Nghiên cứu sử dụng cây rau ngổ và bèo cái xử lý nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi heo

LỜI CẢM ƠN Trong suốt qúa trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo,động viên, giúp đỡ tận tình từ thầy cô, bạn bè và gia đình. Đến nay, đồ án đã hoàn thành, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô giáo Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập với hệ thống phương tiện dạy học tiên tiến, hiện đại và sự nhiệt tình dạy bảo trong quá trình em học tại khoa nói chung và quá trình thực hiện đồ án nói riêng. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình từ cô giáo Hoàng Thị Loan để em có thể hoàn thành đồ án đúng thời hạn với kết quả tốt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã rất cố gắng tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu xót. Kính mong nhận được các đóng góp và chỉ bảo của thầy cô để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Hưng Yên, ngày tháng năm Sinh viên thực hiện Lê Thị Thanh Huyền MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của thế giới và của Việt Nam. 3 1.1.1. Thực trạng ô nhiễn nước thải do ngành chăn nuôi trên thế giới. 3 1.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của Việt Nam. 4 1.2. Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo. 7 1.2.2. Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi heo đến môi trường nước. 8 1.3. Tổng quan về nitơ và photpho. 13 1.3.1. Tổng quan về nitơ 13 1.3.2. Tổng quan về photpho. 15 1.3.3. Hiện tượng phú dưỡng 17 1.3.4. Một số phương pháp xử lý đồng thời cả nitơ và photpho phổ biến. 18 1.4. Ứng dụng thực vật thủy sinh xử lý nitơ và photpho. 22 1.4.1. Bèo cái (Pistia stratiotes). 23 1.4.2. Cây rau ngổ (Limnophila aromatica). 24 1.4.3. Vai trò và khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh. 25 1.4.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy sinh………… 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu. 30 2.2. Vật liệu nghiên cứu. 30 2.3. Lấy mẫu. 30 2.4. Dụng cụ thí nghiệm. 31 2.5. Bố trí thí nghiêm. 31 2.6. Phương pháp xác định. 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1. Điều kiến tiến hành thí nghiệm. 38 3.2. Sự thay đổi số lượng lá và rễ của cây. 38 3.3. Sự thay đồi về khối lượng cây. 39 3.4. Sự thay đổi chiều dài rễ và thân. 40 3.5. Sự thay đổi nồng độ NO2 . 41 3.6. Sự thay đổi nồng độ nitrat. 42 3.7. Sự thay đổi nồng độ nitơ tổng. 44 3.8. Sự thay đổi nồng độ PO43. 45 3.9. Sự thay đổi nồng độ photpho tổng. 47 3.10. Sự thay đổi nồng độ COD. 48 3.11. Sự thay đổi nồng độ BOD5. 50 3.12. Sự thay đổi hàm lượng Tss. 51 3.13. Sự thay đổi hàm lượng sinh vật trong nước thải. 53 3.14. So sánh với các kết quả nghiên cứu của các loại cây khác đã được nghiên cứu. 54 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 4.1. Kết luận. 55 4.2. Kiến nghị. 55 PHỤ LỤC 58

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt qúa trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo,động viên,giúp đỡ tận tình từ thầy cô, bạn bè và gia đình Đến nay, đồ án đã hoàn thành, em xingửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy côgiáo Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng

em học tập với hệ thống phương tiện dạy học tiên tiến, hiện đại và sự nhiệt tình dạybảo trong quá trình em học tại khoa nói chung và quá trình thực hiện đồ án nói riêng

Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡtận tình từ cô giáo Hoàng Thị Loan để em có thể hoàn thành đồ án đúng thời hạn vớikết quả tốt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô!

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã rất cố gắng tuy nhiên không thể tránhkhỏi những thiếu xót Kính mong nhận được các đóng góp và chỉ bảo của thầy cô để

đồ án hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng Yên, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Thanh Huyền

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của thế giới và của Việt Nam 3 1.1.1 Thực trạng ô nhiễn nước thải do ngành chăn nuôi trên thế giới 3

1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của Việt Nam 4

1.2 Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo 7

1.2.2 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi heo đến môi trường nước 8

1.3 Tổng quan về nitơ và photpho 13

1.3.1 Tổng quan về nitơ 13

1.3.2 Tổng quan về photpho 15

1.3.3 Hiện tượng phú dưỡng 17

1.3.4 Một số phương pháp xử lý đồng thời cả nitơ và photpho phổ biến 18

1.4 Ứng dụng thực vật thủy sinh xử lý nitơ và photpho 22

1.4.1 Bèo cái (Pistia stratiotes) 23

1.4.2 Cây rau ngổ (Limnophila aromatica) 24

1.4.3 Vai trò và khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh 25

1.4.4 Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy sinh………… 27

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 30

2.2 Vật liệu nghiên cứu 30

2.3 Lấy mẫu 30

2.4 Dụng cụ thí nghiệm 31

2.5 Bố trí thí nghiêm 31

2.6 Phương pháp xác định 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Điều kiến tiến hành thí nghiệm 38

3.2 Sự thay đổi số lượng lá và rễ của cây 38

3.3 Sự thay đồi về khối lượng cây 39

3.4 Sự thay đổi chiều dài rễ và thân 40

3.5 Sự thay đổi nồng độ NO 2 - 41

3.6 Sự thay đổi nồng độ nitrat 42

3.7 Sự thay đổi nồng độ nitơ tổng 44

3.8 Sự thay đổi nồng độ PO 4 3- 45

3.9 Sự thay đổi nồng độ photpho tổng 47

3.10 Sự thay đổi nồng độ COD 48

3.11 Sự thay đổi nồng độ BOD 5 50

3.12 Sự thay đổi hàm lượng Tss 51

3.13 Sự thay đổi hàm lượng sinh vật trong nước thải 53

3.14 So sánh với các kết quả nghiên cứu của các loại cây khác đã được nghiên cứu 54

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

4.1 Kết luận 55

4.2 Kiến nghị 55

PHỤ LỤC 58

DANH M C HÌNH ỤC HÌNH

Hình 1 1:Chu trình nitơ trong tự nhiên 14

Hình 1 2: Tác động của hệ phú dưỡng đến đây chuyền thực phẩm 18

Hình 1 3: Cây bèo cái 23

Hình 1 4: Cây rau ngổ 25

Hình 2 1: Vị trí lấy mẫu cây bèo cái .30

Hình 2 2: Vi trí lấy mẫu cây rau ngổ 31

Hình 2 3: Đường chuẩn nitơ tổng 34

Hình 2 4: Đường chuẩn nitrit 35

Hình 2 5: Đường chuẩn photpho 36

Hình 3 1: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ NO2- (mg/l) 42

Hình 3 2: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ nitrat (mg/l) 43

Hình 3 3: Biểu đồ sự thay đổi nông độ của nitơ tổng (mg/l) 45

Hình 3 4: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ PO43-(mg/l) 46

Hình 3 5: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ phốt pho tổng ( mg/l) 48

