Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng dòng chảy bề mặt sử dụng cây sậy và thủy trúc

Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 15l/ngày..  Kết quả của nghiên cứu là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về xử lý triệt để các chấ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐÀO THỊ LINH

Tên đề tài :

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ DÒNG

CHẢY BỀ MẶT: SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ THỦY TRÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : CHÍNH QUY Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2011 – 2015

THÁI NGUYÊN – 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐÀO THỊ LINH

Tên đề tài :

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ DÒNG

CHẢY BỀ MẶT: SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ THỦY TRÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : CHÍNH QUY Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2011 – 2015 Giảng viên hướng dẫn : 1 TS Hồ Tú Cường

2 TS Phạm Bằng Phương

THÁI NGUYÊN – 2015

LỜI CẢM ƠN

Xuất phát từ nguyện vọng của bản thân, được sự nhất trí của Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa CNSH & CNTP đã cho phép và tạo điều kiện giúp tôi thực hiện và hoàn thành bản khóa luận này

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiêu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa CNSH & CNTP đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành khóa luân tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, phòng Vi sinh Vật Môi Trường – Viên Công Nghệ Môi Trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi thực hiện đề tài Xin chân thành cảm ơn TS Hồ Tú Cường và TS Phạm Bằng Phương đã cho phép, tạo điều kiện và hướng dẫn tôi hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp

Xin gửi lời cảm ơn tới ThS Vũ Thị Nguyệt và toàn thể cán bộ, nhân viên phòng Vi Sinh Vật Môi Trường và Phòng Thủy Sinh học Môi Trường đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài để tôi có thể hoàn thành bài khóa luận này

Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên ngày 30/5/2015

Sinh viên

Đào Thị Linh

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần cơ bản nước thải sau xử lý kỵ khí bằng hầm biogas tại

Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương (Viện Chăn nuôi) 5

Bảng 2.2 Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu 9

Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải 10

Bảng 4.1 Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải đầu vào (mg/l) 29

Bảng 4.2 Nồng độ trung bình của các chỉ tiêu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống qua các giai đoạn xử lý sau khi kết thúc thí nghiệm 30

Bảng 4.3.Hiệu suất xử lý amoni của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 31

Bảng 4.4 Hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 32

Bảng 4.5 Hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 34

Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 35

Bảng 4.7 Hiệu suất xử lý phosphate của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 36

Bảng 4.8 Hiệu suất xử lý TP của cây hệ thống thí nghiệm theo thời gian 38

Bảng 4.9 Hiệu suất xử lý COD của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 39

Bảng 4.10 Nồng độ trung bình của các chỉ tiêu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống qua các giai đoạn xử lý sau khi kết thúc thí nghiệm 41

Bảng 4.11 Hiệu suất xử lý amoni của hệ thống theo thời gian 42

Bảng 4.12 Hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống theo thời gian 43

Bảng 4.13 Hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 44

Bảng4.14 Hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghệm theo thời gian 46

Bảng 4.15 Hiệu suất xử lý PO43- của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 47

Bảng 4.16: Hiệu suất xử lý TP của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 48

Bảng 4.17 Hiệu suất xử lý COD của hệ thống theo thời gian 49

Bảng 4.18 Hiệu suất xử lý trung bình của hệ thống ở hai tải lượng 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Mô hình dòng chảy trên bề mặt 7

Hình 2.2 Sơ đồ xử lý tổng quát quá trình xử lý nước thải có TVTS 8

Hình 2.3 : Cây sậy 11

Hình 2.4 Cây thủy trúc 12

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình xử lý nitơ trong nước có TVTS làm giá thể 13

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm 21

Hình 3.2: Dẫn nước thải đầu vào vào hệ thống 22

Hình 3.3.Bể trồng cây sậy 22

Hình 3.4 Bể trồng thủy trúc 23

Hình 3.5 Bố trí các hệ thống thí nghiệm 24

Hình 4.1 Biểu đồ hiệu suất xử lý amoni của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 31

Hình 4.2.Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống thí nghệm theo thời gian 32

Hình 4.3.Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 34 Hình 4.4.Biểu đồ hiệu suất xử lý TN hệ thống thí nghiêm theo thời gian 35

Hình 4.5 Biểu đồ hiệu suất xử lý PO4 3- của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 37

Hình 4.6.Biểu đồ hiệu suất xử lý TP của hệ thống theo thời gian 38

Hình 4.7 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD của hệ thống theo thời gian 39

Hình 4.8 Biểu đồ hiệu suất xử lý amoni của hệ thống theo thời gian 42

Hình 4.9 Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống theo thời gian 43

Hình 4.10 Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 45

Hình 4.11: Biểu đồ hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 46 Hình 4.12 Biểu đồ hiệu suất xử lý PO4 3- của hệ thống theo thời gian 47

Hình 4.13.Biểu đồ hiệu suất xử lý TP của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 48

Hình 4.14 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD của hệ thống thí nghiệm theo thời gian 49

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

Thôn

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu của nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của nghiên cứu 3

1.4.1.Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học 3

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1.Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn 4

