Lọc nước bằng vi khuẩn

Xử lý chất hữu cơ, lọc nitơ

Thực hư chất lượng lọc nước cũng như khả năng lọc những loại chất bẩn hay hóa chất của các thiết bị, máy lọc nước, vật liệu lọc nước bán trên thị trường hiện vẫn chưa được thông tin rõ ràng đến người sử dụng. Trong khi đó, phương pháp lọc nước bằng công nghệ sinh học của các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam từ nhiều năm nay đã chứng tỏ khả năng xử lý tốt các chất hữu cơ, cũng như giúp lọc sạch nitơ (dạng amoniac, nitrit, nitrat) một chất gây ô nhiễm có trong nước giếng khoan. Nitơ cũng được khẳng định là chất có thể tương tác với một số thành phần chất trong cơ thể người để tạo thành các chất sinh ung thư.

TSKH Trần Văn Nhị, nguyên Trưởng phòng Quang sinh học, Viện Công nghệ sinh học cho biết, có nhiều cách để xử lý môi trường nước nhờ vi khuẩn (VK), vi sinh vật (VSV), ví dụ như các vi sinh vật sống lơ lửng trong nước có thể hoạt động chuyển hóa các chất bẩn thành chất không bẩn, chất độc thành chất không độc và làm sạch nước; cũng có những loài VK, VSV sống bám trên các "chất mang" - có thể là mặt gỗ, nhựa, sợi nilon hay bề mặt chất rắn sần sùi... tạo thành một lớp bề mặt tương đối dày. Khi cho nước chảy qua các chất mang này, VK, VSV sống bám trên đó sẽ hoạt động để chuyển hóa, lọc nước bẩn thành mước sạch, gọi là phương pháp lọc sinh học.

Nguyên tắc sống của tất cả các loài sinh vật là cần chất hữu cơ và năng lượng. Lợi dụng điều đó, phương pháp lọc sinh học chủ yếu được sử dụng để xử lý chất hữu cơ và lọc nitơ trong nước. Để xử lý chất hữu cơ, các nhà khoa học sử dụng VK, VSV ăn các chất hữu cơ, khi tác động với oxy trong nước, chúng sẽ tiêu hóa thức ăn và chuyển thành khí CO₂. Trong quá trình hoạt động, các VSV sẽ luôn sinh ra những con mới và những con chết đi cũng sẽ bị oxy hóa để phân hủy thành CO₂. Như vậy, "bộ lọc" luôn được thay mới mà không có chất thải để lại.

Để lọc nitơ, các nhà khoa học phải chọn những VSV phản ứng với nitơ để giải phóng năng lượng cho chúng. Qua các ngăn lọc, từng loại VK, VSV sẽ được sử dụng để chuyển hóa chất amoni (NH₄⁺) thành Nitrit (NO₂^-), từ Nitrit thành Nitrat (NO) và sau đó khử Nitrat thành khí nitơ (N₂), là khí trơ, không độc hại, bay vào không khí. 

Chất mang là các hạt đất sét nung được lựa chọn kích thước tương đương nhau trong từng bộ lọc. 

Công nghệ tuyển chọn giống

Công nghệ lọc sinh học được cho là phương pháp lọc sạch nước an toàn và hiệu quả, với giá thành thấp, nhờ sử dụng các loài VSV bản địa, sẵn có trong tự nhiên. TSKH Trần Văn Nhị giải thích: Khi lọc nước để làm nước ăn thì VK, VSV phải được lấy từ nguồn nước ăn, trải dàn trên một lớp thạch để tạo điều kiện tối thích chỉ cho VSV đó sống được, còn hạn chế tối đa những VK, VSV khác.

Các VSV này sẽ mọc trên màng thạch và được hút vào nuôi cấy trong ống nghiệm để nhân lên. Quá trình này phải được làm hết sức tỉ mỉ, công phu và lặp lại nhiều lần đến khi sạch tuyệt đối mới đảm bảo việc tạo giống. Tiếp theo là giai đoạn thử nghiệm, với từng loài VSV đều phải thử nghiệm trong từng môi trường lọc xử lý chất hữu cơ hoặc nitơ.

"Chất mang" cũng cần được chế tạo đặc biệt từ đất sét nung để "mang" được nhiều VK, VSV trong mức hoạt động hiệu quả nhất. "Trước đây khi chưa nghiên cứu được chất mang, chúng tôi phải đi lấy đá núi lửa về xay nhỏ ra, tuy rất vất vả, thậm chí còn bị hỏng nhiều vì có những chỗ đã mềm quá, khi xay ra thì cứ dính bết lại, nhưng thực sự đá núi lửa làm rất tốt, vì đá sạch, không lẫn tạp chất", TSKH Trần Văn Nhị chia sẻ.

Lọc sinh học là phương pháp sử dụng vi sinh vật để triệt tiêu các chất bẩn trong nước. Các hóa chất độc hại như amoni, nitrit, các chất hữu cơ lơ lửng sẽ là nguồn dưỡng chất nuôi vi sinh vật làm thức ăn hoặc năng lượng. Do đó, dòng nước chảy qua càng nhiều, công suất lọc càng lớn thì vi sinh vật càng phát triển dồi dào và hiệu quả lọc càng tốt. Điều đặc biệt là sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa này là khí trơ N₂ hoặc CO₂ bay vào môi trường, chứ không bám vào bề mặt vật liệu lọc. Điều này khiến cho vật liệu lọc không bị nhiễm bẩn trở lại và càng sử dụng nhiều thì hiệu quả lọc càng ổn định.