Hình 3 6: Biều đồ sự thay đổi nồng độ COD ( mg/l) 49

Hình 3 7: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ BOD5 ( mg/l) 51

Hình 3 8: Sự thay đổi nồng độ Tss( mg/l) 52

DANH M C B NG BI U ỤC HÌNH ẢNG BIỂU ỂU

Bảng 1 1: Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi heo 8

Bảng 1 2: Các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải tính cho 1000 kg trọng lượng sống của lợn (ASEA standards) 9

Bảng 1 3: Một số vi sinh vật gây bệnh trong phân heo (Lê Trình, 1997) 12

Bảng 1 4: Một số thực vật nước phổ biến (Chongrak Polprasert, 1997) 23

Bảng 1 5:Vai trò của các bộ phận của thực vật nước trong hệ thống xử lý (Chongrak Polprasert, 1997) 26

Bảng 2 1: Quy trình lập đường chuẩn nito tổng 34

Bảng 2 2: quy trình lập đường chuẩn nitrit 35

Bảng 2 3: Quy trình lập đường chuẩn 36

Bảng 3 1: Thời gian tiến hành thí nghiệm 38

Bảng 3 2: Sự thay đổi số lượng lá và rễ của cây bèo cái và cây rau ngổ 39

Bảng 3 3: Sự thay đổi của khối lượng cây (g) 40

Bảng 3 4: Sự thay đổi chiều dài rễ và thân cây (cm) 40

Bảng 3 5: sự thay đổi nồng độ NO2- (mg/l) 41

Bảng 3 6: Sự thay đổi nồng độ nitrat (mg/l) 43

Bảng 3 7: Sự thay đổi nồng độ nitơ tổng( mg/l) 44

Bảng 3 8: Sự thay đổi nồng độ của PO43-( mg/l) 46

Bảng 3 9: Sự thay đổi nông độ phốt pho tổng (mg/l) 47

Bảng 3 10: Sự thay đổi nông độ COD ( mg/l) 49

Bảng 3 11: Sự thay đổi nồng độ BOD5 (mg/l) 50

Bảng 3 12: Sự thay đổi hàm lượng Tss ( mg/l) 52

Bảng 3 13: Hàm lượng sinh vật ban đầu 53

Bảng 3 14: Hàm lượng sinh vật sau khi kết thúc thí nghiệm 53

Bảng 3 15: So sánh các kết quả đã nghiên cứu trước 54

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Như chúng ta đã biết, ngành chăn nuôi ở nước ta đã có nguồn gốc từ rất lâu đời

và cũng đóng góp quan trọng trong sự phát triển nền kinh tế đất nước nói chung vàđáp ứng cho nhu cầu thực phẩm nói riêng Để đảm bảo về nguồn thực phẩm cung cấpcho nhu cầu tiêu thụ của người dân, ngành chăn nuôi đã không ngừng phát triển Cụthể là chuyển từ một ngành chăn nuôi lạc hậu, thô sơ, chỉ phát triển rải rác theo từng

hộ gia đình thành một nền chăn nuôi công nghiệp với quy mô, mật độ lớn hơn và các

kỹ thuật trong chăn nuôi tiến bộ hơn Tuy nhiên bên cạnh vấn đề là giải quyết đượcnguồn thực phẩm cung cấp cho nhu cầu của mọi người thì nghành chăn nuôi cũngảnh hưởng tiêu cực không nhỏ đến đời sống và sức khỏe của người dân Đó là vấn đề

ô nhiễm môi trường (ô nhiễm bầu không khí, đất, nước ) do các chất thải từ quá trìnhsản xuất chăn nuôi, đặc biệt là nước thải chăn nuôi Đứng trước tình hình đó vấn đềđặt ra cho các cơ sở chăn nuôi là phải xử lý triệt để nước thải chăn nuôi trước khi thải

ra môi trường Để giải quyết vấn đề này nhiều mô hình xử lý nước thải đã đượcnghiên cứu và đưa vào ứng dụng nhưng hiệu quả xử lý vẫn chưa triệt để, nước thảisau thử nghiệm chưa đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường

Vì vậy em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dung cây rau ngổ và cây bèo cái xử lý nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi heo”.

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nguồn nước mặt trên trái đất ngày càng bị ô nhiễm, chứa nhiều hợpchất hữu cơ (NH3+ ,PO43-), các vsv có hại và vi khuẩn gây bệnh…mà nguyên nhânchính là do hoạt động chăn nuôi của con người làm ảnh hưởng đến khỏe của conngười Vì vậy, xử lý nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi heo là vấn đề cấpthiết

Mục tiêu của đề tài

Đánh giá được hiểu quả xử lý nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi heocủa cây bèo cái và cây rau ngổ

Giảm ô nhiễm môi trường nước từ nước thải chăn nuôi heo

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong đó, chương 1 là phần tổng quan về vấn đề ô nhiễm nước thải ngànhchăn nuôi trên thế giới và của Việt Nam, tìm hiểu về thành phần, tính chất nước thảichăn nuôi và tìm hiểu về cây rau ngổ và bèo cái Chương 2 tiến hành bố trí thínghiệm và phân tích các chỉ tiêu Chương 3 là phần đánh giá kết quả nghiên cứu.Chương 4 là đưa ra các kết luận và kiến nghị cho đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của thế giới và của Việt

Nam.

1.1.1 Thực trạng ô nhiễn nước thải do ngành chăn nuôi trên thế giới.

Theo một tường trình mới được phát hành bởi Tổ chức Nông Lương Liên HiệpQuốc, ngành chăn nuôi tạo ra khí thải khí nhà kính như được đo lường tương đươngvới thán khí, 18% nhiều hơn ngành vận chuyển Đó còn là nguồn thoái hóa đất và ônhiễm nước chủ yếu

Henning Steinfeld, chủ tịch Phân bộ Tài liệu Chăn nuôi và Chính sách của Tổchức Nông Lương Liên Hiệp Quốc kiêm tác giả kỳ cựu của bản tường trình nói rằng:

"Chăn nuôi là một trong những nguồn đóng góp đáng kể nhất gây ra vấn đề môitrường nghiêm trọng hiện nay Cần có hành động khẩn cấp để cứu vãn tình trạngnày."

