ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HẤP PHỤ N- NO3- TRONG NƯỚC THẢI BIOGAS SAU GIAI ĐOẠN NITRAT HÓA CỦA THAN TRE

Để đánh giá khả năng hấp phụ N- NO3- trong nước thải Biogas sau giai đoạn nitrat hóa của than tre, tiến hành bố trí 3 thí nghiệm: Thí nghiệm thăm dò: Ngâm than trong điều kiện nước thải sục khí kết hợp với đất sau 15 ngày nhưng chưa lắng bùn, than chưa được rửa sạch nên pH còn cao (8.2- 9). Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than rất thấp và không có sự khác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức. Tiến hành thí nghiệm tiếp theo với nước thải sục khí kết hợp với đất sau 15 ngày đã được lắng bùn và than được rửa sạch, sấy ở 1050 C trong 2 giờ. Thí nghiệm 1: Xác định khối lượng than thích hợp để hiệu suất hấp phụ N-NO3-, N- NH4+ của than tre trong nước thải biogas là cao nhất. Qua thí nghiệm, đối với N- NO3+, ở khối lượng than là 14g ngâm trong 100 ml nước thải Biogas đã sục khí 15 ngày thì hiệu suất hấp phụ đạm nitrat khoảng 16.78%. Đối với N- NH4+, nước thải mới thu về và tiến hành ngâm than, ở khối lượng 12g, hiệu suất hấp phụ cao nhất đạt 12, 14%. Thí nghiệm 2: Xác định thời gian ngâm tối ưu để hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than tre trong nước thải biogas đã được nitrat hóa là cao nhất. Thí nghiệm có 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, mỗi nghiệm thức cách nhau 5 phút, kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ nitrat của 14 g than cao nhất ở 30 phút, hiệu suất đạt khoảng 16,11%, nhưng khác biệt không có ý nghĩa 5% so với thời gian 25 phút (15.11%). Nên để tiết kiệm thời gian có thể chọn thời gian hấp phụ tốt nhất là 25 phút. Có thể kết luận rằng than tre hấp phụ khá tốt nitrat, nitrat là loại chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, tre cũng là loài thực vật phổ biến nên có thể ứng dụng tre làm than để hấp phụ lượng N- NO3- có trong nước thải nhằm xử lý lượng nước thải Biogas, đồng thời dùng than hấp phụ đem bón cho cây trồng hoăc ứng dụng cho nhiều mô hình khác.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

DIỆP THỊ HỒNG CHI

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

-TRONG NƯỚC THẢI BIOGAS SAU GIAI ĐOẠN NITRAT HÓA CỦA THAN TRE

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGUYỄN HỮU CHIẾM

Cần Thơ, 2016

PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG Luận văn kèm theo đây, với tên đề tài “Đánh giá hiệu suất hấp phụ N-NO 3 - trong nước thải Biogas sau giai đoạn nitrat hóa của than tre” do

Diệp Thị Hồng Chi thực hiện và báo cáo đã được Hội đồng chấm luận vănthông qua

PGS.TS Nguyễn Hữu Chiếm

LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm tạ và bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

PGS.TS Nguyễn Hữu Chiếm, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ về chuyên môn, cho em biết thêm nhiều kiến thức quý báo và những góp ý

vô cùng bổ ích trong suốt quá trình hoàn thành luận văn, từ lúc chọn đề tài,viết đề cương báo cáo đến lúc bố trí thí nghiệm, phân tích, viết luận văn vàbáo cáo trước hội đồng

Ths Trần Sỹ Nam, Ths Lê Anh Kha đã tạo điều kiện thuận lợi cho emtrong việc sử dụng phòng thí nghiệm để tiến hành phân tích kịp tiến độ

Xin gửi lời cám ơn sâu sắc và chân thành nhất đến tất cả quý thầy cô bộmôn Khoa học môi trường đã hướng dẫn, giảng dạy cho e trong suốt ba nămqua để em có đủ kiến thức chuyên môn, tạo cơ sở cho việc đi làm và nghiêncứu sau này

Xin chân thành cám ơn đến tất cả các bạn lớp Khoa học môi trườngK39A2 đã cùng đồng hành với tôi trong suốt chặng đường dài

Con vô cùng biết ơn công ơn sinh thành và dưỡng dục của Cha Mẹ.Cám ơn tất cả những người thân đã luôn bên cạnh, quan tâm và chỉ bảo controng suốt chặng đường đời

Cần Thơ, ngày 05 tháng 12 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Diệp Thị Hồng Chi

Thí nghiệm thăm dò: Ngâm than trong điều kiện nước thải sục khí kết hợp

với đất sau 15 ngày nhưng chưa lắng bùn, than chưa được rửa sạch nên pHcòn cao (8.2- 9) Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất hấp phụ N-NO3- củathan rất thấp và không có sự khác biệt có ý nghĩa 5% giữa các nghiệm thức.Tiến hành thí nghiệm tiếp theo với nước thải sục khí kết hợp với đất sau 15ngày đã được lắng bùn và than được rửa sạch, sấy ở 1050 C trong 2 giờ

Thí nghiệm 1: Xác định khối lượng than thích hợp để hiệu suất hấp phụ

N-NO3-, N- NH4+ của than tre trong nước thải biogas là cao nhất Qua thínghiệm, đối với N- NO3 , ở khối lượng than là 14g ngâm trong 100 ml nướcthải Biogas đã sục khí 15 ngày thì hiệu suất hấp phụ đạm nitrat khoảng16.78% Đối với N- NH4 , nước thải mới thu về và tiến hành ngâm than, ởkhối lượng 12g, hiệu suất hấp phụ cao nhất đạt 12, 14%

Thí nghiệm 2: Xác định thời gian ngâm tối ưu để hiệu suất hấp phụ N-NO3

-của than tre trong nước thải biogas đã được nitrat hóa là cao nhất Thí nghiệm

có 5 nghiệm thức và 3 lần lặp lại, mỗi nghiệm thức cách nhau 5 phút, kết quảcho thấy hiệu suất hấp phụ nitrat của 14 g than cao nhất ở 30 phút, hiệu suấtđạt khoảng 16,11%, nhưng khác biệt không có ý nghĩa 5% so với thời gian 25phút (15.11%) Nên để tiết kiệm thời gian có thể chọn thời gian hấp phụ tốtnhất là 25 phút

Có thể kết luận rằng than tre hấp phụ khá tốt nitrat, nitrat là loại chất dinhdưỡng rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng Ngoài ra, tre cũng là loàithực vật phổ biến nên có thể ứng dụng tre làm than để hấp phụ lượng N- NO3-

có trong nước thải nhằm xử lý lượng nước thải Biogas, đồng thời dùng thanhấp phụ đem bón cho cây trồng hoăc ứng dụng cho nhiều mô hình khác

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Hầm nung thanHình 3.1: Tre được chuẩn bịHình 3.2: Cho tre vào hầm nungHình 3.3: Tiến hành lấp trấu và bùnHình 3.4: Quá trình đốt yếm khí diễn raHình 3.5: Than thành phẩmHình 4.1: Biến thiên pH của nước thải qua các ngày sục khí

Hình 4.2: Biến thiên nhiệt độ qua các ngày sục khíHình 4.3: Biến thiên DO của nước thải qua các ngày sục khí

Hình 4.4: Biến thiên nồng độ N- NO3- qua các ngày sục khí

Hình 4.5: Biến thiên nồng độ N-NH4+ qua các ngày sục khí

Hình 4.6: Biến thiên pH của nước thải có và không ngâm than

Hình 4.7: Biến thiên nhiệt độ của nước thải có và không ngâm thanHình 4.8: Biến thiên nồng độ N- NO3- của nước thải có và không ngâm than ở

các khối lượng than khác nhauHình 4.9: Biến thiên pH của nước thải có và không ngâm than

Hình 4.10: Biến thiên nhiệt độ của nghiệm thức có và không ngâm thanHình 4.11: Sự chênh lệch nồng độ đạm nitrat của nước thải có và không ngâm

than ở các khối lượng than khác nhauHình 4.12: Biến thiên pH của nghiệm thức nước thải có và không ngâm thanHình 4.13: Biến thiên nhiệt độ của nghiệm thức có và không ngâm thanHình 4.14: Sự chênh lệch nồng độ đạm amoni của nước thải có và không ngâm than ở các khối lượng than khác nhau

