đề tài , luận văn xử lí nước thải hồ nuôi tôm bằng thực vật

đề tài xử lí nước thải hồ nuôi tôm bằng thực vật với mô hình bằng thực vật có tác dụng xử lí nước khi đổ thải vào môi trường, mô hình có tính ứng dụng rất lớn vào thực tiễn, để xử lý nước thải của các khu vự nuôi tôm trên đát nước việt nam

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, việc xử lý nước thải chi phí thấp được nghiên cứu và áp dụng nhiều trên thế giới Đặc biệt là xử lý nước thải bằng mô hình bãi lọc trồng cây nhân tạo đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều ở nước ta.Trên thế giới, bãi lọc ngầm nhân tạo được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu để xử lý nước thải phân tán như sinh hoạt, chăn nuôi, công sở, bệnh viện trong tự nhiên thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường Các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ,

Bồ Đào Nha còn cho thấy bãi lọc trồng cây nhân tạo có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị, xử lý phân bùn bể phốt và xử

lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây tạo còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp

dụng.phương pháp này tại Việt Nam như "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội);

"Xây dựng hay luận án “Nghiên cứu Công nghệ bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải chăn nuôi trong điều kiện tỉnh Thái Nguyên” do trường Đại học Nông Lâm thực hiện xuất phát từ thực tiễn đó hệ thống bãi lọc ngầm có thể hoàn toàn có thể

áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam

Đặc biệt hệ thông nuôi tôm xuất hiện nhiều ở các tỉnh miền trung đã mang lại nhiều hiệu quả, lợi ích kinh tế cho người dân nhưng đi cùng với đó có lượng nước thải có nhiều sinh vật gây bệnh và các chất hữu cơ tồn tại trong nước với số lượng lớn gây ản hưởng môi trường nghiêm trọng để xử lí nước thải từ hệ thông nuôi tôm cần một phương pháp xử lí đơn giản, nhanh và hiệu quả xuất phát đi cùng với

đó tai địa phương nuôi tôm xã Thạch Trị huyện Thạch Hà tĩnh HÀ Tĩnh có cây

bòn bồn có thể xứ lí nước thải rất tốt từ thực tiễn trên nên chúng tôi chọn đề tài

“Xử lí nước thải trong hồ nuôi tôm tôm bằng hệ thống bãi lọc trồng cây bồn bồn”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng mô hình bãi lọc ngầm nhân tạo kết hợp nhằm khảo sát hiệu quả xử

lý nước thải si trong hệ thống hồ nuôi tôm tỉnh Hà Tĩnh

- Quan trắc, phân tích đánh giá chất lượng nước thải sau khi xử lý bằng mô hình Bãi lọc ngầm nhân tạo

- Đánh giá kết quả phân tích và so sánh hiệu quả xử lý nước thải của các hạng mục trong mô hình

3 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng mô hình thực nghiệm (bãi lọc đất ngập nước, bãi lọc ngầm dòng chảy ngang )

- Vận hành, quan trắc mô hình: thời gian từ tháng 1 – 4/2015

- Quan trắc, phân tích mẫu xử lý nước thải

- Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình, so sánh hiệu quả hoạt động của các bể trong mô hình

4 Phương pháp nghiên cứu

a, Phương pháp thu thập tài liệu:

Tìm hiểu về các báo cáo của những công trình nghiên cứu thục nghiệm khác vềchủ đề xử lý nước thải bằng bãi lọc ngầm nhân tạo hoặc khả năng xử lý nước thải của các loại cây

Tổng hợp các thông tin, tài liệu liên quan đến tình hình ô nhiễm nước thải trong khu vực hồ nuôi tôm: các nguồn gây ô nhiễm chính và lưu vực thoát nước;

hiện trạng thu gom và xử lý nước thải tại thời điểm trước và lúc đang xây dựng

Khảo sát và thu thập các loài thực vật có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong

mô hình thí nghiệm Tiến hành ươm mầm và khảo sát hiệu quả xử lý nước thải của từng loại cây

Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm để kiểm tra khả năng xử lý nước thải của các loại thực vật, tính toán thời gian lưu nước

- Phương pháp lấy mẫu:

Xác định các địa điểm lẫy mẫu, số lượng mẫu cần lấy trên mỗi đợt

Xác định các chỉ tiêu ô nhiễm cần xác định trong mẫu nước thải nhằm chọn cách lấy mẫu và phương pháp bảo quản mẫu phù hợp

Bảng 0.1 Các phương pháp phân tích chất ô nhiễm [5]

Số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu được tổng hợp, sắp xếp thành các bảng và được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel

Thể hiện, thống kê các kết quả, thông số bằng đồ thị, biểu đồ nhằm so sánh khả năng xử lý các chất ô nhiễm của các loại đất ngập nước nhân tạo; so sánh khả năng xử lý chất ô nhiễm của các loài thực vật và khả năng tự làm sạch của môi trường đất

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước thải hồ nuôi tôm

1.1.1. Sự phát triển nghề nuôi tôm ở việt nam.

Những thử nghiệm đầu tiên trong sản xuất giống tôm biển (Penaeus merguiensis và P penicillatus) đã được tiến hành vào những năm 1970

ở miền Bắc Việt Nam Trong khoảng 1984 – 1985, tôm sú (P monodon)

đã được sản xuất thành công tại các tỉnh miền Trung Ở đồng bằng sông

Cửu Long, sản xuất các loài tôm giống bản địa (P merguiensis và P indicus) bắt đầu vào năm 1988 và sau đó đã chuyển đổi phần lớn sang tôm sú năm 1997 Tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (P vannamei)

đã được đưa vào Việt Nam năm 2000 và nhanh chóng phát triển nuôi ở các tỉnh miền Trung, kể từ năm 2007, nuôi tôm thẻ chân trắng đã lan rộng vào đồng bằng sông Cửu Long

Năm 1986, chỉ có 16 cơ sở giống sản xuất được 3,3 triệu tôm giống/postlarvae Tới năm 2005, có đến 4.280 cơ sở giống đa phần quy

mô nhỏ sản xuất ra 28,8 tỷ tôm giống/postlarvae, chủ yếu là tôm sú Tuy nhiên, kể từ năm 2005, đã có một sự thay đổi lớn trong ngành công nghiệp sản xuất tôm giống Số lượng các cơ sở sản xuất giống giảm dần, nhưng quy mô cơ sở tăng lên nhanh chóng, đặc biệt là các cơ sở sản xuất giống tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương Đến năm 2012, số lượng các cơ sở sản xuất giống giảm xuống còn 1.715, nhưng sản lượng tăng lên đến 67 tỷ tôm giống/postlarvae, trong đó tôm thẻ chân trắng là

30 tỷ Năm 2013, sản lượng tôm thẻ chân trắng tăng lên 47 tỷ con, hơn gấp đôi tôm sú là 21 tỷ Hiện nay, các tỉnh miền Trung là nơi có tới 40%

cơ sở sản xuất giống của cả nước và sản lượng chiếm 70%

Phương pháp nuôi tôm thâm canh hơn theo thời gian, ban đầu là các hệ thống nuôi quảng canh ở những năm 1970, đến quảng canh cải tiến trong những năm đầu thập niên 1980, rồi đến các hệ thống nuôi bán

thâm canh và thâm canh kể từ năm 1985 và mới đây là các hệ thống nuôi siêu thâm canh.

