Chăn nuôi gia súc

Giữa làn sóng phát triển công nghiệp quy mô lớn không ngừng lan rộng trên toàn cầu trong lĩnh vực chăn nuôi, chăn nuôi lợn nổi bật như một ngành trụ cột, đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an ninh lương thực và sinh kế của người dân. Tuy nhiên, ngành quan trọng này liên tục phải đối mặt với hai thách thức lớn và song song: một mặt là "mở rộng công suất nhanh chóng", mặt khác là "kiểm soát ô nhiễm nghiêm ngặt". Mâu thuẫn này nằm ở trung tâm của phát triển nông nghiệp bền vững: làm thế nào để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về protein động vật trong khi giảm thiểu tác động đến môi trường, đặc biệt là ảnh hưởng từ các phụ phẩm chất thải.

Trường hợp của các doanh nghiệp chăn nuôi heo hiện đại tại Hàn Quốc là một minh chứng nổi bật cho tình thế khó khăn toàn cầu này. Những doanh nghiệp này, nhiều đơn vị có hàng thập kỷ kinh nghiệm và chuyên môn sâu rộng trong ngành nhân giống, đã đi theo con đường mở rộng quy mô liên tục nhằm đạt được lợi thế về quy mô và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường. Sự mở rộng này, dù mang lại lợi ích kinh tế, lại dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ về khối lượng phân và nước thải phát sinh. Hậu quả là, các doanh nghiệp này đang phải đối mặt với những vấn đề ô nhiễm nước nghiêm trọng và phức tạp, đe dọa đến hệ sinh thái địa phương cũng như việc tuân thủ các quy định môi trường ngày càng khắt khe.

Nước thải phát sinh từ các trang trại chăn nuôi heo tập trung này không đơn thuần là nước thải loãng; mà là một hỗn hợp đậm đặc chứa nhiều loại chất gây ô nhiễm, tạo ra thách thức lớn trong xử lý. Các thông số chất lượng nước chính thường đạt mức báo động. Nhu cầu oxy hóa học (COD), thước đo lượng chất ô nhiễm hữu cơ, có thể tăng vọt lên tới 6000 mg/L, cho thấy lượng lớn chất hữu cơ có thể bị oxy hóa. Đồng thời, nồng độ nitơ amoniac (NH3-N) thường vượt quá 1200 mg/L. Mức độ nitơ amoniac cao đặc biệt gây vấn đề vì chúng độc hại đối với sinh vật thủy sinh và có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng ở các nguồn nước tiếp nhận. Ngoài các chỉ số hóa học này, nước thải còn được đặc trưng bởi sự hiện diện của lượng lớn chất rắn lơ lửng, chủ yếu bao gồm các hạt thức ăn chưa tiêu hóa và cặn bã phân heo. Thành phần rắn này không chỉ góp phần làm tăng COD mà còn làm phức tạp thêm các quy trình xử lý. Hơn nữa, dòng chất thải này chứa đựng một hệ vi sinh vật gây bệnh đa dạng và tiềm ẩn nguy hiểm, bao gồm vi khuẩn, virus và ký sinh trùng, bắt nguồn từ đường tiêu hóa của vật nuôi. Những tác nhân gây bệnh này đặt ra nguy cơ nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và vật nuôi nếu không được vô hiệu hóa đầy đủ, có khả năng làm ô nhiễm nguồn nước và lây lan dịch bệnh.

Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường không đạt hiệu quả khi đối mặt với loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao và thành phần phức tạp như vậy. Các quá trình bùn hoạt tính thông thường có thể bị quá tải do tải lượng hữu cơ và nitơ cao, dẫn đến sự cố hệ thống và chất lượng nước thải đầu ra không ổn định. Các hệ thống hồ sinh học, mặc dù phổ biến, đòi hỏi diện tích đất lớn và dễ bị rò rỉ, phát sinh mùi, cũng như biến động theo mùa về hiệu suất. Những hạn chế của các phương pháp thông thường này thường khiến các trang trại khó đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải, dẫn đến nguy cơ bị phạt tiền, bị hạn chế hoạt động và gặp phải sự phản đối từ cộng đồng. Thách thức đặt ra không chỉ đơn thuần là xử lý chất thải, mà còn phải thực hiện một cách đáng tin cậy, hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong khuôn khổ của một hoạt động chăn nuôi.

Chính trong bối cảnh đầy thách thức này, việc ứng dụng và tích hợp các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, như hệ thống xử lý nước thải QDEVU, đã chứng minh được tính đột phá. Việc áp dụng các giải pháp công nghệ định hướng này đã giúp các doanh nghiệp tiên phong chuyển đổi từ tư duy phòng thủ chỉ đơn thuần là "xả thải" hoặc xử lý nhằm tuân thủ quy định sang một mô hình tham vọng và chiến lược hơn là "sử dụng toàn diện nguồn tài nguyên từ phân và nước thải."