Với sự phồn thịnh gia tăng, người ta tiêu thụ nhiều sản phẩm thịt và bơ sữa hơnmỗi năm Sản xuất thịt toàn cầu được dự đoán nhiều hơn gấp đôi từ 229 triệu tấn vàonăm 1999 - 2001 đến 465 triệu tấn vào năm 2050, trong khi sản lượng sữa được dự

tính từ 580 đến 1043 triệu tấn.( FAO)

Ngành chăn nuôi đang phát triển nhanh hơn bất kỳ ngành phụ nông nghiệp nàokhác Chăn nuôi cung cấp kế sinh nhai cho 1,3 tỷ người và chiếm 40% sản lượngnông nghiệp toàn cầu Đối với nhiều nông dân nghèo ở các quốc gia đang phát triển,chăn nuôi còn là nguồn năng lượng tái tạo cho chất thải và nguồn phân hữu cơ cầnthiết cho cây trồng của họ

Nhưng sự phát triển nhanh chóng đó đúng thật là một cái giá môi sinh lớn, theotường trình của Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc, “Những phí tổn môi sinhmỗi đơn vị sản xuất chăn nuôi phải được cắt giảm phân nửa, chỉ để tránh mức tổn hại

tệ hơn qua mức hiện tại,” tường trình cảnh báo

Thương nghiệp chăn nuôi là một trong những ngành gây thiệt hại nhiều nhấtcho sự thiếu hụt nguồn nước đang tăng của địa cầu, cùng với những yếu tố khác làm

ô nhiễm nước, rửa trôi và thoái hóa rạn san hô Tác nhân ô nhiễm chính là chất thải

thú vật, chất kháng sinh, kích thích tố, hóa chất từ xưởng thuộc da, phân bón vàthuốc trừ sâu bọ dùng để xịt cây trồng nuôi gia súc.

Những chất thải ra từ các trại chăn nuôi vào các nguồn nước có thể là nitơ (dướidạng amoniac, Nito phân tử, các nitrat,…) 64% lượng amoniac do con người tạo nên

là từ chăn nuôi Amoniac trong không khí sẽ gây ra những trận mưa axit rất tai hại.Nitrat là một chất có hại cho sức khỏe con người nhất là trẻ em nếu uống nước có lẫncác nitrat Photpho có trong phân súc vật thải vào các nguồn nước cũng là một chấtgây ô nhiễm, tuy nhiên không độc như nito Trong một tài liệu của Tổ chức LươngNông quốc tế năm 2004, người ta đã xác định lượng nito và photpho chảy vào biểnĐông từ Việt Nam, Thái Lan và tỉnh Quảng Đông (Trung quốc) có nguồn gốc từ việcchăn nuôi heo Riêng đối với Việt Nam, các ô nhiễm Nito và Photpho từ việc nuôiheo chiếm 38 và 92% của tổng lượng trong các nguồn nước, trong khi tỷ lệ đóng gópcủa các loại nước thải gia đình chỉ là 12 và 5% Các loại vi sinh vật và ký sinh trùngthải ra từ phân, rác chăn nuôi cũng là một hiểm họa lớn cho sức khỏe con người.Ngoài ra ngành chăn nuôi còn thải vào các nguồn nước uống những kháng sinh,hoóc môn tăng trọng đã được đưa vào thức ăn gia súc Ngoài các tác động đến môitrường của những phân, rác trong chăn nuôi thì các khâu giết mổ, thuộc da …cũngđều gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Các kim loại nặng do súc vật thải ra saukhi ăn các thực phẩm có trộn thuốc chữa bệnh hay thuốc tăng trọng cũng có hại chosức khỏe con người

Một tác động lớn đến môi trường của ngành chăn nuôi là việc chiếm giữ tàinguyên nước, đặc biệt quan trong ở các vùng khô cằn Ngành chăn nuôi cần rất nhiềunước, sử dụng 8% lượng nước do con người khai thác không những để cho súc vậtuống (nước chiếm từ 60 đến 70% trọng lượng cơ thể) mà còn trong việc trồng câythực phẩm cho súc vật Trên thế giới, 90% đậu nành được dùng làm thức ăn gia súc.Nếu để sản xuất 1kg bắp người ta chỉ cần 900 lít nước thì muốn có 1kg thịt bò, lượng

nước cần dùng lên đến 15500 lít.(FAO)

1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nước thải ngành chăn nuôi của Việt Nam.

Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh.Tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn 2001 – 2006 đạt 8,9% Tổng đàn trâu, bò từ

6,7 triệu con năm 2001 tăng lên 9,7 triệu con năm 2007 (tăng 7,4%/năm), trong đóđàn bò sữa tăng bình quân 15,0%/năm, đàn bò thịt tăng 9,7%/năm và đàn trâu tăng1,1%/năm; Đàn lợn tăng từ từ 21,8 triệu con năm 2001 lên 26,6 triệu con năm 2007(tăng 3,3%/năm); Đàn gia cầm trước khi có dịch cúm tăng mạnh, từ 218 triệu connăm 2001 lên 254 triệu con năm 2003 (tăng 8,4%/năm); hiện nay tổng đàn gia cầm

là 266 triệu con.[8]

Chăn nuôi nước ta thời gian qua chủ yếu vẫn là phân tán nhỏ lẻ, tập trung chủyếu ở các hộ nông dân với 2 - 3 con trâu bò, 5 - 10 con lợn và 20 – 30 con giacầm/hộ Những năm gần đây, chăn nuôi phát triển theo xu hướng trang trại, tập trungsản xuất hàng hóa Tính đến tháng 10/2006 cả nước có 17.720 trang trại và chủ yếuphát triển ở các tỉnh vùng Đông Nam Bộ, Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằngsông Hồng Các khu chăn nuôi phát triển tự phát, chưa theo quy hoạch, chủ yếu trênđất vườn nhà, đất mua hoặc thuê tại địa phương Nhiều trang trại xây dựng ngaytrong khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường, nguy cơ dịch bệnh cho vật nuôi, conngười và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi

Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO): ngành chăn nuôi đếnnăm 2020 vẫn tiếp tục phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm đảm bảo cho sứckhỏe cộng đồng và gia tăng dân số Sản xuất chăn nuôi đang có xu hướng chuyểndịch từ các nước phát triển sang các nước đang phát triển, từ phương Tây sang cácnước Châu Á Thái Bình Dương Châu Á sẽ trở thành khu vực sản xuất và tiêu dùngcác sản phẩm chăn nuôi lớn nhất Sự thay đổi về chăn nuôi ở khu vực này có ảnhhưởng quyết định đến “cuộc cách mạng” về chăn nuôi trên toàn cầu Nhu cầu tiêuthụ thịt, sữa cho xã hội tăng nhanh ở các nước đang phát triển, ước tính tăng khoảng

7 - 8%/năm

Cũng như các nước trong khu vực, chăn nuôi Việt Nam đứng trước yêu cầu vừaphải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước vàtừng bước hướng tới xuất khẩu Chăn nuôi phải phát triển bền vững gắn với nâng caochất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, khả năng cạnh tranh và bảo vệ môi trường là

xu hướng tất yếu hiện nay Dự kiến mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008

-2010 đạt 8 - 9% năm; giai đoạn -2010 - 2015 đạt khoảng 6 - 7% năm và giai đoạn

2015 - 2020 đạt khoảng 5 - 6% năm

Chất thải chăn nuôi là nguyên nhân gây ô nhiễm lớn cho môi trường tự nhiên

do lượng lớn các khí thải và chất thải từ vật nuôi Các khí thải từ vật nuôi cũng chiểm

tỷ trọng lớn trong các khí thải gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo của Tổ chứcNông Lương Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nitooxit (N2O) trong khí quyển Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trờicao gấp 296 lần so với khí CO2 Độngvật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàncầu, 37% lượng khí Metan (CH4) – loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 23 lần khí

