Theo  nguồn  gốc  phát  sinh,  vi  nhựa  được phân loại thành vi nhựa sơ cấp và thứ cấp.  Nhựa  có  khối  lượng riêng khác nhau tùy thuộc vào loại polyme và quá trình trình chế tạo. Nhìn chung khối lượng riêng của nhựa dao động từ dưới 0,05 g/cm3 đối với nhựa xốp polystyrene đến 2,1 –  2,3  g/cm3 đối với poly tettrafluoroethylene (Teflon). Các vi nhựa có khối lượng riêng nhỏ hơn nước có khuynh hướng nổi lên bề mặt trong môi trường nước,  chịu tác động bởi gió, sóng nên dễ bị trôi dạt, hay có thể bị loại bỏ khỏi nước thải trong các hệ thống xử lý bằng phương  pháp  tuyển  nổi; trong  khi các vi nhựa có khối lượng riêng lớn hơn nước có khuynh hướng lắng xuống vùng trầm tích ở các nguồn nước hay bùn thải trong các bể lắng của hệ thống xử lý nước thải. 

Theo  hình dạng, vi nhựa thường tồn tại ở ba dạng: sợi, hạt và dạng mảnh với những dạng hình học khác nhau. Diện tích bề mặt và cấu trúc của vi nhựa cũng là tính chất quan trọng, được quan tâm trong các phương pháp loại bỏ vi nhựa ra khỏi nước.

Vi nhựa có nguồn gốc từ các loại vật liệu nhựa được sử dụng trong sinh hoạt hay các  lĩnh  vực  công  nghiệp,  nông  nghiệp, đánh bắt cá... Trong các nghiên cứu gần đây cho thấy vi nhựa hiện diện trong nước ở các nhà máy xử lý nước thải, đặc biệt là trong các hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) công nghiệp. Đây là nơi tiếp nhận nước thải có chứa các vi nhựa từ sinh hoạtvà từ các loại hình sản xuất khác nhau. Phát triển phương pháp để loại bỏ vi nhựa khỏi nước đang được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây. Bộ lọc than sinh học thể hiện khả năng loại bỏ vi nhựa từ nước cao vì hầu như không có vi nhựa nào được phát hiện sau áp dụng chúng trong hệ thống xử lý nước. Bên cạnh đó, việc áp dụng kỹ thuật lọc sinh học cho thấy hiệu suất loại bỏ vi nhựa từ nước đến 79% về số lượng hạt và 89% về khối lượng hạt. Bộ lọc cát có thể loại bỏ vi nhựa trong nước với hiệu suất 99,2% - 99,9%. Việc bổ sung chất keo tụ vào nước làm mất tính ổn định của các keo nước, liên kết  chúng với nhau cùng với các chất lơ lửng và kết thành các bông cặn. Các vi nhựa có thể bám vào các bông cặn này và được loại bỏ khỏi nước nhờ quá trình lắng. Keo tụ - lắng có hiệu suất loại bỏ vi nhựa  là 99,4%. Tỷ lệ loại bỏ đạt 97% với polyester (PET) và 99% đối với polyethylen (PE). Các hạt vi nhựa PE lớn có khả năng kháng lại sự keo tụ, với việc loại bỏ 82% hạt vi nhựa quan sát được trong các điều kiện keo tụ tăng cường. Các hạt vi nhựa PE bị biến tính có hiệu suất loại bỏ bởi quá trình keo tụ lắng có thể đạt tới 99% vì sự biến tính có thể làm thay đổi độ nhám và hóa tính bề mặt hạt nhựa, từ đó tác động đến ái lực của hạt nhựa với các chất keo tụ. Trong một khảo sát của nhóm tác giả gần đây đã phát hiện rằng trong nước thải công nghiệp sau xử lý vẫn còn sự hiện diện của hạt vi nhựa (kết quả chưa được công bố). Sự hiện diện của hạt vi nhựa trong nước thải sau xử lý cũng đã phát hiện ở nhiều nghiên cứu.  Đây  là một trong các nguồn phát thải vi nhựa trực tiếp  vào  môi  trường  tiếp  nhận  sông  rạch, cuối cùng là biển và đại dương. Từ những thực trạng trên, nghiên cứu này đã tiến hành các thí nghiệm để đánh giá khả năng loại bỏ hạt vi nhựa bằng phương pháp keo tụ - lắng, kết hợp với lọc.