Các hệ thống nuôi độc canh, hệ thống rừng ngập mặn và hệ thống luân canh lúa/tôm đã được phát triển vào đầu những năm 1980 Năm 1991, Việt Nam có 230.000 ha ao nuôi tôm với tổng sản lượng khoảng 56.000 tấn, tăng lên 600.479 ha và 304.257 tấn vào năm 2005, chủ yếu là tôm

sú Tuy nhiên, nuôi tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương đã phát triển nhanh chóng kể từ sau đó, và năm 2013, tổng diện tích nuôi là 652.613

ha đạt sản lượng 475.854 tấn, trong đó tôm thẻ chân trắng chiếm 9,8%

về diện tích nuôi đạt 51,7% sản lượng

Hiện nay, đồng bằng sông Cửu Long chiếm hơn 90% diện tích nuôi và 60% sản lượng hàng năm Mặc dù có xu hướng chuyển sang các hệ thống nuôi thâm canh ngày càng nhiều, nhưng các hệ quảng canh cải tiến, rừng ngập mặn và luân canh tôm/lúa vẫn chiếm phần lớn với hơn 85% diện tích nuôi ở Việt Nam

Mặc dù nuôi tôm ở Việt Nam vẫn còn đặc trưng chủ yếu là hộ gia đình quy mô nhỏ, nhiều cơ cấu tổ chức khác như hợp tác xã, doanh nghiệp độc lập và các công ty lớn cũng đã được thành lập Các chứng nhận tiêu chuẩn quốc tế từ Global GAP, Hội đồng Quản lý Nuôi trồng Thủy sản

và Thực hành Nuôi trồng Thủy sản Tốt nhất đã và đang được áp dụng và phát huy

1.1.2. Thành phần, đặc điểm của nước thải hồ nuôi tôm

Chất thải bắt nguồn từ thức ăn không ăn hết, phân và chuyển hoá dinh dưỡng là nguồn gốc chủ yếu của các chất gây ô nhiễm ở các trại nuôi tôm quản

lý kém Người ta đã quan sát, thấy rằng trong hệ thống thâm canh tôm thì chỉ có

15 - 20% thức ăn được dùng vào phát triển mô động vật, có tới 15% tổng lượng thức ăn hao hụt do không ăn hết và thất thoát, chỉ có 40 - 45% là được sử dụng trong quá trình chuyển hoá bình thường, duy trì và lột vỏ Lượng chất thải sinh

ra có liên quan với công nghệ sản xuất thức ăn và hệ thống nuôi tôm

Nitơ và photpho là những nguyên tố chủ yếu trong chất thải bắt nguồn từ thức ăn Việccho thức ăn quá nhiều, nước không ổn định, thức ăn dễ tan, thức

ăn khó hấp thu và khả năng duy trì nitơ là những yếu tố liên quan với nước thải có chứa nhiều nitơ và phôtpho Thức ăn thừa, chiếm tỷ lệ lớn (30 - 40%) của ô nhiễm nitơ Người ta ước lượng rằng, có khoảng 63 - 78% nitơ và 76 - 80% photpho cho tôm ăn bị thất thoát vào môi trường Nitơ dưới dạng protein được tôm hấp thu và bài tiết dưới dạng ammoniac Tổng khối lượng nitơ và photpho sản sinh trên 1 ha trại nuôi tôm bán thâm canh có sản lượng 2T, tương ứng khoảng 113 kg và 43 kg Ðương nhiên, trong hệ thống nuôi thâm canh thì khối lượng này tăng gấp từ 7 - 31 lần

Các nguồn khác của chất thải hữu cơ là mảnh vụn thực vật phù du hoặc tảo dạng sợi (lab-lab) và chất lắng đọng hoặc chất hữu cơ hoà tan/huyền phù là

do nước lấy vào mang theo Chất thải nuôi thuỷ sản còn có chứa một ít dư lượng của các chất kháng sinh, dược phẩm, thuốc trị liệu và kích thích tố

1.2. Tổng quan về mô hình bãi lọc trồng cây nhân tạo

1.2.1. Khái niệm bãi lọc trồng cây nhân tạo.

- Bãi lọc trồng cây nhân tạo hay còn gọi là bãi lọc ngập nước là những vùng đất được quy hoạch sẵn, phân thành từng thửa và từng ô, trong đó mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật, thực vật sống trong môi trường đó