Hình 4.15: Hiệu suất hấp phụ đạm nitrat, đạm amoni trong nước thải Biogas

của than tre ở các khối lượng than khác nhauHình 4.16: Hiệu suất hấp phụ đạm nitrat trong nước thải Biogas của than tre ởcác khối lượng than khác nhau của thí nghiệm thăm dò và thí nghiệm 1Hình 4.17: Biến thiên pH của nghiệm thức nước thải có và không ngâm thanHình 4.18: Biến thiên nhiệt độ của nghiệm thức nước thải có và không ngâm

Hình 4.19: Biến thiên nồng độ N- NO3- của nước thải có và không ngâm than

ở thời gian khác nhau

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Phân bố tre ở một số nước trên Thế giới

Bảng 2.2: Lượng phân trung bình của gia súc thải ra trong 24 giờ

Bảng 2.3: Thành phần đặc tính của nước thải từ các trang trại chăn nuôi

Bảng 3.1: Phương pháp bảo quản mẫuBảng 3.2: Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp phân tích

Bảng 4.1: Kết quả phân tích các chỉ tiêu qua các ngày sục khí

Bảng 4.2: Giá trị các các chỉ tiêu nước thải trong nghiệm thức có và khôngngâm than ở khối lượng than khác nhau

Bảng 4.3: Giá trị các chỉ tiêu nước thải ở nghiệm thức đối chứng và cácnghiệm thức ngâm than ở khối lượng than khác nhau

Bảng 4.4: Giá trị các chỉ tiêu nước thải ở nghiệm thức đối chứng và cácnghiệm thức ngâm than ở khối lượng than khác nhau

Bảng 4.5: Giá trị chỉ tiêu nước thải ở các nghiệm thức đối chứng và cácnghiệm thức ngâm than ở thời gian ngâm khác nhau:

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Chăn nuôi là hình thức phổ biến ở các địa phương trong cả nước đặc biệt là khuvực nông thôn Với vai trò là ngành cung cấp lượng protein chủ yếu trong bữa ănhàng ngày của cộng đồng cũng như các ngành công nghiệp chế biến thực phầm,…

số vật nuôi và các cơ sở chăn nuôi đang gia tăng đáng kể Tuy nhiên, tình trạng ônhiễm môi trường do hoạt động chăn nuôi ngày càng tăng do chất thải chưa được

xử lí triệt để đã thải ra môi trường

Để giải quyết vấn đề trên đã có nhiều mô hình nông nghiệp khép kín được xâydựng như: VAC, VACB,… Trong đó, VACB là mô hình đã và đang được áp dụngrộng rãi do nổi bật về lợi ích kinh tế và có những đóng góp đáng kể để cải thiên môitrường Qua quá trình điều tra nghiên cứu, nước thải chăn nuôi sau khi được xử líbằng hệ thống Biogas hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng giảm đáng kểnhưng vẫn còn rất cao Nước thải chăn nuôi sau khi đã qua xử lý bằng hầm ủBiogas, hàm lượng COD, BOD5 của phân giảm từ 79- 87% so với ban đầu, pH củahầm ủ cao hơn pH của hầm ủ phân tươi, N-NH4+ vô cơ, NO2- tăng gấp 25- 40 lần sovới ban đầu, nhưng NO3- hầu như không có (Nhường, 2009 được trích dẫn Hoa Lý,1994) Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), hàm lượng COD trongnước thải sau hệ thống Biogas biến động trong khoảng 500- 860 mg/l, hàm lượngtổng đạm 92,8- 644,2 mg/l và tổng lân 48,68- 97.6 mg/l Đạm và lân là thành phầndinh dưỡng quan trọng và thiết yếu cho các vi sinh vật phát triển nhưng đây cũngchính là nhân tố gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng hóa ở cáckhu vực lân cận Kết quả là sau đó tại các thủy vực này, tảo và sinh vật tự phân hủy,thối rửa làm nước bị ô nhiễm thứ cấp, thiếu oxy hòa tan và làm cho tôm cá chết(Lương Đức Phẩm, 2002) Tuy nhiên loại nước thải này chứa một lượng lớn nănglượng, đạm và các chất khoáng như kali, photpho, canxi,… là những phân bón cógiá trị đối với nông nghiệp Cho nên việc tái sử dụng các giá trị dinh dưỡng củanước thải sẽ góp phần bảo vệ môi trường Mục tiêu của việc tái sử dụng chất thảihữu cơ là xử lý các chất thải và giữ lại các chất dinh dưỡng có giá trị để tái sử dụng(Lê Hoàng Việt, 2000)

Theo Hứa Thị Kim Tuyền (2010), than đước không có khả năng hấp phụ lân, chỉ

có khả năng hấp phụ một số dạng đạm (NO3-, NH4+), đặc biệt là đạm nitrat có hiệusuất hấp phụ rất cao > 90% Trong các chỉ tiêu theo dõi, khả năng hấp phụ của thantràm dạng nitrat cao nhất, hiệu suất hấp phụ lên đến 90%, khả năng hấp phụ củathan tràm đối với PO 3-, TP gần như không có (Trần Bích Lũy, 2010) Tuy nhiên,

hàm lượng N- NO3- trong nước thải biogas rất thấp so với N- NH4 Vì vậy, cần tiếnhành nitrat hóa nước thải Biogas sau khi mang về bằng việc sục khí kết hợp với đấtmàu theo tỉ lệ thích hợp và trong thời gian tối ưu để hiệu suất quá trình nitrat hóacao nhất Sử dụng nước thải đã được sục khí để sử dụng trong suốt quá trình làm thínghiệm Bên cạnh đó, tre là loài thực vật phong phú đa dạng, phân bố rộng khắptrên thế giới, đặc biệt là ở Châu Á và trong đó có Việt Nam Tre dễ trồng, sinhtrưởng nhanh sớm cho khai thác, dễ chế biến nên được sử dụng cho nhiều mục đíchkhác nhau Sử dụng tre làm than để xử lí nước thải rất có triển vọng và nhận đượcnhiều sự quan tâm, nhất là đối với người dân ở Đồng bằng sông Cửu Long.

Từ những nhu cầu thực tiễn trên, đề tài “Đánh giá hiệu suất hấp phụ

N- NO 3 - trong nước thải Biogas sau giai đoạn nitrat hóa của than tre” được thực

hiện

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than tre trong nướcthải Biogas đã được nitrat hóa

1.3 Nội dung nghiên cứu

Đánh giá hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than tre ở các thí nghiệm

Xác định khối lượng than thích hợp để hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than tretrong nước thải biogas đã được nitrat hóa là cao nhất

Xác định thời gian ngâm tối ưu để hiệu suất hấp phụ N-NO3- của than tre trongnước thải biogas đã được nitrat hóa là cao nhất

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu nguyên liệu cây tre (Bambusoideae)

2.1.1 Sơ lược về cây tre (Bambusoideae)

Tre là cây thuộc nhóm một lá mầm, thường xanh và sống nhiều năm Thường cóhai dạng cây gỗ và cây bụi Sinh trưởng và phát triển là một quá trình bắt đầu từ khihạt nẩy mầm đến khi cây tre có hạt chín Sự phát triển và sinh sản chủ yếu dựa vàothể phân sinh dinh dưỡng Thân ngầm là cơ quan chủ yếu tích lũy chất dinhdưỡng, đồng thời lại có khả năng sinh sản phân sinh rất nhanh Tre thích nghi rấttốt với môi trường sống, thường mọc thành từng bụi, từng khóm Trong đời sống,tre có rất nhiều công dụng như làm các đồ vật gia dụng, vật dụng nông nghiệp, trenon làm thức ăn

2.1.2 Các đặc điểm sinh thái, phân bố, đặc điểm sinh sản của cây tre

(Bambusoideae)

2.1.2.1 Đặc điểm sinh thái

Tre thuộc họ cỏ (Poaceae), trong lớp thực vật một lá mầm Nhưng đặc điểm hình

thái của thân tre không giống các loài cỏ, cũng không giống các thân cây gỗ Thântre có láng rỗng và đốt đặc, không mềm và cũng không cứng Dưới gốc cây là thânngầm, trên mặt đất là thân khí sinh mang bẹ mo, cành và lá Rất ít khi gặp tre rahoa, kết quả

Thân ngầm của tre có 3 dạng:

+ Dạng đơn trục (thân ngầm dạng roi)

+ Dạng hợp trục (thân ngầm dạng củ)

+ Dạng trục phức (thân ngầm vừa dạng cũ, vừa dạng roi)

Do cấu trúc của thân ngầm nên cách mọc của tre có 4 dạng:

+ Dạng thân ngầm hợp trục, thân tre mọc cụm: thể hiện ở các loài tre gai, hóp,tầm vông, nứa, tre vàng sọc, luồng diễn, mạnh tông, tre mai…

+ Dạng thân ngầm đơn trục, thân tre mọc tản: thể hiện ở các loài trúc, vầuđắng, vầu ngọt, tre róc (tre giàng), lành hanh…

+ Dạng thân ngầm trục phức trân vừa mọc cụm, vừa mọc tản: thể hiện ở cácloài sặt, sặt gai, le cỏ…

+ Dạng trục hợp, nhưng thân tre lại mọc tản do cổ thân ngầm kéo dài ra: thể

Thân ngầm của các loài trúc, vầu có dạng đơn trục nằm ngang và bò dài trong đấtgọi là roi tre Roi tre có các đốt, trên mắt đốt có rễ gòi là rễ roi, bên đốt có chồi Cácchồi phát triển thành cây khí sinh.

