Than sinh học xử lý kim loại nặng đang trở thành giải pháp bền vững được nhiều doanh nghiệp áp dụng để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp. Sản phẩm từ SFARM – trấu hun là nguồn than sinh học tự nhiên, có khả năng hấp phụ mạnh, giúp giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng, đồng thời bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải công nghiệp
1.1. Các nguồn phát thải kim loại nặng phổ biến
Trong hoạt động công nghiệp, kim loại nặng phát sinh từ nhiều ngành khác nhau. Ngành dệt nhuộm thải ra thuốc nhuộm và hóa chất chứa Cr, Cu. Ngành mạ điện, sản xuất pin, luyện kim phát sinh Pb, Cd, Ni. Ngành hóa chất và sản xuất thiết bị điện, khai thác mỏ cũng là nguồn thải lớn. Các hoạt động này đưa lượng lớn kim loại vào nguồn nước thải.
1.2. Tác hại của kim loại nặng đối với sức khỏe và môi trường
Kim loại nặng tồn tại bền vững trong môi trường và tích lũy sinh học qua chuỗi thức ăn. Con người phơi nhiễm lâu dài có thể bị tổn thương gan, thận, hệ thần kinh, thậm chí ung thư. Trong hệ sinh thái, chúng gây suy thoái chất lượng nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến thủy sinh và đa dạng sinh học.
1.3. Giới hạn cho phép của các kim loại nặng trong nước thải
Kim loại nặng là nhóm nguyên tố có khối lượng riêng thường lớn hơn 5 g/cm³ và giữ đặc tính kim loại ở nhiệt độ phòng. Khi tích tụ quá mức trong nước, chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng. Dưới đây là giới hạn tối đa cho phép của một số kim loại nặng trong nước thải:
- Asen (As): 0,1 mg/L
- Thủy ngân (Hg): 0,01 mg/L
- Chì (Pb): 0,5 mg/L
- Cadimi (Cd): 0,1 mg/L
- Crom VI (Cr⁶⁺): 0,1 mg/L
- Crom III (Cr³⁺): 1 mg/L
- Đồng (Cu): 2 mg/L
- Kẽm (Zn): 3 mg/L
Các giá trị này được quy định để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và bảo vệ hệ sinh thái nước. Vượt ngưỡng này, nguồn nước được xem là ô nhiễm kim loại nặng và cần xử lý trước khi thải ra môi trường.
2. Than sinh học – vật liệu xử lý nước thải tiềm năng
2.1. Than sinh học là gì?
Than sinh học là vật liệu giàu cacbon, được tạo ra qua nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu oxy. Đây là giải pháp thân thiện môi trường, có khả năng hấp phụ và cố định chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng trong nước thải.
Vật liệu này có thể sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, phù hợp với điều kiện tại chỗ và yêu cầu xử lý. Nhờ tính linh hoạt này, than sinh học đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực xử lý môi trường.
2.2. Đặc tính vật lý – hoá học phù hợp để hấp phụ kim loại nặng
Than sinh học xử lý kim loại nặng có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao, chứa nhiều nhóm chức năng như –OH, –COOH giúp tăng khả năng liên kết với ion kim loại. Độ pH thường từ trung tính đến kiềm, hỗ trợ kết tủa và giữ kim loại trên bề mặt hạt.
Ngoài ra, cấu trúc rỗng của hạt than cho phép dung dịch tiếp xúc sâu vào bên trong, tăng khả năng giữ các ion kim loại. Điều này giúp quá trình xử lý diễn ra nhanh và đạt hiệu suất cao hơn.
2.3. Các loại nguyên liệu sản xuất biochar xử lý nước
Nguồn nguyên liệu phổ biến gồm trấu hun, mụn dừa, vỏ sắn, rơm rạ, bã mía… Những nguyên liệu này dễ kiếm, giá rẻ, có sẵn ở nhiều địa phương. Việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp để sản xuất than sinh học xử lý kim loại nặng giúp giảm áp lực chất thải và tạo sản phẩm giá trị.
2.4. Cơ chế hấp phụ kim loại
Cơ chế gồm trao đổi ion giữa kim loại và cation trên bề mặt than; hấp phụ bề mặt nhờ lực tĩnh điện và tương tác van der Waals; phức hóa với nhóm chức giàu oxy. Nhờ đó, than sinh học xử lý kim loại nặng loại bỏ hiệu quả nhiều loại ion kim loại trong nước thải.
3. Khả năng xử lý kim loại nặng của than sinh học
3.1. Xử lý Pb, Cd, Cr, Zn, Cu,… hiệu quả trong nhiều điều kiện pH
Nghiên cứu cho thấy than sinh học xử lý kim loại nặng có thể loại bỏ >90% Cd, As, Hg và đạt tới 99% với Pb, Cr. Hiệu quả duy trì ở nhiều mức pH, đặc biệt tốt trong khoảng pH trung tính đến kiềm nhẹ, phù hợp với nước thải công nghiệp.