2.1.1 Nguồn phát thải 4

2.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi 4

2.1.3 Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi 6

2.2 Công nghệ dòng chảy bề mặt (Free water surface - FWS) 6

2.3.Thực vật thủy sinh và vai trò xử lý nước thải của chúng 7

2.3.1 Đặc điểm của cây sậy 11

2.3.2 Đặc điểm của cây thủy trúc 12

2.3.3 Cơ chế xử lý nước thải của thực vật thủy sinh 13

2.3.4 Những ưu và nhược điểm của việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải 14

2.4.Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước 15

2.4.1.Nghiên cứu ngoài nước 15

2.4.2.Các nghiên cứu trong nước 16

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 19

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 19

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 19

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 20

3.3 Nội dung nghiên cứu 20

3.4 Phương pháp nghiên cứu 20

3.4.1 Điều chỉnh nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào 20

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 21

3.4.2 Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng 24

3.4.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 25

3.4.4 Phương pháp lấy mẫu 25

3.4.5 Phương pháp phân tích 25

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

4.1 Kết quả điều chỉnh nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải đầu vào 29 4.2.Hiệu quả xử lý của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 8l/ngày 29

4.2.1.Hiệu quả xử lý amoni (NH4+) 30

4.2.2.Hiệu quả xử lý nitrit (NO2-) 32

4.2.3 Hiệu quả xử lý nitrat (NO3-) 33

4.2.4 Hiệu quả xử lý tổng nitơ (TN) 35

4.2.5.Hiệu quả xử lý phosphate (PO43-) 36

4.2.6.Hiệu quả xử lý tổng phosphor (TP) 37

4.2.7.Hiệu quả xử lý COD 39

4.2.8 Đánh giá hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của tải lượng 8l/ngày 40

4.3 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 15l/ngày 41

4.3.1.Hiệu quả xử lý amoni (NH4+ ) 42

4.3.2.Hiệu quả xử lý nitrit (NO2-) 43

4.3.3.Hiệu quả xử lý nitrat (NO3-) 44

4.3.4.Hiệu quả xử lý TN 45

4.3.5.Hiệu quả xử lý phosphate (PO43-) 47

4.3.6.Hiệu quả xử lý tổng phosphor(TP) 48

4.3.7.Hiệu quả xử lý COD 49

4.3.8 Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 15l/ngày 50

4.4 So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm ở hai tải lượng 8l/ngày và 15l/ngày 50 Bảng 4.18 Hiệu suất xử lý trung bình của hệ thống ở hai tải lượng 50

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Kiến nghị 53

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Chăn nuôi là lĩnh vực gắn liền với cuộc sống của con người Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp tích cực cho sự phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn đã để lại những tác động tiêu cực đến môi trường, làm suy thoái chất lượng đất, chất lượng nước và không khí xung quanh các khu vực chăn nuôi lợn Chất thải chăn nuôi lợn đã gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người và đặc biệt, chúng góp một phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu [11]

Ở Việt Nam, chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi lợn được coi là thế mạnh của ngành nông nghiệp Hiện nay, trong bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn nuôi đều tăng, cùng với đó là sức cạnh tranh, vấn đề kiểm soát dịch bệnh nên việc chăn nuôi trong các hộ gia đình có xu hướng giảm trong khi chăn nuôi gia trại, trang trại lại tăng nhanh và tạo được khả năng cạnh tranh trên thị trường Do vậy, vấn đề chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải được quản lý tốt Chất thải chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu là phân lợn và nước thải hiện đang là vấn đề lo lắng của các nhà quản lý

Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi[14], hầu hết các hộ chăn nuôi gia đình đều để nước thải xả tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần.[2]

Ở các trang trại chăn nuôi, hầu hết việc xử lý chất thải chăn nuôi là lắp đặt

hệ thống xử lý biogas, nhưng hệ thống này chưa đủ công suất đáp ứng nhu cầu

xử lý toàn bộ chất thải mà chỉ đạt được 50-70% lượng chất thải của trang trại [6] Tuy nhiên , với nhiều trang trại đã có hầm Biogas, có hệ thống xử lý chất thải nhưng chất thải chưa được xử lý triệt để Theo Vincen Porphyre và cs(2006) [6] Việc sử dụng bể Biogas tại các trang trại chăn nuôi thuận tiện cho

sử dụng chất thải và khai thác nguồn năng lượng nhưng nước thải sau bể Biogas vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi thải vào môi trường

Do đó việc xử lý chất thải chăn nuôi nói chung và xử lý nước thải chăn nuôi nói riêng là vấn đề cần thiết và mang tính thời sự Nghiên cứu này muốn đề cập đến việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật thuỷ sinh sau công đoạn vi sinh

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lơn bằng công nghệ dòng chảy bề mặt nhờ kết hợp cây sậy và thuỷ trúc Hướng tới công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng sinh học đơn giản, dễ áp dụng, không tốn kém nhiều chi phí vận hành.Từ đó góp phần giải quyết bài toán kiểm soát dòng nước thải trước khi phát tán ra môi trường Cải tiến môi trường xung quanh, đảm bảo sức khoẻ cộng đồng

1.3 Mục tiêu của nghiên cứu

 Xác định hiệu suất xử lý của hệ thống đối với các chất: Nitơ tổng, N_NO3-, N_NO2-, N_NH4+, Phốt pho tổng, phosphate, COD

 Xác định các thông số vận hành hệ thống để nhằm áp dụng xử lý ở quy

mô lớn (tải lượng dòng chảy khác nhau)

 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống trồng sậy, hệ thống trồng thủy trúc và mô hình kết hợp hai hệ thống này So sánh khả năng xử lý nước thải của hai cây

