Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây

Một trong những phương pháp được các nhà khoa học đánh giá cao, kinh phí thấp, có thể áp dụng kết hợp với các phương pháp khác, đặc biệt rất thích hợp khi kết hợp với phương pháp biogas

KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây

PGS.TS BÙI XUÂN AN PHAN THỊ THÚY PHƯƠNG

MSSV: 04127057

2008

-Bộ Giáo Dục & Đào Tạo

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

**************

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

===oOo===

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN

KHOA : CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HỌ VÀ TÊN SV : PHAN THỊ THÚY PHƯƠNG MSSV: 04127057

KHOÁ HỌC : 2004 - 2008

các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây

- Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu

- Xây dựng mô hình bãi lọc trồng cây sử dụng cây Cù nèo

- Xác định nồng độ nước thải tới hạn mà cây Cù nèo có thể chịu đựng được trên

mô hình bãi lọc trồng cây

- Xác định nồng độ nước phân heo tối ưu mà cây Cù nèo có thể xử lý

3 Thời gian thực hiện: Bắt đầu : 07/04/2008 Kết thúc: 07/07/2008

Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Khoa và Bộ môn

Ngày Tháng năm 2008 Ngày Tháng năm 2008

Ban chủ nhiệm Khoa Giáo Viên Hướng Dẫn

LỜI CẢM ƠN

Bài khóa luận hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ quý báu tận tình

của quý thầy cô, bạn bè và gia đình Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Quý thầy cô khoa Công nghệ Môi trường trong suốt bốn năm đại học đã truyền đạt

những kiến thức nền tảng cần thiết, động viên em trong thời gian thực hiện khóa luận

- Thầy PGS.TS Bùi Xuân An đã gợi mở, trực tiếp hướng dẫn đề tài cho em

- Kỹ sư Võ Minh Sang đã truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu trong quá trình

thực hiện đề tài và giúp đỡ em tận tình trong phần viết luận văn

- Thầy Lê Đình Đôn và các anh chị tại trại thực nghiệm, bộ môn Công nghệ Sinh học,

trường đại học Nông Lâm TP.HCM đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em thực hiện thí

nghiệm

trường tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình phân tích

- Các bạn lớp DH04MT cùng nhau gắn bó suốt quãng đời sinh viên, động viên giúp đỡ

mình trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

- Và cuối cùng con xin cảm ơn cha mẹ luôn ủng hộ, động viên con, là chỗ dựa vững

chắc trong suốt bước đường học tập

Kết quả cho thấy:

- Giới hạn chịu đựng của cây đối với COD 5.300 mg/l

- Lượng nước bốc hơi trong thời gian lưu 4 ngày 37 – 41%

- Khả năng xử lý nước thải cao nhất của Cù nèo ở nồng độ 6% w/w trọng lượng phân

- Hiệu quả xử lý đối với các chỉ tiêu ô nhiễm lần lượt là: BOD 32 – 67%; COD 39 – 61%, tổng Nitơ 57 – 85%, tổng Photpho 65 – 79%

Kết quả trên đây là cơ sở định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo trên cây Cù nèo như thời gian lưu nước tối ưu của mô hình, các nồng độ nước thải khác, kết hợp trồng xen với các loại thực vật khác, thử nghiệm trên các loại nước thải khác, trồng trên mô hình đất ngập nước nhân tạo bề mặt, thủy canh hay hồ sinh vật

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 _ MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.8 TÍNH MỚI CỦA ĐỂ TÀI 2

1.9 Ý NGHĨA KHOA HỌC 2

1.10 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 2

CHƯƠNG 2 _ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CÙ NÈO 3

2.1.2 Giới thiệu sơ lược 3

2.1.3 Đặc tính thực vật 3

2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 5

2.2.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi heo 5

2.2.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng 5

2.2.2.1 Chất rắn tổng cộng (Total solid) 5

2.2.2.2 Tổng nitơ 6

2.2.2.3 Tổng Photpho 6

2.2.2.4 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) 6

2.2.2.5 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) 6

2.2.2.6 Vi sinh vật 6

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi 7

2.2.4 Một số mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo phổ biến 8

2.2.4.1 Biogas kết hợp với hồ nuôi tảo 8

2.2.4.2 Hồ sinh vật 8

2.2.4.3 Xử lý kỵ khí kết hợp xử lý hiếu khí 8

2.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC 9

2.3.1 Khái niệm 9

2.3.2 Cơ chế quá trình xử lý trong bãi lọc cây trồng 9

2.3.2.1 Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học 9

2.3.2.2 Loại bỏ các chất rắn 9

2.3.2.3 Loại bỏ nitơ 9

2.3.2.4 Loại bỏ photpho 9

2.3.2.5 Loại bỏ kim loại nặng 10

2.3.2.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ 10

2.3.2.7 Loại bỏ vi khuẩn và virus 10

2.4 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH 10

2.4.1 Các nhóm thực vật thủy sinh 10

2.4.2 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải của thực vật thủy sinh 12

2.4.3 Năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh 12

2.5 ƯU NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG THỰC VẬT THỦY SINH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 13