Thân ngầm dạng hợp trục (thường gọi là củ tre hay gốc thân) có hình bầu dục và

có hai phần: cổ và thân Cổ là phần nối với thân ngầm mẹ, ruột đặc không có chồi,không mọc rễ; cổ thân ngầm có thể kéo dài ra tạo nên dạng mọc tản trục hợp, như:lài, nứa mọc tản Phần thân của thân ngầm hình bầu dục, chia thành nhiều đốt, cácđốt có mang chồi, mỗi chồi phát triển thành một măng Ngọc thân ngầm nối vớithân khí sinh Thân khí sinh gồm các lóng và đốt, lóng rỗng, phân bên ngoài làvách, phần rỗng là khoang ruột Đốt đặc, mang chồi, có vòng mo và vòng đốt Lóng

và đốt khi non được mo thân che phủ Khi già mo rụng đi, để lại dấu vết của mothân, đó chính là vòng mo

Thân tre là phần quan trọng nhất của cây tre bao gồm: gốc thân và thân Gốc thân

ở giữa phần thân ngầm và thân Phân thân tre trên mặt đất có thể cao đến 1-20 m,đường kính 1-25 cm, thường hình tròn, nhưng cũng có thể có nhiều hình dạng rấtđặc biệt Thân tre có rất nhiều loại: ống, rãnh, vuông, dẹt, chuỗi hạt, đốt lệch Cànhnhánh hướng về phía trên Mỗi mắt mọc 1-3 nhiều cành, mỗi cành có nhánh, mỗinhánh đều mang lá

Lá và bẹ lá: Lá là cơ quan quan trọng của quá trình quang hợp Lá do bẹ lá vàphiến lá tạo thành, lá không có lông tớ, có 3-5 đôi gân bên song song Lá tre cóphiến lá, cuống lá, tai lái, lưới lá và bẹ lá

Mo tre mọc lên vòng mo, nó chính lá phiến lá trên thân Mo thường sớm rụng,nhưng có loại mo chỉ tách ra mà không rụng, chúng tồn tại trên thân mấy năm Monang có bẹ mọ, lá mo, lưới mo và tai mo

Hoa và quả: Tre chỉ ra một lần, khi đó gọi là tre khuy; nói chung ít gặp tre ra quả,

vì chu kỳ ra hoa khoảng 30-50 năm hay dài hơn nữa Hoa dạng bông, màu vàngnhạt, nhị hoa mang bao phấn màu vàng tươi Quả dạng quả dĩnh (thóc), nhỏ, quảrụng xuống mọc thành cây con

+ Hoa của tre có thể kết thành quả như lúa Hoa có bao hoa, nhị và nhụy Baohoa thường có ba dạng mày, mày ngoài (bao ngoài), mày trong (bao trong) và màycực nhỏ (vảy) Số nhị thường có 3 hoặc 6 nhị, chỉ nhị dài, đầu mang hai bao phấn.Nhụy có bầu, cột nhụy và 1-3 núm nhụy

Thân tre thường chỉ bộ phận hóa gỗ trên mặt đất, chủ yếu có lóng, vách thân, mắt

và đốt Trên thân tre có có hai vòng liên nhau nổi lên gọi là mắt tre, phần rỗng giữahai mắt tre là lóng thân; phần thành lóng gọi là vách thân do 4 phần: tinh tre, cật tre,thịt tre và màng tre cấu tạo thành

Tinh tre màu xanh nằm ở tầng ngoài, mô chặt, bề mặt nhẵn, có một lớp sáp.Trong tế bào tầng ngoài có chất diệp lục, đến khi giá hoặc chặt đi mới thành màuvàng Tế bào tầng ngoài chủ yếu là tế bào dài, tế báo chất bần, tế bào chất silic tạothành.

Cật tre ở phía trong tinh tre, có số mo thưa, chất yếu, màu vàng, do tế bào đá tạothành hình trụ vuông, hình dạng kích thước rất khác nhau, sắp xếp đều.Thịt tre nằmtrong cật tre, chủ yếu do bó sợi và mô cơ bản tạo thành

Màng tre ở tầng trong cùng, là một màng mỏng dính liền thịt tre do các tế bàovách mỏng (nhu mô) khô đi tạo thành, chúng màu vàng

2.1.2.2 Phân bố

Tre phân bố chủ yếu ở các nước nhiệt đới và á nhiệt đới Rất ít phân bố ở hàn đới

và ôn đới Chúng thường mọc hỗn giao với một số loài cây gỗ khác Theo thống kê,trên thế giới diện tích tre hiện có là trên 14 triệu ha Trong đó, tre mọc cụm chiếm3/5, tre mọc tản chiếm 2/5 Phân bố tre được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 2.1: Phân bố tre ở một số nước trên Thế giới

Tên nước

Số loài

(Diện tích x 1000ha) Loại tre

Sản lượng thân tre (triệu tấn)

Sản lượng măng (triệu tấn)

Một số nước khác như Lào, Butan, Nepal… đều có tre phân bố

Châu Mỹ có khoảng 270 loài tre, chủ yếu ở châu Mỹ Latinh Một số nước châuPhi như Mozambich, Xudang, đảo Madagasca thường có rừng tre hỗn giao với một

số loài cây gỗ lá rộng Nhưng tuyệt đại bộ phận tre yêu cầu điều kiện khí hậu ấm và

ẩm Tre dễ thích nghi với mọi môi trường sống: bờ ao, khô cằn, sỏi đá…

Tre cũng phân bố từ độ cao ngang mặt nước biển đến các đỉnh núi cao hàngnghìn mét

Theo Chu Phượng Thuần (1998), có thể chia ra 3 vùng phân bố tre trên thế giới:vùng tre Châu Á Thái Bình Dương, vùng tre Châu Mỹ và vùng tre Châu Phi Vùng

tre Châu Á Thái Bình Dương trên dải gió mùa Đông Nam Á là trung tâm phân bốtre thế giới Diện tích và số loài tre của vùng này chiếm khoảng 80% diện tích và sốloài tre thế giới.

