Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua.
Tại Hà Lan, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng công nghệ SBR qua 2 giai đoạn: giai đoạn hiếu khí chuyển hóa thành phần hữu cơ thành CO2, nhiệt năng và nước, amoni được nitrat hóa thành nitrit và/ hoặc khí nitơ; giai đoạn kỵ khí xảy ra quá trình đề nitrat thành khí nitơ. Phốtphat được loại bỏ từ pha lỏng bằng định lượng vôi vào bể sục khí (Willers et al.,1994).
Ở Châu Á, các nước như: Trung Quốc, Thái Lan,.. là những nước các nước có ngành chăn nuôi phát triển trong khu vực nên rất quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi. Nhiều nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra nhiều công nghệ xử lý nước thải phù hợp như: kỹ thuật lọc yếm khí, kĩ thuật phân hủy yếm khí hai giai đoạn, bể biogas tự hoại. Hiện nay ở Trung Quốc các bể biogas tự hoại đã sử dụng rộng rãi như phần phụ trợ cho các hệ thống xử lý trung tâm. Bể biogas là phần không thể thiếu trong các hộ gia đình chăn nuôi heo vừa và nhỏ ở các vùng nông thôn (Cục Chăn nuôi, 2013).
Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau Biogas là UASB. Đây là công trình xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng. Nước thải được đưa vào từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn. Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này. Một phần khí sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí (CH4, CO2 và một số khí khác) sẽ kết dính với các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bùn, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước. Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí được giải phóng với khí tự do và bùn sẽ rơi xuống. Để tang tiếp xúc giữa nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn trở lại hệ thống. Cuối cùng nước thải có thể sử dụng làm thức ăn cho cá (Trần Mạnh Hải, 2008).
2.3.2. Tình hình quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi ở Việt Nam
Công tác quản lý chất thải trong chăn nuôi lợn còn gặp nhiều khó khăn. Phân lợn ướt và hôi thối nên khó thu gom và vận chuyển, phân lợn là phân “nóng’’ khó sử dụng, hiệu quả không cao và có thể làm chết hoặc mất năng suất cây trồng (sầu riêng mất mùi, nhãn không ngọt...). Còn nước thải lợn thì có mùi hôi thối, khó vận chuyển di xa để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi
trồng thủy sản. Hơn nữa lượng thải quá lớn, không thể sửu dụng hết cho diện tích canh tác xung quanh.
Theo nghiên cứu của (Trịnh Quang Tuyên và cs., 2008), quản lý và xử lý phân trong các trang trại chăn nuôi lợn tập trung là một khâu quan trọng trong việc xử lý môi trường nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Kết quả điều tra cho thấy nhà chứa phân lợn tại các trang trại điều tra trên 4 tỉnh Hà Nội, Hà Tây, Thái Bình, Ninh Bình thì tỷ lệ trang trại có nhà chứa phân lợn ở quy mô chăn nuôi trên 200 lợn nái chếm đa số (91,7%), nhà chứa phân ở trang trại quy mô từ 30 đến 100 nái có tỷ lệ thấp (7,6%). Như vậy nhà chứa phân lợn mới chỉ được quan tâm ở các trang trại quy mô trên 200 lợn nái, quy mô nhỏ còn ít được quan tâm. Hố ủ phân: Một số trang trại chăn nuôi quy mô từ 30 đến dưới 100 nái có hố chứa phân, chiếm tỷ lệ thấp (6,1%). Các trang trại có quy mô từ 100 lượn nái trở lên thì không trang trại nòa có hố chứa phân. Ao chứa nước thải: Đa số các trang trại quy mô nhỏ từ 30 đến dưới 100 lợn nái thì không có ao chứa nước thải. Ngược lại, đối với quy mô chăn nuôi lớn hơn tỷ lệ có sử dụng ao chứa nước thải cao nhất ở quy mô lớn hơn 200 nái (100%) và thấp hơn ở quy mô từ 100 – 200 nái (55,6%) (Trịnh Quang Tuyên, 2010).
Trong quá trình xử lý chất thải chăn nuôi gia súc thường chia thành 2 loại. Xử lý chất thải rắn và xử lý chất thải lỏng. Xử lý chất thải rắn thường được xử lý bằng các phương pháp sau: Ủ nóng, ủ hỗn hợp, ủ nguội, hầm ủ khí sinh học biogas. Trên thực tế thì chất thải rắn chủ yếu được xử lý bằng ủ nóng và hầm biogas.
Phương pháp ủ nóng: Lấy phân chuồng xếp thành từng lớp xen kẽ rơm rạ hay cỏ khô trong hố, khồn nén chặt, phân được xếp ở nơi có nền không thấm nước. Sau đó tưới phân lên, giữ độ ẩm trong đống phân từ 60 – 70 %. Sau đó trát bùn bao phủ bên ngoài đống phân, hằng ngày tưới nước phân lên hố ủ. Các loài vi sinh vật hiếu khí chiếm ưu thế, nhiệt độ trong đống phân tăng nhanh và đạt mức cao. Đây là phương pháp ủ nhanh, thời gian ủ từ 30 – 40 ngày là hoàn thành. Phương pháp này có thể diệt được một số mầm bệnh, hạt cỏ dại, nhưng dễ mất chất đạm (Bùi Hữu Đoàn, 2011).
Hầm khí sinh học biogas: Quá trình xử lý chất thải bằng hầm biogas sẽ tạo ra khí biogas gọi là khí sinh học. Nó là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường
yếm khí. Khí biogas có CH4 chiếm từ 60 – 70 %, CO2 chiếm từ 30 – 40 % , phần còn lại là một lượng khí nhỏ N2, H2, CO…Trong hỗn hợp khí thì CH4 chiếm tỷ lệ lớn, là loại khí được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng khí đốt (Bùi Hữu Đoàn, 2011).
2.3.2.1. Một số giải pháp công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi
a. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas (Hệ thống khí sinh học)
Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng loại hầm (công trình) khí sinh học( KSH) cho phù hợp. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch. Đến năm 2014, với trên 500.000 công trình KSH hiện có trên cả nước đã sản xuất ra khoảng 450 triệu m3 khí gas/năm. Theo thông báo quốc gia lần 2, tiềm năng giảm nhẹ phát thải khí nhà kính của phương án này khoảng 22,6 triệu tấn CO2, chi phí giảm đối với vùng đồng bằng là 4,1 USD/tCO2, đối với miền núi 9,7 USD/tCO2 mang lại giá trị kinh tế khoảng 1.200 tỷ đồng về chất đốt. Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại.