• Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học" (Biocube) được thiết kế bởi EG&G Corporation có kích thước cao khoảng 7 ft và đường kính khoảng 6 ft. Việc sử dụng nhiều lớp nguyên liệu lọc kiểu này hạn chế được việc các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí xuyên thành những đường thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc.
• Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào một buồng phía bên dưới nguyên liệu lọc. Khi chất khí đi ngang qua lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân hủy. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc. Hầu hết những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lý được những khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm trong giới hạn 300-500 ft3/ft2-giờ.

• Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Cơ chế của quá trình lọc sinh học bao gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật. Các vi sinh vật trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dưỡng các chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm cuối cùng là nước, CO₂ và các loại muối.
• Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất, cây thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm. Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Một vài loại nguyên liệu lọc không đáp ứng được về nhu cầu dưỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho.
• Các nguyên liệu lọc thường có tuổi thọ từ 5-7 năm trước khi phải thay mới.
• (Tài liệu: báo Hóa học và Ứng dụng)
•  

Ba học sinh: Trương Văn Ri, La Trần Quốc Vũ và Võ Như Ý Trâm, lớp 11B6, Trường THPT Đặng Trần Côn, TP. Huế vừa nghiên cứu thành công việc “xử lý nguồn nước nhiễm bẩn sau lũ ở nông thôn” bằng mủ cây chuối.

Theo cô Văn Thị Năm, phó hiệu trưởng Trường THPT Đặng Trần Côn, phụ trách tổ hóa – sinh, hướng dẫn nhóm học sinh cho biết, phương pháp này rất đơn giản, sau lũ người dân nông thôn có thể dễ dàng áp dụng, nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn nước cho phép của Bộ y tế, dùng sử dụng trong sinh hoạt…

Ý tưởng từ thực tế

Bạn Trương Văn Ri, nhóm trưởng cho biết, ở miền Trung, nhất là ở Huế thường xuyên hứng chịu những đợt lũ lụt xảy ra. Sau khi cơn lũ đi qua, đa phần người dân nông thôn đối mặt với tình trạng thiếu nước sinh hoạt nghiêm trọng. Để xử lý nguồn nước bị nhiễm bẩn sau lũ, người dân đã sử dụng một số phương pháp truyền thống để lọc nước như đánh phèn chua; lọc qua cát sạn. Nhưng chất lượng nước sau khi xử lý vẫn còn rất bẩn, không đảm bảo được sức khỏe khi sử dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế này, Trương Văn Ri và nhóm bạn học đã suy nghĩ và tìm ra một ý tưởng rất độc đáo xử lý nước nhiễm bẩn sau lũ ở nông thôn bằng mủ của chuối sứ.

Cô giáo Nguyễn Thị Thu Thủy, giáo viên chuyên sinh, hướng dẫn nhóm cho biết: “Các em đã sử dụng phèn chua để làm trong nước. Sau đó tiến hành cho nguồn nước này đi qua mô hình có chứa mủ cây chuối sứ. Tiến hành thử
nghiệm dùng mủ chuối sứ ở các lượng khác nhau để tìm ra lượng mủ chuối sứ thích hợp, có khả năng làm lắng các hạt lơ lửng trong nước cao nhất. Rồi sau đó, các bạn cho nguồn nước này đi qua lớp than củi để khử mùi và thu được nguồn nước sạch với lượng than củi cho các thí nghiệm là 50 g cho 5 lít nước”.

