Giải pháp đột phá xử lý nước thải và giáo dục: Mô hình Bardenpho 4 giai đoạn vì sự phát triển bền vững tại Việt Nam

Trước những yêu cầu ngày càng tăng về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, việc tìm kiếm các giải pháp thiết thực là rất cần thiết. Trong bối cảnh đó, một dự án triển vọng từ Trường Trung cấp Nông Lâm nghiệp Bình Dương đã được phát triển: Mô hình xử lý nước thải ứng dụng phương pháp sinh học Bardenpho 4 giai đoạn, kết hợp với hệ thống tuần hoàn tái sử dụng nước. Giải pháp này, được nghiên cứu bởi nhóm tác giả Phạm Thị Vân; Phan Thanh Hà, Nguyễn Thị Dung và Nguyễn Thế Cương, thể hiện nỗ lực tạo ra một phương án hiệu quả, phù hợp với điều kiện địa phương. Giải pháp đã tham gia và đạt giải Khuyến khích tại Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật Bình Dương lần thứ XI, năm 2024 - 2025, thu hút sự quan tâm nhờ những lợi ích ứng dụng và tính khả thi trong thực tiễn.

Giải quyết những vấn đề thực tiễn

Sự ra đời của mô hình này bắt nguồn từ việc nhận diện các vấn đề thực tế trong quản lý môi trường và giáo dục kỹ thuật tại Việt Nam. Giải pháp đã chỉ ra một số thách thức chính mà nó hướng tới giải quyết, khẳng định tính ứng dụng và tiềm năng của mình. Cụ thể, một trong những vấn đề được đề cập là việc người học thiếu kinh nghiệm thực tế do không có cơ hội thực hành trực tiếp, dẫn đến khó khăn trong quá trình làm việc sau khi ra trường. Mô hình này cung cấp một nền tảng cụ thể, tương tác để học tập, giúp người học thao tác trực tiếp và nâng cao tay nghề.

Bên cạnh đó, dự án cũng chỉ ra rằng thông số nước thải dùng để thiết kế trên công trình thực tế chưa được tối ưu trên mô hình. Điều này dẫn đến một số dung sai của công trình có sai số cao, và một số công trình thuộc hệ thống xử lý nước thải (XLNT) có thể bị dư thừa hoặc thiếu. Mô hình này giúp chạy mô phỏng trước khi áp dụng vào thực tế, từ đó tiết kiệm thời gian, hạn chế sai sót trong khâu thiết kế và tối ưu hóa các thông số khi vận hành. Thêm vào đó, nhiều mô hình nhập khẩu chưa phù hợp với điều kiện khí hậu, tính chất nước thải tại Việt Nam, đồng thời chi phí bảo trì, bảo dưỡng và các phụ tùng thay thế có giá cao, thời gian vận chuyển lâu. Ngược lại, mô hình này được thiết kế với 100% các công nghệ, kỹ thuật, ngôn ngữ thuần Việt, giúp tiết kiệm nước, năng lượng và chi phí bảo trì, bảo dưỡng.

Về bản chất, giải pháp này tập trung vào mô hình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Bardenpho 4 giai đoạn và tuần hoàn tái sử dụng. Quy trình Bardenpho được biết đến với khả năng loại bỏ nitơ và phốt pho khỏi nước thải, làm cho nó hiệu quả trong việc xử lý nhiều loại nước thải. Mô hình bao gồm các thành phần chính như bể phân phối, bể thiếu khí 01, bể hiếu khí 01, bể thiếu khí 02, bể hiếu khí 02, bể lắng, sân phơi bùn, máy thổi khí, motor khuấy, bơm nước tuần hoàn và bơm bùn tuần hoàn.

Điểm mới và sáng tạo của giải pháp

Mô hình tích hợp một số điểm mới và sáng tạo quan trọng, nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng. Một trong những điểm nổi bật là khả năng giám sát và điều khiển từ xa, vận hành tự động bằng phần mềm. Hệ thống cho phép giám sát và điều khiển các thông số như pH, DO, nhiệt độ từ xa, vận hành tự động thông qua phần mềm. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình xử lý và đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia như QCVN 40:2011/BTNMT cho nước thải đầu ra và QCVN 39:2011/BTNMT, QCVN 50:2013/BTNMT cho bùn thải.

Một điểm sáng tạo khác là tính linh hoạt trong công nghệ xử lý. Mô hình có thể tự do thay đổi công dụng (học, nghiên cứu) và công nghệ xử lý của hệ thống (AO, O, SBR...). Cụ thể, cấu hình AOAQ (Bardenpho 4) phù hợp với nước thải cụm công nghiệp, khu công nghiệp có yêu cầu tái sử dụng nước, sản xuất hóa chất, sản xuất cao su. Trong khi đó, cấu hình AO (Thiếu Khí - Hiếu Khí) thích hợp cho nước thải sinh hoạt/khu đô thị, bệnh viện, chế biến thủy hải sản, thực phẩm-bánh kẹo. Cấu hình O (Hiếu Khí) có thể áp dụng cho nước thải nhà hàng, khách sạn, chung cư, và các công nghệ khác như A (Thiếu khí) hoặc SBR cũng có thể được triển khai.

