Xử lý nước thải ngành mạ bằng màng lọc thẩm thấu

Thạc sĩ Lê Xuân Thanh Thảo, Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam)

Để hạn chế, các nhà khoa học Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công màng mỏng thẩm thấu thuận (FO) hiệu năng cao giúp loại bỏ kim loại nặng như asen, chì… khỏi nước thải mạ điện.

Hiện nay, trong quá trình mạ điện các sản phẩm thường phát sinh nước thải có chứa hàm lượng lớn các kim loại độc hại như asen, chì, niken cùng các hóa chất như xyanua, sunfat... Những chất này nếu không được xử lý kịp thời sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường và các bệnh về tiêu hóa, tim mạch, hô hấp, da liễu, ung thư…

Mặc dù các công nghệ xử lý nước thải ngành mạ rất phong phú, đa dạng và đổi mới từng ngày nhưng vẫn tồn tại những hạn chế khiến môi trường nước ngày càng ô nhiễm. Một số đơn vị đã áp dụng các giải pháp công nghệ như trao đổi ion, kết tủa hóa học, hấp phụ hay lọc nano. Tuy nhiên, hạn chế của những giải pháp này là chi phí đầu tư và xử lý tốn kém, phát sinh bùn thải đạt hiệu quả thấp khi xử lý nước thải ô nhiễm nặng.

Trước tình trạng này, Thạc sĩ Lê Xuân Thanh Thảo, Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) và nhóm tác giả đã nỗ lực thực hiện thành công đề tài khoa học “Chế tạo màng mỏng thẩm thấu thuận hiệu năng cao và ứng dụng trong loại bỏ kim loại nặng nước thải ngành mạ” (Mã số: VAST07.02/23-24). Đây cũng là bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ màng thân thiện môi trường nhằm giải quyết bài toán ô nhiễm nước thải công nghiệp tại Việt Nam.

Thẩm thấu thuận (FO) là công nghệ màng sử dụng sự chênh lệch áp suất thẩm thấu nhằm thúc đẩy quá trình vận chuyển nước từ phía áp suất thẩm thấu thấp sang phía áp suất thẩm thấu cao hơn.

Tương tự như công nghệ màng RO, FO sử dụng màng mỏng thẩm thấu có kích thước lỗ nhỏ chỉ từ 0.37 đến 0.47nm, phù hợp để loại bỏ các ion kim loại trong nước thải. Tuy nhiên, khác với RO, FO sử dụng cơ chế thẩm thấu tự nhiên, không có áp suất thủy lực, vì thế có thể hạn chế việc bám bẩn, tiết kiệm năng lượng và cơ chế vận hành tối giản hơn.

Cùng với các ưu điểm nêu trên thì khi sử dụng màng FO để xử lý nước thải sau quá trình mạ thường xuất hiện những hạn chế như dòng nước thẩm thấu còn thấp, có hiện tượng phân cực nồng độ…

Để khắc phục tình trạng này, đồng thời nâng cao hiệu suất màng thẩm thấu thuận, nhóm nghiên cứu đã tích hợp thành công vật liệu ưa nước dextran với màng FO. Đây là loại vật liệu có tính ưa nước cao, giúp tăng độ xốp và khả năng thấm ướt của màng FO khi thêm vào lớp đế màng polyethersulfone (PES).

So với những nghiên cứu trước đây, phương pháp sử dụng dextran không chỉ an toàn sinh học mà còn mở ra hướng nghiên cứu về công nghệ màng hiệu năng cao với chi phí hợp lý. Dextran được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và hóa chất do tính ổn định, an toàn, tính ưa nước và khả năng tạo gel.

Theo Thạc sĩ Thảo, quá trình nghiên cứu cho thấy, việc tích hợp màng FO với dextran sẽ giúp màng FO khắc phục được hiệu ứng phân cực nồng độ trong. Đây là một trong những hạn chế lớn nhất của các hệ màng truyền thống. Hơn nữa, lớp đế màng chứa 5% dextran giúp tăng gấp đôi tốc độ thẩm thấu nước so với màng mỏng tổng hợp (TFC) thương mại, đồng thời vẫn giữ được khả năng ngăn muối và ion kim loại nặng hiệu quả. Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm khi sử dụng màng lọc FO tích hợp dextran để xử lý nước thải ngành mạ đạt hiệu suất loại bỏ trên 97% đối với các kim loại như As, Pb, Ni…

Khác với nhiều nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào cấu trúc màng, trong đề tài nghiên cứu nêu trên, các nhà khoa học tập trung khai thác sâu mối quan hệ giữa cấu trúc - tính chất - hiệu năng. Hơn nữa, việc cải tiến đặc điểm cấu trúc của màng lọc FO nhằm giảm tối đa những hạn chế vốn có là một giải pháp hữu hiệu góp phần xử lý nước thải ngành xi mạ. Những điều đó cung cấp hướng tiếp cận mang tính hệ thống và thực tiễn cao cho các ứng dụng xử lý nước.

Kết quả nghiên cứu đề tài đã được công bố trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục SCIE (Q2) và tạp chí khoa học trong nước; hỗ trợ đào tạo được một thạc sĩ chuyên ngành khoa học môi trường. Đặc biệt, ở cả hai bài báo đăng tải trên hai tạp chí đó đều chứng minh việc bổ sung dextran giúp bảo đảm tính hiệu quả, sự ổn định của màng lọc FO, đồng thời loại bỏ được As, chất gây ung thư có trong nước thải mạ và nước ngầm. Các sản phẩm cụ thể là quy trình chế tạo màng lọc thẩm thấu thuận hiệu năng cao; màng lọc thẩm thấu thuận FO.

NHẬT MINH