Ở Việt Nam, theo kết quả tổng kiểm kê rừng toàn quốc (năm 2001) có 1.492.000

ha và phân bố chủ yếu ở các tỉnh Kon Tum, Lâm Đồng, Thanh Hoá, Nghệ An, ĐắcLắc Theo Phạm Hoàng Hộ (1999), Việt Nam đã thống kê được 18 chi với 126 loàitre trúc Đa phần các loài tre trúc ở Việt Nam là những loài có thân khí sinh mọccụm, một số ít loài có thân mọc tản chỉ ở một số tỉnh Miền Bắc như trúc sào, trúccần câu (Cao Bằng, Bắc Kạn, ), vầu (ở Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hoà Bình, TuyênQuang, Sơn La,…) phần lớn trúc sào, trúc cần câu là loài gây trồng

2.1.2.3 Phân loại

Việc phân loại các nhóm và loài thực vật thường dựa chủ yếu vào cơ quan sinhsản (hoa, quả, hạt…) là bộ phận ít biến đổi nhất trong cơ thể sinh sản Nhưng đốivới các loài tre thường việc thu thập được các tiêu bản có đầy đủ quả và hoa để địnhloại là rất khó vì nhiều loài tre có chu kỳ ra hoa 30-50 năm (chu kỳ khuy) Vì vậy,

để phân loại và nhận biết các loài tre có thể dựa vào các đặc điểm của cơ quan dinhdưỡng như:

- Hình thái của thân ngầm (hợp trục, hình cũ hay đơn trục hình roi) và cách mọccủa thân tre (mọc cụm hay mọc tản)

- Hình dạng và cấu tạo của mo thân

- Cách mọc và số lượng cành

- Số lá và hình dạng lá

Sách “ Tên cây rừng Việt Nam” do tác giả Nguyễn Tích và Trần Hợp thực hiện

và được xuất bản năm 1971 đề cập được một số loài tre hữu ích mà nhân dân quen

sử dụng, bao gồm 23 loài tre trúc: Bương, Dang, Diễn, Diễn trứng, Hóp, LuồngThanh Hóa, Mai, Nứa, Nứa Bẫy, Sặt, Tầm vông, Tre hóa, tre là ngà, Tre lồ ô, Tretàu, Tre tông, Tre vầu, Tre vàng sọc, Trúc, trúc núi gà, trúc hóa long, Vầu, Vầutrồng

“Cây cỏ Việt Nam” do tác giả Phạm Hoàng Hộ soạn thảo và được xuất bản năm

1999 tại nhà xuất bản trẻ- Thành phố Hồ Chí Minh là quyển sách liệt kê được nhiềuloài tre nhất với 18 chi và 126 loài tre được sử dụng và tham khảo nghiên cứu

“Danh mục các loài thực vật ở Việt Nam” do trường đại học quốc gia Hà Nộiphối hợp với Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam soạn thảo năm 2005 thống kêđược bao gồm 29 chi và 131 loài

2.1.2.4 Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản

- Sinh trưởng và phát triển:

Cơ quan dinh dưỡng của tre gồm thân, thân ngầm, măng, cành, lá, rễ Thân khísinh và thân ngầm hợp thành thể thống nhất Thân ngầm sinh ra măng, măng mọcthành tre, tre nuôi thân ngầm hoặc sinh thân ngầm mới, mỗi thân ngầm lại sinhmăng, cứ luân hồi như vậy, cho nên cả rừng tre là một thể thống nhất

Năng lực sinh trưởng dinh dưỡng và tái sinh vô tính rất mạnh Măng tre đượcphân sinh từ gốc, từ thân ngầm, lợi dụng đặc tính này người ta có thể sản xuất kinhdoanh rừng tre liên tục Tre hàng năm đều sinh ra măng mọc thành tre, cho nêntrong bụi tre, rừng tre luôn là rừng khác tuổi Trong kinh doanh tre luôn luôn chặtcây già, cây sâu bệnh hoặc cây đến tuổi thành thục công nghệ, nuôi dưỡng măng vàcây con cho nên hình thành phương thức kinh doanh liên tục và không phải trồnglại

Tre sinh trưởng rất nhanh vì thân, cành, thân ngầm của tre đều chia đốt, mỗi đốtđều có tổ chức phân sinh, đều sinh trưởng nên tre lớn lên rất nhanh Nếu nói sinhtrưởng là quá trình tăng thêm, lớn lên của thực vật thì hầu hết các loài tre chỉ cầntrên dưới 3 tháng (khoảng 100 ngày) đã hoàn thành sinh trưởng chiều cao và đườngkính Thời gian về sau chỉ là hoàn thiện, cây cứng ra, tích luỹ xenlulô mà khôngtăng thêm về đường kính chiều cao nữa Đường kính thân tre, số đốt tre (gióng tre)được quyết định từ trong măng, măng càng to thì số đốt càng nhiều, có nghĩa làmăng càng to thì mọc lên cây tre càng cao to Sinh trưởng của tre có tiết tấu rõ rệt,mùa măng thì đồng loạt ra măng, đã ra hoa thì trong bụi bất kể cây già cây non đều

ra hoa

- Sinh sản:

Cơ quan sinh sản của tre là hoa, quả, hạt nhưng tre lại nhân giống chủ yếubằng sinh dưỡng vì tre hàng mấy chục năm thậm chí hàng trăm năm mới ra hoa vàkết quả một lần

2.1.2.5 Giá trị sử dụng

Trong y học

Trúc diệp: chỉ lá tre bánh tẻ hoặc lá non của cây tre Có tác dụng thanh nhiệt trừphiền, sinh tân dịch, lợi niệu Thường dùng chữa nhiệt tà gây tổn thương tân dịch,phiền táo, khát nước, miệng lưỡi lở loét, tiểu tiện sẻn đỏ Tác dụng của lá bánh tẻ và

lá non còn cuộn tròn (búp tre) tương tự như nhau, nhưng khi chữa các bệnh nhiệt ởphủ vị thường dùng lá, còn khi chữa bệnh nhiệt ở tạng tâm thường dùng búp

Trúc lịch: là vị thuốc chế bằng cách chặt tre tươi, cắt thành từng đoạn, nướng lên

và vắt lấy nước Hoặc uốn cong cây tre non ngay tại bụi tre, phạt ngọn, buộc cọcghìm vào miệng bình, lấy đuốc lửa đốt phần giữa, nước cốt - trúc lịch sẽ chảy dầnvào bình Có tác dụng thanh nhiệt, trừ đờm, định suyễn Dùng chữa đàm nhiệt kháisuyễn (hen suyễn do đờm nhiệt), trúng phong hôn mê, kinh giản, điên cuồng

Trúc nhự (tinh tre): là vị thuốc chế bằng cách cạo bỏ vỏ xanh bên ngoài của câytre, sau đó cạo lớp thân bên trong thành từng mảnh hay sợi mỏng Có tác dụngthanh hóa nhiệt đàm, trừ phiền chỉ ẩu (chống nôn) Dùng chữa ho đờm vàng đặc,bồn chồn mất ngủ, nôn,…

Măng tre mang lại rất nhiều lợi ích như giảm cân, kiểm soát cholesterol, chốngung thư, chống viêm, tăng miễn dịch, tốt cho tim mạch,…

Những ứng dụng khác

Tre phát triển nhanh chóng và có thể được thu hoạch trong vòng 3 đến 5 nămtrồng Một số rừng tre được giao cho người dân nghèo quản lý và khai thác, vì vậynhững tiến bộ trong ngành công nghiệp tre sẽ đem lại nhiều hơn lợi ích và cơ hộithu nhập lớn hơn cho người nghèo

Tre dùng để làm hàng thủ công, mỹ nghệ, làm vật liệu xây dựng, làm nguyên liệutrong công nghiệp giấy sợi và sản xuất măng tre làm thức ăn tươi hoặc khô

Trồng rừng tre giúp cải tạo đất bạc màu, chống xói mòn Rễ tre còn lại trong đấtsau khi thu hoạch giúp giữ lại các chất dinh dưỡng và độ ẩm cho các vụ tiếp theo.Tre cũng bảo vệ hạn chế các thảm họa tự nhiên như lở đất

Không chỉ có thân cây, tất cả các bộ phận khác của cây tre có thể được sử dụngcho nhiều mục đích sử dụng khác nhau như măng cho thực phẩm, lá cho thức ăn giasúc, và cành cây dùng làm chổi và củi

Rừng tre hấp thụ khí nhà kính Tre hấp thụ khí các-bon-nic và thải ra 35% lượngkhí oxi vào khí quyển, nhiều hơn so với gỗ cứng

Không giống như hầu hết các cây công nghiệp, tre không cần phân bón để pháttriển mạnh Cũng không giống như các cây trồng khác, tre không cần chăm sóc kỹ

và việc chăm sóc không tạo ra lượng hóa chất dư thừa cho môi trường

2.2 Cách làm than

Theo ông Diệp Song Bắc, 56 tuổi là chủ một hầm nung than với quy mô hộ giađình tại xã Thới Bình, huyện Thới Bình, tỉnh Cà Mau cho biết hầm nung than vớiquy mô hộ gia đình được thiết kế rất đơn giản Hầm được thiết kế ngoài trời, hìnhvuông, mỗi cạnh 1 m, chiều sâu 0.4 m Với diện tích nhỏ nên chiếm rất ít khoảngđất trống Đất ở đó không cần độ dốc, chỉ cần là nơi khô ráo Khối lượng nguyênliệu tươi tối đa khoảng 100 kg