Về thiết kế vật lý, mô hình có kích thước nhỏ gọn (220cm x 40cm x 40cm), vững chắc, dễ dàng tháo lắp, dễ quan sát quá trình xử lý và sử dụng trong thời gian dài. Mô hình được thiết kế dựa vào TCVN 7957:2008 về thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài. Hệ thống có khả năng tự động vận hành và giám sát, điều khiển từ xa bằng Smartphone. Đồng thời, mô hình giúp người học phát triển các kỹ năng liên môn, liên ngành (môi trường, nông nghiệp, quản lý tài nguyên...). Đặc biệt, việc áp dụng năng lượng mặt trời giúp hệ thống có thể hoạt động liên tục trong các khu vực thiếu nguồn điện.

Khả năng áp dụng và triển vọng của giải pháp

Giải pháp này có khả năng áp dụng rộng rãi và triển vọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giáo dục đến công nghiệp.

Trong lĩnh vực giáo dục: Giải pháp đã và đang tạo ra tác động hữu hình trong môi trường học thuật. Từ đầu học kỳ I năm học 2024-2025, mô hình đã được sử dụng tích cực để giảng dạy lý thuyết và thực hành tại Trường Trung cấp Nông Lâm nghiệp Bình Dương. Các môn học được hưởng lợi từ điều này bao gồm quản lý chất thải rắn, quản lý môi trường nước, vi sinh vật môi trường, vi sinh vật trồng trọt, đất và phân bón, và các phương pháp tưới tiêu khác nhau. Ứng dụng trực tiếp này cung cấp cho sinh viên những trải nghiệm học tập năng động, thực tế, làm sâu sắc thêm kiến thức và kỹ năng thực hành của họ trong kỹ thuật môi trường và các lĩnh vực liên quan. Mô hình cũng hỗ trợ phát triển kỹ năng liên ngành, liên môn (môi trường, nông nghiệp, quản lý tài nguyên...).

Kích thước nhỏ gọn, độ bền, dễ lắp ráp và khả năng quan sát rõ ràng quá trình xử lý của mô hình làm cho nó trở thành một công cụ giáo dục lý tưởng. Nó cung cấp một môi trường học tập sống động, nơi sinh viên có thể quan sát và hiểu các quá trình sinh học và hóa học phức tạp trong thời gian thực. Đây là một cải tiến đáng kể so với việc giảng dạy thuần túy lý thuyết, thúc đẩy sự hiểu biết sâu sắc hơn và đánh giá cao hơn về bảo vệ môi trường.

Dự án cũng đã tạo điều kiện hợp tác với các tổ chức khác. Điển hình, mô hình đã hỗ trợ Khoa Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Thủ Dầu Một trong việc trao đổi và thiết kế mô hình tương tự. Tinh thần hợp tác này cho thấy tiềm năng của mô hình trong việc trở thành một công cụ giáo dục tiêu chuẩn tại nhiều cơ sở đào tạo khác nhau trong và ngoài tỉnh.

Trong công nghiệp và kinh doanh: Mô hình chứng tỏ tiềm năng đáng kể cho các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là để tối ưu hóa các quy trình xử lý nước thải và đạt được hiệu quả tiết kiệm chi phí. Chẳng hạn, mô hình đã được Công ty TNHH Môi trường đô thị Thành Sen sử dụng để xác định các thông số tối ưu như DO, pH và thời gian lưu cho việc thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải. Việc này giúp cho các doanh nghiệp có thể tinh chỉnh hoạt động, từ đó giảm chi phí và nâng cao hiệu quả rõ rệt.

Một câu chuyện thành công đáng chú ý liên quan đến Công ty Liên Doanh Việt Thái Plastchem. Mô hình đã đóng vai trò quan trọng trong việc xác định công nghệ AO tối ưu để cải tạo lại hệ thống xử lý nước thải của họ, cũng như tinh chỉnh các thông số vận hành. Ứng dụng này đã mang lại khoản tiết kiệm chi phí đáng kinh ngạc lên đến 50% so với báo giá từ các đơn vị nước ngoài. Kết quả này chứng tỏ tính khả thi về kinh tế của mô hình và khả năng tạo lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp Việt Nam.

Việc tích hợp công nghệ IoT trong các môi trường công nghiệp cho phép giám sát và điều khiển từ xa, hợp lý hóa hoạt động và giảm nhu cầu giám sát liên tục tại chỗ, góp phần làm giảm chi phí vận hành và bảo trì, cũng như quản lý tài nguyên hiệu quả, đặc biệt là bảo tồn nước. Khả năng mô phỏng các loại hóa chất trước khi áp dụng vào thực tế cũng làm giảm nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình vận hành, đảm bảo quy trình sản xuất mượt mà và đáng tin cậy hơn.

