Nước thải chăn nuôi được xác định là loại nước thải dễ phân hủy sinh học vì chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy như cacbon hidrat. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng biện pháp sinh học là phổ biến ở hầu hết các trại chăn ni cơng nghiệp nhờ tính khả thi và tính kinh tế cao của nó. Bên cạnh đó, phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chỗ chi phí thấp và tính ổn định cao, đặc biệt hiệu quả xử lý rất cao ở thời gian lưu ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
1.5.1. Trong nước
Hiện nay, chất thải chăn nuôi phần lớn chưa được quản lý và xử lý đầy đủ. Một số điểm chăn ni có hệ thống xử lý chủ yếu là hầm biogas và/hoặc hồ tự nhiên. Các hệ thống này phần nào giảm được một phần ô nhiễm, tuy nhiên chưa đạt được hiệu quả như mong đợi.
Gần đây, bước đầu đã có một số nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni. Nhóm tác giả Ngơ Kế Sương và cs. [5,6] đã nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni trên mơ hình thử nghiệm 30 m3/ngày-đêm bằng hệ thống bể yếm khí - bể lọc yếm khí - hồ sinh học tại Xí nghiệp chăn ni Gị Sao. Hiệu quả xử lý các thành phần hữu cơ, nitơ và chất rắn lơ lửng (SS) của hệ thống này khá cao đều đạt trên 95%. Tuy nhiên thời gian lưu nước thải của hệ thống rất lớn (bể yếm khí 22,4 h, bể lọc yếm khí 16 h, hồ sinh học 720 m2 (24 m2/1m3 nước thải), thể tích thiết bị và mặt bằng xây dựng lớn, vì vậy khó áp dụng trong thực tế.
Trung tâm ứng dụng và chuyển giao tiến bộ khoa học và công nghệ Vĩnh Phúc ứng dụng biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas bằng công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với hồ sinh học ở qui mô thử nghiệm 3 – 5 m3/ngày- đêm. Nước thải sau khi xử lý qua hệ thống này chỉ đạt ngưỡng loại C của QCVN 40: 2011.
Ngồi ra cịn có một số nghiên cứu mang tính chất khảo sát sơ bộ ban đầu, như: ứng dụng tảo lam của Trung tâm nghiên cứu sinh học thực nghiệm (Viện nghiên cứu ứng dụng, Bộ Khoa học và Công nghệ); xử lý SS bằng keo tụ điện hóa của tác giả Trương Thanh Cảnh – Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia TP.HCM; và một số nghiên cứu khác về các mơ hình kết hợp cột lọc sinh học hiếu khí và bể tảo, mơ hình thực vật thủy sinh, mơ hình kết hợp bể bùn hoạt tính hiếu khí và bể nuôi tảo.
Các kết quả nghiên cứu ban đầu của Viện Công nghệ môi trường về xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp SBR [10] đạt được khá cao đối với COD (80 – 90%) cũng như amoni (90%), tuy nhiên hiệu quả xử tổng nitơ còn bị hạn chế (40%). Do đó cần tiếp tục nghiên cứu, tối ưu hóa điều kiện vận hành nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nitơ.
Về nghiên cứu ứng dụng quá trình Anammox trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam, tác giả Lê Công Nhất Phương (Đề tài luận văn tiến sỹ, Viện Môi trường và Tài Nguyên, Trường Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh) đã bước đầu nghiên cứu làm giàu nhóm vi khuẩn Anammox từ bùn ở bể UASB của hệ thống xử lý nước thải nuôi lợn và nghiên cứu thử nghiệm xử lý amoni trên mơ hình thí nghiệm 10 L/ngày [7]. Kết quả cho thấy thời gian làm giàu nhóm vi khuẩn Anammox từ 4-5 tháng, hiệu suất loại bỏ amonni của q trình nitrit hóa – Anammox kết hợp trên hệ thiết bị phịng thí nghiệm là 80 – 97%. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng điều khiển khống chế q trình nitrit hóa để đạt được tỉ lệ N-NH4+: N- NO3- xấp xỉ 1 : 1 là rất quan trọng, quyết định đến hiệu xuất xử lý tổng của quá trình, và tỉ lệ COD/T-N cao sẽ ảnh hưởng không tốt đến hoạt động xử lý nitơ của vi khuẩn Anammox, do cạnh tranh yếu hơn so với các nhóm vi khuẩn kỵ khí khác. Đây là
một phương pháp có nhiều triển vọng trong tương lai, tuy nhiên cần có thêm nhiều nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là về mặt kỹ thuật kiểm sốt q trình và làm chủ cơng nghệ, đồng thời cần được phát triển để phù hợp với điều kiện trang trại Việt Nam.