Nguyên liệu được sử dụng để làm than là tre Ngoài ra còn cần thêm các vật liệu

dễ cháy như chấu, nhánh cây khô, lá khô… để quá trình nung than dễ dàng hơn Trecần được phơi khô để rút ngắn thời gian làm than Cân tre sau khi đem phơi, ghinhận kết quả

Hầm nung than đã được đào sẵn, tiến hành lót các vật liệu dễ cháy đã chuẩn bịsẵn ở phía dưới hố Tre được cắt ra mỗi đoạn vừa tầm với lò đốt và đem phơi khô.Sau đó, đem tre đã được phơi khô cân trọng lượng và cho vào hố Tiếp theo lấpthêm trấu lên, phủ thêm rơm và một lớp bùn non dày lên trên Lấp chừa một miệngchum, tiến hành đốt Sau khi lửa đã cháy ngấm đều vào bên trong ta lấp miệng hốlại bằng trấu

Tính từ lúc đem tre vào hầm nung than đến khi có thành phẩm, thời gian khoảng2- 3 ngày Trong thời gian này, chủ hầm nung than phải túc trực thường xuyên đểcanh và giữ lửa Tránh tình trạng cháy ra bên ngoài, nếu vậy phải tiến hành lấp ngaybằng trấu để tránh cháy hết nguyên liệu bên trong Khi hầm nung hết bốc khói, xệplớp bùn đắp ở trên xuống và bùn khô lại, đó là dấu hiệu của than trong hầm đã chínhết Sau đó tưới nước để nguội, và lấy than ra phơi và cân trọng lượng Nếu quátrình làm than diễn ra tốt, tránh được sự ẩm ướt, hầm ủ không bị cháy thì thu vềkhoảng 1/4 than thành phẩm Nguyên liệu phục vụ cho quá trình đốt than khá đadạng, không chỉ riêng tre Ngoài ra còn có tràm, bạch đằng, xoài,… Than làm rachủ yếu phục vụ nhu cầu làm nguyên liệu đun nấu cho gia đình do làm với quy mônhỏ

Mô hình này được rất nhiều người dân nơi đây ưa chuộng do tận dụng đượcnguồn nguyên liệu có sẵn, dễ thực hiện và tiết kiệm chi phí cho người dân.

2.3 Cơ sở lí thuyết về quá trình hấp phụ 2.3.1 Định nghĩa hấp phụ- độ hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình tập hợp các chất hòa tan trong dung dịch lên bềmặt chung của chất lỏng và khí, hai chất lỏng, hoặc giữa chất lỏng và chất rắn thíchhợp

Lượng chất bị hấp phụ (lúc đã cân bằng) tính trên một đơn vị diện tích bề mặthoặc một đơn vị khối lượng chất hấp phụ gọi là độ hấp phụ (Trần Bích Lũy, 2010)

2.3.2 Cơ chế hấp phụ

Trong trường hợp tổng quát cơ chế hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Sự dịch chuyển vật chất bẩn đến bề mặt phân giới giữa hai pha

rắn lỏng và rắn Giai đoạn này phụ thuộc vào tính chất vật lý và thủy động lực củachất lỏng (vùng khuếch tán ngoài)

Giai đoạn 2: Sự khuếch tán của các chất bẩn vào chất hấp phụ (vùng khuếch

tán trong)

Giai đoạn 3: Sự kết dính của chất bẩn vào chất hấp phụ (vùng khuếch tán

trong)

Hình 2.1: Hầm nung than

Trong 3 giai đoạn trên, giai đoạn 2 và giai đoạn 3 phụ thuộc vào tính chất và cấutrúc của chất hấp phụ (Trần Bích Lũy, 2010).

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Độ hấp phụ phụ thuộc vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Bề mặtcàng phân cực thì càng hấp phụ mạnh chất phân cực, còn bề mặt đồng cực thì dễhấp phụ chất đồng cực

Đối với một chất rắn, cấu tạo càng xốp, độ phân tán càng lớn thì điện tích bề mặtcàng lớn khi đó khả năng hấp phụ càng lớn

Đối với một chất thì độ hấp phụ càng tăng khi tăng nồng độ của chất đó

Quá trình hấp phụ là quá trình làm giảm năng lượng tự do, nên ở nhiệt độ thấp thìhấp phụ tốt hơn ( Trần Bích Lũy, 2010)

Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ của than sẽ tùy thuộc vào những yếu tố:

+ Tính chất vật lý của than, như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tíchtiếp xúc;

+ Tính chất hóa học của các loại tạp chất cần loại bỏ;

+ Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu, việc hấp phụcàng tốt (Trần Bích Lũy, 2010)

2.4 Khả năng hấp phụ của một số vật liệu đã được nghiên cứu

2.4.1 Vật liệu hấp phụ là Zeolite

Zeolite tự nhiên là tinh thể aluminosilicate ngậm nước chứa các cation nhóm Ihoặc nhóm II của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, công thức tổng quát:(Mn/2).Al2O3.xSiO2.yH2O ( M: kim loại hóa trị I hoặc II; n: hóa trị của kim loại M;x: tỉ lệ SiO2/Al2O3) Vì có thành phần ion linh động và cấu trúc tinh thể xốp tổ ongvới lổ rỗng chiếm tới 50% mà zeolite có khả năng hấp phụ và cố định kim loại nặng

có trong bùn thải Đây là vật liệu đã có mặt trên thế giới từ năm 1960 nhưng chủyếu được tổng hợp từ hóa chất tinh khiết Dù chất lượng tốt nhưng giá thành lại rấtcao và khó ứng dụng rộng rãi Trước đây, nước ta thường phải nhập khẩu hoàn toànzeolite, đặc biệt trong ngành hóa học dầu

Việc tạo ra zeolite từ khoáng sét cao lanh có thể được coi là thành tựu lớn củaViệt Nam Để tìm ra 1 gam vật liệu “đa năng” này, TS Tạ Ngọc Đôn- Đại học BácKhoa Hà Nội cùng với đồng sự đã nghiên cứu tới hàng tấn đất sét kể từ năm 1998.Công trình thành công với nhiều ứng dụng mới đã được ra đời đã mở lối cho ngànhnuôi trồng thủy sản, ngành nông nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

Công dụng nổi bật nhất là trong nông nghiệp, zeolite có tác dụng cải tạo đất.Trong chăn nuôi, zeolite giúp làm tăng sản lượng và chất lượng vật nuôi Trong chếtạo nhiên liệu sạch, zeolite đã tạo ra etanon có nồng độ trên 99.5% từ cồn nồng độthấp Trong bảo vệ môi trường, zeolite giúp xử lý nước và không khí ô nhiễm Đặcbiệt trong hóa dầu, zeolite có tác dụng làm chất hấp phụ và chất xúc tác chuyển hóahóa học

2.4.2 Vật liệu hấp phụ là chitin thô

Chitin thô là vỏ tôm cua có trong bả thải cuả các ngành công nghiệp thủy sản cóchứa khoảng 23.8% chitin theo trọng lượng khô Không độc và không thể phân hủysinh học, chitin là một polysaccharide tìm thấy nhiều nhất trong tự nhiên Phân tửchitin có nhiều nhóm chức –OH nên có độ thấm nước cao, cấu trúc cao phân tử linhđộng chứa những nhóm chitin hoạt tính cao có khả năng bắt giữ và liên kết hidrovới ion Chính vì vậy ngoài zeolite, để xử lý các ion trong bùn thải chitin thô cũng

là một trong số những vật liệu hấp phụ rất có tiềm năng về khía cạnh môi trườngcũng như tính kinh tế do giá thành cạnh tranh ( Khương Thị Thùy Loan, 2006)

2.4.3 Than hoạt tính

Theo Hứa Thị Kim Tuyền (2010), đây là loại vật liệu có khả năng hấp phụ đặcbiệt, nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có úng dụng để xử lý nướcthải sinh hoạt Việc sử dụng than hoạt tính sản xuất từ các nguồn nguyên liệu khácnhau như antraxit, thn bitrum, gáo dừa, gỗ, xương động vật, sản phẩm dầu mỏ…, để

xử lý nước sinh hoạt đã được một số cơ sở nghiên cứu thí nghiệm có kết quả và đãđược một số địa phương áp dụng Than hoạt tính có nhiều dạng: dạng bột, dạng hạt

