Trong quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng, lượng bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị ngày càng gia tăng. Đặc biệt, bùn hoạt tính thải (Waste Activated Sludge – WAS) là sản phẩm phụ không thể tránh khỏi của quá trình xử lý sinh học, chiếm tới khoảng 60% tổng chi phí vận hành của các nhà máy xử lý nước thải.
Nếu không được xử lý phù hợp, WAS có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng do chứa hàm lượng cao chất hữu cơ và mầm bệnh.
Phân hủy kỵ khí là phương pháp được áp dụng rộng rãi nhằm giảm thể tích, ổn định bùn và thu hồi năng lượng dưới dạng khí sinh học (biogas). Tuy nhiên, hiệu quả của quá trình này đối với bùn hoạt tính thải còn hạn chế do cấu trúc sinh khối vi sinh vật bền vững, được bao bọc bởi mạng lưới polymer ngoại bào (EPS), làm cản trở quá trình thủy phân – bước giới hạn tốc độ trong phân hủy kỵ khí.
Nghiên cứu do nhóm tác giả Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội thực hiện đã đề xuất tiền xử lý kiềm bằng Kali Hydroxide (KOH) như một giải pháp hiệu quả nhằm phá vỡ cấu trúc bùn, tăng khả năng hòa tan chất hữu cơ và nâng cao hiệu suất sinh khí biogas. Bùn hoạt tính thải được thu gom từ Trạm xử lý nước thải sinh hoạt Vĩnh Yên (công suất 5.000 m³/ngày, đêm) và tiến hành tiền xử lý trong thời gian ngắn 3 giờ ở nhiệt độ phòng với các liều lượng KOH khác nhau.
Kết quả cho thấy, tiền xử lý KOH đã làm tăng mạnh nồng độ COD hòa tan (sCOD) – chỉ tiêu phản ánh lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Ở liều lượng tối ưu 0,15 g KOH/g VS, sCOD tăng gần 5 lần so với bùn ban đầu, chứng tỏ cấu trúc sinh khối và EPS đã bị phá vỡ hiệu quả, giải phóng nguồn cơ chất hòa tan dồi dào cho vi sinh vật kỵ khí.
Thí nghiệm phân hủy kỵ khí theo mẻ trong điều kiện nhiệt độ trung bình (35°C) cho thấy sản lượng biogas tích lũy của các mẫu bùn đã tiền xử lý đều cao hơn đáng kể so với mẫu đối chứng không xử lý. Sau 21 ngày, mẫu tiền xử lý với liều lượng 0,15 g KOH/g VS đạt mức tăng sản lượng biogas 34%, trong khi các liều lượng thấp hơn cũng ghi nhận mức tăng từ 18–27%. Quá trình sinh khí diễn ra nhanh hơn và ổn định hơn, đặc biệt trong giai đoạn đầu của quá trình phân hủy.
Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng tiền xử lý kiềm bằng KOH trong thời gian ngắn (3 giờ) là phương pháp khả thi, hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao. Giải pháp này không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng từ bùn thải, mà còn giúp cải thiện tính kinh tế và giảm tác động môi trường của các trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. Đây là hướng tiếp cận phù hợp trong bối cảnh thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững ngành môi trường tại Việt Nam.