Trước khi thải nước ra sông và biển, các nhà máy xử lý nước thải thường biến đổi hóa học các chất dinh dưỡng chứa nitơ hòa tan để hạn chế tác động đối với môi trường nước. Một nghiên cứu mới đây cho biết, việc cắt giảm lượng nitơ hoạt tính trong nước thải sẽ giúp làm sạch không khí nhờ giảm phát thải nitơ oxit (N2O - một khí nhà kính rất mạnh). Theo nghiên cứu này, bước xử lý bổ sung đó cũng mang lại lợi ích cho các nhà máy xử lý nước thải do giảm tiêu hao năng lượng và mang lại thu nhập từ thị trường kinh doanh phát thải.

Các nhà máy xử lý nước thải thường hạn chế việc thải các dạng hợp chất nitơ có hại cho môi trường bằng cách sử dụng vi khuẩn để chuyển hóa các chất đó thành các dạng ít độc hại hơn, chẳng hạn các nitrat. Vì quy trình này không loại bỏ nitơ khỏi nước, nên vi khuẩn trong môi trường có thể tiêu thụ nitơ và tạo ra N2O. Theo đánh giá của Ủy ban liên chính phủ Mỹ về biến đổi khí hậu, tác động làm nóng khí quyển của khí nhà kính N2O lớn hơn 300 lần so với cacbon đioxit.

Một bước xử lý nước được gọi là quy trình loại bỏ nitơ có thể ngăn ngừa khả năng tạo thành N2O trong nước thải bằng cách dùng các vi khuẩn khác nhau để chuyển hóa các nitrat thành khí N2 trơ về mặt hóa học. Tuy nhiên, phần lớn các nhà máy xử lý nước thải hiện không thực hiện quy trình này vì chỉ có ít địa phương yêu cầu họ phải thực hiện và vì khi áp dụng thì cần phải bổ sung thiết bị và cơ sở hạ tầng.

Vừa qua, James Wang và các cộng sự tại Cục Quản lý đại dương và khí quyển quốc gia Mỹ đã đánh giá khả năng giảm phát thải N2O của quy trình loại bỏ nitơ và chi phí xử lý đối với các nhà máy thực hiện quy trình này. Họ đã sử dụng mô hình phát thải N2O của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) để tính toán lượng khí thải ra dựa trên lưu lượng nitơ vào và ra nhà máy xử lý nước thải. Khi sử dụng dữ liệu của các nghiên cứu trước đây về lưu lượng nitơ vào và ra các nhà máy xử lý nước của Mỹ và ước tính quá trình loại bỏ nitơ sẽ thay đổi những dữ liệu này như thế nào, các nhà nghiên cứu đã tính toán rằng bước xử lý bổ sung này có thể làm giảm khoảng 48.000 tấn phát thải N2O mỗi năm trên toàn quốc, tương đương khoảng 37% lượng phát thải N2O ước tính tối đa hàng năm của các nhà máy xử lý nước thải ở Mỹ.

Tiếp theo, Wang và các cộng sự của ông đã tính toán xem các nhà máy xử lý nước thải sẽ đạt thu nhập bao nhiêu nếu họ tham gia vào thị trường kinh doanh phát thải. Ở các thị trường đã được đề xuất này, một nhà máy giảm phát thải khí nhà kính có thể bán các tín chỉ cacbon cho các công ty phát thải CO2 vượt quá mức giới hạn đã quy định. Các nhà nghiên cứu đã xem xét nhiều mức cắt giảm N2O và ước tính các giá trị thị trường khác nhau đối với các đương lượng CO2. Họ phát hiện ra rằng, thu nhập có được nhờ cắt giảm phát thải N2O có thể bù lại từ 0,2 đến 68% các chi phí vận hành và bảo dưỡng của các nhà máy áp dụng quy trình loại bỏ nitơ.

Quá trình loại bỏ nitơ cũng có thể giúp giảm chi phí năng lượng của các nhà máy xử lý nước thải. Các vi khuẩn làm giảm hàm lượng nitrat cũng đồng thời thực hiện 2 bước xử lý mà các nhà máy xử lý nước thải thường phải thực hiện trước khi thải nước ra môi trường: đó là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ và tăng độ kiềm của nước. Căn cứ theo giá điện và thiết kế của nhà máy xử lý nước thải ở Mỹ, nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng khoản tiết kiệm năng lượng nhờ việc loại bỏ 2 bước nói trên có thể bù đắp từ 1 đến 11% chi phí loại bỏ nitơ của các nhà máy này.

Tuy nhiên, việc áp dụng quá trình loại bỏ nitơ có mang lại hiệu quả cho nhà máy xử lý nước thải hay không là điều còn phụ thuộc vào các quy định quản lý của địa phương và khả năng tài chính của các nhà máy đó.

Hoahocngaynay.com

Nguồn Tạp chí Công nghiệp Hóa chất/Chemical & Engineering News