (Công ty TNHH Thương mại và Sản xuất Vật liệu xây dựng Đông Dương 3), các bên liên quan đã hình thành một quy trình cụ thể để xử lý bùn thải, từ nghiên cứu đến sản xuất ra sản phẩm. Thiết bị sản xuất không khác biệt so với các dây chuyền sản xuất gạch đất nung thông thường hiện có tại Việt Nam và nguồn phụ gia bổ sung được khai thác tại địa phương, với chi phí thấp. Việc xử lý bùn thải để sản xuất gạch đất sét nung theo quy trình này vừa tăng nguồn cung cho ngành xây dựng, vừa giảm thiểu được tác hại môi trường từ bùn thải.
Tái chế bùn thải thành vật liệu san lấp
Năm 2020, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng bùn thải nhà máy nước Thủ Đức và Bình An làm vật liệu san lấp”, do PGS.TS Đỗ Quang Minh và nhóm nghiên cứu (Trường đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM) thực hiện, cung cấp một giải pháp nhằm tái chế bùn thải. Nhóm tác giả đã sử dụng công nghệ geopolymer để sản xuất vật liệu san lấp. Nguyên liệu được chuẩn bị theo tỷ lệ 40% tro bay, 60% bùn thải và 10% dung dịch NaOH 10M, sau đó cho vào máy đùn ép và sấy trong máy sấy thùng quay (hoặc sấy buồng). Việc phối trộn trên giúp phối liệu có độ ẩm từ 10-15%, phù hợp để tạo hình dẻo, giảm thiểu được công đoạn sấy bùn. Vật liệu được sản xuất thử nghiệm trên dây chuyền thiết bị sản xuất của Công ty Trung Hậu. Sản phẩm đầu ra được kiểm tra các tính chất cơ lý để đảm bảo chất lượng: cường độ chịu nén trên 3.5Mpa, độ hút nước, hệ số mềm hóa đều đạt TCVN:6477:2016 và không phát thải chất độc vào môi trường.
Tái chế bùn thải thành phân hữu cơ
Bùn thải không chỉ được sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng; nhóm tác giả Trần Kim Sơn (Công ty TNHH MTV Thoát nước Đô thị TP.HCM) đã tiến hành nghiên cứu, xử lý bùn thải để làm phân bón hữu cơ và ứng dụng trong thực tế, qua đề tài: “Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng bằng mô hình đống ủ thông khí cưỡng bức có phối trộn vật liệu hữu cơ”. Nhóm đã nghiên cứu thành phần tính chất bùn thải của nhà máy xử lý nước thải và các vật liệu phối trộn (mụn dừa, trấu và rác hữu) để đưa ra tỷ lệ phối trộn thích hợp, tạo độ ổn định trong quá trình sản xuất phân bón. Sau đó, kiểm tra thành phẩm và có những điều chỉnh thích hợp để tạo ra quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ bùn thải, ứng dụng vào thực tiễn.
Đầu năm 2024, Tập đoàn Công nghiệp Cao su Việt Nam (VGR) đã tiến hành sử dụng bùn thải từ hoạt động chế biến cao su làm phân hữu cơ vi sinh để phát triển cây cao su và thực hiện chiến lược tăng trưởng xanh của ngành cao su. Trong các mục tiêu đến năm 2030, tận dụng và tái chế tối thiểu 20% chất thải rắn và bùn thải, giảm thiểu 10% chất thải nguy hại trong quá trình sản xuất là các mục tiêu đã được VGR xác định.