CO2 Theo số liệu ước tính của Cục Chăn nuôi, tổng số chất thải rắn hằng năm từ đàngia súc, gia cầm ở Việt Nam khoảng 73 - 76 triệu tấn Phần lớn chất thải chăn nuôiđược sử dụng làm phân bón Tuy nhiên trước khi đưa vào sử dụng, việc xử lý chấtthải chăn nuôi có sự khác nhau theo quy mô chăn nuôi Với quy mô chăn nuôi trangtrại và gia trại thì việc xử lý chất thải được coi trọng hơn, còn tại các hộ chăn nuôinhỏ lẻ gắn với sản xuất nông nghiệp, chất thải chăn nuôi chủ yếu được vận chuyểntrực tiếp từ chuồng nuôi ra ngoài đồng bón cho cây trồng, số lượng được xử lý rất ít.Theo kết quả điều tra chăn nuôi heo 8 vùng sinh thái, số gia trại, trang trại chăn nuôiheo có áp dụng các biện pháp xử lý chất thải chiếm khoảng 74%, còn lại không xử lýchiếm khoảng 26%; trong các hộ, các cơ sở có xử lý thì 64% áp dụng phương phápsinh học (Biogas, ủ v.v ), số còn lại 36% xử lý bằng phương pháp khác

Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi heo hàng ngày thải ra một lượng lớnchất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mươngtrong vùng làm nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt (nước giếng trong vùng cóváng, mùi hôi tanh), tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẫn ngứa và ghẻ lở cao

Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường sống dân

cư mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến kết quả sảnxuất chăn nuôi Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ởnhiều nơi trên cả nước Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầunguồn nước v.v còn khá phổ biến đã làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm chấtlượng nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp trên vùng rộng lớn Ô nhiễm

môi trường còn làm phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả chăn nuôi.Trong mười năm qua, từ 1997 đến nay, dịch lở mồm, long móng trên gia súc đã diễn

ra thường xuyên và đến nay chưa được khống chế triệt để Từ cuối năm 2003, dịchcúm gia cầm đã bùng phát Từ năm 2003 đến nay, dịch đã tái phát 5 đợt, đã phải tiêuhuỷ trên 51 triệu gia cầm các loại, thiệt hại ước tính lên đến hàng ngàn tỷ đồng Từđầu năm 2007 đã bùng phát hội chứng rối loạn hô hấp và sinh sản (bệnh tai xanh -PSSR) trên heo, gây tổn thất lớn cho ngành chăn nuôi, gây mất an toàn thực phẩm vàcòn có nguy cơ lây nhiễm sang người nguy hiểm không kém bệnh cúm gia cầm, bệnh

1.2 Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo.

Nước phân chuồng là hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng Vì vậynước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân bón Trong1m3 nước phân có khoảng: 5-6kg Nitơ nguyên chất; 0,1kg P2O5; 12kg K2O

(Bergmann, 1965) Nước phân chuồng là nghèo lân, giàu đạm và rất giàu Kali Đạm

trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: urê, axit uric và axit hippuric,khi để tiếp xúc với không khí một thời gian hay bón vào đất thì bị VSV phân giảiaxit uric và axit hippuric thành urê và sau đó chuyển thành amoni cacbonat

1.2.1 Thành phần nước thải chăn nuôi heo.

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ônhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, Nito,photpho và VSV gây bệnh Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường củaViện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi heo có quy mô tập trung thuộc HàNội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấyđặc điểm của nước thải chăn nuôi

 Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protit,

acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa Các chất

vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…

 Nitơ và Photpho: khả năng hấp thụ nitơ và Photpho của các loài gia súc, gia

cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa nitơ và Photpho thì chúng sẽ bài tiết rangoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàmlượng nitơ và photpho rất cao Hàm lượng Nitơ tổng khoảng 200 – 350 mg/l trong đóN-NH4 chiếm khoảng 80-90%; P_tổng là 60-100mg/l

 Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và

trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

Bảng 1 1: Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi heo

(Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên, 1997-1998)

Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng,

vệ sinh dụng cụ, ) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3 /năm

1.2.2 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi heo đến môi trường nước.

Chất thải chăn nuôi không được xử lý hợp lý, lại thải trực tiếp vào môi trườngnước sẽ làm suy giảm lượng oxy hòa tan do cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiếukhí, các vi sinh vật này sử dụng khí oxy để phân hủy các hợp chất hữu cơ từ phân vànước thải chăn nuôi Thêm vào đó, do trong chất thải chăn nuôi hàm lượng chất dinhdưỡng cao lại giàu nitơ, photpho nên dễ dàng tạo điều kiện cho tảo phát triển, gây rahiện tượng phú dưỡng hóa ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh vật thủy sinh trongnguồn tiếp nhận Đồng thời, nước là môi trường đầy đủ các điều kiện thuận lợi cho

quá trình sinh sôi phát triển các vi sinh vật gây bệnh vốn hiện diện trong phân lợn rấtnhiều Đặc biệt nghiêm trọng hơn, nếu các chất thải thấm xuống đất đi vào mạchnước ngầm sẽ gây ô nhiễm nước ngầm, nhất là các giếng mạch nông gần chuồngnuôi gia súc hay gần hố chứa chất thải không có hệ hống thoát nước an toàn

Bảng 1 2: Các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải tính cho 1000 kg trọng lượng sống

của lợn (ASEA standards)

Đa số các carbonhydrate, protein, chất béo trong chất thải có phân tử lượng lớnnên không thể thấm qua màng vi sinh Để chuyển hóa các phân tử này, vi sinh phảiphân hủy chúng ra thành các mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào Vì thế quá trìnhphân hủy hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật trải qua 2 giai đoạn chủ yếu sau:

 Giai đoạn 1: Thủy phân các chất phức tạp thành đơn giản như cacbonhidratthành đường đơn, protein thành axit amin, chất béo thành axit béo mạch ngắn

 Giai đoạn 2 : Phân hủy sinh học hiếu khí để chuyển các chất hữu cơ thành khícacbonic và nước

- Nitơ và Photpho

Bởi vì khả năng hấp thụ nito, photpho của gia súc tương đối thấp nên phần lớn

sẽ được bài tiết ra ngoài Vì vậy, hàm lượng nitơ, photpho trong chất thải chăn nuôitương đối cao, nếu không được xử lý tốt sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồnnước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước

 Nitơ : Theo Jongbloed và Lenis, 1992, đối với heo trưởng thành, trong 100g

nitơ tiêu thụ vào cơ thể có 30g được giữ lại trong cơ thể, 50g được bài tiết theo nướctiểu dưới dạng urê là dạng dễ phân hủy sinh học và độc hại cho môi trường, 20gđược bài tiết theo phân dưới dạng nitơ vi sinh vật là dạng khó phân hủy và an toàncho môi trường Tùy theo sự có mặt của oxy trong nước mà nitơ chủ yếu tồn tại ở cácdạng NH4+, NO2-, NO3-