Sạch… đến không ngờ

Phòng quản lý chất lượng nước, Công ty TNHH MTV cấp thoát nước tỉnh Thừa Thiên Huế khẳng định: “Trước khi chưa xử lý, nồng độ ô nhiễm rất lớn, mẫu nước các em mang lên nhà máy đo được như sau: N-NH4+ = 3,75 (mg/l) cao hơn QCVN 02:2009/BYT (tiêu chuẩn là 3 mg/l); sắt là 16,52 mg/l cao gấp 33,04 lần so với QCVN 02:2009/BYT; pH = 6,65; coliform > 24.000 vi khuẩn/100 ml, với lượng vi khuẩn vượt quá mức cho phép như thế thì nguy cơ gây ra các dịch bệnh là rất cao. Tuy nhiên, sau khi lọc bằng phèn, than và mủ chuối thì nồng độ đã thay đổi, các chỉ số giảm xuống rõ rệt, cụ thể: N-NH₄⁺ chỉ còn 3; độ pH: 6,0 – 8,5; sắt còn 0,5; coliform còn 50, đạt tiêu chuẩn nguồn nước cho phép của Bộ y tế. Với chỉ số này, người dân có thể dùng phương pháp này lọc nước sau lũ để sử dụng sinh hoạt.

Cô Văn Thị Năm, phó hiệu trưởng Trường THPT Đặng Trần Côn, phụ trách tổ hóa – sinh, đồng hướng dẫn nhóm học sinh cho biết thêm, đầu tiên là sử dụng 20 g phèn chua/m3 nước lũ để làm trong nước. Sau khi đã làm trong nước bằng phèn chua, thu lấy phần nước trong ở trên và cho nước ép cây chuối sứ vào, khuấy đều, để yên một thời gian. Sau đó lấy nước lọc cho đi qua than củi để hấp phụ mùi thu được nước sạch…

(Tài liệu: báo Hóa học và Ứng dụng)

  Các nhà khoa học môi trường thế giới đã cảnh báo rằng: cùng với ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đai cũng là vấn đề đáng báo động hiện nay, đặc biệt trong việc sử dụng nông dược và phân hoá học.

    Các nhà khoa học môi trường thế giới đã cảnh báo rằng: cùng với ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đai cũng là vấn đề đáng báo động hiện nay, đặc biệt trong việc sử dụng nông dược và phân hoá học. Ô nhiễm đất không những ảnh hưởng xấu tới sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản, mà còn thông qua lương thực, rau quả... ảnh hưởng gián tiếp tới sức khoẻ con người và động vật.
    Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật không hợp lý gây ô nhiễm môi trường và mức độ ô nhiễm tuỳ theo dư lượng trong đất, nước, không khí. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều biện pháp khác nhau được nghiên cứu và sử dụng để xử lý các đối tượng nhiễm Hóa chất bảo vệ thực vật cũng như tiêu huỷ chúng.

Những biện pháp được sử dụng chủ yếu là:

• Phá huỷ bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời).
• Phá huỷ bằng vi sóng Plasma.
• Phá huỷ bằng ozon/UV.
• Ôxy hoá bằng không khí ướt
• Ôxy hoá bằng nhiệt độ cao (thiêu đốt, nung chảy, lò nung chảy).
• Phân huỷ bằng công nghệ sinh học.

1. Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời
    Các phản ứng phân huỷ bằng tia cực tím (UV), bằng ánh sáng mặt trời thường làm gãy mạch vòng hoặc gẫy các mối liên kết giữa Clo và Cacbon hoặc nguyên tố khác trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và sau đó thay thế nhóm Cl bằng nhóm Phenyl hoặc nhóm Hydroxyl và giảm độ độc của hoạt chất. Ưu điểm của biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, chi phí cho xử lý thấp, rác thải an toàn ngoài môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm của biện pháp là không thể áp dụng để xử lý chất ô nhiễm chảy tràn và chất thải rửa có nồng độ đậm đặc. Nếu áp dụng để xử lý ô nhiễm đất thì lớp đất trực tiếp được tia UV chiếu không dày hơn 5mm. Do đó, khi cần xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn 5 mm thì biện pháp này ít được sử dụng và đặc biệt trong công nghệ xử lý hiện trường.
2. Phá huỷ bằng vi sóng Plasma
    Biện pháp này được tiến hành trong thiết bị cấu tạo đặc biệt. Chất hữu cơ được dẫn qua ống phản ứng ở đây là Detector Plasma sinh ra sóng phát xạ electron cực ngắn (vi sóng). Sóng phát xạ electron tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo ra nhóm gốc tự do và sau đó dẫn tới các phản ứng tạo SO₂, CO₂, HPO₃^2-, Cl₂, Br₂, … ( sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào bản chất HCBVTV).
Ví dụ: Malathion bị phá huỷ như sau:
Plasma + C₁₀H₁₉OPS₂  → 15O₂ + 10CO₂ + 9H₂O + HPO₃
    Kết quả thực nghiệm theo biện pháp trên một số loại Hóa chất bảo vệ thực vật đã phá huỷ đến 99% (với tốc độ từ 1,8 đến 3 kg/h).
    Ưu điểm của biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, thiết bị gọn nhẹ. Khí thải khi xử lý an toàn cho môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm của biện pháp này là chỉ sử dụng hiệu quả trong pha lỏng và pha khí, chi phí cho xử lý cao, phải đầu tư lớn.
3. Biện pháp ozon hoá/UV
    Ozon hoá kết hợp với chiếu tia cực tím là biện pháp phân huỷ các chất thải hữu cơ trong dung dịch hoặc trong dung môi. Kỹ thuật này thường được áp dụng để xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu ở Mỹ. Phản ứng hoá học để phân huỷ hợp chất là:
Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O₃  → CO₂ + H₂O + các nguyên tố khác
    Ưu điểm của biện pháp này là sử dụng thiết bị gọn nhẹ, chi phí vận hành thấp, chất thải ra môi trường sau khi xử lý là loại ít độc, thời gian phân huỷ rất ngắn. Nhược điểm của biện pháp là chỉ sử dụng có hiệu quả cao trong các pha lỏng, pha khí. Chi phí ban đầu cho xử lý là rất lớn.
4. Biện pháp oxy hoá bằng không khí ướt
    Biện pháp này dựa trên cơ chế oxy hoá bằng hỗn hợp không khí và hơi nước ở nhiệt độ cao > 350^oC và áp suất 150 atm. Kết quả xử lý đạt hiệu quả 95%. Chi phí cho xử lý theo biện pháp này chưa được nghiên cứu.
5. Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao
    Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao có 2 công đoạn chính:

• Công đoạn 1: Công đoạn tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phương pháp hoá hơi chất ô nhiễm.
• Công đoạn 2: Là công đoạn phá huỷ chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Dùng nhiệt độ cao có lượng oxy dư để oxy hoá các chất ô nhiễm thành CO₂, H₂O, NO_x, P₂O₅.

