Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng plasma lạnh vào quá trình xử lý nước thải chứa thành phần phức tạp và độ ô nhiễm cao đang được thúc đẩy. Plasma lạnh được tạo thành khi chỉ có một phần nhỏ phân tử khí bị ion hóa, trong đó nhiệt độ điện tử đạt giá trị rất lớn dù nhiệt độ của ion và của chất khí xấp xỉ với môi trường, được nghiên cứu ứng dụng vào quá trình xử lý nước thải chứa thành phần phức tạp và độ ô nhiễm cao.

Nước thải dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp khi xét trên hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần chất ô nhiễm. Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ và pH của nước thải cao.

Trong số các chất ô nhiễm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là thuốc nhuộm azo không tan, chiếm 60 - 70% thị phần. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải mà tồn dư lại một lượng nhất định trong nước thải, có khả năng chiếm đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn.

Từ thực tế này, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Môi trường và Tài nguyên (Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh) đã thực hiện nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh để loại bỏ thành phần hữu cơ và độ màu trong nước thải dệt nhuộm. Nghiên cứu tập trung vào mục tiêu đánh giá hiệu suất xử lý độ màu và COD trong nước thải dệt nhuộm, đồng thời khảo sát và xác định các giá trị vận hành tối ưu thông qua phương pháp thử nghiệm trên mô hình plasma lạnh quy mô phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp một yếu tố để khảo sát tính hiệu quả của mô hình và giá trị thông số vận hành tối ưu. 

Nghiên cứu sử dụng nước nước thải dệt nhuộm trước xử lý tại Công ty Dệt may Thành Công. Qua phân tích cho thấy mẫu nước thải có nồng độ ô nhiễm COD là 639 mg/L và độ màu là 1,635 Pt-Co, khi so sánh với QCVN 13-MT:2015/BTNMT, loại B cho phép nồng độ COD là 200 mg/L vượt 3,195 lần và với độ màu là 200 Pt-Co, tương ứng vượt 8,175 lần.

Nước thải sẽ được đi qua một bể phản ứng nối với hệ thống bản cực điện, nơi sẽ hình thành plasma. Ngoài ra hệ thống còn có các bộ phận khác như biến áp để thay đổi điện áp đầu vào, bộ chỉnh lưu để chuyển dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cuối hệ thống điện là máy bơm nước và bơm thổi khí có chức năng bơm nước từ bể chứa đến bể phản ứng và thổi khí cấp thêm cho bể. 

Sơ đồ mô hình thực nghiệm 

Trong quá trình thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thay đổi lần lượt các điều kiện mô hình vận hành để kiểm nghiệm hiệu quả xử lý nước thải. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý phụ thuộc đáng kể vào các yếu tố  như: giá trị pH, thời gian xử lý, nguồn cấp khí - lưu lượng dòng khí và giá trị hiệu điện thế. 

Ảnh hưởng lưu lượng cấp khí đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

Ảnh hưởng của hiệu điện thế đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

Từ quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học kết luận ứng dụng công nghệ plasma lạnh có thể cho hiệu suất khử độ màu và nồng độ COD trong nước thải dệt nhuộm lên đến trên 90,09% và 85,75% trong điều kiện tối ưu vận hành. Đồng thời, công nghệ cho thấy hiệu quả cao trong khâu khử trùng, diệt khuẩn. Nghiên cứu cũng đã xác định được nồng độ ozone, hydrogen peroxide và gốc hydroxyl tự do sinh ra trong quá trình xử lý, bản chất của quá trình xử lý bằng công nghệ plasma lạnh.

Các nhà khoa học cũng tính toán đến tính kinh tế - kỹ thuật của công nghệ. Qua tính toán cho thấy để giảm 12,33g chất hữu cơ khó phân hủy, COD từ 639 mg/L xuống 91 mg/L, chỉ cần 1kWh, tương đương 1.800 đồng. Như vậy, với tính chất không bị giới hạn nồng độ nước thải đầu vào, công nghệ plasma lạnh thực sự đem lại hiệu quả khi áp dụng cho những loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao không cần qua bất kỳ công đoạn xử lý nào.

Từ đây, nhóm nghiên cứu kết luận mô hình plasma lạnh trong nghiên cứu có tiềm năng lớn trong ứng dụng vào hệ thống xử lý nước thải phức tạp như nước thải dệt nhuộm. Ưu thế lớn nhất của mô hình plasma lạnh là khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước với tốc độ nhanh và mạnh, không chọn lọc và ít bổ sung hóa chất trong quá trình xử lý. Khi so sánh với một số công nghệ truyền thống và tiên tiến, công nghệ plasma lạnh hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về hiệu quả xử lý của công nghệ.

An Nhiên