1.4 Ý nghĩa của nghiên cứu

1.4.1 Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học

 Kết quả của nghiên cứu là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về

xử lý triệt để các chất hữu cơ, N, P trong nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam

 Nghiên cứu là cơ sở để phục vụ cho việc nghiên cứu những khả năng

có thể áp dụng trong việc cải tiến hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ dòng mặt

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn

 Nghiên cứu này được tiến hành đối với nước thải chăn nuôi lợn sau công đoạn vi sinh, do đó kết quả nghiên cứu có thể phổ cập sử dụng trong các

hộ, trang trại chăn nuôi lợn

 Việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ dòng chảy bề mặt sẽ giúp hạn chế khí thải cũng như chất thải gây ô nhiễm vào môi trường không khí và nước

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn

2.1.1 Nguồn phát thải

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, nước rửa chuồng Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc thải ra Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi Khảo sát của Trương Thanh Cảnh và cs(2010)[5] ở khoảng

1000 trại chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh thành cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước trong chăn nuôi gia súc Mỗi 1kg chất thải chăn nuôi lợn thải ra được pha thêm với từ 20-49kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hằng ngày… Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử

lý nước thải sau này

Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác xúc vật chết, các vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng góp phần đáng kể làm tăng khối lượng chất thải Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền dịch bệnh nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi thải ra môi trường

2.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường do có hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng,

N, P và sinh vật gây bệnh cao Như vậy, nước thải chăn nuôi cần phải được

xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường Lựa chọn một quy trình xử lý nước thải chăn nuôi phụ thộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải bao gồm [11]:

a Các chất hữu cơ và vô cơ

Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protide, acid amin, chất béo, hydratecacbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân hủy Ngoài ra, các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm:cát, đất, muối, ure, amonium, muối chlorua, sunfat

b Nito(N) và Photpho (P)

Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.Chính vì vậy nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Thành phần cơ bản nước thải sau xử lý kỵ khí bằng hầm biogas tại

Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương (Viện Chăn nuôi)

STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Giá trị

2.1.3 Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi

đề cập đến công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã qua công đoạn vi sinh bằng thực vật thủy sinh sử dụng công nghệ dòng chảy bề mặt

2.2 Công nghệ dòng chảy bề mặt (Free water surface - FWS)

- Những hệ thống này thường là lưu vực chứa nước hoặc các kênh dẫn

nước, có lớp lót bên dưới để ngăn sự rò rỉ nước, đất hoặc các hệ thống lớp lọc thích hợp khác hỗ trợ cho thực vật nổi

- Công nghệ dòng chảy mặt được áp dụng cho hầu hết các nhóm thực vật thủy sinh với các thiết kế khác nhau, và khả năng xử lý nước thải khác nhau[8]

- Ở thí nghiệm này sẽ tiến hành nghiên cứu công nghệ này áp dụng với nhóm thực vật sống nổi có thân và lá nổi trên mặt nước, rễ bám đáy (cây sậy)

và công nghệ nổi với thực vật có rễ ngập trong nước, thân và lá ở trên mặt nước (cây thủy trúc)

- Đặc điểm: Lớp nước nông, tốc độ dòng chảy chậm, sự có mặt của thân cây quyết định dòng chảy và đặc biệt trong các mương dài và hẹp, đảm bảo điều kiện dòng chảy nhỏ[22]

- Cấu trúc của hệ thống: nước thải sẽ được chảy trực tiếp vào hệ thống theo một đường ống được định hướng tới tất cả các phần của hệ thống và đi ra qua một ống thoát

a Với TVTS có rễ bám đáy b Với TVTS sống nổi

và thân trên mặt nước

Hình 2.1 Mô hình dòng chảy trên bề mặt

- Cơ chế xử lý nước thải của hệ thống

+ Loại bỏ các chất hữu cơ thông qua quá trình lắng đọng trong điều kiện tĩnh

+ Loại bỏ N bằng nitrat hóa rất hiệu quả

+ Loại bỏ P xảy ra từ hấp phụ, hấp thụ, kết tủa và tạo phức bền vững, tuy nhiên tốc độ chậm

+ Các cơ chế loại bỏ sinh học: hoạt động của vi khuẩn, động vật nguyên sinh và quá trình chết tự nhiên Theo PGS.TS Nguyễn Thị Loan[8]

2.3 Thực vật thủy sinh và vai trò xử lý nước thải của chúng

- Nước thải từ các trại chăn nuôi chứa rất nhiều phôtpho và những hợp chất vô cơ có thể hòa tan được Những chất thải này khó có thể loại bỏ khỏi môi trường nước bằng cách quét rửa hay lọc thông thường Tuy nhiên một số loại cây thủy sinh như : sậy, thuỷ trúc, bèo lục bình, cỏ vetiver có thể hấp thụ

những hợp chất nitơ và phốt pho hòa tan này qua đó làm sạch nước thải, vừa ít tốn kinh phí lại thân thiện với môi trường

- Thực vật thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm Thực vật thủy sinh cũng có khả năng quang hợp chuyển hóa CO2 và nước thành chất hữu cơ tương

tự thực vật sống trên cạn, nhờ quá trình quang hợp đẻ tạo ra các chất hữu cơ xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan

Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành hợp chất

vô cơ hòa tan mà thực vật có thể sử dụng để tiến hành trao đổi chất được thực hiện nhờ các vi sinh vật

Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật thủy sinh tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước Vì vậy người ta ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải [36]

