Nước thải chăn nuôi thường được xử lý bằng các giải pháp cơ học, hóa lý và sinh học, với các công trình đơn vị tương ứng.
a, Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp cơ học
Mục đích của xử lý cơ học là nhằm loại bỏ chất rắn, cặn, phân ra khỏi nước thải. Phương pháp này có thể áp dụng các quá trình như: Sàng lọc, tách cơ học, trộn khuấy, lắng, lọc...để loại bỏ cặn thô, tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình xử lý tiếp theo.
b, Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý
Trong nước thải chăn nuôi lợn còn chứa nhiều các chất hữu cơ và vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường. Để tách chúng người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ - tạo bông. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, chất trợ keo tụ (PAC, PAM), polymer hữu cơ… Phương pháp này có thể loại bỏ hầu hết các chất bẩn trong nước thải chăn nuôi.Tuy nhiên chi phí xây dựng và vận hành cao nên không hiệu quả về mặt kinh tế, thường chỉ áp dụng đối với khu vực có quy mô chăn nuôi nhỏ và yêu cầu chất lượng nước thải ra nguồn cao.
c, Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học
- Các công trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí: + Bể lọc sinh học
Hệ thống lọc sinh học là một bể hình trụ gồm phần chứa các vật liệu lọc là chất rắn (như sỏi, cát, vòng sứ, gốm, đá granit…). Nước thải được phun từ bên trên và chảy nhỏ giọt qua bể hay tháp lọc chứa vật liệu lọc trên đó có các VSV bám vào. Quá trình phân hủy chất thải xảy ra khi nước thải chảy qua lớp lọc [13].
+ Sử dụng các loại hồ sinh học
Hồ sinh học là các hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn được gọi là hồ oxy hóa hay hồ ổn định nước thải... Trong hồ sinh học diễn ra các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loại vi khuẩn, tảo và các thủy sinh vật khác. Tùy theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp oxy cho nó người ta chia hồ sinh học thành các loại [13]: hồ sinh học kỵ khí; hồ sinh học kỵ hiếu khí và hồ sinh học hiếu khí.
+ Sử dụng bãi lọc trồng cây hay bãi lọc ngập nước - Wetlands
Các hệ thống xử lý nước thải trên đất bão hòa nước, có thực vật sinh sống và các chất thải được loại trừ bởi tổ hợp các quá trình vật lý, hóa học, sinh học. Có thể phân biệt 2 loại: bãi lọc ngập nước tự nhiên (Natural wetlands) và bãi lọc ngập nước nhân tạo (Constructed Wetlands) [13].
Kết quả nghiên cứu tại tỉnh Hậu Giang trong thời gian 9 tháng năm 2010 trong đề tài Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây rau ngổ và cây lục bình cho thấy: hiệu suất xử lý nước thải của rau ngổ đối với độ đục là 96,94%; COD là 44,97%; Nitơ tổng là 53,60%, phospho tổng là 33,56%. Hiệu suất xử lý nước thải của lục bình đối với độ đục là 97,79%; COD là 66,10%; Nitơ tổng là 64,36%, phosphat tổng là 42,54%. Nghiên cứu đã khẳng định hệ thống ao xử lý có trồng rau ngổ và lục bình có thể được thiết kế phù hợp với mô hình chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình hoặc trang trại nhỏ với chu trình khép kín “chăn nuôi gia súc - nuôi cá - trồng cây”[13].
Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây sậy được Trương Thị Nga và Hồ Liên Huệ thực hiện tại Cần Thơ cho thấy: Hiệu suất xử lý nước thải của sậy
đối với tổng lân là 93,78%; phosphat là 93,57%; amonium là 64,08%; và COD là 36,39% [15].
- Các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí + Bể biogas dạng vòm:
Nước thải chăn nuôi lợn được đưa vào cửa nạp liệu và được ống dẫn thẳng xuống gần đáy bể xử lý chính. Tại đây chất thải được phân hủy và tạo khí sinh học thoát lên phía trên nắp vòm và được thu vào ống dẫn mang đi sử dụng (thắp sáng, đun nấu...). Phần nước sau xử lý được đưa qua bể điều áp để cân bằng áp lực trong bể và tránh thoát khí qua đường nước.
Hình 1.6. Bể biogas dạng vòm
Công nghệ này hiện nay rất phổ biến với quy mô nhỏ, áp dụng cho các hộ dân chăn nuôi từ 10 - 100 con. Kết quả nghiên cứu của Vũ Đình Tôn và cộng sự, tiến hành tại 12 trang trại chăn nuôi lợn của ba tỉnh Hải Dương, Hưng Yên và Bắc Ninh cho thấy hiệu quả sử dụng bể biogas giảm thiểu đáng kể nồng độ BOD và COD đạt từ 75,0 – 80,8%. Nồng độ nitơ tổng giảm từ 10,1 – 27,46% [27].
