Các phương pháp sinh học là nhóm phương pháp thường được sử dụng rộng rãi hơn so với các phương pháp khác trong xứ lý nước thải chăn nuôi, nguyên nhân chính là do nước thải chăn nuôi giàu thành phần hữu cơ, cho nên dễ áp dụng phương pháp xử lý sinh học. Phương pháp sinh học xử lý nước thải chăn nuôi là các phương pháp dùng các tác nhân sinh học như tảo, vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật, thực vật nước hay các động vật như cá, nhuyễn thể…hay thực vật nước để phân hủy, chuyển hóa và chuyển dạng các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi. Trong các hệ thống xử lý sinh học, quần thể các sinh vật khai thác năng lượng từ các chất thải để duy trì họat động và tăng trưởng nhờ hệ thống enzyme sinh học. Dựa vào khả năng này của vi sinh vật, người ta sử dụng vi sinh vật nhằm chuyển hóa các chất thải sinh học (biowastes) mà thường là các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi sang dạng không ô nhiễm hay lọai bỏ chúng ra khỏi dòng thải. Các quá trình phân giải dị hóa của vi sinh vật, tảo, nấm men và nấm là những con đường chính cho toàn bộ hay ít nhất là một phần của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ phân, nước tiểu hay xác động vật.
Mục tiêu của xử lý sinh học nước thải là lọai bỏ các chất ô nhiễm bởi quá trình chuyển hóa và tổng hợp sinh khối trong các tác nhân sinh học hay làm đông tụ và loại bỏ các chất rắn dạng keo không có khả năng kết tủa. Quá trình phân giải các chất hữu cơ tạo thành các chất đơn giản như CH4, CO2, H2O, NH3, khí NOx… và cuối cùng chúng sẽ bị loại bỏ khỏi dòng nước thải bằng quá trình lắng bùn, chuyển thành dạng bền vững không độc của các hợp chất hữu cơ và vô cơ hòa tan và loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải.
Ưu điểm của các phương pháp sinh học là phương pháp rẻ tiền, an toàn cho môi trường so với phương pháp hóa học. Ngoài lợi ích về môi trường, phương pháp xử lý sinh học còn có khả năng tạo các sản phẩm phụ có giá trị kinh tề như khí sinh học (biogas), phân vi sinh hay nhiều sản phẩm khác…
Tuy nhiên phương pháp xử lý sinh học thường phụ thuộc vào một số các yếu tố môi trường như thời tiết, nhiệt độ, thời gian xử lý khá lâu, đòi hỏi mặt bằng rộng và có thể tạo mùi hay các khí nếu không che phủ kín và quản lý tốt chúng có thể phát tán vào môi trường.
Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp này đề xử lý triệt để lượng chất thải sau biogas, vì vậy sử dụng hệ thống cây thủy sinh là một trong những biện pháp tối ưu.
Thủy sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu thêm được lợi nhuận. Các thực vật thủy sinh có khả năng xử lý chất thải chăn nuôi tốt đợc phân thành 3 nhóm chính sau:
- Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ phát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải.
- Thủy thực vật sống trôi nổi: rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và lá của nó phát triển trên mặt nước. Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải.
- Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định.
Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2010).
Loại Tên thông thường Tên khoa học Thuỷ sinh thực vật sống
chìm
Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Blyxa aubertii
Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi
Lục bình Eichhornia crassipes Bèo tấm Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Thuỷ sinh thực vật sống
nổi
Cattails Typha spp
Bulrush Scirpus spp
Sậy Phragmites communis
Hoạt động của thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2010).
Bộ phận Nhiệm vụ
Rễ và/hoặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp thu chất rắn
Thân và /hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước
Hấp thu ánh mặt trời do đó cản trở sự phát triển của tảo Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển oxy từ lá xuống rễ
Ưu điểm của việc xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh là chi phí xử lý không cao, quá trình xử lý không đòi hỏi công nghệ phức tạp và ngoài ra, các cây thủy sinh này có thể thu hoạch và dùng làm phân hữu cơ.
Một số công trình nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của việc sử dụng thực vật thủy sinh trong việc xử lý nước thải. Phạm Khánh Huy và cs. (2012) nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình cho biết hiệu quả xử lý như sau: chất rắn lơ lửng đạt 90 ÷ 95%, COD, BOD5 đạt 70%, Phốt pho tổng g ảm tớ 75%, N tơ tổng g ảm tới 88% và chất lượng nước sau xử lý đạt mức A theo QCVN 14: 2008/BTNMT và QCVN 40: 2011/BTNMT. Võ Trần Hoàng và cs. (2014) nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của bèo lục bình và ngổ trâu cho biết lục bình có khả năng xử lí nước thải tốt nhất với hiệu quả xử lí chất rắn lơ lửng (SS), amoni (NH4+), phốt phat (PO43-) lần lượt là: 63,96%, 87,5% và 98,98%.