Than hoạt tính (Activated Carbon – AC) là một trong những vật liệu hấp phụ hiệu quả nhất được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Nhờ diện tích bề mặt lớn (500–1500 m²/g), cấu trúc xốp đa dạng (micropore, mesopore, macropore) và khả năng hấp phụ chọn lọc, than hoạt tính có thể loại bỏ nhiều loại chất ô nhiễm mà các phương pháp truyền thống (keo tụ, lắng, sinh học) khó xử lý triệt để.
Ứng dụng than hoạt tính trong xử lý nước thải
Các chất ô nhiễm trong nước thải mà than hoạt tính có thể loại bỏ
- Hợp chất hữu cơ hòa tan: COD, BOD, phenol, thuốc trừ sâu, dược phẩm (antibiotics, hormone), chất hoạt động bề mặt, hydrocarbon thơm (BTEX), thuốc nhuộm.
- Chất màu và mùi: Loại bỏ hoàn toàn màu từ nước thải dệt nhuộm, giấy, thực phẩm.
- Kim loại nặng: Một phần Cr(VI), As, Pb, Hg, Cd (thường kết hợp với quá trình oxy hóa khử hoặc than hoạt tính tẩm bạc, tẩm kiềm).
- Chất độc hữu cơ khó phân hủy: Dioxin, PCB, PAH, VOCs (hợp chất hữu cơ bay hơi).
- Chlorine dư, chloramine, trihalomethane (THM) trong nước cấp.
Các loại than hoạt tính thường dùng
- Than hoạt tính dạng hạt (GAC – Granular Activated Carbon): Dùng trong cột lọc cố định hoặc lớp lọc.
- Than hoạt tính dạng bột (PAC – Powdered Activated Carbon): Bơm trực tiếp vào bể phản ứng, sau đó lắng hoặc lọc màng.
- Than hoạt tính dạng sợi (ACF) hoặc khối (Honeycomb): Ít áp dụng trong nước thải nhưng hiệu quả cao với lưu lượng lớn.
Công nghệ xử lý nước thải bằng than hoạt tính phổ biến
Hấp phụ cột cố định (Fixed-bed adsorption)
- Nước thải đi qua 2–4 cột GAC nối tiếp (lead-lag).
- Ưu điểm: Hiệu suất cao (>95 %), dễ tự động hóa.
- Nhược điểm: Cần tái sinh hoặc thay thế định kỳ (6–36 tháng).
PAC + keo tụ - lắng
- Thêm 50–500 mg/L PAC vào bể keo tụ.
- Rẻ hơn GAC, phù hợp xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm biến động lớn (như dệt nhuộm).
Kết hợp với quá trình sinh học (BIO-GAC, BAC)
- Than hoạt tính làm giá thể cho vi sinh vật → vừa hấp phụ vừa phân hủy sinh học → kéo dài tuổi thọ than.
Kết hợp ozone/UV + than hoạt tính (O3/GAC, UV/GAC)
- Ozone/UV phân cắt phân tử lớn → sản phẩm trung gian dễ hấp phụ hơn → tăng hiệu suất loại COD 20–40 %.
Màng than hoạt tính (Carbon membrane) hoặc than hoạt tính kết hợp màng lọc (UF/NF/RO): Đang nghiên cứu ứng dụng thực tế tại Việt Nam.
Một số ví dụ thực tế xử lý nước thải
- Nhà máy dệt nhuộm: PAC 100–300 mg/L + GAC → màu < 10 Pt-Co, COD < 50 mg/L.
- Nhà máy chế biến thủy sản: GAC loại mùi H2S, NH3, phenol.
- Nhà máy giấy: GAC tái sinh bằng hơi nước → giảm 70 % lượng than mới.
- Khu công nghiệp: Hệ thống GAC tập trung xử lý nước thải hỗn hợp (VSIP, Amata, Tân Tạo…).
Tái sử dụng than hoạt tính sau quá trình xử lý nước thải
- Nhiệt tái sinh (800–900°C): Phổ biến nhất, thu hồi 80–90 % khả năng hấp phụ.
- Hóa chất (NaOH, ethanol): Dùng cho phenol, thuốc nhuộm.
- Sinh học: Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ bám trên than.
- Siêu âm, vi sóng: Công nghệ mới, đang thử nghiệm.
Ưu điểm và hạn chế khi dùng than hoạt tính xử lý nước thải
Ưu điểm
- Hiệu quả cao với chất ô nhiễm khó phân hủy.
- Không tạo bùn độc hại.
- Có thể tái sử dụng nhiều lần.
Hạn chế
- Chi phí đầu tư và vận hành cao (than GAC ~25–50 triệu VNĐ/tấn).
- Dễ bão hòa nếu không thiết kế đúng.
- Không loại bỏ hoàn toàn muối (TDS), nitrat, phosphat.
Lưu ý khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải có than hoạt tính
- Xác định chính xác chất ô nhiễm mục tiêu → chọn loại than (gỗ, gáo dừa, than đá).
- Tính toán thời gian tiếp xúc EBCT (Empty Bed Contact Time): thường 10–30 phút.
- Dự phòng hệ thống tái sinh hoặc thay thế.
- Kết hợp tiền xử lý (lắng, sinh học) để giảm tải cho than.
Kết luận: Than hoạt tính là giải pháp không thể thiếu trong xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt khi phải đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2021/BTNMT (cột A) hoặc tái sử dụng nước. Việc lựa chọn PAC hay GAC, tái sinh hay thay mới phụ thuộc vào quy mô, tính chất nước thải và ngân sách của từng dự án.