Vô cơ hóa Quang hợp

Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối thực vật

Sinh khối vi sinh vật

Hình 2.2 Sơ đồ xử lý tổng quát quá trình xử lý nước thải có TVTS

- TVTS có những đặc điểm thích nghi về hình thái với sự phát triển trong nước, đặc biệt là chúng có các lỗ khí giúp cho sự vận chuyển O2 vào rễ Sự vận chuyển O2 vào thân cây giúp cho sự hô hấp của các mô đồng thời cung cấp cho rễ sự thoát khí O2 Chính nhờ sự thoát khí O2 từ rễ làm tăng điều kiện oxy hoá kích thích sự phân huỷ hiếu khí các vật chất hữu cơ và sự tăng trưởng của vi khuẩn Nitrat hoá[15, 27]

chặt vào bùn đất, thân và lá ngập trong nước

Bảng 2.2 Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu [33]

Loại Tên thông thường Tên khoa học

Thực vật thủy sinh sống

chìm

Hydrilla Hydrilla verticillate

Water Milfoil Myriophyllum

Bèo tấm Wolfia arhiga

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Thực vật thủy sinh sống

nổi

Sậy Phragmites australis

Thủy trúc Cyperus alternifolius

Linn

Cỏ vetiver Chrysopogon

zizanioides

* Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải[4]

- Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học cư trú

- Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí

- Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý

- Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển

- TVTS đòi hỏi các chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển, chúng hấp thụ chất dinh dưỡng thông qua rễ và đôi khi thông qua phần thân

và lá chìm dưới nước Chất dinh dưỡng được loại bỏ khỏi hệ thống nhờ thu hoạch sinh khối Nếu không thu hoạch sinh khối, lượng chủ yếu chất dinh dưỡng trong mô thực vật sẽ bị phân huỷ và quay trở lại hệ thống

- Mỗi phần của cơ thể thực vật đều có những tác dụng riêng biệt có thể được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải

Rễ và/ hoặc thân Làm giá bám cho vi khuẩn phát triển

Lọc và hấp thụ chất rắn

Thân và/hoặc lá ở mặt nước hoặc

phía trên mặt nước

Hấp thụ ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề

mặt xử lý Làm giảm sự trao đổi giữa nước và

khí quyển Chuyển hóa oxy từ lá xuống rễ Theo: Lê Văn Bình(2007)[4]

2.3.1 Đặc điểm của cây sậy

- Sậy thông thường (tên khoa học là: Phragmites australis) là một loài

cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), chi Phragmites có nguồn gốc ở những

vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới Sậy mọc khắp nơi

như ở ao, hồ, ven suối Việt Nam có 2 loài sậy là Phragmites australis và P Vallatoria[34]

- Đặc điểm: Chúng hay tạo thành các bãi

sậy dày đặc, có thể tới 100 ha hoặc lớn hơn Khi

các điều kiện sinh trưởng thích hợp, nó có thể

tăng chiều cao tới 5m hoặc hơn trong một

năm.Các thân cây mọc đứng cao từ 2–6 m, với

các thân cây thường là cao hơn trong các khu

vực có mùa hè nóng ẩm và đất màu mỡ Lá của

nó dài từ 20–50 cm và bản rộng 2–3 cm Hoa có dạng chùy có màu tía sẫm mọc dày dặc, dài 20–50 cm [34]

 Dựa vào đặc tính hút nước và khử khuẩn của rễ cây sậy, nên chúng được ứng dụng vào xử lý chất thải nói chung và xử lý nước thải chăn nuôi lợn nói riêng [15, 27]

 Hệ thống xử lý nước thải bằng cây sậy dựa trên nguyên tắc sinh học: Nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý vi sinh được dẫn cho chảy vào hệ thống đất ngập nước trồng cây sậy Nước bẩn sẽ được thấm qua rễ, tại đây, hệ vi sinh vật trong bộ rễ sẽ hoạt động và tiêu hóa hoặc phân hủy các tạp chất trong nước thải [27]

Hình 2.3 : Cây sậy

2.3.2 Đặc điểm của cây thủy trúc

- Thủy trúc có tên khoa học là: Cyperus alternifolius Linn, thuộc họ cói ( Cyperaceae)

- Đặc điểm: Có dáng đặc sắc, mọc thành bụi dày Cây có thân tròn màu

xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, thay vào đó các lá bắc ở đỉnh lại lớn, xếp vòng xòe ra, dài, cong xuống, khá đẹp Cuống chung của hoa dài thẳng, xếp tỏa ra nổi đám lá bắc, hoa lúc

non màu trắng sau chuyển sang

nâu.Cây mọc khỏe, chịu được đất

úng nước nên được trồng trên đất

hoặc cố định sống nổi trên

 Các nghiên cứu cho thấy trồng thủy trúc cũng làm giảm lượng kim loại nặng trong nước, có khả năng hấp thụ và tích lũy amoni rất tốt, hấp thụ asen không kể đến hóa trị, đặc biệt có khả năng khử mùi hôi tanh trong nước giếng khoan do hấp thụ Fe2+

[35]

 Bên cạnh đó, thủy trúc có hình thái đẹp do đókhi trồng thủy trúc có thể cải tạo cảnh quan địa phương, tạo ra những hình ảnh đẹp mắt, thân và lá thủy trúc còn dùng làm vật liệu đan lát, cắm tỉa hoa, thuốc chữa bệnh…