Về hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi tại các trang trại chăn nuôi lợn, khảo sát của Viện Kỹ thuật nước và Công nghệ môi trường phục vụ cho việc xây dựng sổ tay công nghệ xử lý nước thải công nghiệp của Dự án JICA – Viện Công nghệ môi trường [13] cho thấy, phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi phổ biến hiện nay là sử dụng bể biogas để cung cấp khí sinh học cho việc đun nấu, thắp sáng và chạy máy phát điện... Việc sử dụng bể biogas ở các trang trại chăn nuôi nhằm mục đích xử lý chất thải và khai thác nguồn năng lượng mới. Nhưng nước thải sau bể biogas vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi thải vào môi trường. Một vài trang trại có hệ xử lý nước thải hoàn chỉnh hơn thường theo qui trình như sau: Bể biogas/hoặc bể ổn định kỵ khí Bể aeroten/hoặc lọc sinh học
hiếu khí Hồ sinh học (tùy nghi hoặc thực vật thủy sinh). Phần lớn các trang trại đều gặp trục trặc với bể biogas, hồ sinh học thường đòi hỏi thể tích/diện tích rất lớn (Cơng ty Cổ phần Đầu tư, Thương mại & Chăn nuôi Đông Á (120 m3/ngày): thể tích 5.600m3; Cơ sở hợp tác chăn ni heo hậu bị (35 m3/ngày) : diện tích 1.200 m2).
Nhìn chung, cho đến nay vẫn chưa có những nghiên cứu mang tính tổng thể đánh giá đầy đủ hiệu quả và tính phù hợp của các công nghệ vi sinh đối với nguồn nước thải chăn nuôi sau xử lý yếm khí. Các nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi chỉ mới dừng lại ở qui mơ phịng thí nghiệm hay qui mơ thử nghiệm cho một loại hình cơng nghệ nào đó. Hiệu quả xử lý của các mơ hình nghiên cứu hoặc chưa đạt được yêu cầu mong muốn; hoặc quá phức tạp, cần thể tích thiết bị và mặt bằng xây dựng lớn. Kỹ thuật xử lý hiếu khí – thiếu khí để xử lý thành phần dinh dưỡng trong nước thải sau xử lý yếm khí cho nước thải chăn ni ở nước ta hầu như chưa có.
1.5.2. Ngồi nước
thải cơng nghiệp khác (nước thải chế biến thực phẩm, nước thải nhà máy sữa, nước thải chế biến phomat, nước thải giết mổ gia súc, …) bằng phương pháp SBR [18,19,20]. Kết quả nghiên cứu của Kim và cs. [20] đối với nước thải chăn nuôi lợn (COD = 1000 mg/L, N-NH4+ = 3400 mg/L, T-P = 145 mg/L), trong khoảng tải trọng 0,063 – 0,25 kg-COD/m3-ngày, với chu trình xử lý 12h cho thấy hiệu suất xử lý đạt 57,4 – 87,4% đối với COD, 90,8 – 94,7% đối với N-NH4+. Kết quả nghiên cứu của Edgerton và cs. [23] với nước thải đầu vào có COD = 4500 mg/L, N-NH4+ = 250 mg/L, T-P = 383 mg/L, với các quá trình yếm khí/hiếu khí/thiếu khí, ở tải trọng 1,18 kg-COD/m3-ngày, chu trình xử lý 12 h cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tương ứng với COD, N-NH4+ và T-P . Một số nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của phương pháp SBR cũng đã được thực hiện. Nghiên cứu của Bortone và cs. [19], và Filali và cs. về xử lý nước thải chăn nuôi lợn cho thấy chế độ cấp nước thải 2 lần trong chu kỳ xử lý cho hiệu suất xử lý cao hơn chế độ cấp nước thải 1 lần. Trong nghiên cứu của Bortone [19], ở chế độ cấp nước thải 1 lần, nước thải được cấp vào giai đoạn đầu của chu trình xử lý, còn ở chế độ cấp nước thải 2 lần, nước thải được cấp vào đầu chu trình xử lý và vào giai đoạn khử nitrat thứ hai vi t l lu lng l ắ v ẳ. Hiệu quả xử lý tổng nitơ ở chế độ cấp nước thải 2 lần cao hơn chế độ cấp nước thải 1 lần (93% so với 88%). Hiện nay người ta cũng cải tiến hệ thống SBR bằng cách bổ sung thêm bể hoạt hóa bùn sinh học vào phía trước hệ thống, và hồi lưu bùn trở lại nhằm làm tăng hoạt tính của bùn. Phương pháp SBR được coi là một công nghệ xử lý hiệu quả đối với nhiều loại nước thải sinh hoạt và công nghiệp [29].