Nước thải không được xử lý hoặc được xử lý không đạt yêu cầu xả ra môi trường được xem là nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nước nghiêm trọng. Ngày nay, với nguy cơ về sự có mặt của các chất ô nhiễm có hại ngày càng tăng trong các dòng nước thải sau xử lý, thì yêu cầu phát triển các kỹ thuật phân tích với chi phí hợp lý để đánh giá nhanh chất lượng xử lý nước thải trở nên cấp thiết. Trong những năm gần đây, các phương pháp sinh học trở nên phù hợp hơn để đánh giá liên tục chất lượng nước thải, không chỉ về hàm lượng hữu cơ mà cả độc tính – một tiêu chí đánh giá cũng rất quan trọng. Trong số các hệ thống chỉ thị sinh học thì các hệ thống sử dụng vi sinh vật tỏ ra ưu việt hơn nhờ có các đặc tính cơ bản của vi sinh vật là khả năng phản ứng trao đổi chất nhanh và thời gian thế hệ ngắn, cho phép theo dõi chất lượng nước thải tức thời và với độ nhạy cao.
Pin nhiên liệu vi sinh vật (MFC) thuộc nhóm các hệ thống sinh điện hóa, là một dạng hệ thống vi sinh vật trong đó vi sinh vật xúc tác cho các phản ứng điện hóa thông qua tương tác của chúng với các điện cực. Trong một MFC, vi sinh vật thông qua hoạt động trao đổi chất của chúng, phân giải các cơ chất đầu vào và chuyển electron đến điện cực dẫn đến việc sinh ra dòng điện. Như vậy, dòng điện sinh ra phản ánh cường độ trao đổi chất của vi sinh vật và qua đó phản ánh thành phần môi trường đầu vào. Trong trường hợp môi trường đầu vào là nước thải sau xử lý, MFC sẽ giúp đánh giá chất lượng nước thải này. Vi sinh vật phản ứng rất nhanh với những thay đổi trong môi trường mà phản ứng trao đổi chất của vi sinh vật lại được biểu hiện ngay thành dòng điện của MFC, nên MFC còn cho phép đánh giá nhanh chất lượng nước thải. Hơn nữa, vi sinh vật rất nhạy với các thay đổi nhỏ của môi trường, nên việc sử dụng thiết bị cũng cho phép đánh giá chất lượng nước thải với độ nhạy cao. Vì vậy, từ tháng 1/2014 đến tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên do TS. Phạm Thế Hải dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu vi sinh vật (microbial fuel cell) để làm chỉ thị đánh giá nhanh chất lượng nước thải sau xử lý”.
Một số kết quả nổi bật của nghiên cứu:
– Đã xác định được các vật liệu phù hợp cho việc chế tạo các MFC trong điều kiện Việt Nam.
– Đã xác định được phương án thiết kế và phương án làm giàu hệ vi sinh vật liệu điện hóa phù hợp nhất cho mỗi dạng MFC.
– Đã làm giàu thành công hệ vi sinh vật điện hóa trong anode của các MFC với mật độ tế bào trên bề mặt điện cực đạt 2×107 – 5×107 tế bào/cm2. Nguồn vi sinh vật tối ưu để làm giàu hệ vi sinh vật điện hóa của các MFC dạng đánh giá nhanh BOD là từ đất tự nhiên; nguồn vi sinh vật tối ưu để làm giàu hệ vi sinh vật điện hóa của các MFC dạng đánh giá nhanh độc tính có thể là một nguồn dễ thu thập như bùn thải hoạt tính…
– Đã xác định được vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas chiếm ưu thế trong hệ vi sinh vật anode của các MFC sinh dòng điện ổn định nhất (làm giàu từ đất tự nhiên) – dạng MFC đánh giá nhanh BOD.
– Đã xác định được ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và điều kiện vận hành đến hoạt động của các thiết bị.
– Khi thử nghiệm các MFC với các dạng nước thải hỗn hợp, ảnh hưởng của các chất độc là chủ đạo. Nếu nước thải chỉ chứa BOD và nitơ tổng số đều ở nồng độ cao, ảnh hưởng của BOD là chủ đạo, trừ phi hàm lượng nitơ tổng hợp ở mức rất cao.
– Đã xây dựng được quy trình sử dụng hai dạng thiết bị để đánh giá nhanh hai đặc tính quan trọng phản ánh chất lượng nước thải là độc tính và BOD.
Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống đầu tiên ở Việt Nam về pin nhiên liệu vi sinh vật và các ứng dụng liên quan. Các kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để các nghiên cứu tương tự tiếp theo tham khảo và phát triển, cải tiến để tạo ra các thiết bị thế hệ mới ưu việt hơn và có khả năng ứng dụng tốt hơn.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 12135/2016) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.
N.P.D (NASATI)