Kết quả phân tích cho thấy, nhu cầu oxy hóa học (COD) trong nước thải chăn nuôi lợn tại các nông hộ đạt 39,33 mg/l, cao hơn 3,9 lần so với tiêu chuẩn cho phép; tại các gia trại đạt 120,08 mg/l, cao hơn 12 lần; và tại các trang trại đạt 11,9 mg/l, gấp 1,12 lần mức cho phép. Hàm lượng vi khuẩn Coliform trong nước thải cũng vượt ngưỡng an toàn nhiều lần. Cụ thể, tại các nông hộ, hàm lượng Coliform đạt 571.200 MPN/ml, cao hơn 114,24 lần mức cho phép; tại các gia trại đạt 542.500 MPN/ml, cao hơn 108,5 lần; và tại các trang trại đạt 937.500 MPN/ml, cao hơn 187,5 lần. Sự hiện diện của các vi khuẩn này trong nước thải không qua xử lý là một vấn đề nghiêm trọng, không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

Để giảm thiểu tác động tiêu cực của nước thải chăn nuôi lợn, cần áp dụng các biện pháp xử lý hiệu quả như xây dựng hệ thống biogas, sử dụng đệm lót sinh học và tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi. Quy chuẩn QCVN 62 MT:2016/BTNMT quy định các giá trị giới hạn của các thông số ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi, nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Việc áp dụng các công nghệ xử lý nước thải như hệ thống xử lý sinh học và biogas không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn có thể tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải.

Than sinh học (biochar) là sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân yếm khí các vật liệu hữu cơ, như phế phẩm nông nghiệp, ở nhiệt độ cao. Với cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, than sinh học có khả năng hấp phụ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước thải, bao gồm cả nước thải chăn nuôi. Cụ thể, than sinh học được ứng dụng để loại bỏ các chất hữu cơ, kim loại nặng và chất dinh dưỡng dư thừa như amoni và photphat, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp phụ photpho của than sinh học chế tạo từ các nguồn nguyên liệu khác nhau, việc chế tạo than sinh học từ mùn cưa gỗ keo để hấp phụ photpho trong nước thải chăn nuôi vẫn còn hạn chế. Để khắc phục khoảng trống này, bài báo này đặt mục tiêu đánh giá đặc tính của nước thải chăn nuôi và ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ photpho trong nước thải chăn nuôi bằng than sinh học chế tạo từ mùn cưa gỗ keo.

1. Phương pháp nghiên cứu

1.1. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải

* Lấy mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas:

- Số lượng mẫu: 01 mẫu.

- Vị trí lấy mẫu: Nước thải chăn nuôi lợn sau khi được xử lý bằng bể biogas của hộ gia đình ông Cao Quang Hạ, tổ 14, phường Tích Lương, thành phố Thái Nguyên.

- Phương pháp lấy mẫu: theo TCVN 5999:1995 - Chất lượng nước - Lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mầu nước thải.

* Chỉ tiêu theo dõi:

- Nước thải chăn nuôi lợn sau biogas được phân tích các chỉ tiêu: pH, TSS, BOD5, COD, tổng N, tổng P, tổng K, Coliform.

- Nước thải chăn nuôi lợn sau biogas sau thí nghiệm được phân tích: Tổng P.

* Phương pháp phân tích:

- pH: được đo bằng máy đo pH meter.

- TSS: được xác định bằng phương pháp khối lượng

- BOD5: được xác định bằng phương pháp pha loãng

- COD: được xác định bằng phương pháp so màu

- Tổng N: được đo bằng máy đo tổng N

- Tổng P, Tổng K: được xác định bằng phương pháp so màu

1.2. Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ và đánh giá đặc điểm của vật liệu hấp phụ

Than sinh học: được chế tạo theo phương pháp nhiệt phân chậm.

Nguyên liệu (mùn cưa gỗ keo) được sấy khô trong không khí, được bảo quản trong hộp kín để nhiệt phân. Quá trình nhiệt phân chậm nguyên liệu được thực hiện trong bếp than sinh học ở nhiệt độ khoảng 600 °C trong thời gian 2 giờ. Sau đó, than sinh học được để nguội và nghiền nhỏ, dán nhãn SP600.

Các phương pháp quét điện tử quang phổ (SEM) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) được sử dụng để đánh giá đặc trưng của than sinh học từ mùn cưa gỗ keo và than sinh học biến tính.

1.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH nước thải đến khả năng xử lý photpho trong nước thải chăn nuôi của than sinh học được thực hiện theo các bước như sau:

Cho vào mỗi bình tam giác 250 ml 0,2 g vật liệu SP600 và 50 ml nước thải chăn nuôi, điều chỉnh pH của nước thải từ 6 đến 9, sau đó lắc 150 phút trên máy lắc. Mỗi công thức thí nghiệm được nhắc lại 3 lần. Mẫu sau lắc được lọc để phân tích tổng photpho, từ đó tính hiệu suất xử lý photpho của than sinh học.

1.4. Phương pháp xử lý số liệu

- Số liệu được xử lý bằng phần mềm SAS và so sánh các công thức thí nghiệm với nhau và với các nghiên cứu khác.

2. Kết luận

Nghiên cứu đã cho thấy nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas vẫn còn chứa hàm lượng các chất ô nhiễm vượt mức cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật hiện hành: TSS vượt 5,49 lần; COD vượt 0,55 lần; BOD5 vượt 1,27 lần; Tổng N vượt 0,86 lần; Coliform vượt 1,2 lần. Đồng thời kết quả cũng khẳng định rằng than sinh học chế tạo từ mùn cưa gỗ keo là một vật liệu tiềm năng trong xử lý photpho trong nước thải chăn nuôi sau biogas, với hiệu suất xử lý cao nhất đạt 32,33% tại điều kiện pH trung tính (pH = 7). Các nhóm chức như hydroxyl (-OH), carbonyl (C=O), và carboxyl (COOH) cùng cấu trúc xốp của than sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng hấp phụ. Tuy nhiên, hiệu suất giảm đáng kể khi pH lệch khỏi giá trị tối ưu, do ảnh hưởng của sự thay đổi tính chất hóa học của photphat và bề mặt hấp phụ. Việc tối ưu hóa cấu trúc và áp dụng các phương pháp hoạt hóa là cần thiết để nâng cao hiệu quả xử lý, mở ra tiềm năng ứng dụng bền vững trong bảo vệ môi trường và tái sử dụng tài nguyên.