Khi nước tiểu và phân được bài tiết ra ngoài, nhóm vi khuẩn Urobacteria như Micrococcus ureae sẽ sản sinh ra enzym urease chuyển hóa urê thành NH3,ammoniac nhanh chóng phát tán vào trong không khí gây nên mùi hôi hay khuếchtán vào trong nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước

(NH2)2COH2O NH4OH CO2  NH3 H2OCO2  ( 1)

Nồng độ ammoniac tạo thành tùy thuộc vào lượng urê, pH chất thải và điềukiện lưu trữ chất thải

Sau khi ammoniac khuếch tán vào nước, nó tiếp tục được chuyển hóa thành

NO2-, NO3- nhờ vi khuẩn nitrat hóa trong điều kiện có oxy Đến khi gặp điều kiện kỵkhí nitrat lại bị vi sinh vật kỵ khí khử thành nitơ tự do tách khỏi nước Lượng oxycần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ chứa nitơ trong nước thải chăn nuôi chiếm 47%TOD (nhu cầu oxy lý thuyết)

( 3 )Dựa vào dạng của nitơ trong nguồn tiếp nhận, có thể xác định thời gian nước

bị ô nhiễm: Nếu nitơ trong nước thải chủ yếu ở dạng ammoniac thì chứng tỏ nguồnnước mới bị ô nhiễm, còn ở dạng nitrit (NO2-) là nước bị ô nhiễm một thời gian lâuhơn và ở dạng nitrat (NO3-) là nước đã bị ô nhiễm thời gian dài

Cả ba dạng ammoni (NH4 ), nitrit (NO2-), hay nitrat (NO3-) đều có ảnh hưởngđến sức khỏe con người Vì khi đi vào cơ thể, gặp điều kiện thích hợp (NH4+), và(NO3-) có thể chuyển hóa thành NO2-, mà NO2- có ái lực mạnh với hồng cầu trongmáu mạnh hơn oxy nên khi nó thay thế oxy sẽ tạo thành methemoglobin, ức chếchức năng vận chuyển oxy đến các cơ quan của hồng cầu, ngăn cản quá trình trao đổichất của cơ thể, làm cho các cơ quan thiếu oxy, đặc biệt là ở não dẫn đến nhức đầu,mệt mỏi, hôn mê thậm chí là dẫn tới tử vong

 Photpho : Trong nước thải chăn nuôi, photphat chiếm tỉ lệ cao, thường tồn

tại ở dạng orthophotphat (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphotphat hay (polyphotphat) vàphotphat hữu cơ Photphat không độc hại cho con người, nhưng là một chỉ tiêu đểgiám sát mức độ chuyển hóa chất ô nhiễm của các công trình xử lý có hệ thống hồsinh vật và cây thủy sinh

Trong các hồ nghèo dinh dưỡng nồng độ photpho là thấp và có xu hướng suygiảm Và tỉ lệ nồng độ nitơ và photpho thường lớn hơn 12, do đó sự phú dưỡng hóa

là do photpho khống chế Vì vậy có thể nói photpho là thông số giới hạn để đánh giá

sự phú dưỡng do tác nhân ô nhiễm không bền vững

- Vi sinh vật

Nước thải cuốn theo phân chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh như Shigella, Salmonella, gây bệnh dịch tả, Taenia saginata gây bệnh giun sán, và có cả trứng giun sán như nhóm ký sinh trùng đường ruột Ascaris suum,Oesophagostomum,

Nếu không được xử lý tốt thì khi sử dụng nước thải tưới trực tiếp cho rau, quả làmlan truyền mầm bệnh

Trong môi trường chuồng trại kém vệ sinh, độ ẩm cao, đặc biệt là nơi nướcđọng nhiều ngày hay các mương dẫn thải, nơi lưu trữ thu gom chất thải từ cácchuồng trại là nơi có điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

Khi kiểm tra đánh giá mức độ ô nhiễm nước do vi sinh vật (nhân tố gây bệnh),người ta chỉ tiến hành kiểm tra nhóm vi khuẩn chỉ danh Ba nhóm vi sinh vật chỉ

danh thường sử dụng : Escherichia coli, Streptococcus feacali, Coliform

Bảng 1 3: Một số vi sinh vật gây bệnh trong phân heo (Lê Trình, 1997)

Tên ký sinh vật Lượng ký

sinh trùng

Khả năng gây bệnh

Điều kiện bị diệt

Escherichia Coli 105/100ml Viêm dạ dày 55 60

1.3 Tổng quan về nitơ và photpho.

1.3.1 Tổng quan về nitơ

 Vai trò sinh học.

Nitơ có vai trò sinh lý đặc biệt quan trọng đối với sinh trưởng, phát triển vàhình thành năng suất Nitơ có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có vai

trò quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng, đến hoạt động sinh lý củacây.

Nitơ là nguyên tố đặc thù của protein mà protein lại có vai trò cực kỳ quantrọng đối với cây

+ Protein là thành phần chủ yếu tham gia cấu trúc nên hệ thống chất nguyênsinh trong tế bào, cấu tạo nên hệ thống màng sinh học, các bào quan trong tế bào.+ Protein là thành phần bắt buộc của các enzym

Nitơ có trong thành phần của acid nucleic (AND và ARN) Ngoài chức năngduy trì và truyền thông tin di truyền, axit nucleic đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp protein, sự phân chia và sự sinh trưởng của tế bào

Nitơ là thành phần quan trọng của chlorophyll, là một trong những yếu tố quyếtđịnh hoạt động quang hợp của cây, cung cấp chất hữu cơ cho sự sống của các sinhvật trên trái đất

Nitơ là thành phần của một số phytohormone như auxin và cytokinin

Đây là những chất quan trọng trong quá trình phân chia và sinh trưởng của tế bào vàcủa cây

Nitơ tham gia vào thành phần của ADP, ATP, có vai trò quan trọng trong traođổi năng lượng của cây

Nitơ tham gia vào thành phần của phytochrome có nhiệm vụ điều chỉnhquá trình sinh trưởng, phát triển của cây có liên quan đến ánh sáng như phản ứngquang chu kỳ, sự nảy mầm, tính hướng quang

Vì vậy cây rất nhạy cảm với nitơ Nitơ có tác dụng hai mặt đến năng suất câytrồng, nếu cây trồng thừa hay thiếu Nitơ đều có hại

Thừa Nitơ: khác với các nguyên tố khác, việc thừa Nitơ có ảnh hưởng rấtnghiêm trọng đến sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất ở cây trồng Câysinh trưởng quá mạnh, thân lá tăng nhanh mà mô cơ giới kém hình thành nên cây rấtyếu, dễ lốp đổ, giảm năng suất nghiêm trọng và có trường hợp không có thu hoạch.Thiếu Nitơ: thiếu Nitơ cây sinh trưởng kém, chlorophyll không đượctổng hợp đầy đủ, lá vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, sút giảm hoạt động quang hợp và tích lũy, giảm năng suất Tùy theo mức độ thiếu đạm mà năng suất

giảm nhiều hay ít Trong trường hợp có triệu chứng thiếu đạm thì chỉ cần bổ sungphân đạm là cây sinh trưởng và phát triển bình thường.