Nguyên lý hoạt động của bể dựa trên nguyên tắc phân hủy dạng bể phốt. Nước thải được dẫn vào ngăn đầu tiên của bể có tác dụng như là một bể điều hòa nồng độ và lắng các cặn vô cơ.Tại đây bắt đầu xảy ra quá trình lên men yếm khí. Hỗn hợp bùn và phân tiếp tục chảy sang các ngăn tiếp theo để thực hiện quá trình phân hủy, cặn không có khả năng phân hủy được lắng dần xuống đáy các ngăn. Phần khí liên tục được sinh ra từ các ngăn được thu gom qua ống dẫn từ nắp bể.
Hiệu quả xử lý tính theo COD của công trình đạt từ 60 – 80,3%. Hiệu quả thu khí của công trình tương đối thấp đạt từ 0,05 – 0,13 m3/m3 bể [5].
Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) thì nước thải sau khi qua bể biogas có BOD giả từ 79 -87%, Coliform giảm từ 98 - 99%, trứng giun sán giảm từ 95,6 – 97% [14].
Hình 1.7. Bể biogas dạng bể nhiều ngăn nắp kín
+ Hồ biogas phủ bạt (hồ CIGAR - Covered In Ground Anaerobic Reactor)
Công nghệ này hiện nay mới được áp dụng tại Việt Nam cho một số loại hình xử lý chất thải công nghiệp thực phẩm như: Chế biến sắn, bột mỳ chính, sản xuất rượu, … với quy mô lớn từ 1.000 - 50.000 m3/hồ.
Hình 1.8. Cấu tạo hồ phủ bạt
Khả năng sinh biogas của hệ thống phủ bạt nhựa HDPE được Đỗ Thành Nam Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh (2008) nghiên cứu khi xử lý nước thải chăn nuôi lợn quy mô 9,68 m3/ngày cùng với lượng phân 882,5 kg/ngày bằng hệ thống biogas phủ bạt HDPE có thể tích 299,2 m3 cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt từ 20.810 mg/l xuống 959 mg/l đạt 95,4%. Chất rắn lơ lửng (SS) giảm từ 3.746 mg/l xuống còn 507 mg/l, hiệu suất đạt 86,5%. Hiệu quả sinh gas đạt 0,223 lít biogas/lít hầm [15].
+ Bể UASB (Upflow Anaerobic SludgeBlanket)
Nguyên lý hoạt động của bể UASB là nước thải được đưa vào từ đáy, chảy ngược lên qua lớp đệm bùn được tạo bởi sinh khối và vi khuẩn hoạt động. Sự phân hủy chất hữu cơ xảy ra khi nước thải chảy qua lớp đệm bùn này. Khí CH4và CO2tạo thành kéo các hạt bùn nổi lên, va vào thành bộ tách pha rắn - khí dạng nón lật ngược, các bọt khí được giải phóng, các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn. Để duy trì lớp đệm bùn, tốc độ dòng nước thải phải ở mức 0,6 - 0,9 m/h. Bể UASB có ưu điểm là hiệu suất loại chất hữu cơ cao, thời gian lưu thủy lực (HRT) ngắn từ 0,5 - 1 ngày, yêu cầu năng lượng ít và không cần vật liệu bám cho vi sinh vật. Song nó cũng có nhược điểm là khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn[13].
Nhà bếp Hầm biogas Hồ sinh học (Ao cá) Hỗn hợp nước thải Khí đốt Sản phẩm (cá)
Hình 1.9. Cấu tạo bể UASB
- Xử lý nước thải kết hợp: Hỗn hợp chất thải gồm phân và nước tiểu được xử lý qua bể biogas kết hợp thu khí sinh học để đun nấu hoặc sử dụng cho thắp sáng; phần nước thải sau biogas sẽ được đưa vào hồ sinh học kết hợp giữa nuôi cá, trồng cây thủy sinh hoặc chăn nuôi thủy cầm.
Hình 1.10. Mô hình xử lý chất thải kết hợp hầm biogas và hồ sinh học [8]
Hỗn hợp chất thải gồm phân và nước tiểu được xử lý qua bể biogas kết hợp thu khí sinh học để đun nấu hoặc sử dụng cho thắp sáng; phần nước thải sau biogas sẽ được đưa vào hồ sinh học kết hợp giữa nuôi cá, trồng cây thủy sinh hoặc chăn nuôi thủy cầm.
Mô hình này khá đơn giản, dễ xây dựng, áp dụng cho hộ chăn nuôi ở nông thôn, trang trại chăn nuôi quy mô nhỏ hay khu vực có ao sinh học. Hiệu
quả xử lý khi qua bể biogas đối với BOD và COD đạt từ 75 - 80,8%, nồng độ nitơ tổng giảm từ 10,1 - 27,46%, thời gian lưu từ 10 - 15 ngày [5].