Hiệu quả của phương pháp ứng dụng bức xạ ion hoá trong xử lý nước thải

Kết quả nghiên cứu trên thế giới

Phương pháp oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes, AOP) ứng dụng bức xạ ion hóa là một trong những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng trên thế giới. Dưới đây là hiệu quả của phương pháp này trong xử lý nước thải của một số lĩnh vực đặc thù.

Trong xử lý nước thải nông nghiệp, công nghệ xử lý bức xạ ion hóa ở giai đoạn 3 của quy trình xử lý đã chứng minh hiệu quả trong việc phân hủy lượng lớn các chất ô nhiễm nói trên trong nước thải nông nghiệp. Bằng việc tối ưu hoá các điều kiện chiếu xạ, khảo sát ảnh hưởng của các thành phần chất thải khác đến quá trình phân hủy và khả năng kết hợp công nghệ bức xạ với các công nghệ khác, các nhà ứng dụng đã cho thấy hiệu quả phân hủy các thuốc trừ sâu như procloraz, dimethoat, imidacloprid và carbofuran đạt hiệu quả cao nhất 99%; có thể phân hủy hoàn toàn các thuốc trừ sâu chứa Clo hữu cơ cũng như các sản phẩm phụ và tái sử dụng nước thải đã qua xử lý phục vụ nuôi cá, gà,…

Trong xử lý thuốc nhuộm hữu cơ, một số nghiên cứu mới nhất giai đoạn 2016-2019 cho thấy việc ứng dụng công nghệ chiếu xạ chùm tia điện tử đã loại bỏ các chất độc hại, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo và có tác dụng khử màu đạt tới 96%, góp phần nâng cao chất lượng nước thải sau xử lý.

Khử trùng nước thải và bùn, công nghệ sử dụng bức xạ ion hóa có tác dụng khử trùng vi sinh vật; làm giảm các chỉ số BOD (Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) và TOC (Total organic carbon – tổng cacbon hữu cơ) đến giới hạn cho phép. Phương pháp cho phép kiểm soát sự tái sinh trưởng của vi khuẩn cũng như chi phí vận hành cho thấy bức xạ ion hóa có hiệu quả khử trùng lên tới 95% đối với tổng số khuẩn lạc (“tập đoàn” vi khuẩn, một sinh khối của vi khuẩn phát triển trên bề mặt của một giá thể cứng) và tổng số vi khuẩn coliform, có khả năng ức chế sự phát triển trở lại ở liều chiếu xạ > 0,25 kGy; hiệu suất khử trùng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi thành phần nước thải theo mùa; mức tiêu thụ điện năng chỉ bằng 1/3 các phương pháp khác như clo hóa, sử dụng tia UV, khử trùng bằng ozon,…

Trong xử lý nước thải từ ngành dược và hóa dầu, Kết quả nghiên cứu ứng dụng bức xạ ion hóa kết hợp với với phương pháp đông tụ, xử lý sinh học của Changotra, R và cộng sự năm 2020 đăng trên tạp chí The Journal of Cleaner Production cho thấy chỉ số COD giảm 94% đối với mẫu nước thải có hàm lượng hữu cơ thấp và giảm đến 89% đối với mẫu có hàm lượng hữu cơ cao. Liều chiếu xạ nằm trong khoảng 25-100 kGy tùy thuộc vào độ pH của dung dịch nước thải. Chi phí xử lý nước thải sử dụng nguồn phóng xạ chùm tia điện tử (20 MeV, 100 kW) ước tính khoảng 0,6 USD/m3. Đối với nước thải ngành hóa dầu có chứa Naphthalene (băng phiến), chiếu xạ γ với liều chiếu 3 kGy cho phép loại bỏ Naphthalene đạt hiệu suất hơn 98% và giảm 28–31% TOC.

Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy công nghệ bức xạ ion hóa trong xử lý nước thải có độ tin cậy cao, an toàn, không bị ảnh hưởng bởi thành phần nước theo mùa, giảm quá trình hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn so với các phương pháp khác. Quy trình xử lý nước thải ứng dụng bức xạ kết hợp với các công nghệ hiện đại khác cần tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu hoàn thiện trên cơ sở làm rõ quá trình động học diễn ra trong hệ thống xử lý nước thải.

Tại Việt Nam

Phương pháp ứng dụng bức xạ ion hoá đã được một số đơn vị của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam và Bộ Tài nguyên và Môi trường tiến hành những nghiên cứu bước đầu trong xử lý nước thải tại Việt Nam như: Xử lý chiếu xạ phân hủy phenol, hợp chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải; chiếu xạ chùm tia điện tử; khử màu nước thải dệt nhuộm; ứng dụng phương pháp ôxy hóa nâng cao để xử lý COD trong nước thải dệt nhuộm. Nghiên cứu xử lý chất màu trong nước thải nhà máy dệt nhuộm bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử ở quy mô phòng thí nghiệm của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam cho thấy tại liều 3 kGy kết hợp với 10 mM H2O2, độ màu đã giảm đến 98%. Nghiên cứu xử lý phân hủy chất nhuộm gốc azo từ nước thải phân xưởng nhuộm bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử kết hợp với xử lý sinh học cũng được triển khai nhằm tối ưu được một phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm mới vừa hiệu quả, vừa thân thiện môi trường với mức phí xử lý cạnh tranh để có thể chuyển giao cho các nhà máy dệt nhuộm tại Việt Nam.

Tuy nhiên việc ứng dụng và phát triển công nghệ bức xạ ion hoá trong xử lý nước thải tại Việt Nam hiện nay vẫn còn nhiều khó khăn và thách thức lớn. Do chi phí đầu tư cao, nhiều công nghệ phụ trợ liên quan chưa phát triển và khó khăn trong việc đào tạo nguồn nhân lực vận hành cũng hạn chế khả năng ứng dụng kỹ thuật này.

Ngoài ra, những lo ngại về vấn đề an toàn, an ninh liên quan đến vận chuyển, quản lý và sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ hoạt độ cao cũng đang làm gia tăng chi phí, giảm khả năng cạnh tranh của công nghệ bức xạ so với các biện pháp truyền thống như xử lý bằng hóa chất,…

Theo khuyến cáo của của chuyên gia quốc tế, để có hiệu quả về mặt kinh tế khi áp dụng phương pháp chiếu xạ trong lĩnh vực xử lý nước thải, cụ thể là nước thải dệt nhuộm thì dung lượng nước thải phải từ 10.000 m3/ngày và nên có hệ thống xử lý nước thải tập trung thay vì phân tán như hiện nay.

Theo Cục năng lượng nguyên tử, phương pháp oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes, AOP) ứng dụng bức xạ ion hóa là một trong những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng trên thế giới. Một số nghiên cứu sử dụng bức xạ ion hóa, dưới dạng tia gamma (γ) hoặc điện tử (e−) đã được triển khai để loại bỏ các chất ô nhiễm tồn lưu, khử trùng nước và bùn đã qua xử lý. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp xử lý sử dụng bức xạ ion hóa có triển vọng về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Từ đó, hiệu quả làm giảm các kim loại nặng tồn lưu của phương pháp này cũng đã được chứng minh trong các điều kiện xử lý khác nhau. Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã có báo cáo và khuyến nghị các nước thành viên tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả phương pháp này vào quy trình quản lý nước thải.