Các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign đã chế tạo được một hệ thống đơn giản sử dụng dăm gỗ và một ít mùn cưa đã qua xử lý để làm giảm đáng kể nitơ, phốt pho và nhiều loại thuốc phổ biến trong nước thải.

Hongxu Zhou, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Ngay cả ở nồng độ thấp, dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân (PPCP) có thể làm giảm chất lượng nước, phá vỡ hệ sinh thái, thúc đẩy tình trạng kháng kháng sinh và dẫn đến tích tụ sinh học ở động vật hoang dã. Trong khi các chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho gây ra các hiện tượng hữu hình như tảo nở hoa gây hại, thì PPCP gây rủi ro tiềm ẩn, đặc biệt là khi tiếp xúc lâu dài với các quần thể dễ bị tổn thương. Cả hai vấn đề đều nhấn mạnh đến nhu cầu quản lý nước thải tốt hơn”.

Lò phản ứng sinh học mới (các bể hoặc rãnh chứa đầy dăm gỗ cho nước chảy qua) loại bỏ hiệu quả lượng nitơ dư thừa trong nước, là nhờ có các vi khuẩn sống trong và trên dăm gỗ. Vi khuẩn “ăn” nitrat, biến nó thành khí nitơ vô hại. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loại than sinh học theo thiết kế mới. Trong trường hợp này, mùn cưa được xử lý trước bằng bùn vôi và sau đó được đốt cháy dần dần thành vật liệu giống than củi, có thể liên kết phốt pho và một số PPCP. Diện tích bề mặt lớn và thành phần của than sinh học khiến các hợp chất hóa học bám dính và không thoát ra.

Với những nguyên tắc trên, các nhà nghiên cứu đã thử phương pháp “xử lý - huấn luyện” trong phòng thí nghiệm để xem khả năng hoạt động của hai phương pháp xử lý này khi kết hợp với nhau. Nhóm nghiên cứu đã lấy nước từ một con suối địa phương và cho vào đó nitơ, phốt pho, ibuprofen, naproxen, thuốc điều trị tiểu đường sitagliptin và một dẫn xuất của estrogen. Nước được dẫn vào lò phản ứng sinh học dăm gỗ nhỏ, sau đó chảy “xuôi dòng” qua các ống chứa đầy than sinh học. Ở đầu bên kia của hệ thống, được gọi là B2 (lò phản ứng sinh học-than sinh học), các nhà nghiên cứu đã đo nồng độ còn lại của các hợp chất trong nước.

Tính trung bình, hệ thống B2 loại bỏ 77% nitrat, 99% phốt pho và khoảng 70% ibuprofen, 74% naproxen, 91% sitagliptin và 97% estrone. Than sinh học hoạt động giống như than hoạt tính trong việc loại bỏ hiệu quả chất thải dược phẩm khỏi nước ô nhiễm.

Kết quả có khác đôi chút khi nhóm nghiên cứu thay đổi tốc độ nước di chuyển qua hệ thống, với tốc độ chậm hơn loại bỏ nhiều nitơ hơn. Họ cũng đã thử nghiệm vai trò của than sinh học dạng hạt hoặc viên và nhận thấy dạng hạt thu được nhiều dược phẩm và phốt pho hơn. Mặc dù nghiên cứu được tiến hành trong phòng thí nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa hiệu quả của hệ thống B2 ở quy mô lớn hơn, cho thấy tiềm năng lớn cho các ứng dụng công nghiệp.

PSG.Rabin Bhattarai, đồng tác giả nghiên cứu tin rằng thông qua bảo trì thường xuyên và tối ưu hóa thiết kế hệ thống, nhiều thách thức liên quan đến việc mở rộng quy mô có thể được giải quyết. Ví dụ, tắc nghẽn trong các hệ thống dòng chảy liên tục có thể làm giảm hiệu suất và tuổi thọ tổng thể; do đó, cần thay thế than sinh học định kỳ. Những lưu ý về thiết kế và vận hành này rất quan trọng để đảm bảo cả hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống cho các ứng dụng có liên quan, cuối cùng là nâng cao hiệu quả của các hệ thống B2 trong việc giải quyết các thách thức về môi trường.

N.P.D (NASATI), theo Technologynetworks, 10/2024