Sau hơn hai năm miệt mài, PGS. TS. Nguyễn Minh Tân, Viện trưởng Viện Nghiên cứu và Phát triển ứng dụng các hợp chất thiên nhiên (INAPRO), Đại học Bách khoa Hà Nội và nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công mô hình ứng dụng nano TiO2 để xử lý nước thải dệt nhuộm với công suất 5m3 nước/giờ - quy mô mà “chưa nơi nào trên thế giới làm được.
Các doanh nghiệp dệt may của Việt Nam đều cần phải xử lý nước thải nhuộm, vốn có độ ô nhiễm rất cao với chỉ số COD (nhu cầu oxi hóa học – dùng để đo khối lượng các hợp chất hữu cơ trong nước) và độ màu cao gấp hàng chục lần so với tiêu chuẩn thải cho phép, chứa nhiều hợp chất hữu cơ mang màu, có cấu trúc bền, khó phân hủy sinh học và có độc tính cao đối với người và động, thực vật.
Khó khăn lớn nhất trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm là thành phần trong nước thải rất đa dạng, chứa rất nhiều loại hóa chất với các đặc tính khác nhau - mỗi chất yêu cầu có cách xử lý riêng, trong khi ở các các doanh nghiệp dệt may, nước thải luôn được tập hợp lại một bể chung nên rất khó xử lý triệt để hoặc việc xử lý phải trải qua nhiều công đoạn tốn kém và phức tạp.
Để góp phần giải quyết vấn đề này, năm 2015, PGS.TS. Nguyễn Minh Tân, Viện trưởng Viện Nghiên cứu và Phát triển ứng dụng các hợp chất thiên nhiên (INAPRO), Đại học Bách khoa Hà Nội đã cùng với các cộng sự ở Đại học Tổng hợp kỹ thuật Dresden và công ty UMEX GmbH Dresden (Đức) phát triển công nghệ nano TiO2 có khả năng xử lý cùng một lúc các chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm thông qua đề tài “Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng cách oxi hóa dùng vật liệu nano TiO2 làm xúc tác quang học” theo Nghị định thư giữa Việt Nam và Đức.
Chọn hướng “ít người đi”
Việc PGS.TS. Nguyễn Minh Tân lựa chọn việc nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ nano TiO2. dựa trên đặc điểm của TiO2, một oxit titan tự nhiên thường được sử dụng dưới dạng bột màu trắng, thường có trong sơn, thuốc đánh răng, mỹ phẩm... Tuy nhiên, TiO2 ở kích cỡ nanomet - nano TiO2 sẽ trở thành xúc tác oxi hóa rất mạnh dưới ánh sáng Mặt trời (nhờ tác dụng của tia cực tím - UV), có thể phân hủy được hầu hết các hợp chất hữu cơ, khí thải độc hại, vi khuẩn, rêu mốc bám trên bề mặt vật liệu. “Khi đưa nano TiO2 vào nước thải và chiếu tia cực tím lên, TiO2 sẽ bị hoạt hóa, tạo ra gốc tự do có vai trò như một ‘viên đạn’ bắn vào các mạch liên kết của các chất hữu cơ trong nước thải”, PGS.TS. Nguyễn Minh Tân giải thích về cơ chế hoạt động của nano TiO2. Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý được nhiều chất hữu cơ trong nước thải cùng một lúc thay vì phải xử lý riêng biệt từng đối tượng.
Từ những năm 1990, các nhà khoa học ở Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị khoa học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã quan tâm đến ứng dụng nano TiO2 để xử lý ô nhiễm môi trường, từ nghiên cứu sơn quang xúc tác để diệt khuẩn, khử mùi cho tới máy lọc không khí sử dụng màng lọc phủ nano TiO2. Tuy nhiên, rất ít nơi ở Việt Nam và trên thế giới có thể ứng dụng nano TiO2 để xử lý nước thải, nhất là ở quy mô lớn vì “khi trộn nano TiO2 vào nước sẽ tạo thành dung dịch màu trắng đục, ánh sáng từ đèn cực tím không thể chiếu xuyên qua, dẫn đến chỉ có nano TiO2 ở bề mặt phát huy tác dụng, hiệu quả không cao”, PGS.TS. Nguyễn Minh Tân nhận xét. Ngoài ra, phương pháp này tốn kém nhiều kinh phí đầu tư hơn so với phương pháp xử lý nước thải thông thường vì cần có thêm hệ thống lọc lại nano TiO2 để sử dụng cho lần sau. “Ngay cả với những nước có công nghệ phát triển như Đức cũng vẫn phải đối mặt với những vấn đề này”, chị cho biết.
