Trước tiên, chúng ta sẽ đi sơ qua về các công nghệ xử lý nước thải trong chăn nuôi heo (lợn), gà, trâu bò,… Một số phương pháp đã và đang được áp dụng hiệu quả tại Việt Nam.
Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
Khác với quy trình xử lý nước thải khu công nghiệp, quy trình xử lý nước thải trong chăn nuôi chủ yếu dùng kết hợp các phương pháp sinh học hóa lý. Các phương pháp thường được ứng dụng như:
Phương pháp xử lý yếm khí
Đây là phương pháp được ứng dụng rất hiệu quả để xử lý giai đoạn đầu của cả quá trình, phương pháp này bao gồm nước thải có chứa phân từ việc rửa chuồng trại. Đây là phương pháp không thể thay thế khi xử lý nước thải bao gồm cả phân và nước, do hàm lượng chất khô và chất hữu cơ cao nên nếu sử dụng các phương pháp khác sẽ quá tải và không đạt hiệu quả mong muốn.
Mặt khác, trong phân gia súc (heo, gà, bò,…) có chứa lượng lớn khoảng 60% – 65% chất hữu cơ nên khi phân hủy bằng phương pháp này sẽ thu được một lượng lớn khí Biogas (CH4) để tận dụng làm nguồn khí đốt phục vụ cho trang trại, tiết kiệm được chi phí.
Phương pháp này hiện nay vẫn được sử dụng nhiều ở các trang trại, đồng thời vẫn được tiếp tục nghiên cứu nên sẽ có nhiều cải tiến đáng kể. Tuy nhiên, phổ biến nhất vẫn là bể dạng hình vòm cầu để thu khí Biogas, dạng này sử dụng nhiều cho quy mô gia đình, trang trại.
Phương pháp xử lý hiếu khí
Sử dụng phương pháp này để xử lý nước thải đã được tách ra từ phân sau quá trình phân hủy yếm khí do quá trình phân hủy yếm khí chỉ đạt được 60% – 70% quy trình, do đó mà nước thải sau quá trình yếm khí vẫn chưa đạt được tiêu chuẩn thải ra môi trường. Vì vậy mà cần phải sử dụng phương pháp xử lý hiếu khí để xử lý triệt để hơn.
Phương pháp xử lý hiếu khí nước thải chăn nuôi được áp dụng theo nhiều dạng khác nhau như: bùn hoạt tính lơ lửng (Aeroten), lọc sinh học qua lớp vật liệu, mương oxy hóa,…
Phương pháp xử lý bằng hồ sinh học
Phương pháp này thường được ứng dụng ở nhiều trang trại, cơ sở chăn nuôi có diện tích lớn, ứng dụng phương pháp này để xử lý nước thải sau công đoạn sử lý nước thải yếm khí thu Biogas.
Các trang trại có thể kết hợp vừa chăn nuôi – xử lý nước thải, vừa nuôi thủy hải sản (cá, tôm,…), tuy nhiên hiệu quả xử lý nước thải của phương pháp này rất thấp và thường gây ô nhiễm môi trường nước do các loại tảo có trong ao hồ và các loại thực vật thủy sinh khác phát triển mạnh (do dư thừa chất dinh dưỡng).
Phương pháp xử lý bằng bãi lọc trồng cây
Phương pháp này được ứng dụng khá nhiều trên thế giới, nhưng hiện nay tại Việt Nam mới nghiên cứu và áp dụng. Phương pháp này khá đơn giản, chủ yếu áp dụng vào giai đoạn sau để loại bỏ triệt để các chất dinh dưỡng, cặn, và vi sinh vật.
Nguyên lý của phương pháp này chủ yếu sử dụng thực vật chịu nước và tạo hệ vi sinh vật để hấp thụ, phân hủy các chất dinh dưỡng còn lại trong nước.
Phương pháp hóa lý
Phương pháp này chủ yếu áp dụng để loại bỏ cặn và trung hòa cũng như khử trùng.
Biogas là gì?
Biogas hay còn được gọi là khí sinh học, là một dạng khí hỗn hợp được sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của phân động vật và những hợp chất hữu cơ lên men dưới tác động của nuôi cấy vi sinh vật.
Thành phần của khí Biogas (hay khí sinh học Biogas) gồm có: khí metan – CH4 chiếm hơn 60%, khí cacbonic – CO2 chiếm khoảng 30%, và một số loại khí khác như N2, H2, H2S,…
Khí metan chiếm lượng lớn trong hỗn hợp khí sinh học Biogas, và đây là khí tạo ra năng lượng khí đốt nhờ vào khả năng gây cháy. Lượng khí Biogas sinh ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quá trình phân hủy sinh học, loại phân, tỷ lệ phối trộn với nước và nhiệt độ môi trường,…
Đặc tính của khí sinh học Biogas
Trọng lượng riêng của khí Biogas khoảng 0.95 kg/m3, tỷ lệ này có thể thay đổi tùy thuộc vào tỷ lệ khí metan – CH4 có trong hỗn hợp.
Khí Biogas rất dễ cháy khi được hòa lẫn đúng tỷ lệ với không khí, thường là 1/9 – 1/10 so với không khí.
