Nhờ công nghệ đặc biệt, ngành chăn nuôi lợn không lo ô nhiễm lại tăng năng suất

Okinawa, một hòn đảo cận nhiệt đới ở Nhật Bản có ngành chăn nuôi lợn quy mô lớn, ước tính có hơn 225.000 con lợn trên đảo. Trong khi các trang trại có tác động lớn đến nền kinh tế và văn hóa của hòn đảo, nước thải cũng được xem là một sản phẩm phụ gây "khó chịu" của ngành chăn nuôi này, đặc biệt là với môi trường sinh thái.

Trên khắp hòn đảo, có một lượng lớn nước thải do ngành chăn nuôi lợn thải ra. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đơn vị Hệ thống Sinh học tại OIST đã phát triển một phương pháp mới để xử lý nước thải này, phương pháp này đã được thử nghiệm hiệu quả tại một trang trại lợn địa phương ở Okinawa.

Tiến sĩ Anna Prokhorova, tác giả chính của bài báo được xuất bản gần đây trên tạp chí Bioresource Technology giải thích: "Hệ thống mới của chúng tôi sử dụng hai buồng khác nhau. Trong một ngăn, nước thải chăn nuôi lợn được xử lý để loại bỏ mùi, mầm bệnh và chất hữu cơ, trong khi ở ngăn còn lại, chất nitrat và photphat dư thừa sẽ được loại bỏ khỏi nước thải đã được xử lý thông qua hệ thống sục khí truyền thống. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là hệ thống đầu tiên xử lý thành công hai quy trình quan trọng trong một lần xử lý loại nước thải chăn nuôi".

Hệ thống sục khí thông thường được nông dân sử dụng hiện nay chủ yếu xử lý chất hữu cơ trong nước thải và chuyển amoni thành nitrat nhưng không xử lý thêm nitrat. Tại Nhật Bản, giới hạn thải nitrat đối với ngành chăn nuôi sẽ phải giảm xuống còn 1/5 mức hiện tại (hiện ở mức 500 miligam nitrat-nitơ / lít) để phù hợp với các ngành công nghiệp khác. Người ta ước tính rằng, hơn 35% trang trại ở Okinawa sẽ phải vượt qua theo mức hạn định thải nitrat ở trên.

Tiến sĩ Mami Kainuma, trưởng nhóm của Đơn vị Hệ thống sinh học nhận xét: "Đây là mối quan tâm lớn vì ô nhiễm nitrat có thể gây ra những tác động tai hại đến sức khỏe con người và môi trường. "Khi con người ăn phải nitrat, nó sẽ được chuyển thành nitrit, tác động đến khả năng vận chuyển oxy của máu và có thể dẫn đến chứng methemoglobin huyết".

Methemoglobin huyết là một rối loạn máu trong đó lượng oxy được chuyển đến các tế bào rất ít. Oxy được hemoglobin vận chuyển trong qua máu. Hemoglobin là protein được gắn vào các tế bào máu. Thông thường sau khi vận chuyển oxy, hemoglobin sẽ giải phóng oxy đến các tế bào trong cơ thể. 

Tuy nhiên, một loại hemoglobin được gọi là methemoglobin mang oxy theo dòng máu nhưng không vận chuyển đến các tế bào. Nếu cơ thể sản xuất quá nhiều methemoglobin, nó có thể bắt đầu thay thế hemoglobin bình thường. Điều này có thể gây ra tình trạng không đủ oxy cho các tế bào.

Phương pháp mới được phát triển dựa trên một cộng đồng vi khuẩn phong phú để bắt đầu quá trình. Trong buồng đầu tiên - buồng cực dương - vi khuẩn phản ứng với các phân tử hữu cơ hiện diện, giải phóng các điện tử trong quá trình này. Sau đó, các điện tử được chuyển sang buồng thứ hai gọi là buồng catốt thông qua các điện cực. Buồng cực âm thu nước thải trước đó để trải qua quá trình sục khí rồi xử khí hàm lượng nitrat cao trong nước thải.

Sau khi thực hiện thành công các bước trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đưa thí nghiệm đến một trang trại lợn ở Okinawa, nơi họ có thể tiếp cận bể sục khí và nước thải thô. Thí nghiệm dài hạn này cho thấy, vi khuẩn loại bỏ nitrat một cách hữu hiệu. Cụ thể, nhờ điện thế đặt vào điện cực trong phạm vi từ 0,4V đến 0,6V trong buồng cực âm, cộng đồng vi khuẩn đã kích hoạt tốc độ khử nitrat cao gấp 60 lần so với trong điều kiện bình thường.

Một lợi ích bổ sung khác là khi các chất hữu cơ và đặc biệt là các axit béo dễ bay hơi bị phân hủy trong nước thải thô, mùi giảm đi và số lượng mầm bệnh cũng theo đó mà giảm theo.

"Chúng tôi rất hài lòng với kết quả cho đến nay". Tiến sĩ Prokhorova nói thêm. "Hệ thống này có thể mở rộng, chi phí thấp, dễ lắp ráp và bảo trì thấp. Chúng tôi hy vọng rằng, trong vài năm tới, nó sẽ được sử dụng bởi nông dân ở Okinawa và các địa điểm khác có vấn đề tương tự, chẳng hạn như các cộng đồng nông thôn ở lục địa Nhật Bản và Đông Nam Á".