ép, mãnh, sợi ống,… mỗi loại có một chức năng và khả năng hấp phụ khác nhau.Than lọc nước chế tạo từ than bùn chứa nhiều lỗ kích thước bé nhỏ và kích thướclớn Vì vậy nó có thể hấp phụ các chất hữu cơ phân tử bé cũng như phân tử lớn.Trong thành phần của than hoạt tính hàm lượng cacbon cố định chiếm 80- 90%, cònlại là tro Trong tro có các nguyên tố Fe, Ca, Si, Al và một số nguyên tố vi lượngkhác Nếu độ tro cao có thể xử lý bằng HCl (1%), sẽ thu được than hoạt tính có chấtlượng cao hơn Đây là loại vật liệu xử lý nước tốt nhất, rẻ tiền nhất, không gây độchại và có khả năng tái sinh sau một thời gian sử dụng

Xử lí bằng bột than hoạt tính: Bột than hoạt tính và nước thải (thường là nướcthải sau xử lý sinh học) được cho vào một bể tiếp xúc, sau một thời gian nhất địnhbột than hoạt tính được cho lắng, hoặc lọc Do than hoạt tính rất mịn nên phải sửdụng thêm các chất trợ lắng polyelectrolyte Bột than hoạt tính còn được cho vào bểaeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Than hoạt tính sau khi sửdụng thường được tái sinh để sử dụng lại, phương pháp hữu hiệu để tái sinh bột thanhoạt tính chưa được tìm ra, đối với than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh trong lòđốt để oxy hóa các chất hữu cơ 10% hạt than bị phá cơ bám trên bề mặt của chúng,trong quá trình tái sinh 5 hủy và phải thay thế bằng hạt mới (Lê Hoàng Việt, 2003).

2.4.4 Các vật liệu lignocelluloses

Các vật liệu đó bao gồm: mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía,… đãđược nghiên cứu cho thấy khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờvào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer như cellulose,hemicellulose, pectin, lignin và protein Các polymer này có thể hấp phụ nhiều loạichất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị II Các hợp chất polyphenol như tannin,lgnin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loạinặng các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loạinặng ( Reddad, 2002) và các nhóm acid galacturomic trong peptin là những vị tríliên kết mạnh với các cation (Mykola, 1999)

2.4.5 Phế phẩm nông nghiệp, thủy sản mụn dừa kết hợp với nghêu, vỏ sò

Các chất gây ô nhiễm như độ đục, COD, đạm, lân trong nước thải giảm khi đượclọc qua lớp vật liệu lọc là do các hạt keo, chất rắn lơ lửng có kích thước lớn hơn bịgiữ lại: hiệu suất xử lý nồng độ muối hòa tan EC là 55.62% độ đục là 74.82%,COD là 77.55%, đạm ammonium là 90.83%, đạm nitrat là 64.03% và phosphate là76.08% Kết quả nghiên cứu cũng chứng minh được rằng mụn dừa kết hợp với vỏnghêu, vỏ sò như một vât liệu tiềm nẵng trong xử lí nước thải sinh hoạt thông qua

sự giảm nồng độ các chất ô nhiễm sau khi lọc Với phương pháp này chỉ tồn tại mộtkhoảng chi phí thấp nhưng lại đạt hiệu quả cao, và sẽ tận dụng được nguồn nguyênliệu bỏ đi mà vẫn giải quyết được vấn đề quan tâm của toàn xã hội về ô nhiễm môitrường, Sản phẩm lọc sau khi xử lý có thể ủ phân compost bón cho cây trồng( BùiTrường Thọ, 2008 được trích bởi Hứa Thị Kim Tuyền, 2011)

2.4.6 Khả năng hấp phụ đạm, lân có trong nước thải Biogas của than đước, than tràm

Theo Hứa Thị Kim Tuyền (2011), than đước không có khả năng hấp phụ lân, chỉ

có khả năng hấp phụ một số dạng đạm(NO3-, NH4+), đặc biệt là đạm nitrat có hiệu

Protein

N2

Oxy hóa

Vi khuẩn Nitrobacter

2.5 Sơ lược về hợp chất nitrat trong nước thải

Nitrat là muối của axit nitric Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình tamgiác đều với góc ONO bằng 120 độ và độ dài liên kết N- O bằng 1.218 Angtron.Trong nước có thể xảy ra quá trình biến đổi oxy hóa:

Chuyển hóa NH 3 thành NO 2: NH3 là sản phẩm đầu tiên của sự phân giải chất hữu

cơ Khi NH3 xuất hiện, một số loài thực vật có khả năng hấp thụ trực tiếp và chuyểnhóa năng lượng Nhưng khi NH3 vượt quá nhu cầu hấp thụ của cây thủy sinh thì vi

khuẩn Nitrosomonas sẽ phát triển tại những hơi có nhiều oxy và tiến hành quá trình

oxy hóa tạo ra NO2 Môi trường nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì nước mới bịnhiễm bẩn và nguy hiểm Nếu nước chủ yếu chứa NO2 thì nước đã bị ô nhiễm thờigian dài hơn, ít nguy hiểm hơn

Chuyển hóa NO 2 thành NO 3 : Vi khuẩn Nitrobacter có nhiệm vụ oxy hóa NO2

thành NO3 Việc biến đổi nitrit thành nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tích tụcủa nitrit sẽ gây gây ngộ độc cho thực vật Nước chủ yếu chứa NO3 thì quá trìnhoxy hóa đã kết thúc

Chuyển hóa NO 3 thành N 2 : Đây là quá trình khử nitrat thành khí nitơ (N2), hoàn

tất chu trình nitơ Quá trình này xảy ra nhờ các loại vi khuẩn như Pseudomonas và

Clostridium trong môi trường kị khí Chúng sử dụng nitrat làm chất nhận electron từ

oxy trong quá trình hô hấp Các vi khuẩn kị khí ngẫu nhiên này cũng có thể sốngtrong môi trường hiếu khí

Nguồn gốc nitrat:

Nguồn gốc tự nhiên

Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng: các hiện tượng xói mòn, xâmthực, hiện tượng sét trong tự nhiên,… xảy ra giải phóng các hợp chất của nitơ dẫntới các quá trình nitrat hóa, nitrit hóa Tuy nhiên, trong môi trường tự nhiên, các hợpchất này có khả năng được đồng hóa và đưa về trạng thái cân bằng

Nguồn gốc nhân tạo

Sử dụng quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hóa chất, thực vật đãgây ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn nước hoặc do quá trình phân hủy các hợpchất hữu cơ càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm nitrat, nitrit trong nước

Quá trình khoan khai thác nước diễn ra phổ biến cũng là nguyên nhân gây ônhiễm nguồn nước ngầm do lượng nước bị khai thác lớn mà lượng nước mới chưakịp bổ sung dẫn tới quá trình xâm thực được đẩy mạnh, nước ngầm được bổ sungbằng việc thấm từ nguồn nước mặt xuống Do các hoạt động của nguồn trên đã dẫnđến sự gia tăng nồng độ các chất nitơ trong nước bề mặt Các chất này theo nướcmặt thấm xuyên từ trên xuống hoặc thấm qua sườn các con sông, xâm nhập vàonước ngầm dẫn tới tình trạng tăng nồng độ hợp chất nitơ

Tác hại của nitrat:

Theo QCVN 01:2009/BYT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ănuống: Hàm lượng nitrat cho phép trong nước ăn uống không được vượt quá 50mg/L

Theo đánh giá của tổ chức y tế thế giới WHO thì hàm lượng nitrat trong nướcngầm sử dụng cho cấp nước sinh hoạt ở hầu hết các nước phát triển đang tăng lên.Trong các cây lương thực như lúa mì, ngô, đậu xanh thì hàm lượng nitrat thấp.Còn trong các loại rau ăn, nhất là bắp cải, súp lơ hàm lượng nitrat cao

Hàm lượng nitrat trong lương thực, rau quả liên quan chặt chẻ với lượng đạm sửdụng Nếu bón phân vừa đủ, cây cối phát triển tốt và lượng dư nitrat không đáng kể.Nếu bón phân vượt quá lượng đạm cần thiết thì lượng nitrat dư thừa trong đất tănglên Lượng nitrat thừa này sẽ di chuyển vào các nguồn nước mặt, nước ngầm gây ônhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người

Đối với con người:

Nitrat không độc nhưng khi vào cơ thể nitrat được chuyển hóa thành nitrit nhờ vikhuẩn đường ruột Ion này còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người

