Giải bài toán ô nhiễm ở các trang trại chăn nuôi

Phân bón khoáng từ nước thải chăn nuôi

Chăn nuôi lợn là ngành sản xuất nông nghiệp chủ lực tại Việt Nam, nhưng cũng là nguồn phát sinh chất thải khổng lồ. Trung bình, mỗi con lợn thải ra 0,5 - 3kg phân, cùng 20 - 25 lít nước thải một ngày. Với quy mô hàng nghìn con tại các trang trại, tổng lượng chất thải lên tới hàng chục nghìn lít/ngày - gây áp lực lớn lên môi trường nếu không được xử lý triệt để.

Để giải quyết bài toán ô nhiễm môi trường của các trang trại nuôi lợn, giải pháp công nghệ khí sinh học (biogas) đã được áp dụng phổ biến để xử lý chất thải chăn nuôi lợn. Công trình hầm biogas có thể được xây bằng gạch, composite đúc sẵn hoặc làm bằng bạt chống thấm. Một số trang trại có dùng thiết bị tách ép phân để thu hồi chất thải rắn, trước khi đưa nước thải vào hầm biogas.

Hạn chế lớn nhất của công nghệ khí sinh học là chỉ xử lý được các thành phần hữu cơ thông qua cơ chế phân hủy kỵ khí của vi sinh vật để thu hồi khí CH4 phục vụ cho các mục đích đun nấu, phát điện hoặc thắp sáng. Toàn bộ các chất dinh dưỡng NPK hầu như không xử lý được, đây chính là thủ phạm gây ra tình trạng phú dưỡng, ô nhiễm các nguồn nước mặt, nước dưới đất và không khí.

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ và phốt pho trong nước thải trang trại chăn nuôi lợn bằng kỹ thuật tạo hạt struvite tầng sôi để sản xuất phân hữu cơ”, do TS Lê Văn Giang, Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội làm chủ nhiệm sẽ góp phần giải quyết vấn đề này.

Kết tinh tạo hạt thành phân bón nhả chậm

Trong nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ và phốt pho trong nước thải trang trại chăn nuôi lợn bằng kỹ thuật tạo hạt struvite tầng sôi để sản xuất phân hữu cơ của nhóm, phân bón struvite được tạo ra bằng cách thu hồi các hạt struvite (MgNH₄PO₄) trong quá trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn, nhờ vào công nghệ kết tinh tạo hạt tầng sôi (Fluidized Bed Homogeneous Crystallization - FBHC).

Khi các ion magiê (Mg²⁺), amoni (NH₄⁺) và phốt phát (PO₄³⁻) trong nước thải gặp nhau ở khoang phản ứng, chúng sẽ “kết dính” thành tinh thể struvite - một dạng phân bón khoáng nhả chậm, rất tốt cho cây vì cung cấp dinh dưỡng từ từ.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ FBHC khắc phục được nhược điểm của công nghệ kết tinh tầng sôi (FBC) truyền thống, vốn phải dùng các hạt mầm không đồng nhất như SiO₂ hay Al₂O₃ để các ion bám vào, khiến phân bón struvite thu được thường bị lẫn tạp chất, độ ẩm cao, chất lượng thấp và tạo ra nhiều bùn thải cần xử lý tốn kém.

Công nghệ FBHC tạo môi trường tiếp xúc tốt giữa chất lỏng và các hạt rắn trong tầng sôi, đồng thời kiểm soát chặt chẽ điều kiện siêu bão hòa, cho phép các hạt struvite kết tinh có độ tinh khiết cao, độ ẩm thấp (dưới 5%), và bùn thải được chuyển hóa hoàn toàn thành dạng rắn, dễ tách riêng. Nhóm nghiên cứu cho biết, công nghệ này tương đối dễ vận hành, không cần xây dựng bể xử lý bùn riêng, tiết kiệm được diện tích lắp đặt và chi phí xử lý chất thải.

Từ các mô-đun thiết bị thiết kế trong điều kiện phòng thí nghiệm tại tầng 3, Tòa nhà HT1 của Đại học Quốc gia Hà Nội tại cơ sở Hòa Lạc, đến nay nhóm nghiên cứu mạnh đã hoàn thiện và làm chủ công nghệ FBHC ứng dụng vào xử lý nước thải chăn nuôi lợn của các trang trại tập trung để thu hồi NPK làm phân bón khoáng nhả chậm (struvite) với chất lượng cao.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành hệ thống thiết bị ứng dụng công nghệ FBHC, có công suất 5 m3/ngày đêm cho một trang trại chăn nuôi lợn của hộ gia đình tại Sơn Tây với quy mô nuôi 300 con lợn thịt. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống thiết bị xử lý cho kết quả tốt.

Hiện, nhóm đang nghiên cứu ứng dụng công nghệ FBHC vào xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp khác nhau (công nghiệp xi mạ, công nghiệp sản xuất gang thép…) để thu hồi và các kim loại có giá trị (Al, Ni, B, Fe, F, Zn, Cu) hoặc các loại nước thải chứa axit vô cơ như axit phốt pho và axit boric.