Khả năng làm việc ổn định trong môi trường pH đa dạng giúp vật liệu này dễ dàng tích hợp vào nhiều hệ thống xử lý khác nhau mà không cần điều chỉnh nhiều thông số vận hành.
3.2. So sánh hiệu suất giữa các loại biochar từ nguyên liệu khác nhau
Than từ vỏ trấu giàu silica tăng khả năng chống tái hòa tan kim loại. Than từ phân gà giàu kali có lợi cho đất sau khi xử lý. Than từ vỏ sắn, mụn dừa cho độ xốp cao, hiệu suất hấp phụ Pb, Cd, Cr nổi bật. Mỗi loại than sinh học xử lý kim loại nặng phù hợp mục đích riêng.
Việc chọn nguyên liệu sản xuất phù hợp giúp tối ưu hiệu quả xử lý, đồng thời tận dụng nguồn phế phẩm tại địa phương để giảm chi phí và tăng giá trị kinh tế.
3.3. Hiệu quả thực tế trong xử lý nước thải dệt nhuộm, mạ kim loại
Trong xử lý nước thải dệt nhuộm, than sinh học loại bỏ đồng thời màu và kim loại như Cu, Cr. Với nước thải mạ kim loại, than sinh học xử lý kim loại nặng đạt hiệu quả trên 90% với Pb, Cd, giảm đáng kể nguy cơ ô nhiễm nguồn nước.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, sau khi lọc qua than sinh học, nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải, giúp doanh nghiệp đáp ứng quy định môi trường và giảm rủi ro pháp lý.
3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân và hoạt hóa than đến hiệu suất
Nhiệt độ nhiệt phân cao (500–700°C) tạo cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn. Hoạt hóa bằng hóa chất hoặc hơi nước giúp tăng nhóm chức năng và khả năng hấp phụ. Đây là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu suất của than sinh học xử lý kim loại nặng.
Kết hợp nhiệt phân tối ưu và hoạt hóa phù hợp có thể nâng hiệu suất loại bỏ kim loại lên mức cao hơn, đồng thời cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
4. Ứng dụng thực tế tại Việt Nam và quốc tế
4.1. Mô hình sử dụng than sinh học từ vỏ sắn ở Đồng Nai
Tại Đồng Nai, vỏ sắn được nhiệt phân thành than sinh học xử lý kim loại nặng để lọc Pb, Cr, Cd từ nước thải xi mạ. Hệ thống lọc nhiều tầng đạt hiệu suất >90%. Mô hình tận dụng phế phẩm, giảm chi phí xử lý và ô nhiễm chất thải rắn.
4.2. Nghiên cứu tại đại học – viện công nghệ
Các nghiên cứu so sánh cho thấy, than sinh học xử lý kim loại nặng có hiệu quả tương đương hoặc cao hơn than hoạt tính ở một số loại kim loại, trong khi chi phí thấp hơn và có thể sản xuất từ nguyên liệu địa phương, thân thiện môi trường hơn.
4.3. Các hệ thống lọc tích hợp than sinh học và vật liệu khác
Kết hợp than sinh học xử lý kim loại nặng với cát, sỏi, hoặc vật liệu nano giúp tăng khả năng loại bỏ đồng thời kim loại và chất hữu cơ. Một số hệ thống tích hợp còn thu hồi photpho để làm phân bón, đóng góp vào mô hình kinh tế tuần hoàn.
4.4. Cơ hội nhân rộng tại các khu công nghiệp vừa – nhỏ
Theo UNIDO Việt Nam (2022), than sinh học xử lý kim loại nặng có tiềm năng áp dụng rộng tại khu công nghiệp vừa và nhỏ nhờ giá rẻ, nguyên liệu sẵn, dễ sản xuất quy mô nhỏ. Công nghệ này phù hợp với xu hướng kinh tế tuần hoàn và giảm phát thải carbon.
5. Ưu điểm và hạn chế của than sinh học xử lý kim loại
5.1. Ưu điểm
Than sinh học xử lý kim loại nặng tận dụng phế phẩm nông nghiệp, chi phí sản xuất thấp, không gây ô nhiễm thứ cấp, có thể tái sử dụng hoặc bón cho đất sau khi xử lý nếu an toàn.
Ưu điểm này giúp giảm gánh nặng chất thải rắn công nghiệp và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương. Đồng thời, việc áp dụng giải pháp này góp phần tiết kiệm chi phí và hỗ trợ mô hình kinh tế tuần hoàn trong xử lý môi trường.
5.2. Tái sử dụng – tái hoạt hóa than sinh học sau hấp phụ
Than đã bão hòa kim loại có thể tái hoạt hóa bằng rửa hóa chất, nhiệt hoặc sinh học. Việc tái sử dụng than sinh học xử lý kim loại nặng giúp tiết kiệm chi phí và giảm chất thải rắn.
