Bằng sáng chế hệ thống xử lý và tái sử dụng nước thải từ hoạt động chăn nuôi gia súc và gia cầm
Thứ Ba,
15/09/2026
NGÔ XUÂN TRƯỜNG
Bằng sáng chế của công ty Boying, Hạ môn, Trung quốc đã được cấp số CN103304101A ngày 27/05/2015 trình bày chi tiết về một hệ thống thiết bị tiên tiến được thiết kế để xử lý nước thải từ hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm theo hướng tái tạo tài nguyên và tuần hoàn sử dụng. Mục tiêu cốt lõi là giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do nước thải chăn nuôi có nồng độ chất hữu cơ cao, đồng thời thu hồi các nguồn lực giá trị như khí sinh học (biogas), phân bón hữu cơ và nước tái sử dụng. Bằng cách kết hợp các công nghệ tiêu hóa kỵ khí, khử nitơ amoni, lọc sinh học sục khí (BAF) và khử trùng điện phân, hệ thống cho phép tái sử dụng 60-80% lượng nước sau xử lý cho các hoạt động của trang trại, giúp giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả kinh tế.
Nước thải từ các trang trại chăn nuôi quy mô lớn là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng do các đặc tính sau:
- Nồng độ chất ô nhiễm cực cao: COD dao động từ 5.000–13.000 mg/L, BOD từ 5.000–6.000 mg/L, và tổng lượng chất rắn lơ lửng (SS) có thể đạt tới 17.000–20.000 mg/L.
- Tác động môi trường: Gây hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, ô nhiễm nước ngầm thông qua thẩm thấu, phát sinh mùi hôi từ khí methane, hydrogen sulfide và là tác nhân truyền nhiễm mầm bệnh.
- Hạn chế của công nghệ hiện tại: Các phương pháp truyền thống thường có chi phí đầu tư và vận hành cao, hiệu quả thu hồi tài nguyên (nitơ, phốt pho) thấp, và khó đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải khắt khe nếu không được pha loãng với lượng nước lớn.
Cấu tạo và Quy trình Công nghệ
Hệ thống xử lý là một chuỗi các thiết bị liên kết chặt chẽ, bao gồm:
1. Giai đoạn Tiền xử lý và Tiêu hóa Kỵ khí
- Bể kỵ khí (Anaerobic tank): Nước thải được thu gom và đưa vào bể để phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí. Quá trình này giúp nâng cao giá trị B/C (khả năng phân hủy sinh học) của nước thải.
- Thiết bị thu khí: Thu hồi khí methane ($CH_4$) và carbon dioxide ($CO_2$) sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí để làm nhiên liệu.
2. Giai đoạn Tách chất rắn và Điều tiết
- Bể ngăn cách/Lưới lọc: Loại bỏ các tạp chất nổi và chất rắn thô để tránh tắc nghẽn các thiết bị phía sau.
- Bể điều tiết: Điều chỉnh lưu lượng và nồng độ nước thải, đồng thời thực hiện lắng sơ bộ.
3. Giai đoạn Khử Nitơ Amoni
Đây là bước quan trọng để thu hồi tài nguyên, có thể thực hiện theo một trong hai phương pháp:
- Phương pháp kết tủa Struvite: Sử dụng các muối magie và phốt phat (MgCl2, Na2HPO4) để tạo kết tủa Magie Amoni Phốt phat (MgNH4PO4 \cdot 6H_2O$), một loại phân bón giải chậm hiệu quả cao.
- Phương pháp thổi khí (Stripping): Sử dụng tháp thổi khí để tách amoniac, sau đó hấp thụ bằng axit vô cơ (HCl, H2SO4, HNO3 hoặc H3PO4) để tạo thành muối amoni làm phân bón hóa học.
4. Giai đoạn Xử lý Chuyên sâu
- Bể lọc sinh học sục khí (BAF): Sử dụng các vật liệu lọc như zeolite, hạt gốm hoặc đá núi lửa. Tại đây, các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ còn sót lại và khử nitơ.
- Bể khử trùng: Sử dụng công nghệ điện phân với các điện cực trơ xúc tác nano (lớp phủ oxit kim loại có kích thước hạt từ 10–35 nm). Quá trình này tạo ra các gốc tự do có tính oxy hóa mạnh để diệt khuẩn, khử màu và mùi.
5. Xử lý Bùn và Tái sử dụng
- Hệ thống xử lý bùn: Bùn từ các bể lắng và BAF được đưa vào bể bùn, sau đó qua máy ép bùn để tạo bánh bùn khô, sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ.
- Tuần hoàn nước: 60-80% nước sau xử lý được đưa vào bể chứa nước tái sử dụng để phục vụ chăn nuôi; 20-40% còn lại được xả thải đạt tiêu chuẩn.
Các Ưu điểm Vượt trội của Hệ thống
Dựa trên phân tích kỹ thuật, hệ thống mang lại nhiều lợi ích so với các công nghệ đơn lẻ:
- Hiệu quả tài nguyên cao: Thu hồi tối đa biogas, phân bón và nước. Phân bón Struvite thu hồi không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hay độc tố trong nước.
- Tiết kiệm năng lượng: Chi phí vận hành kỵ khí thấp hơn nhiều so với hệ thống hiếu khí trực tiếp (chỉ bằng khoảng 1/10 điện năng tiêu thụ).
- Ổn định và Bền vững: Việc sử dụng điện cực nano trong khử trùng giúp tăng độ ổn định của chất lượng nước tái sử dụng, loại bỏ triệt để các chỉ số COD, SS và vi khuẩn.
Phân tích Hiệu quả Thực nghiệm
Kết quả từ các ví dụ thực tế cho thấy sự cải thiện rõ rệt về chất lượng nước qua từng công đoạn:
|
Chỉ số (mg/L)
|
Nước thải đầu vào
|
Sau Kỵ khí
|
Sau khử Nitơ
|
Sau BAF
|
Đầu ra cuối cùng
|
|---|---|---|---|---|---|
|
CODcr
|
5.000 - 13.000
|
620 - 710
|
350 - 550
|
40 - 44
|
30 - 35
|
|
BOD5
|
2.900 - 4.500
|
380 - 480
|
300 - 460
|
1
|
1
|
|
SS
|
16.500 - 20.000
|
450 - 500
|
28 - 30
|
3
|
1 - 2
|
|
Nitơ Amoni
|
1.000
|
830 - 950
|
13 - 15
|
5
|
3
|
Nước sau xử lý cuối cùng đáp ứng tiêu chuẩn GB/T18920-2002 về tái sử dụng nước cho sinh hoạt đô thị (nước dội nhà vệ sinh, tưới cây...).
Kết luận
Hệ thống thiết bị này đại diện cho một giải pháp toàn diện và bền vững cho ngành chăn nuôi. Bằng cách chuyển đổi "nước thải" thành "tài nguyên", công nghệ này không chỉ giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm mà còn mang lại giá trị kinh tế trực tiếp thông qua việc giảm chi phí phân bón, năng lượng và nước sạch, góp phần phát triển nông nghiệp sinh thái tuần hoàn.
Link download bằng sáng chế full tiếng Trung: https://drive.google.com/file/d/1KuzM624Vsccr5Uf760KOERf3tQNqQRZ6/view?usp=sharing
Danh mục
Dịch