    Ưu điểm của biện pháp xử lý nhiệt độ cao là biện pháp tổng hợp vừa tách chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ô nhiễm; khí thải rất an toàn cho môi trường (khi có hệ thống lọc khí thải). Hiệu suất xử lý tiêu độc cao > 95%; cặn bã tro sau khi xử lý chiếm tỷ lệ nhỏ (0,01%).
Hạn chế của biện pháp này là chi phí cho xử lý cao, không áp dụng cho xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng, cấu trúc đất sau khi xử lý bị phá huỷ, khí thải cần phải lọc trước khi thải ra môi trường.
6. Biện pháp xử lý tồn dư Hóa chất bảo vệ thực vật bằng phân huỷ sinh học
    Việc loại bỏ có hiệu quả tồn dư Hóa chất bảo vệ thực vật là một trong các khó khăn chính mà nền nông nghiệp phải đối mặt. Vi sinh vật đất được biết đến như những cơ thể có khả năng phân huỷ rất nhiều Hóa chất bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp. Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân huỷ lượng tồn dư Hóa chất bảo vệ thực vật một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu. Phân huỷ sinh học tồn dư Hóa chất bảo vệ thực vật trong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và nền kinh tế.
    Biện pháp phân huỷ Hóa chất bảo vệ thực vật bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở sử dụng nhóm vi sinh vật có sẵn môi trường đất, các sinh vật có khả năng phá huỷ sự phức tạp trong cấu trúc hoá học và hoạt tính sinh học của Hóa chất bảo vệ thực vật. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường đất quần thể vi sinh vật trong môi trường đất luôn luôn có khả năng thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống. Ở trong đất, Hóa chất bảo vệ thực vật bị phân huỷ thành các hợp chất vô cơ nhờ các phản ứng ôxy hoá, thuỷ phân, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hoá xảy ra ở tầng đất mặt. Tập đoàn vi sinh vật đất rất phong phú và phức tạp. Chúng có thể phân huỷ Hóa chất bảo vệ thực vật và dùng thuốc như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, cung cấp cacbon, nitơ và năng lượng để chúng xây dựng cơ thể. Qúa trình phân huỷ của vi sinh vật có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng dẫn tới sự khoáng hóa hoàn toàn sẩn phẩm thành CO₂, H₂O và một số chất khác. Một số loài thuốc thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân huỷ. Nhưng có một số loài vi sinh vật có thể phân huỷ được nhiều Hóa chất bảo vệ thực vật trong cùng một nhóm hoặc ở các nhóm thuốc khá xa nhau. Các nghiên cứu cho thấy trong đất tồn tại rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất phôt pho hữu cơ, ví dụ như nhóm Bacillus mycoides, B.subtilis, Proteus vulgaris,…, đó là những vi sinh vật thuộc nhóm hoại sinh trong đất. Rất nhiều vi sinh vật có khả năng phân huỷ 2,4-D, trong đó có Achrombacter, Alcaligenes, Corynebacterrium, Flavobaterium, Pseudomonas,… Yadav J. S và cộng sự đã phát hiện nấm Phanerochaete Chrysosporium có khả năng phân huỷ 2,4- D và rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có cấu trúc khác như Clorinated phenol, PCBs, Dioxin, Monoaromatic và Polyaromatic hydrocacbon, Nitromatic. Năm 1974, Type and Finn đã báo khả năng thích nghi và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật như nguồn dinh dưỡng cacbon của một số chủng Pseudomonas sp. khi chúng phát triển trên môi trường có chứa 2,4 -Dichlorophenoxy acetic axit và 2,4-dichphenol. Năm 1976, Franci và cộng sự đã nghiên cứu về khả năng chuyển hoá DDT Analogues của chủng Pseudomonas sp. Năm1977, Doughton và Hsieh khi nghiên cứu sự phân huỷ parathion như một nguồn dinh dưỡng thì quá trình phân huỷ diễn ra nhanh hơn. Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Kim Cúc và Phạm Việt Cường đã tiến hành phân lập và tuyển chọn một số chủng thuộc chi Pseudomonas có khả năng phân huỷ được Metyl parathion và đạt được kết quả khả quan.

    Qúa trình phân hủy Hóa chất bảo vệ thực vật của sinh vật đất đã xẩy ra trong môi trường có hiệu xuất chuyển hoá thấp. Để tăng tốc độ phân huỷ Hóa chất bảo vệ thực vật và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta đã tối ưu hoá các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như: pH , môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thoáng khí, bổ xung vào môi trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân huỷ Hóa chất bảo vệ thực vật.
Một số trở ngại có thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý sinh học là những điều kiện môi trường tại nơi cần xử lý, như sự có mặt của các kim loại nặng độc, nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ cao có thể làm cho vi sinh vật tự nhiên không phát triển được và làm chết vi sinh vật đưa vào, giảm đáng kể ý nghĩa đáng ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học.
    Có những phát minh mới mở rộng khả sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường. Một ví dụ sử dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung môi hữu cơ ở nồng độ rất cao. Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đai có thể tạo ra những chủng vi khuẩn có khả năng phân huỷ đồng thời nhiều hoá chất độc hại mà không yêu cầu điều kiện nuôi cấy phức tạp và không gây hại cho động thực vật cũng như con người. Phương pháp này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai vì ý nghĩa thực tế của nó khi xử lý các chất thải độc hại ngày càng được mọi người chấp nhận.

(Tài liệu: báo Hóa học và Ứng dụng)