Biến nước thải chăn nuôi thành phân bón nhả chậm

Nước thải chăn nuôi lợn là nguồn có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, từ góc độ của nhà nghiên cứu, đây lại là một ‘kho báu’ dinh dưỡng NPK quý giá, có thể tận dụng để sản xuất phân bón cho đồng ruộng.

Những năm gần đây, khi chăn nuôi ngày càng phát triển thì nước thải từ các trang trại lợn cũng trở thành cơn ác mộng môi trường ở nhiều địa phương. Trung bình mỗi con lợn thải ra 20–25 lít nước thải và khoảng từ 0,5 - 3 kg phân mỗi ngày. Con số này khi nhân lên với quy mô hàng nghìn con lợn sẽ tạo ra một khối lượng chất thải khổng lồ.

Vấn đề càng nghiêm trọng khi phương pháp xử lý được sử dụng phổ biến hiện nay – hầm biogas – chỉ giải quyết được phần chất thải hữu cơ, còn lại phần lớn các chất dinh dưỡng vô cơ như nitơ, phốt pho, kali vẫn “chảy tuột” ra sông, hồ, ruộng, góp phần gây phú dưỡng, ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm.

Tuy nhiên, một nhóm các nhà khoa học từ Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội do TS. Lê Văn Giang dẫn dắt, đã tìm ra giải pháp hứa hẹn: biến nguồn nước thải đầy rủi ro thành tài nguyên quý - phân bón khoáng nhả chậm Struvite chất lượng cao.

Trong nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ và phốt pho trong nước thải trang trại chăn nuôi lợn bằng kỹ thuật tạo hạt struvite tầng sôi để sản xuất phân hữu cơ của nhóm, phân bón Struvite được tạo ra bằng cách thu hồi các hạt Struvite (MgNH₄PO₄) trong quá trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn, nhờ vào công nghệ kết tinh tạo hạt tầng sôi (Fluidized Bed Homogeneous Crystallization – FBHC).

Khi các ion magiê (Mg²⁺), amoni (NH₄⁺) và phốt phát (PO₄³⁻) trong nước thải gặp nhau ở khoang phản ứng, chúng sẽ “kết dính” thành tinh thể Struvite - một dạng phân bón khoáng nhả chậm, rất tốt cho cây vì cung cấp dinh dưỡng từ từ.
Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ FBHC khắc phục được nhược điểm của công nghệ kết tinh tầng sôi (FBC) truyền thống, vốn phải dùng các hạt mầm không đồng nhất như SiO₂ hay Al₂O₃ để các ion bám vào, khiến phân bón Struvite thu được thường bị lẫn tạp chất, độ ẩm cao, chất lượng thấp và tạo ra nhiều bùn thải cần xử lý tốn kém.

Công nghệ FBHC tạo môi trường tiếp xúc tốt giữa chất lỏng và các hạt rắn trong tầng sôi, đồng thời kiểm soát chặt chẽ điều kiện siêu bão hòa, cho phép các hạt Struvite kết tinh có độ tinh khiết cao, độ ẩm thấp (dưới 5%), và bùn thải được chuyển hóa hoàn toàn thành dạng rắn, dễ tách riêng. Nhóm nghiên cứu cho biết, công nghệ này tương đối dễ vận hành, không cần xây dựng bể xử lý bùn riêng, tiết kiệm được diện tích lắp đặt và chi phí xử lý chất thải.

Trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Thành phố Hà Nội của mình, nhóm nghiên cứu đã vận hành thực tế công nghệ FBHC tại một trang trại nuôi 300 con lợn ở Sơn Tây (Hà Nội). Hệ thống xử lý với công suất 5 m³ nước thải/ngày đêm đã cho ra đời những mẻ phân Struvite đầu tiên đạt chuẩn, có thể bón trực tiếp cho cây trồng.

Tính toán sơ bộ, nhóm đánh giá rằng chi phí đầu tư và vận hành công nghệ FBHC thấp hơn nhiều so với các phương pháp xử lý nitơ-phốt pho khác như nitrat hóa, khử nitơ sinh học hay tách khí NH₃. Thêm vào đó, lượng Struvite thu hồi không chỉ giảm gánh nặng xử lý môi trường mà còn giúp trang trại tiết kiệm chi phí mua phân bón.
Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục thiết kế các module công suất lớn hơn, đủ sức “cân” các trang trại nuôi từ vài nghìn đến vài chục nghìn con lợn. Mục tiêu cuối cùng là biến nước thải chăn nuôi thành “mỏ tài nguyên” tái sinh bền vững, giúp ngành chăn nuôi lợn Việt Nam giảm ô nhiễm, tăng sức cạnh tranh, đáp ứng cam kết giảm phát thải khí nhà kính theo Hiệp định Paris và COP26.

“Nhìn từ góc độ kinh tế tuần hoàn, nước thải chăn nuôi lợn là kho báu dinh dưỡng NPK. Chúng có thể thay thế một phần cho các mỏ tự nhiên đang dần cạn kiệt”, nhóm nghiên cứu nhận xét.

Tham vọng của nhóm nghiên cứu không dừng lại ở lĩnh vực chăn nuôi. Họ dự định mở rộng ứng dụng công nghệ FBHC để xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp như nước thải xi mạ, sản xuất gang thép, nhằm thu hồi các kim loại có giá trị (Al, Ni, B, Fe, F, Zn, Cu). Ngoài ra, họ cũng nhắm đến xử lý các loại nước thải chứa axít phốt pho và axít boric. Những chất này có thể nằm trong nước thải sinh hoạt, tẩy rửa, thực phẩm, công nghiệp hóa mỹ phẩm v.v

Nguồn: Viện Tài nguyên và Môi trường (CRES)