- Người ta có thể thay thế đất trong các ô, thửa này bằng các loại vật liệu lọc tự nhiên có khả năng lọc và hấp thụ chất bẩn cao như cát, sỏi, đá dăm, gạch vỡ Hệ thống phân phối và thu nước bố trí phù hợp khả năng thấm lọc của các loại vật liệu lọc và diện tích ô lọc

- Bên trên trồng các loại cây thân xốp, rễ dài xuyên vào trong khối vật liệu lọc Khi nước thải chảy qua bãi lọc sẽ được làm sạch bởi quá trình sinh học (cây hấp thụ các chất dinh dưỡng nitơ, photpho và một lượng nhỏ các kim loại nặng phục vụ cho qua trình sinh trưởng và phát triển) Các vi sinh vật bám dính vào

bề mặt vật liệu lọc và thân, rễ cây tạo thành màng vi sinh Khi nước thải tiếp xúc với màng vi sinh, các chất hữu cơ dễ phân hủy, nitơ, photpho… sẽ bị phân hủy và hấp thụ

1.2.2. Phân loại bãi lọc trồng cây nhân tạo

Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây nhân tạo kết hợp còn được hiểu là các bãi lọcđất ngập nước Nó được phân lạo như sau:

Sơ đồ 1.1 Phân loại bãi lọc

- Bãi lọc dòng chảy ngầm (SSF): Chia thành 2 loại:

+ Bãi lọc dòng chảy ngang (HF): dòng chảy của nước theo phương ngang và lớp vật liệu luôn giữ trong trạng thái bão hòa nước Nước thải chảy trong hệ thống sẽ được

xử lý trong điều kiện hiếu khí, tùy nghi và kỵ khí Quá trình hiếu khí xảy ra ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi mà O2 tạo ra do quá trình quang hợp của cây trồng trên bãi lọc được vận chuyển qua thân, rễ vào trong lớp vật liệu lọc Ở nơi xa rễ cây xảy ra các quá trình kị khí và tùy nghi

Bãi lọc dòng chảy đứng (VF): dòng chảy của nước theo phương thẳng đứng, lớp vật liệu không bão hòa nước vì nước được cấp không liên tục, theo các khoảng thời gian nhất định Các hợp chất hữu cơ có trong nước thải được xử lý chủ yếu trong điều hiếu khí

nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc.

+ Các hợp chất hữu cơ được phân hủy nhờ các vi sinh vật dính bám trên thân, cành, lá của cây

BOD5 - Phân hủy bởi VSV

- Lắng (tích lũy trong bùn đáy )

Nitơ - Nitrat hóa – Khử nitrat

1.3.1. Ưu nhược điểm.

* Ưu điểm của hệ thống:

- Chi phí đầu tư thấp

- Chi phí vận hành, bảo trì thấp

- Dễ vận hành

- Có thể kết hợp nhiều mục đích (xử lý nước thải, tạo cảnh quan xanh sạch đẹp,…)

* Nhược điểm của hệ thống:

- Yêu cầu diện tích lớn

- Thời gian lưu nước thải lâu, dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết bên ngoài,

…

Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm

2.1.1. Tiêu chí lựa chọn mô hình

- Đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải hồ nuôi tôm đạt chuẩn

- Kế thừa kết quả nghiên cứu và ngoài nước, đó là sử dụng hệ thống kết hợp cho hiệu quả cao hơn mô hình đơn lẽ

- Sử dụng cây trồng bản địa; các loại vật liệu lọc có sẵn, dễ kiếm và rẻ tiền

ở địa phương

2.1.2. Lựa chọn cây trồng

a, Bồn bồn.

Tên gọi khác: Thủy hương(Miền Nam),

-Tên khoa học: Typha angustifolia, thuộc họ Typhaceae

Hình 2.1 Hoa súng được đem về trồng tại bể FWS

Phân bố.