2.3.3 Cơ chế xử lý nước thải của thực vật thủy sinh

Khả năng xử lý chất thải trực tiếp của thực vật thủy sinh rất thấp mà quá trình xử lý xảy ra chủ yếu do các vi sinh vật sống trên bộ rễ của thực vật thủy sinh thực hiện Thực vật thủy sinh chỉ đóng vai trò chủ yếu là giá thể

2.3.3.1 Loại bỏ N

+ Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa của các vi sinh vật

+ Quá trình bay hơi của ammoniac

+ Được hấp thụ bởi thực vật thủy sinh

Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa góp phần lớn nhất

Quá trình loại bỏ N được tóm tắt trong sơ đồ dưới:

Quá trình amon hóa Nitrosomonas Nitrobacter

NH3 bay hơi vào không khí

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình xử lý nitơ trong nước có TVTS làm giá thể[15]

 Trong hệ thống xử lý, sự chuyển hóa nito xảy ra trong các tầng oxy hóa

và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên mặt nước

 N hữu cơ bị thủy phân tạo thành amoni hoặc ammoniac

 NO2- là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nitơ amoni trong

điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas sống cộng sinh ở rễ

của thực vật thủy sinh

 Sau đó nitrit hình thành tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa

thành nitrat (NO3-)

2.3.3.2 Cơ chế loại P

+ Thông thường Phốt pho được loại bỏ thông qua quá trình hấpthụ vào

cơ thể, bị hấp phụ hay kết tủa.[18]

+ Cuối cùng P sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống qua việc:

- Thu hoạch thực vật thủy sinh

- Loại bỏ lắng cặn

- Các hệ thống chảy trên bề mặt có thể loại bỏ Phốt pho một cách lâu dài nhưng tương đối chậm

2.3.3.3 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ

- Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật ( chủ yếu là vi khuẩn và nấm) , và quá trình hấp thụ của thực vật thủy sinh

- Các hợp chất hữu cơ còn được loại bỏ nhờ quá trình lắng trong các hệ thống

2.3.4 Những ưu và nhược điểm của việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử

lý nước thải

* Ưu điểm:

- Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh thấp

- Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp

- Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm

- Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: làm phân xanh, làm nguyên liệu cho công nghệ như cói, đay, cỏ…

- Không tốn lao động, không đòi hỏi lao động có tay nghề cao

- Không tốn năng lượng

* Nhược điểm:

- Tốn diện tích, do đó không thích hợp cho những khu vực đông dân cư, khu đô thị

- Khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao kém, nên hệ thống

xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường được đặt sau các hệ thống xử

lý cơ học, hiếu khí, vi sinh

2.4 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước

2.4.1 Nghiên cứu ngoài nước

 Phương pháp dùng lau sậy xử lý nước thải do Giáo sư Kathe Seidel người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ 20 Ông thấy điểm mạnh của phương pháp này chính là tác dụng đồng thời giữa rễ, cây và các vi sinh vật tập trung quanh rễ Không như các cây khác tiếp nhận ôxy không khí qua khe

hở trong đất và rễ, lau sậy có một cơ cấu chuyển ôxy ở bên trong từ trên ngọn cho tới tận rễ Như vậy, rễ và toàn bộ cây lau sậy có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất Ôxy được rễ thải vào khu vực xung quanh

và được vi sinh vật sử dụng cho quá trình phân huỷ hoá học Ước tính, số lượng vi khuẩn trong đất quanh rễ loại cây này có thể nhiều như số vi khuẩn trong các bể hiếu khí kỹ thuật, đồng thời phong phú hơn về chủng loại từ 10 đến 100 lần[32]

 Tại miền bắc Thuỵ Điển, phương pháp này được gọi là “thiết bị rễ cây”

và được sử dụng để xử lý bổ sung nước thải của các trạm xử lý nước thải đô thị Tại Na Uy, Đan Mạch, Đức, Thái Lan, Thuỵ Sĩ, Bồ Đào Nha phương pháp xử lý nước thải trên sử dụng phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, phân vùng bể phốt, nước thải công nghiệp và nước rò rỉ từ bãi rác

“Thiết bị rễ cây được coi như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định đồng thời góp phần làm tăng đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường của địa phương

 Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử

lý nước thải sinh hoạt vào năm 1991 Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở

Na Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và với chi phí thấp Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện các quá trình nitrat hoá trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật “ngủ” vào mùa đông Theo Lê Hoàng Việt(1998) [18] Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành cho phép đạt hiệu suất khử P ổn định > 90% trong vòng 15 năm nếu sử dụng cát thiên nhiên chứa nhiều sắt và canxi hoặc sử dụng vật liệu hấp phụ P tiền chế có trọng lượng nhẹ Hiệu suất loại bỏ N khoảng 40-60%

 Tại Đan Mạch, hướng dẫn chính thức mới về xử lý nước thải tại chỗ nước thải sinh hoạt gần đây đã được Bộ Môi Trường Đan Mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn Trong hướng dẫn này người

ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho phép đạt hiệu suất khử BOD tới 95% và nitrat hoá đạt 90% Hệ thống này có thể bao gồm cả quá trình kết tủa hoá học để tách phốtpho trong bể phản ứng lắng, cho phép loại bỏ 90% phốtpho [21]

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước

 Ở Việt Nam, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của một số loài thực vật thuỷ sinh đã được tiến hành từ những năm 1990 với nghiên cứu

về khả năng xử lý nước thải ô nhiễm dầu [16]