Khắc phục hai nhược điểm này trong quá trình ứng dụng nano TiO2 là bài toán mà PGS.TS. Nguyễn Minh Tân và các cộng sự cùng tìm lời giải. Với kinh nghiệm nghiên cứu về các quá trình màng, chị và cả nhóm đã nghĩ ra một cách sử dụng sáng tạo: phủ nano TiO2 lên vải, sau đó lót vào trong một thiết bị dạng ống và chiếu đèn cực tím ở giữa. Nhờ đó, ánh sáng từ đèn cực tím sẽ chiếu đều tới các hạt nano TiO2 trên vải, sau khi hết tác dụng chỉ cần thay vải mới chứ không phải lọc lại.
Tưởng chừng đơn giản nhưng giải pháp này lại bao hàm rất nhiều bí quyết công nghệ khác nhau: từ việc làm thế nào để hạt nano TiO2 gắn chặt được vào vải và sắp xếp như thế nào để đạt hiệu quả cao cho tới cách tích hợp công cụ này vào hệ thống xử lý nước thải sẵn có ở các nhà máy dệt nhuộm,... PGS.TS. Nguyễn Minh Tân và các cộng sự đã phải “bay qua bay lại” nhiều lần giữa Đức và Việt Nam, trải qua nhiều thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực nghiệm ở nhà máy dệt may 29/3 ở Đà Nẵng để tìm ra công thức tối ưu thiết kế công cụ này.
Sự e ngại của doanh nghiệp Việt Nam
Định hướng thương mại hóa của giải pháp này đã được đảm bảo ngay từ ban đầu với sự tham gia của công ty UMEX GmbH Dresden (Đức) - một đối tác trong dự án. “Chúng tôi mất gần một năm trời chỉ để thuyết phục UMEX tham gia”, PGS.TS. Nguyễn Minh Tân cho biết. “Họ phải thấy được tiềm năng và lợi ích thực tế từ dự án bởi nếu nhận lời, họ sẽ phải đối ứng một nửa kinh phí”.
Sau khi kết thúc đề tài, giải pháp ứng dụng nano TiO2 đã được công ty UMEX GmbH Dresden tích hợp vào một số dòng máy xử lý nước thải sẵn có của công ty và cung cấp dưới dạng bộ công cụ để tích hợp vào các hệ thống xử lý nước thải trong nhiều lĩnh vực khác nhau, không chỉ riêng nước thải dệt nhuộm. “Khi nhà máy nào gặp vấn đề nước thải và đặt hàng với UMEX, họ sẽ phân tích và đưa ra mô hình thiết kế phù hợp với hệ thống nước thải của nhà máy”, chị cho biết. “Sản phẩm bán được nhiều ở châu Âu, Nga, Trung Quốc,... tới mức có lúc UMEX phải từ chối bớt đơn đặt hàng”. Thành công từ đề tài đã mở ra quan hệ hợp tác lâu dài giữa hai bên. “Bây giờ tôi và công ty UMEX vẫn đang thực hiện một số dự án mới về xử lý chất thải”, chị nói.
Tuy nhiên, một điều đáng tiếc là dù thương mại hóa thành công ở nhiều quốc gia trên thế giới nhưng hiện công nghệ này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam. Nguyên nhân là công nghệ nano TiO2 cần dùng đèn cực tím nên sẽ tốn thêm chi phí điện năng so với việc xử lý nước thải bằng công nghệ cũ.
Việc làm ra công nghệ tốt, doanh nghiệp nước ngoài đặt mua nhưng doanh nghiệp trong nước thờ ơ, theo PGS.TS. Nguyễn Minh Tân chính là do “Công nghệ còn đắt tức là còn chưa tối ưu, do vậy chúng tôi sẽ cải tiến công nghệ, giảm bớt mức tiêu hao điện năng hoặc kích cỡ thiết bị,… để hạ thấp kinh phí đầu tư, qua đó tăng cơ hội ứng dụng ở Việt Nam”.