Quá trình tái hoạt hóa đúng cách còn giúp duy trì cấu trúc xốp và khả năng hấp phụ của vật liệu, đảm bảo hiệu quả xử lý ổn định qua nhiều chu kỳ sử dụng.
5.3. Hạn chế
Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào loại nguyên liệu, điều kiện sản xuất. Hiệu quả của than sinh học xử lý kim loại nặng giảm khi pH quá thấp hoặc thời gian tiếp xúc không đủ.
Ngoài ra, khả năng xử lý đồng thời nhiều loại ion kim loại khác nhau vẫn còn giới hạn nếu không có sự điều chỉnh về cấu trúc và tính chất bề mặt của vật liệu.
5.4. Giải pháp cải tiến
Biến tính bề mặt bằng vật liệu nano, kết hợp vi sinh hoặc xử lý nhiệt sau nhiệt phân giúp tăng diện tích bề mặt, nhóm chức năng và hiệu quả hấp phụ của than sinh học xử lý kim loại nặng.
Những cải tiến này còn góp phần nâng cao độ bền, khả năng chống tái hòa tan kim loại và mở rộng phạm vi ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn.
6. Triển vọng phát triển và khuyến nghị sử dụng
6.1. Vai trò than sinh học trong định hướng xử lý nước thải bền vững
Than sinh học xử lý kim loại nặng là giải pháp thân thiện môi trường, góp phần giảm ô nhiễm và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu xử lý nước thải công nghiệp ngày càng cao.
6.2. Hướng ứng dụng trong ngành dệt nhuộm, hóa chất, pin điện
Ngành dệt nhuộm, hóa chất, sản xuất pin là các lĩnh vực thải nhiều kim loại nặng. Than sinh học xử lý kim loại nặng có thể tích hợp vào hệ thống xử lý hiện hữu, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí vận hành.
6.3. Kết nối với tín chỉ carbon và kinh tế tuần hoàn
Nhờ lưu giữ cacbon lâu dài và tận dụng phế phẩm, than sinh học xử lý kim loại nặng có thể được đưa vào các chương trình tín chỉ carbon, hỗ trợ doanh nghiệp tham gia kinh tế tuần hoàn.
6.4. Gợi ý cho doanh nghiệp, hộ sản xuất quy mô nhỏ
Doanh nghiệp và hộ sản xuất quy mô nhỏ có thể hợp tác với đơn vị sản xuất than sinh học địa phương để áp dụng giải pháp than sinh học xử lý kim loại nặng với chi phí hợp lý và hiệu quả lâu dài.
7. Câu hỏi thường gặp
7.1. Than sinh học xử lý kim loại có tái sử dụng được không?
Có. Sau khi tái hoạt hóa bằng phương pháp phù hợp, than sinh học xử lý kim loại nặng có thể dùng lại nhiều lần.
7.2. Khác gì so với than hoạt tính truyền thống?
Than sinh học xử lý kim loại nặng thường có giá rẻ hơn, sản xuất từ phế phẩm nông nghiệp, thân thiện môi trường hơn so với than hoạt tính truyền thống.
7.3. Có thể tự sản xuất than sinh học tại chỗ để xử lý nước?
Có thể, nếu có thiết bị nhiệt phân và nguồn nguyên liệu sạch. Tuy nhiên, cần đảm bảo chất lượng để than sinh học xử lý kim loại nặng đạt hiệu quả.
7.4. Có thể xử lý đồng thời kim loại và chất hữu cơ không?
Có. Than sinh học xử lý kim loại nặng có thể kết hợp với vật liệu hoặc phương pháp khác để loại bỏ đồng thời kim loại và chất hữu cơ trong nước thải.
Than sinh học xử lý kim loại nặng là giải pháp an toàn và bền vững giúp giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp và bảo vệ hệ sinh thái. Việc áp dụng đúng kỹ thuật sẽ tối ưu hiệu quả xử lý, góp phần xây dựng môi trường xanh sạch hơn. Tìm hiểu thêm nhiều kiến thức hữu ích khác tại SFARM Blog và khám phá các ứng dụng của than sinh học tại SFARM.
Xem thêm:
- 5 công dụng bất ngờ từ trấu hun mang đến cho đất
- Thế nào là môi trường tốt nhất cho sinh vật đất phát triển?
- Than sinh học trong xử lý nước thải ngành chăn nuôi
- Ứng dụng than sinh học tại Việt Nam: Giải pháp bền vững cho nông nghiệp và môi trường
- Mụn xơ dừa là gì? Cách phối trộn và xử lý trước khi trồng
SFARM – Đặng Gia Trang vinh hạnh là nhà cung cấp tin cậy các sản phẩm vật tư nông nghiệp theo hướng hữu cơ, sinh học của 1500 đại lý, cửa hàng trên toàn quốc. Mời quý khách liên hệ thông tin sau để đội ngũ SFARM có thể nhanh chóng hỗ trợ:
– Website: https://sfarm.vn/
– Hotline: 0902652099
– Zalo: CSKH SFARM – 0902652099
