Biến nước thải thành phân bón để nông nghiệp bền vững hơn

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học kỹ thuật môi trường, Đại học Drexel bang Pennsylvania (Mỹ), tìm hiểu khả năng loại bỏ amonia trong nước thải để tạo ra phân bón, giúp giảm thiểu năng lượng đầu vào cũng như các tác động môi trường của phân bón công nghiệp hiện nay, bản tin đăng ngày 18/11 trên Science Daily cho hay.

Phát hiện này có thể tạo ra một nguồn thu nhập mới cho các nhà máy xử lý nước thải.

Nguồn nitrogen tái sinh

Việc sản xuất nitrogen trong phân bón tiêu tốn nhiều năng lượng. Không chỉ vậy, quá trình còn sản sinh gần 2% lượng khí carbon dioxide toàn cầu. Những năm gần đây giới khoa học đã tìm cách sản xuất nitrogen thay thế quy trình Haber-Bosch, vốn là tiêu chuẩn sản xuất chất này trong hơn một thế kỷ.

Gần đây, họ bắt đầu thử nghiệm với một gợi ý đầy tiềm năng từ các công ty cấp nước và xử lý nước thải là thu thập nitrogen từ amonia có trong quá trình xử lý nước thải. 

"Việc thu hồi nitrogen từ nước thải là một giải pháp thay thế quy trình truyền thống vì nó tạo ra một quá trình sử dụng nitrogen tuần hoàn", bản tin dẫn lời Giáo sư Tiến sĩ Patrick Gurian tại Trường Kỹ thuật thuộc Đại học cho hay.

"Điều này có nghĩa là chúng tôi tái sử dụng nitrogen hiện có thay vì tốn năng lượng và tạo ra khí nhà kính để chiết nitrogen từ khí quyển. Đây là một phương pháp bền vững hơn cho nông nghiệp và có thể trở thành nguồn doanh thu mới cho các công ty nước".

Làm nước sạch sạch hơn

Theo Luật Nước sạch năm 1972 của Hoa Kỳ, các cơ sở xử lý nước của thành phố cần đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước trước khi xả thải. Chất amonia trong nước thải ngày càng tăng là một mối đe dọa đối với môi trường nước vì nồng độ cao của chất khiến thảm thực vật ở sông suối phát triển quá mức, gây nguy hiểm cho các loài cá. Các phương án loại bỏ amoniac hiện nay thường khá tốn thời gian và năng lượng.

Các cơ sở xử lý nước thải tại Bắc Mỹ và châu Âu đang tìm hiểu một quá trình mới gọi là "air stripping" hay "chắt lọc không khí". Quy trình này loại bỏ amonia bằng cách tăng nhiệt độ và độ pH của nước để biến chất này thành khí, sau đó thu thập dưới dạng amoni sunfat cô đặc.

Tuy nhiên, quyết định đầu tư vào cách lọc amonia mới này cần có cơ sở khoa học rõ ràng chứng minh lợi thế công nghệ và tài chính.

Những kết quả hứa hẹn

Kết quả phân tích vòng đời hóa chất cho thấy quá trình thu tách amonia từ không khí phát thải ít hơn từ 5 đến 10 lần, và sử dụng ít năng lượng hơn từ 5 đến 15 lần so với quy trình sản xuất nitrogen Haber - Bosch.

Từ góc độ kinh tế, chi phí sản xuất phân bón từ nước thải cho phép bán sản phẩm này ở mức giá thấp hơn 12 lần so với các sản phẩm dùng quy trình Haber - Bosch mà vẫn hòa vốn.

"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy, việc tái sử dụng amonia sẽ mang lại nhiều hiệu quả về mặt kinh tế kể cả với những loại nước thải có nồng độ amonia thấp", các nhà khoa học cho biết.

Các công ty nước thải có thể tiết kiệm năng lượng trong quá trình xử lý nước bằng cách kết hợp bước chắt lọc chất amonia từ nước thải trước khi đưa nước trở lại chu trình xử lý ban đầu, giúp cắt giảm thời gian xử lý nước, đồng thời hỗ trợ quy trình làm mềm nước để làm chậm sự lắng đọng hóa chất trên thành bể và vòi.

Nhóm thừa nhận rằng việc tách khí sẽ tạo ra ít phân bón hơn quy trình Haber - Bosch, nhưng khả năng tái sử dụng nguồn tài nguyên bùn thải này sẽ giúp cải thiện tính bền vững của nông nghiệp thương mại và ngăn chúng trở thành chất ô nhiễm nước.