Xu hướng chăn nuôi lợn trên thế giới và tại Việt Nam đang chuyển dịch mạnh mẽ từ mô hình nhỏ lẻ quy mô hộ gia đình, xen kẽ trong khu dân cư, sang hình thức chăn nuôi tập trung theo quy mô trang trại (dù là hộ gia đình hay công nghiệp). Sự chuyển đổi này kéo theo lượng chất thải phát sinh hằng ngày rất lớn, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và trở thành điểm nóng, gây bức xúc trong cộng đồng.
Để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường từ hoạt động chăn nuôi, nhiều trang trại đã áp dụng công nghệ khí sinh học (biogas) nhằm xử lý chất thải. Hệ thống biogas có thể được xây dựng bằng gạch, vật liệu composite đúc sẵn hoặc sử dụng bạt chống thấm. Một số cơ sở còn trang bị thiết bị tách ép để thu hồi chất thải rắn trước khi đưa phần lỏng vào hầm biogas.
Tuy nhiên, hạn chế lớn của công nghệ biogas là chỉ xử lý được các hợp chất hữu cơ thông qua quá trình phân hủy kỵ khí, nhằm thu hồi khí CH₄ phục vụ cho nhu cầu đun nấu, phát điện hoặc chiếu sáng. Các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và kali (NPK) hầu như không được loại bỏ, trở thành tác nhân chính gây phú dưỡng nguồn nước mặt, ô nhiễm nước ngầm và không khí.
Nước thải chăn nuôi lợn bao gồm ba thành phần chính: chất thải rắn, nước thải và khí thải. Trung bình, mỗi con lợn thải ra khoảng 20 - 25 lít nước thải và từ 0,5 đến 3,0 kg phân mỗi ngày, tùy thuộc vào độ tuổi và khẩu phần ăn. Trong đó, nước thải chiếm tỷ trọng lớn nhất, bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm cho lợn, nước uống rơi vãi và có thể chứa một phần hoặc toàn bộ phân thải.
Thành phần nước thải rất đa dạng, bao gồm các chất rắn lơ lửng, các hợp chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, đặc biệt là các dưỡng chất NPK. Nước thải còn chứa nhiều vi sinh vật và yếu tố sinh học gây bệnh. Nồng độ các chất ô nhiễm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ lệ phân và nước tiểu, dư thừa thức ăn, lượng kháng sinh sử dụng, kiểu chuồng trại và phương pháp thu gom, xử lý chất thải.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng rất cao các chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ, phốt pho và kali. Trên thế giới, nhiều công nghệ xử lý đã được áp dụng để loại bỏ NPK như: nitrat hóa và khử nitơ sinh học, kết tủa ion kim loại, hấp phụ, tách khí NH₃, kết tủa hóa học, chuyển hóa điện hóa, trao đổi ion và điện phân vi sinh. Tuy nhiên, phần lớn các phương pháp này có hiệu quả thấp, tiêu tốn nhiều năng lượng, chi phí cao và tính ứng dụng thực tế còn hạn chế.
Hiện nay, công nghệ kết tinh tầng sôi (Fluidized Bed Crystallization - FBC) đang được đánh giá là một hướng đi triển vọng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn, nhằm thu hồi Struvite (MgNH₄PO₄) - một loại phân bón khoáng nhả chậm. Công nghệ này có ưu điểm về hiệu quả xử lý cao, chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản và khả năng mở rộng ở quy mô công nghiệp.
Tuy vậy, công nghệ FBC cũng tồn tại một số nhược điểm đáng kể. Cột phản ứng tầng sôi không đồng nhất sử dụng các hạt mầm như SiO₂ hoặc Al₂O₃ làm nền kết tinh, dẫn đến sản phẩm Struvite có độ tinh khiết không cao, độ ẩm lớn, khó sử dụng trực tiếp trong nông nghiệp. Hơn nữa, FBC còn tạo ra lượng lớn bùn thải, phát sinh thêm chi phí xử lý.