 Các nghiên cứu mới đây như “Xử lý nước thải sinh học bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” của trung tâm kĩ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (trường Đại học xây dựng Hà Nội); “Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì” của trường Đại học Quốc

gia HN đã cho thấy có thể áp dụng hiệu quả phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam [4,31,32]

 Dương Đức Tiến và cs(2006)[13], xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật thủy sinh xử lý nước thải sinh hoạt ở ngoại ô thành phố cho thấy chi phí xử lý không nhiều và nước thải được cải thiện rõ rệt

 Sậy là một trong những cây trồng được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu về khả năng hút kim loại nặng của nó Các nhà nghiên cứu đến từ Trung tâm Sinh học Thực nghiệm thuộc Viện ứng dụng Công nghệ của Việt Nam mới đây cũng thử nghiệm thành công biện pháp này trong việc làm sạch nguồn nước thải tại một cơ sở tuyển quặng thiếc ở Thái Nguyên Sau khi được chặt hết lá và để ở chiều cao 20 – 25cm, sậy được trồng trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo với mô hình xử lý 5m3/ngày, bao gồm các thành phần kim loại như As, Pb, Cu, Fe, Zn, Sn Sậy được trồng theo hàng, mỗi hàng cách nhau 20cm Trong giai đoạn nuôi cây, chỉ sử dụng duy nhất nước ao để tưới nhưng khi sậy phát triển thì bắt đầu đưa nước thải vào để xử lý và đánh

giá hiệu quả Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí sinh học số 2/2011, sậy phát triển khá tốt ngay cả khi được bổ sung lượng nước thải chứa

kim loại nặng [27] Và sau khoảng 7 tháng, sậy phát triển ưu thế hơn hẳn trong toàn bộ hệ thống đất ngập nước Lượng kim loại nặng được tích tụ chủ yếu trong lớp bùn của hệ thống đất ngập nước, nhiều nhất là ở phần bùn phía tiếp nhận nước vào Thời gian hoạt động của hệ thống đất ngập nước càng lâu thì khả năng làm sạch nguồn nước thải càng hiệu quả

 Dự án xử lý nước thải bệnh viện bằng cây sậy của TS-BS Lê Trường Giang (Phó Giám đốc Sở Y tế TP Hồ Chí Minh) được áp dụng thí điểm tại bệnh viện Nhân Ái (huyện Thác Mơ, tỉnh Bình Phước) đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải của cây sậy Trong buổi nghiệm thu dự án, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM đánh giá cao đóng góp khoa học của BS Giang

Dự án tiếp tục được theo dõi để có thể mang ra áp dụng đại trà cho các bệnh viện tại Việt Nam[28,32]

 Công ty công nghệ xanh Đức phát đã áp dụng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng sử dụng các loại cây đó là: cỏ nến, sậy, thủy trúc, mai nước đều phát triển tốt trong các mô hình xử lý, trong đó sậy phát triển mạnh

và dễ trồng, dễ sống, ít ảnh hưởng bởi môi trường Thủy trúc cũng sinh trưởng tốt trong nước thải và ít bị ảnh hưởng bởi môi trường, tuy nhiên lượng sinh khối tạo ra ít

 Năm 2006, đề tài nghiên cứu về việc dùng thủy trúc và rau chai xử lý nước thải chăn nuôi lợn của tác giả Lê Thế Trung, lớp 11M1, Trường THPT

Mỹ Hương, Mỹ Tú, Sóc Trăng đã cho thấy bụi cây thủy trúc và rau chai đã khiến cho nước thải từ các chuồng lợn trong lành hơn khi thải ra môi trường.[17]

 Với sự hỗ trợ kỹ thuật của tập đoàn Ebara (Nhật Bản), nhiều khu dân

cư, khu du lịch, làng nghề và khu công nghiệp tại một số địa phương thuộc lưu vực sông Hồng và sông Cửu Long đã triển khai phương pháp làm sạch nước sông bị ô nhiễm bằng cách trồng cây sậy[27]

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

3.1.1.1.Nước thải chăn nuôi lợn sau công đoạn vi sinh

 Nước thải lấy về là nước thải chăn nuôi lợn đã qua xử lý kỵ khí bằng hầm biogas được lấy từ Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương – Viên Chăn nuôi Quốc Gia (Từ Liêm, Hà Nội)

 Sau đó nước thải này được điều chỉnh nồng độ các chỉ tiêu quan trắc

để giống với nước thải sau vi sinh cần cho nghiên cứu

3.1.1.2 Cây sậy

Cây sậy dùng trong thí nghiệm được lấy từ trại cây khu vực Cổ Nhuế (Từ Liêm, Hà Nội) Sau khi lấy về, sậy được nuôi trong nước có bổ sung môi trường thủy canh trong vài ngày để cây thích nghi với điều kiện mới, sau đó trồng cây vào hệ thống thí nghiêm

3.1.1.3 Cây thủy trúc

Thủy trúc được lấy từ trại cây khu vực Cổ Nhuế (Từ Liêm, Hà Nội) Sau khi lấy về, Thủy trúc được nuôi trong môi trường nước có bổ sung môi trường thủy canh một thời gian để cây thích nghi dần với điều kiện mới Những cây tươi, có sức sống tốt, hệ rễ phát triển, không bị sâu bệnh được chọn làm thí nghiệm