1. Vật liệu thí nghiệm

Nước thải dùng trong nghiên cứu được lấy tại hố thu gom nước thải công nghiệp, thuộc HTXLNT tập trung tại Khu công nghiệp Trà Nóc, phường Phước Thới, quận Ô Môn, Thành phố Cần Thơ.  Nước thải từ bể thu gom phía sau song chắn rác được bơm lên bồn chứa, sau đó nước từ bồn được trữ trong các can nhựa 30 L, rồi được vận chuyển về phòng thí nghiệm. Vật chất lắng ở đáy can nhựa được giữ lại, chỉ phần nước bên trên được lấy làm thí nghiệm.

Chất keo tụ Poly Aluminium Chloride (PAC) với độ tinh khiết 31% được sử dụng cho thí nghiệm keo tụ - lắng. Liều lượng chất keo tụ và pH phù hợp cho quá trình keo tụ và lắng được xác định thông qua thí nghiệm Jartest.

Vật liệu lọc gồm cát thạch anh, than hoạt tính gáo dừa và sỏi thạch anh được sử dụng trong mô hình cột lọc của thí nghiệm lọc.

2. Mô hình thí nghiệm và vận hành mô hình

Nghiên cứu được thực hiện với hai công đoạn nối tiếp nhau: công đoạn keo tụ - lắng  và công đoạn lọc, bằng hai mô hình tương ứng gồm mô hình bể keo tụ-lắng và mô hình cột lọc.

Mô hình thí nghiệm lọc gồm 3 cột (nhựa PVC, đường kính 140 mm), tương ứng với 3 lần lặp lại của mỗi thí nghiệm lọc. Mỗi cột lọc có gắn lưu lượng kế điều chỉnh lưu lượng nước 1 L/phút ở đầu vào và một van lấy mẫu ở đầu ra. Thí nghiệm lọc được bố trí gồm 3 nghiệm thức với sự kết hợp của 3 loại vật liệu gồm: Cát thạch anh, than hoạt tính gáo dừa và sỏi thạch anh. Cụ thể như sau:

-  Nghiệm thức 1 (NT1): Sỏi thạch anh + Cát thạch anh.

-  Nghiệm thức 2 (NT2): Sỏi thạch anh + Than hoạt tính.

-  Nghiệm thức 3 (NT3): Sỏi thạch anh + Cát thạch anh + than hoạt tính gáo dừa

Vận hành mô hình thí nghiệm keo tụ - lắng: Nước thải trữ trong thùng mariot được cho chảy vào mô hình keo tụ - lắng với lưu lượng ổn định 2 L/phút. Dung dịch phèn PAC được châm và trộn đều với nước thải ở ngăn khuấy 1 của mô hình. Nước thải chảy vào ngăn khuấy 1, 2 và 3 có thiết bị khuấy được vận hành với tốc độ lần lượt là 200, 80 và 30 vòng/phút (được xác định từ thí nghiệm Jartest) để đảm bảo PAC được trộn đều; đồng thời pH nước cũng được điều chỉnh để tạo điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ. Sau khi lưu ở các ngăn khuấy 1, 2, và 3 lần lượt với thời gian lưu được chọn 2, 6 và 7 phút (Trịnh Xuân Lai, 2004), nước thải chảy qua ngăn lắng và được lưu ở đây với thời gian 30 phút. Khi thời gian lắng kết thúc, mẫu nước đầu ra được lấy phân tích. Nước sau mô hình keo tụ - lắng được sử dụng cho thí nghiệm lọc trên mô hình cột lọc. Thí nghiệm keo tụ - lắng được lặp lại 3 lần, mẫu nước ở đầu vào và đầu ra mô hình sau mỗi thí nghiệm được lấy phân tích.

Vận  hành  mô  hình  thí  nghiệm  lọc: Nước thải sau công đoạn keo tụ - lắng ở ở mô  hình  keo  tụ-lắng  được  trữ  trong  bình mariot. Nước từ bình mariot được cho chảy đồng thời qua 3 lưu lượng kế được nối với 3 cột lọc; đảm bảo nước qua từng cột lọc với lưu lượng 1 L/phút. Sau 15 phút vận hành để nước chảy qua các cột ổn định, mẫu nước ở đầu ra của từng cột được lấy một lần để phân tích. Thí  nghiệm được vận hành với mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần tương ứng với 3 cột lọc. Vật liệu trong 3 cột được thay mới để tiến hành thí nghiệm đối với 2 nghiệm thức còn lại.

3.  Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu

Mẫu nước ở đầu vào và đầu ra mô hình của thí nghiệm keo tụ - lắng và mẫu đầu ra mô hình của thí nghiệm lọc được lấy ứng với từng thí nghiệm. Các chỉ tiêu hóa lý của mẫu nước gồm pH, EC, độ đục và SS được phân tích theo các phương pháp.