Trước thực trạng này, trong những năm gần đây, Nhóm Nghiên cứu mạnh cấp Đại học Quốc gia Hà Nội - “Thu hồi tài nguyên và tái tạo năng lượng bền vững” thuộc Viện Tài nguyên và Môi trường - đã tập trung nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện công nghệ kết tinh tầng sôi đồng nhất (Fluidized Bed Homogeneous Crystallization – FBHC) nhằm khắc phục các hạn chế của công nghệ FBC.
FBHC được đánh giá là công nghệ tiên tiến, vượt trội hơn nhờ khả năng sử dụng liều lượng hóa chất thấp, tạo ra tinh thể Struvite có độ tinh khiết cao, độ ẩm thấp (dưới 5%), đồng thời loại bỏ hoàn toàn bùn thải bằng cách chuyển hóa thành sản phẩm rắn. Quá trình vận hành đơn giản, không cần xây dựng bể lắng hay xử lý phức tạp, và hệ thống thiết bị chiếm ít diện tích lắp đặt.
Từ các module thiết bị nghiên cứu ban đầu tại tầng 3, Tòa nhà HT1 - cơ sở Hòa Lạc của Đại học Quốc gia Hà Nội, nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện và làm chủ công nghệ FBHC, ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại các trang trại tập trung, thu hồi NPK dưới dạng phân bón khoáng Struvite chất lượng cao, góp phần thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp.
Trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Thành phố Hà Nội mang tên “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” (2023 - 2025), do Tiến sĩ Lê Văn Giang làm chủ nhiệm, Nhóm Nghiên cứu mạnh đã thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành thành công hệ thống thiết bị ứng dụng công nghệ FBHC với công suất 5 m³/ngày đêm. Thiết bị được triển khai tại một trang trại hộ gia đình ở thị xã Sơn Tây, với quy mô nuôi 300 con lợn thịt, và đã cho kết quả xử lý thử nghiệm khả quan.
Tiếp nối thành công đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tính toán hiệu quả kinh tế - kỹ thuật - môi trường của công nghệ FBHC, đồng thời thiết kế các hệ thống có công suất lớn, sẵn sàng chuyển giao cho các trang trại chăn nuôi quy mô từ hàng nghìn đến vài chục nghìn đầu lợn. Công nghệ FBHC do Nhóm Nghiên cứu mạnh phát triển không chỉ cung cấp giải pháp công nghệ hiện đại, hiệu quả mà còn phù hợp với định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn, góp phần giải quyết triệt để ô nhiễm môi trường trong ngành chăn nuôi lợn, từ quy mô hộ đến công nghiệp.
Đây là bước tiến quan trọng, giúp nâng cao tính cạnh tranh của ngành chăn nuôi trong bối cảnh Việt Nam đang tích cực thực hiện các cam kết quốc tế như Hiệp định Paris và COP26 về giảm phát thải khí nhà kính và thích ứng với biến đổi khí hậu.
Sơ đồ tổng quan công nghệ FHBC thu hồi NPK trong nước thải chăn nuôi lợn và tái sử dụng làm phân bón khoảng nhả chậm.( Ảnh: Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội )
Thành quả này cũng là minh chứng cho chiến lược đầu tư có trọng tâm, trọng điểm của Đại học Quốc gia Hà Nội dành cho các Nhóm Nghiên cứu mạnh, nhằm xây dựng các phòng thí nghiệm hiện đại, đẩy mạnh R&D, và phát triển các sản phẩm khoa học - công nghệ sẵn sàng chuyển giao cho người dân và doanh nghiệp. Qua đó, góp phần hiện thực hóa hiệu quả Nghị quyết số 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia.
Hiện nay, Nhóm Nghiên cứu mạnh tiếp tục mở rộng hướng nghiên cứu, ứng dụng công nghệ FBHC vào xử lý các loại nước thải công nghiệp phức tạp khác như nước thải từ ngành xi mạ, sản xuất gang thép, hoặc chứa axit vô cơ như axit phốt pho, axit boric, nhằm thu hồi các kim loại có giá trị như Al, Ni, B, Fe, F, Zn, Cu.
Bình luận
0