Do vậy, khi ăn uống nước có chứa nitrit thì cơ thể sẽ hấp thu nitrit Nitrit có tác

dụng oxy hóa hemoglobin (huyết sắc tố) chứa trong hồng cầu, biến hemoglobin(Hb) thành methemoglobin (MetHb) không có khả năng vận chuyển O2 và thán khígiống như hemoglobin Trẻ sơ sinh rất mẫn cảm với bệnh này trẻ sơ sinh không có

đủ enzyme trong máu để chuyển hóa methemoglobin trở lại thành hemoglobin Trẻ

em mắc chứng bệnh này thường xanh xao và dễ bị đe dọa đến mạng sống, đặc biệt

là trẻ dưới 6 tháng tuổi Khi bị ngộ độc nitrit thì cơ thể sẽ không thể làm tròn chứcnăng hô hấp, có các biểu hiện như khó thở, ngột ngạt Thông thường, trẻ từ 6 thángtuổi trở lên và người lớn ít bị ảnh hưởng bởi methemoglobinemia do hệ tiêu hóa cókhả năng hấp thụ và thải loại nitrat

Mặc dù đã có những nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng gây ung thư do ăn uốngnước bị ô nhiễm nitrat và nitrit (ở nồng độ cao) trong thời gian dài, nhưng cho đếnnay các kết quả nghiên cứu chưa đủ để khẳng định mối tương quan giữa ăn uốngnước bị nhiễm nitrat và nitrit trong thời gian dài và ung thư

Tuy nhiên, nitrat và nitrit (đặc biệt là nitrit) vẫn được khuyến cáo là có khả nănggây ung thư ở người do nitrit sẽ kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làmthành một họ chất nitrosamine-1 hợp chất tiền ung thư Hàm lượng nitrosamin caokhiến cơ thể không kịp đào thải, tích lũy lâu ngày trong gan có thể gây ra hiệntượng nhiễm độc, ung thư gan hoặc ung thư dạ dày

Đối với sinh vật:

Nuôi trồng thủy sản: tôm, cá nước ngọt và các sinh vật thủy sinh khác Khi tômtiếp xúc với nồng độ nitrat cao trong thời gian dài sẽ bị cụt râu, mang bất thường vàgan tụy bị tổn thương Cơ quan gan tụy ở tôm sản xuất enzyme tiêu hóa và chịutrách nhiệm thúc đẩy sự hấp thu các chất dinh dưỡng Khi bị tổn thương sự hấp thu

sẽ giảm, dẫn đến tăng trưởng tôm thấp

Nitrite không chỉ làm cá thiếu oxy vì tạo ra MetHb mà còn tác động đến nhiều cơquan khác bởi nhiều cơ chế khác nhau Ví dụ ở cá hồi thì nitrite gây giãn mạch,bằng chứng là tăng sự rối loạn nhịp tim gây ra cao áp huyết; hoặc nitrite chuyểnsang dạng nitric oxide (NO) làm cản trở quá trình điều hòa; làm rối loạn quá trìnhtiết hormon của tuyến nội tiết như quá trình tổng hợp hormone sinh dục bị ức chếkhi đó những hormon này bị chuyển thành dạng ammonia hoặc urea để thải rangoài Nitrite không dừng lại ở mang và máu mà còn tích lũy trong gan, não và cơ.Lúc đầu khi lượng nirite vào cơ thể sẽ được máu (HbO2) chuyển hóa thành nitrate(NO3-) ít độc hơn và quá trình chuyển hóa này cũng xảy ra ở gan nhằm giải độcnitrite cho cơ thể nhưng nếu nồng độ nitrite quá cao thì cá có thể chết do nồng độMetHb trong cơ thể tăng cao

2.6 Sơ lược về nước thải chăn nuôi và nước thải Biogas

Theo Bùi Thị Nga (1998) cho biết các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước, đồng thờichỉ ra các tác hại do ô nhiễm môi trường nước như: ảnh hưởng đến sức khỏe cộngđồng qua việc dùng nước sinh hoạt khi môi trường bị ô nhiễm, khả năng xâmnhiễm, bay hơi, khuếch tán vào môi trường lân cận rất cao vì do nâng cao về thông

số nitrat, photpho, phế thải hữu cơ nguồn gốc động vật, nước thải từ thức ăn độngvật, gây nên hiện tượng sinh trưởng tảo và phú dưỡng, có mùi hôi thối, tắc nghẽndòng chảy trầm trọng hơn, có thể làm chết cá, gây hại cho sức khỏe con người vàđộng vật

Nước thải từ chuồng trại chăn nuôi gia cầm, lợn, trâu bò cùng với nước phânđược đặc trưng bởi nồng độ chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ rất lớn ( thể hiện bằngchỉ tiêu COD và BOD) Ngoài ra loại nước thải này còn rất giàu dinh dưỡng như:nitơ ( Nitơ tổng, N_NH4+, N_NO3-, photpho ( photpho tổng và photpho hòa tan dạngP_PO43-) ( Lương Đức Phẩm, 2002)

Khối lượng chất thải trong chăn nuôi rất lớn, chất thải bao gồm phân và nước rửachuồng tạo ra một khối lượng nước khá lớn, có ẩm độ từ 95- 98.5% Trong đó chấtthải hữu cơ chiếm 70- 80% gồm: cellulose, protide, acid amin, chất béo, hydratcacbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa,… hầu hết các chấthữu cơ dễ phân hủy Các hợp chất vô cơ chiếm 20- 30% trong đó gồm: cát, đất,muối, urê, amonium, muối clorua… Các hợp chất hóa học trong phân và nước thải

dễ dàng phân hủy Trong điều kiện thiếu oxy sự phân hủy các hợp chất hữu cơ theocon đường yếm khí tạo ra các sản phẩm CH4, N2, NH3, H2S,… tạo mùi hôi thốitrong khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng đến môi trường không khí Ngoài ra trongnước thải chăn nuôi còn chứa các mầm bệnh và trứng kí sinh trùng Do đó, cần

được xử lý trước khi đưa vào nguồn nước chung (Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994).

Bảng 2.2: Lượng phân trung bình của gia súc thải ra trong 24 giờ

(Châu Bá Lộc, 2000)

Tuy nhiên loại nước thải này chứa một lượng lớn năng lượng, đạm và các chấtkhoáng như kali, photpho, canxi,… là những phân bón có giá trị đối với nôngnghiệp Cho nên việc tái sử dụng các giá trị này của nước thải sẽ góp phần bảo vệmôi trường và tài nguyên thiên nhiên Mục tiêu của việc tái sử dụng chất thải hữu

cơ là xử lý các chất thải và giữ lại các chất dinh dưỡng có giá trị để tái sử dụng ( LêHoàng Việt, 2000)

Nước thải chăn nuôi sau khi đã qua xử lý bằng hầm ủ Biogas, hàm lượng COD,BOD5 của phân giảm từ 79- 87% so với ban đầu, pH của hầm ủ cao hơn pH củahầm ủ phân tươi, N-NH4+ vô cơ, NO2- tăng gấp 25- 40 lần so với ban đầu, nhưng

NO3- hầu như lại không có Sau khi ủ lượng BOD chiếm 55,5- 61,9% COD chứng

tỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy đã tạo thành các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy

(Nhường, 2009 được trích dẫn Hoa Lý, 1994).

Bảng 2.3: Thành phần đặc tính của nước thải từ các trang trại chăn nuôi

Sán 28- 280

(Theo Ngô Kế Sương- Nguyễn Lân Dũng, 1997)

Chất thải của hầm ủ giàu chất dinh dưỡng là một nguồn phân bón có giá trị.Nước thải được dùng để nuôi tảo hoặc phiêu sinh động vật (Moina) để làm thức ăncho cá hoặc bón thẳng xuống ao cá Chất thải rắn được phơi khô rồi rãi trên đồngruộng hoặc bón cho ao cá

Mặc khác, trong điều kiện kị khí hoàn toàn không thích hợp cho vi khuẩn chỉdanh tồn tại Đồng thời lượng NH4+ tăng gấp 40 lần, pH tăng là các yếu tố gây độccho vi khuẩn đường ruột Số trứng kí sinh giảm xuống 95,6- 97% so với phân tươi

(Nhường, 2009 được trích dẫn Hoa Lý, 1994).