Vậy, bước đột phá nhảy vọt này thể hiện trong thực tế như thế nào? Hành trình bắt đầu bằng việc tách bỉm rắn khỏi phân lỏng hiệu quả và mạnh mẽ hơn. Các thiết bị tách rắn-lỏng tiên tiến, chẳng hạn như máy ép trục vít hoặc máy ly tâm, được sử dụng để chiết xuất một lượng lớn cặn bã rắn từ phân. Phân rắn đã tách này không còn được xem là chất thải đơn thuần mà là một nguồn tài nguyên có giá trị. Nó có thể được ủ thành compost một cách hiệu quả, với quá trình thông khí và kiểm soát nhiệt độ, để sản xuất ra phân bón hữu cơ chất lượng cao, ổn định và giàu dinh dưỡng. Phân compost này có thể được đóng gói và bán ra thị trường, tạo ra một nguồn doanh thu mới và giảm nhu cầu sử dụng phân bón hóa học trên các vùng đất nông nghiệp lân cận. Trong một số hệ thống tiên tiến, chất thải rắn này cũng được đưa vào các bể tiêu hóa kỵ khí.

Phân đoạn lỏng, mặc dù vẫn còn chứa nhiều chất ô nhiễm hòa tan, sau đó được đưa vào quá trình xử lý nhiều giai đoạn trong các hệ thống như QDEVU. Quá trình này thường bao gồm giai đoạn tiêu hóa kỵ khí ban đầu. Trong các bể không có oxy, các cộng đồng vi sinh vật phân hủy các phân tử hữu cơ phức tạp, giảm đáng kể lượng COD và BOD (nhu cầu oxy sinh học). Một lợi ích quan trọng của quá trình kỵ khí này là thu giữ khí biogas—một hỗn hợp chủ yếu gồm methane (CH4) và carbon dioxide (CO2). Biogas này là một nguồn năng lượng tái tạo mạnh mẽ. Nó có thể được đốt trong các máy phát điện để sản xuất điện và nhiệt phục vụ cho các cơ sở trang trại, giúp giảm chi phí năng lượng và tăng tính độc lập trong vận hành. Sau khi được nâng cấp, nó thậm chí có thể được bơm vào lưới khí tự nhiên hoặc sử dụng làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông.

Sau xử lý kỵ khí, nước trải qua một loạt quá trình hiếu khí. Tại đây, trong điều kiện có oxy, các vi khuẩn chuyên biệt thực hiện nhiệm vụ quan trọng là nitrat hóa, chuyển đổi nitơ amoniac độc hại đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat. Các giai đoạn yếm khí tiếp theo tạo điều kiện cho khử nitrat, trong đó các vi khuẩn khác chuyển đổi nitrat thành khí nitơ vô hại, rồi thải ra khí quyển. Quá trình loại bỏ nitơ sinh học này rất cần thiết để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn an toàn trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng. Các công nghệ màng tiên tiến, như Siêu lọc (UF) hoặc Thẩm thấu ngược (RO), có thể được áp dụng như bước hoàn thiện cuối cùng nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng còn lại, tác nhân gây bệnh và muối. Kết quả là nguồn nước có chất lượng cao đến mức có thể an toàn xả vào môi trường, dùng để tưới tiêu, hoặc thậm chí được tái chế phục vụ các mục đích không uống được ngay tại trang trại, chẳng hạn như vệ sinh chuồng trại, từ đó góp phần tiết kiệm tài nguyên nước ngọt.

Do đó, việc triển khai các hệ thống tích hợp đã chuyển đổi toàn bộ khuôn khổ quản lý chất thải. Chất thải từng là vấn đề được phân tách và chuyển hóa một cách hệ thống thành ba nguồn tài nguyên chính: phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng từ phần chất rắn, năng lượng biogas tái tạo từ quá trình kỵ khí, và nước tái sử dụng chất lượng cao. Cách tiếp cận nền kinh tế tuần hoàn, khép kín này không chỉ giải quyết hiệu quả các vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng—giảm mạnh hàm lượng COD, nitơ amon và vi sinh vật gây bệnh xuống mức đạt chuẩn—mà còn nâng cao tính bền vững, khả năng chống chịu về mặt kinh tế và sự chấp thuận xã hội đối với hoạt động của trang trại. Đây là bước tiến căn bản trong việc chuyển từ coi ô nhiễm là một khoản chi phí sang quản lý tài nguyên như một nguồn lợi nhuận, thiết lập tiêu chuẩn mới cho tương lai của ngành chăn nuôi gia súc tập trung trên toàn thế giới.