Vi nhựa hiện diện  trong nước được phân tích kích thước và hình dạng hạt theo phương pháp của Strady và cộng sự. Mẫu nước thải công nghiệp được lấy và chứa trong các chai thủy tinh 500 mL, rồi phân tích theo quy trình như sau:

Bước 1: Sàng lấy mẫu

Mẫu nước chứa trong chai thủy tinh được sàng bằng cách chuyển qua rây sàng phân tích cỡ hạt Haver & Boecker có cỡ lỗ 1mm bằng thép không gỉ và tráng chai bằng nước lọc. Phần vi nhựa [≥1000 µm] trên rây được lấy bằng nhíp kim loại và đặt lên giấy lọc GF/A trong đĩa petri trữ để phân tích. Phần vi  nhựa  [< 1000 µm]  qua  rây  có  lẫn  các thành phần khác trong nước. Chuyển nước vào chai thủy tinh 500 mL.

Bước 2: Khử mẫu

Thêm 1g SDS vào nước trong chai thủy tinh, lắc chai trong 2 phút. Cho chai vào tủ sấy  ở  50°C trong  24h. Thêm 1 mL Bioenzyme F và 1mL Bioenzyme SE vào chai, lắc chai trong 2 phút, cho vào tủ sấy  ở 40°C trong 48h. Thêm vào 15 mL H₂O₂, lắc chai trong 2 phút, cho chai vào tủ sấy ở 40⁰C trong 48h.

Bước 3: Sàng lấy mẫu lần 2

Chuyển dung dịch sau khử (bước 2) lên rây có cỡ lỗ 250 µm và rây mẫu. Đặt rây 250 µm lên trên cốc thủy tinh 1 L. Tráng sạch chai bằng nước lọc chứa trong bình tia để đảm  bảo  tất  cả  chất  rắn  từ  chai  thủy  tinh được chuyển vào rây. Phần [< 250 µm] qua rây bị loại bỏ;  phần  [≥ 250  µm]  trên  rây được giữ lại. Chuyển phần có kích thước ≥250 µm vào cốc thủy tinh 100 mL và tráng rây bằng dung dịch NaCl 1,18 g/ mL.

Bước 4: Tách vi nhựa từ mẫu

Tiến hành cho chảy tràn cốc thủy tinh để phân tách vi nhựa bằng dung dịch NaCl 1,18 g/  mL. Thực hiện tách tỷ trọng ít nhất  ba  lần. Lọc dung dịch sau khi tách bằng phương pháp lọc với giấy lọc GF/A.

Ghi chép số lượng giấy lọc được quan sát vào biểu dữ liệu. Giấy lọc được bảo quản trong  đĩa petri nhựa để chờ phân tích vi nhựa. Vi nhựa sẽ được quan sát và đánh giá hình dạng, kích thước, màu sắc bằng kính hiển vị Leica S9i có trang bị máy ảnh với độ phân giải 10 megapixel.

4. Phương pháp xử lý số liệu

Kết quả phân tích các chỉ tiêu lý hóa được thống kê mô tả bằng phần mềm Microsoft  Excel  2019. Để đánh giá hiệu suất xử lý nước qua các chỉ tiêu lý - hóa và vi nhựa giữa các nghiệm thức, phương pháp kiểm định Kruskal wallisvới mức ý nghĩa 5% được thực hiện bằng phần mềm SPSS 20.

5. Kết luận

Kết quả nghiên cứu đã bước đầu cho thấy hiệu quả loại bỏ vi nhựa bằng phương pháp keo tụ - lắng và lọc bị ảnh hưởng bởi hình dáng, kích thước vi nhựa, cũng như loại chất keo tụ, vật liệu lọc và tính chất của nước  thải. Phương pháp loại  bỏ vi nhựa bằng sự kết hợp keo tụ - lắng và lọc đạt được kết quả loại bỏ vi nhựa khá cao so với khi chỉ sử dụng đơn lẻ một trong hai công đoạn. Quá trình keo tụ - lắng và lọc bổ trợ cho nhau trong  quá trình loại  bỏ  vi  nhựa:  quá trình keo tụ - lắng giúp loại bỏ một lượng vi nhựa lớn khi bám vào bông cặn, đồng thời làm giảm độ đục, SS trong nước thải; giúp cho quá trình lọc có thể loại bỏ các vi nhựa còn lại. Qua đó làm tăng hiệu quả loại bỏ vi nhựa của hệ thống xử lý nước thải.