Tác động xã hội và môi trường: Ngoài các ứng dụng trong giáo dục và công nghiệp trực tiếp, giải pháp cũng đóng góp đáng kể vào phúc lợi xã hội và tính bền vững môi trường.

Mô hình thúc đẩy việc tái sử dụng nước đã qua xử lý cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm tưới cây, rửa đường và xả ra sông, ngòi, kênh, rạch, do đó làm giảm áp lực lên nguồn nước sạch. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng đang đối mặt với tình trạng thiếu nước. Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn, an toàn cho các mục đích tái sử dụng đa dạng.

Hơn nữa, bùn thải sinh ra sau quá trình xử lý, nếu kiểm tra không có các chỉ tiêu thành phần nguy hại như kim loại nặng, các chất độc... và đạt QCVN 50:2013/BTNMT (quy chuẩn về bùn thải trong nông nghiệp) sẽ được sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp đô thị (cây xanh, cây công trình công cộng), cây công nghiệp (cây tiêu, điều...), cây ăn trái.... Cách tiếp cận kinh tế tuần hoàn này không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn cung cấp một nguồn tài nguyên quý giá cho phát triển nông nghiệp.

Bằng cách tối ưu hóa xử lý nước thải và thúc đẩy tái sử dụng, mô hình góp phần tạo ra một môi trường trong lành hơn bằng cách giảm ô nhiễm, ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng và bảo vệ đa dạng sinh học. Nó cũng giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh truyền nhiễm, đảm bảo nguồn nước sạch hơn cho cộng đồng.

Dự án thúc đẩy nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường. Giải pháp trình bày hiệu quả xử lý nước thải và tái sử dụng nước, khuyến khích các cá nhân áp dụng các hành vi thân thiện với môi trường như tiết kiệm nước và phân loại rác thải. Qua đó, mô hình góp phần xây dựng một xã hội có ý thức bảo vệ môi trường hơn.

Từ góc độ kinh tế, chi phí thấp của mô hình (ước tính 67.265.000 VNĐ) so với các hệ thống nhập khẩu (thấp hơn đáng kể so với các mô hình nhập khẩu hàng trăm triệu VNĐ) làm cho việc xử lý nước thải tiên tiến trở nên dễ tiếp cận hơn. Việc giảm chi phí vận hành và bảo trì còn làm tăng thêm sức hấp dẫn kinh tế của nó.

Triển vọng tương lai

Tầm nhìn dài hạn cho mô hình xử lý nước thải Bardenpho 4 giai đoạn này là sự áp dụng rộng rãi và không ngừng phát triển. Mô hình được hình dung là một công cụ tiêu chuẩn cho giảng dạy lý thuyết và thực hành trong các chuyên ngành kỹ thuật môi trường và nông nghiệp tại các trường trung cấp, cao đẳng và đại học trên toàn quốc. Khả năng thích ứng của mô hình với nhiều loại nước thải khác nhau, bao gồm công nghiệp, sinh hoạt và dịch vụ, cùng khả năng tích hợp liền mạch các công nghệ xử lý khác nhau (AO, O, SBR) đảm bảo tính ứng dụng rộng rãi.

Việc nhấn mạnh vào hiệu quả năng lượng, đặc biệt thông qua việc sử dụng năng lượng mặt trời, đã định vị mô hình như một giải pháp bền vững cho tương lai. Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển và kết nối của mô hình tiếp tục nâng cao tính linh hoạt và khả năng triển khai.

Ngoài các ứng dụng trực tiếp, dự án còn hướng đến việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả năng đáp ứng nhu cầu của kỷ nguyên công nghiệp hiện đại. Nhờ cung cấp kinh nghiệm thực tế với các công nghệ môi trường tiên tiến, mô hình giúp cho các chuyên gia tương lai giải quyết các thách thức môi trường phức tạp. Mô hình cũng góp phần giải quyết tình trạng thiếu nước tưới ở khu vực nông thôn và tạo việc làm cho các kỹ thuật viên môi trường vận hành các hệ thống nhỏ lẻ.

Nhìn chung, mô hình xử lý và tái sử dụng nước thải sinh học Bardenpho 4 giai đoạn thể hiện một bước tiến đáng kể hướng tới một tương lai bền vững hơn. Đây là một ví dụ điển hình về cách kỹ thuật sáng tạo, kết hợp với cam kết mạnh mẽ đối với giáo dục và trách nhiệm môi trường, có thể tạo ra các giải pháp mang lại lợi ích cho cá nhân, ngành công nghiệp. Dự án này không chỉ đơn thuần là xử lý nước thải mà còn hỗ trợ bồi dưỡng tài năng, thúc đẩy hiệu quả kinh tế và xây dựng một Việt Nam xanh hơn, kiên cường hơn.

Ánh Nguyệt