 Trạng thái tồn tại của nitơ trong nước

Trong môi trường nước, các hợp chất của nito tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chấthữu cơ, amoni và hợp chất dạng oxy hóa (nitrit và nitrat) Các hợp chất nito là cácchất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yêu nhờ các quá trình sinhhóa

Hình 1 1:Chu trình nitơ trong tự nhiên

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protien hoặc là thànhphần phân hủy prtotein như là các peptid, axit amin, urê

Amoniac (NH 3 ) chính là lượng nitơ amôn (NH+ ) trong nước thải sinh hoạt,nước thải công nghiệp thực phẩm và nước thải chăn nuôi

Trong nước thải nitơ tồn tại dưới đạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%) Nguồnnitơ chủ yếu là nước tiểu tồn tại ở dạng amoniac (NH3), hình thành do quá trình thủyphần urê theo phương trình phản ứng sau:

Phản ứng urê bị thủy phân:

CO(NH2)2 + 2H2O  (NH4)2CO3 (4)Sau đó bị thối rữa:

(NH4)2CO3  2NH3 + CO2 + H2O (5)

Nitrit là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa amoniac hoặc nitơ amoni

trong điều kiện hiếu khí nhơ các loại vi khuẩn Nitrosomonas Sau đó nitrit hình thànhtiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitrat

Các phản ứng của quá trình nirit và nitrat hóa được biểu diễn như sau:

vô cơ trong dạng photphat (PO43-) đóng một vai trò quan trọng trong các phân tử sinhhọc như AND và ARN trong đó nó tạo thành một phần của phần cấu trúc cốt tủy củacác phân tử này Các tế bào sống cũng sử dụng photphat để vận chuyển năng lượng

tế bào thông qua adenoxin triphosphat (ATP) Gần như mọi tiến trình trong tế bào có

sử dụng năng lượng đều có nó trong dạng ATP ATP cũng là quan trọng phosphathóa, một dạng điều chỉnh quan trọng trong tế bào Các muối phosphat canxi đươc cácđộng vât dùng để làm cứng xương của chúng Trung bình trong cơ thể người chứakhoảng gần 1kg photpho và khoảng ¾ số đó nằm trong xương và răng dưới dạngapatit Một người lớn ăn uống đầy đủ tiêu thụ và bài tiết ra khoảng 1 – 3 (g) photphotrong ngày ở dạng photphat

 Tính độc của photpho.

Đây là nguyên tố có độc tính với 50 mg là liều trung bình gây chết người(photpho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của photpho trong khi photphat và

orthophotphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu) Thù hình photpho trắng cần đượcbảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động hóa học rất cao với oxy trongkhí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác với nó cần đươc thực hiện bằng kẹpchuyên dụng và việc tiếp xúc trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêmtrọng Ngộ độc mãn tính photpho trắng đối với các công nhân không được trang bịbảo hộ lao động tốt dẫn đến chứng chết hoại xương hàm Nuốt phải photpho trắng cóthể sinh ra tình trạng mà trong y tế gọi là “hội chứng tiêu chảy khói” Các hợp chấthữu cơ của photpho tạo ra một lớp lớn các chất, một số trong đó là cực kỳ độc Cáceste florophotphat thuộc về số các chất độc thần kinh có hiệu lực mạnh nhất mà ta đãbiết Một loại các hợp chất hữu cơ chứa photpho được sử dụng bằng độc tính củachúng để làm các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, Phần lớn cácphotphat vô cơ là tương đối không độc và là các chất dinh dưỡng thiết yếu.

Khi photpho trắng bị đưa ra ánh sáng mặt trời hay bị đốt nóng thành dạng hơi ở

2500C thì nó chuyển thành dạng photpho đỏ và nó không tự cháy trong không khí, dovậy nó không nguy hiểm như photpho trắng Tuy nhiên việc tiếp xúc với nó vẩn cần

sự thận trọng do nó cũng có thể chuyển thành photpho trắng trong một khoảng nhiêt

độ nhất định và nó cũng tỏa ra khói có độc tính cao chứa các oxit photpho khi bị đốtnóng

 Photpho trong nước.

Trong môi trường nước photpho tồn tại ở 3 trạng thái : orthophotphat (PO43-),polyphotphat và photphat liên kết hữu cơ Các photphat ngưng tụ mạch thẳng haypolyphotphat chứa anion có công thức chung là PnO3n+1 (n+2)-

Polyphotphat bị phân hủy nhanh nhờ quá trình thủy phân như sau :

P3O105- + 2H2O = 2HPO42- + H2PO4 ( 9 )Các photpho hữu cơ được oxy hóa và thủy phân thành orthophotphat Các ionphotphat trong nước thường bị thủy phân theo 3 bậc sau đây (do H3PO4 có 3 nấc phânly)

PO43- + 2H2O  HPO42- + OH- ( 10 )HPO42- + H2O  H2PO4- + OH- ( 11 )

H2PO4- + H2O  H3PO4 + OH- ( 12 )

Khi có mặt muối ion Mg2+ và ion NH4 ở trong dung dịch ammoniac, ion PO4

3-tạo nên kết tủa màu trắng NH4MgPO4 không tan trong dung dịch amoniac nhưng tantrong axit như:

NH4+ + Mg2+ + PO43- = NH4MgPO4 (13)Khi có mặt của muối nhôm ammoni molypdat (NH4)2MoO4 trong dung dịchHNO3 ion PO43- tạo nên kết tủa amoni phosphomolydat{(NH4)3(PMo12O40)}, có màuvàng không tan trong axit nitric nhưng tan trong kiềm và dung dịch ammoniac

3NH4 PO43- + 12MoO42- + 24H+ = (NH4)3(PMo12O40) + 12H2O (14) Những phản ứng này dùng để nhận biết ion PO43- ở trong dung dịch

1.3.3 Hiện tượng phú dưỡng

Phú dưỡng hóa (eutrophication) là việc gia tăng nồng độ của các chất dinhdưỡng đến mức tạo ra sự phát triển bùng nổ các loại tảo, rong trong môi trườngnước Quá trình phú dưỡng hóa đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền thực phẩmcủa hệ sinh thái nước

Trong nước, tảo sử dụng cacbon dioxit, nitơ vô cơ, orthophotphat và các chấtdinh dưỡng khác với lượng vết để phát triển Tảo lại là thức ăn của động vật phù du(zooplankton) Một số lớn cá nhỏ ăn động vật phù du và rong tảo, một số loại cá lớnlại ăn cá nhỏ Như vậy năng suất của dây chuyền thực phẩm lại phụ thuộc vào lượngnitơ và photpho Khi nồng độ nitơ và photpho cao, rong tảo phát triển mạnh tạo rakhối lượng lớn đến mức các loài động vật phù du không thể tiêu thụ hết, dẫn đến làmđục nước Đặc biệt trong nguồn nước tù (ao, đầm) có thể tạo ra nước chứa đầy tảonhư nước xúp Việc phân hủy tảo sẽ tạo ra mùi và tạo ra những chất cặn lắng, gâygiảm oxy hòa tan trong nước, từ đó gây cản trở việc phát triển hầu hết các loài cá.Trong điều kiện đó thì chỉ có một số loài cá dữ mới có thể sống được