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm: phòng Vi sinh vật môi trường - Viện Công Nghệ Môi

Trường - Viện Hàn Lâm KH & CN Việt Nam

- Thời gian: từ tháng 12/2014 đến tháng 5/2015

3.3 Nội dung nghiên cứu

 Đánh giá các chỉ tiêu quan trắc (COD, TN, TP, NH4+

, NO3-, NO2-,

PO43-) qua các giai đoạn xử lý khác nhau ở tải lượng 8l/ngày của từng hệ thống cây (sậy, thủy trúc) và của hệ thống kết hợp cả hai cây để từ đó rút ra kết luận về hiệu quả xử lý

 Đánh giá các chỉ tiêu quan trắc theo dõi qua các giai đoạn xử lý khác nhau

ở tải lượng 15l/ngày để từ đó kết luận về hiệu quả xử lý của từng hệ thống cây (sậy và thủy trúc) và của hệ thống kết hợp cả hai cây

 So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống đối với các chỉ tiêu theo dõi ở hai tải lượng để từ đó rút ra kết luận về ảnh hưởng của tải lượng dòng chảy đối với hiệu quả xử lý

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Điều chỉnh nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào

 Cơ sở: Yêu cầu thực nghiệm là nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã qua xử lý vi sinh Để có cơ sở cho tiến hành các thực nghiệm, việc đầu tiên là xác định chất lượng nước thải chăn nuôi lợn sau xử

lý bằng hầm biogas Thành phần nước thải chăn nuôi lợn (Trung tâm giống lợn Thụy Phương) sau xử lý kỵ khí (bảng 2.1) cho thấy mặc dù lượng chất hữu cơ bị phân hủy nhiều trong quá trình xử lý yếm khí ở hầm biogas, nhưng COD vẫn còn rất cao (775,53 – 1985,98 mg/l) Hàm lượng Nitơ và Phôtpho, tương ứng trong khoảng là 744,59 – 1114,24 mg/l và 50,04 –115, 24 mg/l Các giá trị này cao hơn tiêu chuẩn thải của QCVN 40/2011 rất nhiều lần

Trong các dạng N thì dạng amoni (NH4+) là chủ yếu (703,82 – 892,11mg/l) còn dạng nitrat là không đáng kể (0,65 –1,68 mg/l) Lượng amoni cao cho thấy cần lưu ý khi nghiên cứu xử lý với cây thủy sinh vì amoni khá độc với sinh vật nói chung và thực vật nói riêng Đây cũng là một trong các lý do cần pha loãng nước thải sử dụng trong nghiên cứu này

Mặt khác, về lý thuyết, sau công đoạn xử lý kỵ khí, phần lớn Nitơ chuyển sang dạng amoni như đã thấy ở bảng trên Tuy nhiên, khi qua xử lý hiếu khí-thiếu khí, nitơ và phôtpho tiếp tục được xử lý nên hàm lượng sẽ giảm xuống Về dạng Nitơ, hàm lượng NH4+ giảm xuống nhưng lượng NO3-tăng lên trong quá trình nitrat hóa Kết quả nghiên cứu xử lý hiếu khí-thiếu khí nước thải chăn nuôi lợn (đã qua xử lý ở hầm biogas) theo quá trình SBR (Sequencing Batch Reactor) cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt trên 90% [9]

 Cách điều chỉnh: tiến hành pha loãng mẫu nước thải và bổ sung dung dịch KNO3 10000mg/l và dung dịch COD 10000mg/l, dung dich KH2PO4 để điều chỉnh nồng độ NO3-

, COD và P

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

- Mô hình làm bằng thùng xốp có dạng hình hôp chữ nhật với kích thước

45 cm x 32 cm x 28 cm (chiều dài x rộng x sâu)

- Để chống thấm nước do các rò rỉ qua các hạt xốp, mô hình được gia cố thêm một lớp lót bằng nilong bên trong

Hệ thống bao gồm các bể đặt liên tục nhau

- Mô hình xử lý nước thải có thể được tóm tắt theo sơ đồ:

 Bể nước thải đầu vào

- Nước thải đầu vào được chứa trong thùng nhựa có dung tích 8lit, và được dẫn chảy ra bằng một ống nhựa có thể điều chỉnh tốc độ dòng chảy vào bể trồng sậy

- Các chất rắn có kích thước lớn sẽ được giữ lại thùng nhờ tấm lọc được cố định ở trước đường ống dẫn nước ra

Hình 3.2: Dẫn nước thải đầu vào vào hệ thống

 Bể trồng cây sậy

- Cây sậy được trồng trong thùng xốp với lớp đất dày khoảng 15cm,sau

đó được đổ đầy nước

- Hệ thống này được đặt ngay dưới đường ống chảy ra của nước thải đầu vào

- Phía giáp với thùng trồng thủy

trúc có một đường ống nhỏ để đảm

bảo dòng chảy từ thùng trồng sậy

xuống thùng trồng thủy trúc và để thu

mẫu nước thải sau xử lý

Hình 3 3 Bể trồng sậy

 Bể trồng cây thủy trúc

- Cây thủy trúc được cố định vào các lỗ được khoét trên nắp thùng xốp

có đường kính khoảng 4cm, sao cho chỉ

có phần rễ ngập trong nước chứa trong

thùng xốp

- Mỗi một thùng xốp được bố trí 4

khóm thủy trúc

- Ngoài ra trên nắp thùng xốp còn

được khoét thêm 4 lỗ nhỏ có đường kính

khoảng 2cm để đảm bảo độ thoáng khí

Hình 3.4 Bể trồng thủy trúc

- Thùng xốp chứa cây thủy trúc được kê thấp hơn so với thùng trồng sậy, ngay bên dưới đường ống chảy ra để đảm bảo dòng chảy vào từ thùng trồng sậy