Ở Việt Nam các loài cây bồn bồn sống lâu năm, mọc hoang dại trong ao, mương, kênh, rạch, bàu trũng khắp tỉnh thuộc khu vực nam bộ và một số tỉnh ven biển Cây bồn bồn có khả năng tái sinh mạnh

Đặc điểm

Ở Việt Nam bông súng là loài cây dại mọc nơi ao hồ hoặc ở những thửa ruộng thấp vào mùa nước nổi ở miền Tây Loài cây này vươn lên theo nước lũ, nước càng dâng cao thì cuống lá, cọng càng dài Lá trải rộng trên mặt nước và hoa màu trắng, màu tím hay màu hồng vươn lên khỏi mặt nước

b, Ươm, trồng cây.

Uơm cây trong nước cho ra rễ (3 – 4 cm), sau đó đem trồng vào các chậu

để tiến hành nghiên cứu Chọn những cây khỏe mạnh có thời gian sinh trưởng

như nhau, thân và lá có kích thước tương đương nhau Thân dài 40 – 45 cm, có

từ 6 – 8 lá

Hình 2.6 Mô hình sau khi đã trồng cây.

2.2. Lựa chọn vật liệu.

2.2.1. Giá đỡ mô hình và mái che.

- Thiết kế 3 giá đỡ mô hình để đảm bảo chiều cao thủy lực đảm bảo dòng nước chảy tự động qua mô hình

Giá đỡ bể chứa trung gian: chiều cao 1,6 m

Giá đỡ bể HF: chiều cao 1m

Giá để bể FWS có chiều cao 1m

- Mái che mưa được thết kế để che mưa cho mô hình tránh nước mưa rơi trực tiếp vào mô hình, pha loãng nước thải gây sai số cho quá trình quan trắc thông số đầu ra.

Hình 2.7 Giá đỡ và mái che mô

Hình 2.8 Thùng xốp chuẩn bị cho mô hình bãi lọc

2.2.3. Vật liệu lọc

Vật liệu lọc là đá sỏi, với kích thước khác nhau phân ra 3

loại: Loại 1: đá sỏi kích thước 3 x 4 (cm)

Loại 2: đá sỏi kích thước 1 x 2

(cm) Loại 3: đá sỏi kích thước ≤1

x 1 (cm)

Vật liệu lọc được phân loại, rửa sạch sắp xếp theo thứ tự kích thước lớn ở dưới kích thước nhỏ ở trên, chia thành 3 lớp có chiều cao bằng nhau cho mỗi bể., mỗi lớp vật liệu lọc cao 10 cm

Hình 2.9 03 lớp vật liệu lọc khi đưa vào mô

hình

2.2.4. Hệ thống ống dẫn nước, van điều chỉnh, giàn phân phối nước thải

Thiết kế và lắp đặt hệ thống dẫn nước cho mô hình đất ngập nước nhân tạo

kết hợp đảm bảo lưu lượng nước ổn định chảy qua mô hình để đảm bảo mực

nước luôn luôn cao hơn lớp vật liệu lọc, có van điều tiết lưu lượng nước vào ra

2.2.5. Trồng cây.

Sau quá trình tuyển chọn các loài cây bản địa phù hợp với mục đích xử lý nước thải trong mô hình bãi lọc trồng cây nhân tạo ta tiến hành ươm giống trồng cây cho phát triển ở môi trường đất tự nhiên Sau khi cây đã phát triển ổn định,

ta tiến hành tuyển chọn những cây tốt, có chiều dài từ 30-40 cm, rễ dài từ 5-10

cm để trồng vào mô hình thí nghiệm

Khi tách cây ra khỏi môi trường tự nhiên chuyển sang môi trường nước của

mô hình thí nghiệm ta tiến hành chạy thử nghiệm mô hình với nước thải Đây là khoảng thời gian dành cho cây thích nghi với nước thải trong các bể Do khả năng thích nghi của cây khá tốt nên thời gian thích nghi trong môi trường mới là

15 ngày

Số lượng cây trồng và các loại cây trồng trong các bể:

+ Bể HF trồng mỗi bể cây được trồng theo 3 hàng, mỗi hàng 4 cây

+ Bể FWS trồng tương tự