Cơ chế hình thành khí sinh học Biogas
Phân của các loài gia súc như heo, bò, trâu, ngựa,… và các chất hữu cơ có trong nước thải dưới tác động của vi sinh vật trong môi trường hiếm khí sẽ bị phân hủy thành các chất hòa tan và chất khí (CH4, CO2, N2, H2, H2S,…).
Trải qua nhiều quá trình phản ứng, phần lớn các chất khí được chuyển hóa thành metan và khí cacbonic, một phần nhỏ các nguyên tố khác như nito (N), phốt pho (P),… cũng bị thất thoát ra ngoài qua quá trình phân hủy từ hầm Biogas.
Sự phân hủy kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn, với sự tham gia của nhiều chủng loại, chẳng hạn như sự phân hủy tinh bột, protein và lipid thành acid amin, glyxerol, acid béo, methylamine, và các chất khác.
Phản ứng cuối cùng là tạo ra liên kết cao phân tử có có thể phá hủy bởi các vi sinh vật yếm khí như xenlulozo, lignin.
Lý do sử dụng Biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi
Thực tế cho thấy, quy trình xử lý nước thải bằng hầm Biogas luôn đem đến nhiều ưu điểm, cùng với những tác động tích cực với môi trường, cũng như đem lại hiệu quả kinh tế cao khi các hộ chăn nuôi tận dụng được nguồn khí gas có sẵn.
Dưới đây là một số ưu điểm của quy trình xử lý nước thải chăn nuôi gia súc bằng Biogas
- Đây là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, do đó mà các hợp chất hữu cơ, amoni, nito photpho có trong nước thải được xử lý một cách triệt để.
- Có cơ chế vận hành đơn giản, chi phí đầu tư thấp, dễ dàng nâng cấp để tăng công suất khi mở rộng thêm chuồng trại.
- Sử dụng công nghệ sinh khí từ hầm Biogas nên có thể thu được lượng khí đốt phục vụ cho nhu cầu chế biến thức ăn, máy nước nóng sử dụng khí gas, vận hành máy móc thiết bị dùng nhiệt.
- Nước thải sau quá trình xử lý có thể dùng cho mục đích nông nghiệp, làm phân bón cho cây trồng rất hiệu quả.
- Rất thân thiện với môi trường do không phải sử dụng các loại hóa chất độc hại.
- Giảm thiểu bệnh cho gia súc, gia cầm chăn nuôi.
- Không gây ảnh hưởng đến sức khỏe cho con người.
- Quan trọng hơn hết đó chính là sử dụng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng Biogas để phục vụ lại nhu cầu cuộc sống con người nhờ gas.
Trên đây là những sơ lược về khí Biogas, tiếp theo chúng ta sẽ đi sâu về quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng Biogas.
Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi bằng hầm ủ Biogas
Như ở trên chúng tôi đã đề cập về hiệu quả và tính tiết kiệm của việc xử lý nước thải dùng hẩm ủ Biogas, hệ thống xử lý nước thải này có hai chế độ vận hành là tự động và vận hành bằng tay khi gặp sự cố kỹ thuật. Dưới đây là từng bước quy trình xử lý.
Hố thu
Toàn bộ các loại nước thải và chất thải của trang trại chăn nuôi gà, heo, bò sẽ được hệ thống mương dẫn thu gom và chảy vào hố thu. Hố thu này được bố trí kiểu hố thu nước tĩnh, các hạt sạn, cát sẽ bị lắng xuống đáy hố và được loại bỏ ra ngoài bằng máy bơm chìm nước thải Tsurumi. Từ hố thu, nước thải chăn nuôi sẽ chảy vào hầm Biogas.
Hầm Biogas
Bên trong hầm Biogas, dưới sự tác động của chế phẩm vi sinh tốc độ cao, kết hợp với tác động của các loại vi sinh vật kỵ khí, nước thải sẽ bị lên men giúp làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải chăn nuôi. Lượng ô nhiễm này sẽ giảm đến mức phù hợp với tải trọng ở mức cho phép của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas, đồng thời sản sinh ra khí Biogas sử dụng vào trong sản xuất, sinh hoạt.
Ngoài ra hệ thống máy khuấy chìm Faggiolati bên trong hầm sẽ xáo trộn nước thải nhằm tránh lắng cặn và tạo điều kiện sinh khí Biogas (CH4) triệt để nhất.
Lượng khí từ hầm Biogas có lẫn nhiều loại khí như CH4, H2, H2S, CO2,… sẽ được dẫn qua hệ thống tách nước và khử H2S nhằm thu lại khí metan CH4. Khí CH4 này sẽ được dẫn vào bình nén khí và khi đó có thể sử dụng trực tiếp.
Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas
Tùy thuộc vào quy định hiện hành của cơ quan chức năng và yêu cầu của chủ đầu tư công trình mà thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi cho phù hợp.
Hiện nay, quy định trong nước thải chăn nuôi là QCVN 62 2016, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi nêu rõ các cơ sở nào chỉ cần xử lý qua Biogas, cơ sở chăn nuôi nào phải xử lý triệt để nhằm đạt các thông số ô nhiễm theo QCVN.
Hình ảnh quy trình xử lý khí Biogas phục vụ sản xuất – đốt – phát điện
Một số hình ảnh xử lý nước thải chăn nuôi thu khí Biogas
