Xử lý nước thải bằng khoáng chất kiềm có thể cải thiện khả năng loại bỏ và lưu trữ CO₂
Nước thải kiềm hóa xả ra đại dương có thể giúp thu giữ và lưu trữ carbon dioxide. Nguồn: Pixabay: www.pexels.com/photo/sea-waves-hitting-rocks-414268/
Các chiến lược loại bỏ carbon dioxide (CDR) sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để thu giữ CO2 từ không khí và lưu trữ lâu dài, cung cấp giải pháp tiên tiến để chống lại mức khí nhà kính ngày càng tăng trong môi trường của chúng ta. Tăng độ kiềm của nước thải bằng cách xử lý nước bằng khoáng chất kiềm có thể tăng đáng kể khả năng cô lập CO2, theo một nghiên cứu xuất hiện trên Science Advances.
CO2 hòa tan trong nước biển để tạo thành axit cacbonic, là một axit yếu, phân ly thành ion hydro và ion bicarbonate, trong đó ion hydro làm tăng tính axit của nước.
Tăng cường độ kiềm của đại dương (OAE), quá trình xử lý nước thải bằng khoáng chất kiềm trước khi xả ra đại dương, làm cho nước biển ít có tính axit hơn, do đó làm giảm lượng CO2 trên bề mặt biển. Điều này giúp đại dương hấp thụ nhiều CO2 hơn từ không khí và các nhà nghiên cứu của nghiên cứu này ước tính rằng OAE có khả năng giúp cô lập khoảng 18 teragram—18 nghìn tỷ gam—CO2 mỗi năm trên toàn cầu.
Một thông lệ phổ biến trong OAE dựa trên nước thải là sử dụng các nhà máy xử lý nước thải làm nhà máy kiềm. Điều này không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ CO2 ở các vùng ven biển mà còn giúp giảm thiểu vấn đề axit hóa đại dương do việc đổ nước thải chưa qua xử lý.
Các nghiên cứu hiện tại đã chuyển sang xử lý nước thải bằng vật liệu kiềm cho các mục đích cụ thể, chẳng hạn như sử dụng dolomit (canxi magie cacbonat) để thu hồi phốt pho, khoáng chất silicat kiềm để thu CO2 ở dạng cacbonat rắn hoặc olivin (magiê-sắt silicat) để cải thiện chất lượng mêtan phục vụ sản xuất khí sinh học từ bùn thải.
Tương tác giữa kiềm hóa olivin và xử lý nước thải hiếu khí. Nguồn: Science Advances (2025). DOI:10.1126/sciadv.ads0313
Mặc dù hầu hết lượng khí thải CO2 phát sinh từ môi trường hiếu khí hoặc giàu oxy, nhưng hầu hết các nghiên cứu OAE dựa trên nước thải đều tập trung vào môi trường kỵ khí hoặc không có oxy. Ngoài ra, hiểu biết về hiệu quả của OAE trong xử lý nước thải về mặt tăng cường độ kiềm và lưu trữ carbon ổn định còn hạn chế.
Để thay đổi điều này, các nhà nghiên cứu của nghiên cứu này đã thêm các lượng đá giàu olivin khác nhau vào nước thải đô thị nhân tạo và xử lý bằng bùn hoạt tính sinh học, trong điều kiện hiếu khí ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong mỗi trường hợp, họ đo lường những thay đổi về tổng độ kiềm của nước thải, lượng cacbon vô cơ hòa tan và các chỉ số chất lượng nước.
Họ phát hiện ra rằng việc bổ sung olivin làm tăng đáng kể tổng độ kiềm của nước thải và giúp thu giữ CO2 dưới dạng cacbon vô cơ hòa tan (DIC) trong nước thải. Ngoài ra, tốc độ kiềm hóa thông qua quá trình hòa tan olivin trong nước thải được xử lý hiếu khí này nhanh hơn khoảng 20,5 lần so với nước biển.
Tiềm năng toàn cầu của Tăng cường độ kiềm đại dương (OAE) dựa trên nước thải để cô lập cacbon. Nguồn: Science Advances (2025). DOI:10.1126/sciadv.ads0313
Một ước tính dựa trên dữ liệu từ các nhà máy xử lý nước thải gần đại dương cho thấy tiềm năng cô lập cacbon toàn cầu của OAE dựa trên nước thải ven biển ước tính là 18,8 ± 6,0 teragram CO2 mỗi năm.
Khu vực giữa vĩ độ 20°B và 60°B nắm giữ 79,3% tiềm năng toàn cầu và Liên minh châu Âu, Hoa Kỳ và Trung Quốc—ba nền kinh tế hàng đầu—cùng nhau chiếm hơn một nửa tổng số toàn cầu.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng kết quả của họ cho thấy các nhà máy xử lý nước thải có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cô lập carbon bằng cách tăng cường độ kiềm của đại dương, mang lại lợi ích kép cho việc giảm thiểu biến đổi khí hậu và cải thiện chất lượng nước.
Thông tin thêm: Li-wen Zheng và cộng sự, Tiềm năng của việc xử lý nước thải đối với việc lưu trữ carbon thông qua việc tăng cường độ kiềm của đại dương, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads0313
Thông tin tạp chí: Science Advances