Hình 1 2: Tác động của hệ phú dưỡng đến đây chuyền thực phẩm

trong hệ sinh thái nước

Với mật độ rong tảo cao, chất lượng nước sẽ bị suy giảm, gây ảnh hưởng đếncông tác cấp nước sinh hoạt, gây ảnh hưởng đến mỹ quan

Các vùng nước tù, đặc biệt là kênh rạch, các ao hồ ở Hà Nội, ở đồng bằng sôngCữu Long, đồng bằng sông Hồng, những khu vực trong thành phố Hồ Chí Minh, hiện nay đang bị phú dưỡng hóa nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh của cácloài tảo, bèo,

1.3.4 Một số phương pháp xử lý đồng thời cả nitơ và photpho phổ biến

a Phương pháp hóa học

Một số nguồn thải chứa đồng thời photphat và amoni với hàm lượng khá caonhư nước thải chế biến thủy sản, nước giết mổ, nước thải chuồng trại hay từ các bểphốt, đặc biệt là nước chiết ra từ các bể ủ (phân hủy) bùn vi sinh yếm khí hoặc hiếukhí

Các phương pháp áp dụng để xử lý hợp chất nitơ thực chất là áp dụng giải phápphân hủy hợp chất mà chính con người phải tốn công sức để chế tạo, vì vậy việc thu

hồi đồng thời cả thành phần nitơ và photpho để tái sử dụng là phương hướng rất hấpdẫn

Có thể đồng thời kết tủa photphat và amoni để tạo ra hợp chất hóa học struvite,một dạng phân bón tổng hợp (N, P) nhả chậm có chất lượng cao

Struvite tạo thành từ các thành phần:

Mg2+ + NH4 + HPO43- + OH- + 5H2O  MgNH4PO4.6H2O (15)

Từ phương trình phản ứng (15) cho thấy: để tạo ra hợp chất struvite cần tới bathành phần chính là photphat, amoni và magie cùng với kiềm (OH-) tức là phản ứngxảy ra trong môi trường kiềm (pH cao)

Nước thải hầu như không thể hội đủ các yếu tố trên cho sự tạo thành struvite phù hợpvới thành phần hóa học của sản phẩm, Vì vậy cần phải bổ xung các thành phần cònthiếu Tích số tan của struvite giảm khi pH tăng, đạt giá trị cực tiểu trong vùng pH8,5 - 9,0

Để kết tủa photphat và amoni dưới dạng struvite cần phải sử dụng Mg2+ với liềulượng không thấp hơn tỉ lệ của nó trong thành phần hóa học của sản phẩm Đồngthời với mục tiêu thu hồi, mục tiêu làm sạch hợp chất nitơ hoặc photpho hoặc cả haicũng là đối tượng đáng quan tâm: khi ưu tiên một đối tượng nào đó, ví dụ photphothì cần sử dụng dư các hóa chất khác, (NH4- và Mg2+) Phản ứng kết tủa struvite theo

kỹ thuật mẻ có thể thực hiện trong thời gian 4 phút ở nhiệt độ thường, tại pH = 8,5, tỉ

lệ mol Mg/P = 1, nồng độ struvite trong khối sản phẩm đạt 10 - 20% Hiệu quả loại

bỏ photpho là 92% với nồng độ dư là 17 mg/l

Kết tủa struvite cũng có thể thực hiện theo kỹ thuật phản ứng dòng chảy hoặcdạng lưu thể (fluidized bed) Struvite có cấu trúc tinh thể, cấu trúc tinh thể hình thành

từ lúc bắt đầu cho tới sau 18 giờ với kích thước khác nhau tùy điều kiện kết tủa.Kết tủa struvite trên cơ sở đưa mầm kết tinh ban đầu (là struvite) trong kỹ thuậttầng lưu thể cho thấy hiệu quả xử lý (tốc độ) đạt cao khi tinh thể ban đầu có kíchthước nhỏ, tức là cần duy trì diện tích tiếp xúc lớn giữa mầm tinh thể và những tiểuphần tan trong dung dịch, mặt khác dạng tinh thể nhỏ (0,3 mm) dễ sử dụng làm phânbón hơn loại có kích thước lớn (0,5-1,5 mm)

Thu hồi amoni và photphat dưới dạng chất kết tủa struvite tỏ ra hấp dẫn vềnhiều phương diện, về mặt kỹ thuật nó thích hợp cho nước thải chứa các hợp chấttrên với nồng độ cao (ví dụ 100 - 5000 mgN/l) nhưng giá thành xử lý cao

b Phương pháp hóa lý.

Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kíchthước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường

vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ

để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,

… kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Nguyên tắc của phương pháp này là: Cho vào trong nước thải các hạt keo mangđiện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải (các hạt có nguồn gốc silic vàchất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắthidroxi được đưa vào mang điện tích dương) Khi thế điện động của nước bị phá vỡ,các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớnhơn và dễ lắng hơn

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9:phương pháp keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng chất lơ lửng có trong nướcthải chăn nuôi heo

Ngoài keo tụ còn loại bỏ được photpho tồn tại ở dạng PO43- do tạo thành kếttủa AlPO4 và FePO4

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chănnuôi Tuy nhiên chi phí xử lý cao Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chănnuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế

Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắngkém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên Tuy nhiên chi phí đầu tư, vậnhành cho phương pháp này cao, cũng không hiệu quả về mặt kinh tế đối với các trạichăn nuôi

c Phương pháp sinh học.

Khả năng thực hiện việc khử photpho bằng con đường sinh học là mục tiêu củanhiều nghiên cứu khoa học Đó là giải pháp không cần sự hổ trợ của các chất phản

ứng và thực tế là không sản sinh ra lượng bùn dư thừa nào Những nghiên cứu nàythực sự đã bắt đầu vào giữa những năm 60 với công trình của (Shapiro và Levin).Các ông nhận thấy rằng bùn hoạt tính không được sục khí thì giải phóng photpho vàngay khi nồng độ oxy tăng lên bùn sẽ hấp thụ lại photpho Nguyên tắc của photphohóa sinh học là có sự tích lũy photpho vào khối vi sinh Sự tích lũy này có thể gây rado:

- Sự kết tủa hóa học của photpho vô cơ xung quanh vi khuẩn trong những điềukiện riêng biệt của môi trường hẹp ;

- Nâng cấp các hệ xử lí nước thải đang hoạt động một cách dể dàng, với giáthành hợp lí

 Nhược điểm

- Diển biến của quá trình vi sinh phức tạp, vấn đề tách loại nitơ, photpho đượcquan tâm chưa lâu nên các thông số kỹ thuật dùng trong thiết kế cũng như các yếu tốảnh hưỡng tản mạn về giá trị và thậm chí trái ngược về kết quả dẫn đến việc tính toán

dễ gặp sai sót thể hiện ở khâu vận hành

- Kiểm soát điều kiện vận hành rất chặt chẽ sau cho trong vùng yếm khíkhông tồn tại oxy và nitrat

1.4 Ứng dụng thực vật thủy sinh xử lý nitơ và photpho.