Tái chế bùn thải làm nguyên liệu sản xuất giấy cao cấp
Gần đây, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Đình Quân (Trường đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM) đã tận dụng bùn thải nhà máy giấy để sản xuất cellulose vi khuẩn, khi phối trộn vào vật liệu sẽ giúp cho giấy đạt chất lượng cao hơn thông thường. Nhóm nghiên cứu đã chuyển hóa bùn giấy thành cellulose vi khuẩn (một dạng cellulose có hình thái nano cấu trúc 3D) bằng phương pháp hóa sinh kết hợp. Sử dụng phương pháp thủy phân cellulose trong bùn giấy với một lượng nhỏ acid thành dịch đường glucose, rồi dùng vi khuẩn Acetobacter xylinum (rất phổ biến trong sản xuất thạch dừa) lên men dịch glucose, thu các màng cellulose vi khuẩn. Màng cellulose vi khuẩn được vớt ra khỏi hỗn hợp sau lên men một cách đơn giản và dễ dàng. Đây là vật liệu sinh học có cơ lý tính vượt trội nhờ hình thái cấu trúc là các sợi cellulose kích thước nano đan xen nhau thành mạng lưới 3D. ThS. Lê Hữu Phước, quản lý chất lượng sản xuất nhà máy giấy Khôi Nguyên (Bình Phước) cho biết, cellulose vi khuẩn được dùng làm phụ gia tăng cường bằng cách đem phối trộn vào bột giấy với tỷ lệ phù hợp, thu được giấy thành phẩm có chất lượng cải thiện đáng kể. Công nghệ này tận dụng bùn thải từ chính nhà máy để chuyển hóa thành nguyên liệu, đưa ngược về sản xuất. Giấy sử dụng cellulose vi khuẩn cho chất lượng tốt hơn về độ mịn, láng, giúp thay thế một số hóa chất cần sử dụng và có thể bù đắp chi phí xử lý bùn của nhà máy.
Sản phẩm cellulose vi khuẩn là một nguyên liệu sinh học giá trị, có thể tạo ra với số lượng lớn từ nguồn phế thải khổng lồ của ngành công nghiệp giấy. Không chỉ làm giấy cao cấp, sản phẩm còn có phạm vi ứng dụng rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực như: nhựa sinh học, dệt may, màng lọc nano, da/gỗ nhân tạo, áo giáp chống đạn,...
***
Bùn thải là một vấn đề lớn cần được quan tâm, giải quyết trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội. Với tải lượng lớn bùn thải hình thành trong quá trình sản xuất và sinh hoạt đô thị hiện nay, việc gia tăng các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng, biến bùn thải trở thành nguồn nguyên liệu rẻ tiền đầy tiềm năng trong các ngành công nghiệp, mang lại lợi ích thiết thực nhờ giảm giá thành sản xuất, giảm hao hụt tài nguyên và tăng cường bảo vệ môi trường là rất thiết thực, phù hợp với xu hướng phát triển kinh tế xanh, tăng trưởng xanh của đất nước.
Minh Thư
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Như Quỳnh. Nhà khoa học Việt biến bùn thải giấy thành vật liệu có ích. https://vnexpress.net/nha-khoa-hoc-viet-bien-bun-thai-giay-thanh-vat-lieu-co-ich-4745636.html
[2] Dương Thị Phấn. Cơ hội nào cho thị trường tái chế bùn thải. https://congnghiepmoitruong.vn/co-hoi-nao-cho-thi-truong-tai-che-bun-thai-11577.html
[3] Tống Tôn Kiên. Nghiên cứu sử dụng phế thải bùn vôi của nhà máy giấy để sản xuất gạch không nung. https://moc.gov.vn/tl/tin-tuc/66287/nghien-cuu-su-dung-phe-thai-bun-voi-cua-nha-may-giay-de-san-xuat-gach-khong-nung.aspx
[4] Tổng kết nghiên cứu sử dụng bùn thải của nhà máy xử lý nước thải để thay thế một phần nguyên liệu sản xuất gạch đất sét nung. https://moitruongxaydungvn.vn/tong-ket-nghien-cuu-su-dung-bun-thai-cua-nha-may-xu-ly-nuoc-thai-de-thay-the-mot-phan-nguyen-lieu-san-xuat-gach-dat-set-nung
[5] World Bank. Đánh giá công tác quản lý chất thải rắn sinh hoạt và chất thải công nghiệp nguy hại, 2018.
[6] Nghiên cứu sử dụng bùn thải nhà máy nước Thủ Đức và Bình An làm vật liệu san lấp. https://nsti.vista.gov.vn/projects/kqnv/nghien-cuu-su-dung-bun-thai-nha-may-nuoc-thu-duc-va-binh-an-lam-vat-lieu-san-lap-125629.html
[7] Sử dụng bùn thải từ chế biến cao su làm phân hữu cơ vi sinh: Giải pháp tối ưu định vị kinh tế tuần hoàn của VRG. https://congdoancaosu.vn/su-dung-bun-thai-tu-che-bien-cao-su-lam-phan-huu-co-vi-sinh-giai-phap-toi-uu-dinh-vi-kinh-te-tuan-hoan-cua-vrg/