Theo kết quả nghiên cứu lấy từ dự án khí sinh học cho ngành chăn nuôi ViệtNam, phụ phẩm khí sinh học có 2 dạng: nước thải lỏng, gồm các chất hòa tan lơlững thường xuyên được đẩy ra ngoài với số lượng bằng lượng phân và nước thảinạp vào công trình hằng ngày và bã phân đặc, là phần lắng đọng ở đáy bể Biogasđược định kì lấy ra

Cả 2 dạng phụ phẩm đều có thể sử dụng để bón trực tiếp cho cây trồng hoặc phốitrộn với các loại nguyên liệu hữu cơ khác để chế biến thành các loại phân hữu cơ,hữu cơ vi sinh… giàu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng rất có giá trị Căn cứvào đặc tính của từng loại phụ phẩm, người ta thường dùng loại nước thải dạng lỏng

để bón thúc, dạng bã để bón lót Ngoài ra, cả 2 dạng lỏng và bã đặc có thể được sửdụng như một loại men phối trộn trong quá trình chế biến các loại phân hữu cơkhác

2.7 Một số yếu tố đánh giá chất lượng nước thải Biogas

2.7.1 pH

Trong nguồn nước tự nhiên pH thường trong khoảng 5- 8 Giá trị pH thấp hoặccao hơn chứng tỏ nguồn nước bị tác động do con người hoặc điều kiện tự nhiên làmcho nguồn nước mang tính axit hoặc bazơ Sự thay đổi giá trị pH trong nước có thểlàm thay đổi về thành phần các chất do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩyhay ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước (Đặng Kim

Chi, 2001).

pH trong nước phụ thuộc vào:

• Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh: hấp thụ CO2 làm tăng pH

• Quá trình hô hấp của thủy sinh, quá trình phân hủy của hợp chất hữu cơ:phóng thích CO2 làm giảm pH Trong các ao giàu dinh dưỡng, thực vậtphù du phát triển quá mạnh- vào lúc sáng sớm pH nước khoảng 6.5, saubuổi trưa khi quá trình quang hợp có thể lên đến 9- 10.

• Ngoài ra pH còn phụ thuộc vào nhiệt độ, sự hoạt động của vi sinh vật vàtác động của con người

2.7.2 Oxy hòa tan- DO

Đơn vị: mg/l

Oxygen có trong môi trường nước chủ yếu là sản phẩm của quá trình quang hợpcủa thực vật thủy sinh hay sự khuếch tán từ không khí vào Oxy trong môi trườngnước được tiêu thụ qua quá trình hô hấp của thủy sinh vật, tham gia vào quá trìnhoxy hóa các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước hay ở nền đáy thủy vực và ở hàmlượng quá bão hòa có thể khuếch tán trở lại không khí

Oxy hòa tan trong nước sẽ tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì nănglượng cho quá trình phát triền, sinh sản và tái sản xuất cho các vi sinh vật sống dưới

nước ( Đặng Kim Chi, 2001).

2.7.3 Hàm lượng đạm

Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đối với đời sống sinh vật Nitơ tồn tại

ở các dạng chủ yêu sau: nitơ hữu cơ, nitơ amoniac(N- NH3), ni tơ nitric ( N- NO2),nitơ nitrat ( N- NO3) và nitơ tự do Vì ni tơ là nguyên tố xây dựng tế bào tông hợpprotein nên số liệu về chỉ số nitơ sẽ rất cần thiết để xác định khả năng xử lí một loạinước thải nào đó bằng quá trình sinh học

N- NH3 là sản phẩm phân hủy các chất chứa protein, xác bã động thực vật phù

du, sản phẩm bài tiết của động vật hay từ phân bón vô cơ hay hữu cơ N- NH3 đượchình thành sẽ hòa tan trong nước tạo thành ion N- NH4

Tỉ lệ NH3 và N- NH4+ trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước Khinhiệt độ và pH tăng, hàm lượng NH3 trong nước cũng tăng và ngược lại Nếu pHtrung tính hay acid thì trong nước chủ yếu tồn tại N- NH4+ và ngược lại Nếu hàmlượng N- NH4 quá thấp thì thực vật thủy sinh không thể phát triền được ( Nguyễn

Văn Bé, 1996).

N-NO3- là sản phẩm của quá trình nitrat hóa hay từ nước mưa N-NO3- là dạngđạm hấp thu dễ dàng nhất, không độc hại đối với thủy sinh vật

2.8 Ẩm độ

Ẩm độ của nguyên liệu là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến giá trị dinhdưỡng và chất lượng của nguyên liệu Ẩm độ càng cao chất dinh dưỡng càng thấp

và ngược lại

Độ ẩm của than là hàm lượng nước chứa trong than Độ ẩm toàn phần

của than được xác định bằng cách sấy nhiên liệu trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050 C chođến khi trọng lượng nhiên liệu không thay đổi Phần trọng lượng mất đi gọi là độ

ẩm nhiên liệu

2.9 Sơ lược về vi khuẩn Nitrosomonas và vi khuẩn Nitrobacter

2.9.1 Vi khuẩn Nitrosomonas

Nitrosomonas thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm, đều có hình que nhưng các tế bào

vi khuẩn khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau Có 3 hình dạng cơ bảnđược xác định: hình que rất ngắn rọng 0.8 μm và dài 1 – 2 μm, hình que rộng 1 –1,3 μm và dài 2 – 2,5 μm, hình dạng thứ ba la những tế bào rộng 1,2 μm và dài 2 –2,5 μm (Mecklejohn, 1950; Engel và Alexander, 1958)

ao, nước cống, nước ngọt, các thủy vực bị ô nhiễm chứa nhiều hợp chất nitơ nhằmtránh ánh sáng Chúng sinh sản bằng cách phân đôi Dưới điều kiện thích hợp có thể

tăng lên gấp đôi sau 7 giờ Nitrosomonas không hình thành bào tử, có vách tế bào

phức tạp được bao quanh bởi lớp màng nhầy

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển Nitrosomonas khoảng 25 – 300C Tỉ lệ sinhtrưởng bị giảm 50% ở 18 oC Ngưng hoạt động ở 4 oC Trong các thủy vực nướclạnh xảy ra trường hợp tích lũy NO2- khoảng pH thích hợp là 7,8 – 8,0 Tại mức pH

thấp hơn 7, Nitrosomonas sẽ phát triển chậm và làm tăng lượng NH3 trong thủy vực

2.9.2 Vi khuẩn Nitrobacter

Vi khuẩn Nitrobacter thuộc nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng vô cơ và hiếu khí bắt buộc Nitrobacter nhận nguồn năng lượng từ quá trình oxy hóa NO2- thành NO3-.Chúng phân bố ở nước ngọt, lợ, đất, bùn và đá

Nitrobacter là những tế bào hình bầu dục, kích thước khoảng 0,8 x 1,0 μm, Gram

âm, không sinh bào tử Nitrobacter cũng có thể sinh trưởng và phát triển trên các

môi trường có chứa chất hữu cơ, hoặc chất hữu cơ kích thích sự sinh trưởng và pháttriển cũng như hoạt tính chuyển hóa của chúng (Lê Văn Khoa, 1995)

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.1 Phương tiện nghiên cứu

3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Đề tài sẽ được thực hiện từ tháng 8/2016 đến tháng 11/2016 tại Khoa MôiTrường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, trường Đại Học Cần Thơ

3.1.2 Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu chủ yếu dùng trong thí nghiệm là than tre và nước thải Biogas Kích cỡthan được chọn là dưới 0.5 mm

3.1.2.1 Công đoạn chuẩn bị than

Hầm được thiết kế ngoài trời, hình vuông, mỗi cạnh 1 m, chiều sâu 0.4 m Vớidiện tích nhỏ nên chiếm rất ít khoảng đất trống Đất ở đó không cần độ dốc, chỉ cần

là nơi khô ráo Khối lượng nguyên liệu vật liệu tươi tối đa là 100 kg Nếu đangtrong mùa mưa thì tiến hành che chắn để không ảnh hưởng đến hiệu quả quá trìnhđốt than

Nguyên liệu được sử dụng để làm than là tre gai Ngoài ra còn cần thêm các vậtliệu dễ cháy như chấu, nhánh cây khô, lá khô… để quá trình nung than dễ dàng hơn.Tre tươi vừa đốn cắt ra thành từng đoạn vừa tầm với lò đốt và đem đi phơi khô, sau

2 ngày tiến hành cân trọng lượng, ghi nhận kết quả

Hình 3.1 Tre được chuẩn bị