Thực vật nước thuộc loài thảo mộc, thân mềm Quá trình quang hợp của cácloài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Vật chất có trong nước sẽ đượcchuyển qua hệ rễ của thực vật nước và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng

hợp thành vật chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với chất khác xây dựng nên tếbào và tạo ra sinh khối Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan Vi sinh vật sẽphân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hòatan để thực vật có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất Quá trình vô cơ hóabởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật nước tạo ra hiệntượng giảm vật chất có trong nước Vì vậy người ta ứng dụng thực vật nước để xử lýnước thải.

Vô cơ hóa Quang hợpCác chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối TV

Sinh khối vi sinh vật

Có 3 loài thực vật nước chính:

- Thực vật nước sống chìm :

Loại thực vật nước này phát triển dưới mặt nước và chỉ phát triển được ở nguồnnước có đủ ánh sáng Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồnnước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước Do đó các loài thực vật nướcnày không hiệu quả trong việc làm sạch nước thải

- Thực vật nước sống trôi nổi :

Rễ của thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và láphát triển trên mặt nước Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước Rễ củachúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy nước thải

- Thực vật sống nửa chìm nửa nổi :

Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước.Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định

Bảng 1 4: Một số thực vật nước phổ biến (Chongrak Polprasert, 1997)

Thực vật nước sống

chìm

Thực vật nước sống nổi

Thực vật nước sống nửa

chìm nửa nổi

1.4.1 Bèo cái (Pistia stratiotes).

Hình 1 3: Cây bèo cái

Pistia là một chi thực vật thủy sinh trong họ Ráy (Araceae), chỉ chứa một loàiduy nhất có danh pháp khoa học là Pistia stratiotes, tại Việt Nam được gọi là bèo cái.Nguồn gốc của nó không chắc chắn là ở đâu, nhưng có thể là khắp vùng nhiệt đới;lần đầu tiên nó được miêu tả một cách khoa học là từ bèo cái ở sông Nin gần hồ

khu vực nhiệt đới vàcận nhiệt đới thông qua phổ biến tự nhiên hay nhờ con người

Nó sống nổi trên mặt nước trong khi rễ của nó chìm dưới nước gần các đám látrôi nổi Nó là một loạicây lâu năm một lá mầm với các lá dầy, mềm tạo ra hình dánggiống như một cái nơ Các lá có thể dài tới 14 cm và không có cuống, có màu xanhlục nhạt, với các gân lá song song, các mép lá gợn sóng và được che phủ bằng các

sợi lông tơ nhỏ và ngắn Nó là một loài thực vật đơn tính, có các hoa nhỏ ẩn ở đoạngiữa của cây trong các đám lá, các quả mọng màu lục có kích thước nhỏ được tạo rasau khi hoa được thụ phấn Loài cây này có thể sinh sản vô tính, các cây mẹ và câycon liên kết với nhau bằng một thân bò ngắn, tạo ra các cụm bèo cái dầy dặc.

Sự phát triển của nó làm cho nó trở thành một loại cỏ dại trong các tuyến đườngthủy Nó là loại cỏ dại sống dưới nước phổ biến tại Hoa Kỳ, cụ thể là ở Florida làkhu vực mà số lượng lớn của nó gây cản trở trên các tuyến đường thủy Nó là mộtloài thực vật có khả năng làm giảm tính đa dạng sinh học của các vùng nước ngọt.Các cụm bèo cái cản trở sự trao đổi khí trong mặt phân giới nước-không khí, điềunày làm giảm lượng ôxy trong nước và giết chết nhiều loài cá, chúng cũng ngăn cản

sự chiếu sáng và giết chết nhiều loài thực vật sống ngầm dưới nước, cũng như làmthay đổi cộng đồng thực vật sống nổi trên mặt nước bằng cách chèn ép chúng

Người ta có thể kiểm soát sự sinh sản của chúng bằng cách vớt chúng khỏi mặtnước và đem đi xử lý

1.4.2 Cây rau ngổ (Limnophila aromatica).

Hình 1 4: Cây rau ngổ

Đặc điểm: Ngổ là cây thân thảo, mọc bò, thân rỗng, giòn, dài 20 – 30 cm, có

nhiều lông, mùi rất thơm; lá mặt nhẵn, mọc đối, không cuống, hơi ôm thân Phần lágần thân nhỏ lại, mép lá có răng cưa nhỏ và thưa Hoa gần như không cuống mọc

đơn độc ở nách lá Quả nang nhẵn, có bướu và nếp nhăn dọc theo quả, ngắn hơn láđài Hạt nhẵn hình trụ có màu đen nhạt, có vân mạng.

Phân bố: Ngổ mọc nhiều nhất trong vùng Đông Nam Á, nơi chúng phát triển

dễ dàng trong môi trường nóng và nhiều nước, như trong ruộng lúa Chúng mọc nổitrên mặt nước nhưng cũng có thể trồng trên cạn nếu tưới nhiều nước; khi đó rau mọcthành bụi Rau này được sử dụng nhiều trong ẩm thực Việt Nam và cũng có thể dùngnhư một cây cảnh trong hồ cá cảnh hoặc bể thủy sinh Rau này du nhập Bắc

Mỹ giữa thập niên 1970 do người Việt vượt biên sang tỵ nạn và định cư sau chiếntranh Việt Nam

1.4.3 Vai trò và khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi

trường nước bởi thực vật thủy sinh.

Bảng 1 5: Vai trò của các bộ phận của thực vật nước trong hệ thống xử lý (Chongrak Polprasert, 1997)

Hệ thống xử lý nước thải bằng TVTS có thể xem như là một bể lọc sinh học

nhỏ giọt, vận tốc thấp có dòng chảy theo chiều ngang Cơ chế loại chất ô nhiễm của

hệ thống chủ yếu là lắng và phân hủy sinh học, bộ rễ của chúng có tác dụng như một

bộ lọc cơ học và tạo giá bám cho vi sinh vật

Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, và nồng độcác chất hữu cơ cao Do đó trong nước thải chứa nhiều độc tố thì pH sẽ quá kiềm tínhhay quá axit đều ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng

Sự phát triển của loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưnglại chậm hơn VSV rất nhiều Tuy nhiên các loài thực vật thủy sinh lại có những khảnăng hơn hẳn VSV Đó là khả năng hấp thụ các kim loại nặng, khả năng ổn định sinhkhối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức độ