- Cũng như thùng trồng sậy, phía cuối của thùng trồng thủy trúc cũng được thiết kế một đường ống nhỏ để thu mẫu nước thải sau xử lý chảy ra

- Các thùng xốp được đặt trên mặt bằng đảm bảo điều kiện đầy đủ ánh sáng và tránh mưa bằng cách thiết kế mái che trắng

Hình 3.5 Bố trí các hệ thống thí nghiệm

3.4.2 Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng

- Phương pháp thu thập tài liệu: tổng hợp, tham khảo những tài liệu, những đề tài, những công trình nghiên cứu có liên quan

- Phương pháp xây dựng và vận hành mô hình thí nghiêm: xây dựng mô hình thí nghiêm, chạy mô hình và theo dõi các vấn đề phát sinh trong thời gian nghiên cứu

- Phương pháp phân tích mẫu: phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước trong và sau xử lý

- Đo quang phổ UV-Vis 2450

- Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu: thu thập, phân tích và xử

lý số liệu có được từ nghiên cứu bằng Microsoft excel 2010

3.4.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Sau khi phân tích các chỉ tiêu thu được kết quả nồng độ các chỉ tiêu (mg/l), tiến hành tính hiệu suất xử lý của từng hệ thống riêng biệt và của hệ thống kết hợp như sau :

 Hiệu suất xử lý của bể sậy (SẬY): được tính dựa trên hàm lượng chỉ tiêu ô nhiễm đó ở bể sậy so với bể nước thải đầu vào

 Hiệu suất xử lý của bể thủy trúc (TT): được tính dựa trên hàm lượng chỉ tiêu ô nhiễm đó ở bể thủy trúc so với bể sậy

 Hiệu suất chung của cả hệ thống (HSC): được tính dựa trên hàm lượng chất ô nhiễm đó của bể thủy trúc so với bể nước thải đầu vào

3.4.4 Phương pháp lấy mẫu

- Dụng cụ lấy mẫu: Thùng, chai, can lấy mẫu bằng thủy tinh hoặc polymer

có nút đạy được rửa sạch

- Phương pháp lấy mẫu: dùng chai nhựa sau khi đã tráng sạch bằng nước cất, miệng chai hướng về phía dòng chảy tới

- Nguyên tắc lấy mẫu: lấy mẫu tránh để rác và những vật dụng khác chui vào chai.Mẫu lấy vào đầy chai, đẩy toàn bộ không khí trong chai ra ngoài[7]

- Thời điểm lấy mẫu: lấy mẫu phân tích sau khi hệ thống vận hành được các ngày khác nhau cụ thể:

+ Ở tải lượng 8l/ngày: 7 ngày, 13 ngày, 29 ngày

+ Ở tải lượng 15l/ngày: 2 ngày, 6 ngày, 9 ngày

3.4.5 Phương pháp phân tích

 Phân tích COD (nhu cầu oxy hóa học)

- Nhu cầu oxy hóa hoc (COD: Chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước thải bao gồm cả vô cơ

và hữu cơ

- Viêc phân tích COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxy hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm nước)

- Cách làm: lấy 2,5ml mẫu cho vào ống nghiệm, cho thêm 1,5ml dung dịch K2Cr2O7 và 3,5ml dung dịch H2SO4đ sau đó, đạy nắp lắc đều và đun ở

1500C trong 120 phút bằng bếp đun COD

- Trong phương pháp này các hợp chất hữu cơ trong nước bị oxy hóa thành CO2 và H2O bởi chất oxy hóa mạnh (K2Cr2O7) trong môi trường acid Một lượng biết trước K2Cr2O7 được thêm vào mẫu nước sẽ bị acid hóa với H2SO4 Mẫu nước này sau đó được đun nóng và các chất hữu cơ bị oxy hóa thành CO2 và H2O, trong khi đó Dichromate bị khử theo phương trình sau: Chất hữu cơ + Cr2O7 2- + H+ → 2Cr3+ + CO2 + H2O

- Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 600nm

 Xác định NO2

(mg/l):

- Cách làm: lấy 5ml mẫu đã pha loãng, cho thêm 0,1 ml lần lượt 4 dung dich: Natri axetat, EDTA, α – Naphthylamin, axit sunfanilic Đem vontex, để khoảng 15-20p rồi tiến hành so màu với mẫu đối chứng

- Trong phương pháp này mẫu phản ứng với thuốc thử diazo hoá (sulfanilamide trong dung dịch HCl) để chuyển hết nitrite thành dạng muối diazo Muối này sẽ dễ dàng phản ứng với thuốc thử N-Naphthyl-1 etylendiamin diclohydrate để tạo phức có màu hồng

- Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 520 nm

 Xác định NO3

(mg/l) bằng phương pháp Brucine:

- Cách làm: Lấy 5ml mẫu đã pha loãng, cho thêm 5ml dung dịch H2SO4, đạy nắp rồi ngâm vào nước để làm nguội Sau đó cho 0,1 ml dung dịch brucine sunfate, lắc đều rồi đun cách thủy trong 20p