2.5.1 Ưu điểm 13

2.5.2 Nhược điểm 13

CHƯƠNG 3 _ NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 14

3.2 CHUẨN BỊ CÂY VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 14

3.2.1 Chuẩn bị cây 14

3.2.2 Vật liệu thí nghiệm 14

3.2.2.1 Vật liệu dựng mô hình 14

3.2.2.2 Vật liệu đựng nước thải 14

3.2.2.3 Dụng cụ pha loãng nước thải và đo lượng nước thất thoát: 14

3.3 NGUỒN NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI, PHÂN VÀ CÁCH PHA NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO 14

3.4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 15

3.5 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 15

3.5.1 Các giai đoạn thí nghiệm 15

3.5.2 Bố trí thí nghiệm 16

3.5.3 Các chỉ tiêu phân tích 17

3.5.3.1 Lấy mẫu phân tích 17

3.5.3.2 Phương pháp phân tích 17

CHƯƠNG 4 _ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

4.1 CÂN BẰNG NƯỚC 19

4.2 GIỚI HẠN CHỊU ĐỰNG CỦA CÂY CÙ NÈO 20

4.3 HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÂY CÙ NÈO 20

4.3.1 pH 20

4.3.2 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD 5 ) 21

4.3.3 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) 22

4.3.4 Tổng Nitơ 23

4.3.5 Tổng Photpho 24

4.3.6 Nhiệt độ 25

4.4 SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA CÂY CÙ NÈO 26

CHƯƠNG 5 _ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27

5.1 KẾT LUẬN 27

5.2 KIẾN NGHỊ 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG 2.1 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 5

BẢNG 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 7

BẢNG 2.3 NHIỆM VỤ CỦA THỰC VẬT THỦY SINH TRONG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ 11

BẢNG 3.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU THÍ NGHIỆM 18

BẢNG 4.1 LƯỢNG NƯỚC THẤT THOÁT VÀ TỶ LỆ NƯỚC THẤT THOÁT TRUNG BÌNH CỦA CÁC NGHIỆM THỨC 19

BẢNG 4.2 QUAN HỆ GIỮA TỔNG LƯỢNG NƯỚC THẤT THOÁT MỖI NGÀY VÀ NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ .19

BẢNG 4.3 GIÁ TRỊ pH NƯỚC THẢI ĐẦU RA TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 20

BẢNG 4.4 BOD 5 TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 21

BẢNG 4.5 COD TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 22

BẢNG 4.6 TỔNG NITƠ TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 23

BẢNG 4.7 TỔNG PHOTPHO TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 24

BẢNG 4.8 GIÁ TRỊ NHIỆT ĐỘ NƯỚC THẢI ĐẦU RA TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC 25

BẢNG 4.9 SỐ LƯỢNG LÁ VÀ BÔNG TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIÊM THỨC 26

BẢNG 4.10 CHIỀU DÀI RỄ TRUNG BÌNH CỦA CÁC NGHIỆM THỨC 26

BẢNG 4.11 TRỌNG LƯỢNG TRUNG BÌNH LÁ VÀ RỄ 26

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ HÌNH 2.1 CÂY CÙ NÈO 3

HÌNH 2.2 HÌNH THÁI THỰC VẬT CỦA CÂY CÙ NÈO 4

HÌNH 2.3 HOA CÙ NÈO 4

HÌNH 2.4 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BIOGAS KẾT HỢP HỒ NUÔI TẢO 8

HÌNH 2.5 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG HỒ SINH VẬT 8

HÌNH 2.6 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI KẾT HỢP XỬ LÝ SINH HỌC VÀ HIỀU KHÍ 9

HÌNH 2.7 MỘT SỐ THỦY SINH THỰC VẬT TIÊU BIỂU 11

HÌNH 3.1 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 15

SƠ ĐỒ 3.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 16

HÌNH 3.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 17

ĐỒ THỊ 4.1 TỶ LỆ NƯỚC THẤT THOÁT CỦA CÁC NGHIỆM THỨC 20

ĐỒ THỊ 4.2 HIỆU SUẤT XỬ LÝ BOD 5 22

ĐỒ THỊ 4.3 HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD 23

ĐỒ THỊ 4.4 HIỆU SUẤT XỬ LÝ TỔNG NITƠ 24

ĐỒ THỊ 4.5 HIỆU SUẤT XỬ LÝ TỔNG PHOTPHO 26

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 _ MỞ ĐẦU

ngành nông nghiệp nói chung và ngành chăn nuôi nói riêng không ngừng phát triển Trong

đó, ngành chăn nuôi heo được xếp vị trí hàng đầu trong các ngành chăn nuôi ở nước ta Theo thống kê năm 2007, cả nước ta có 29 triệu con heo, sản lượng thịt heo chiếm 77% trong các loại thịt cung cấp cho người tiêu thụ và để xuất khẩu

môi trường sống của cộng đồng Do đó, việc tìm ra phương pháp thích hợp để xử lý chất thải chăn nuôi đang là vấn đề trọng tâm trong giai đoạn hiện nay Một trong những phương pháp được các nhà khoa học đánh giá cao, kinh phí thấp, có thể áp dụng kết hợp với các phương pháp khác, đặc biệt rất thích hợp khi kết hợp với phương pháp biogas và có thể tận thu sinh khối thực vật sau khi xử lý đang được áp dụng khá phổ biến ở các trại chăn nuôi là phương pháp ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý trên mô hình bãi lọc trồng cây Các loại thực vật thủy sinh thường được sử dụng: sậy, bèo lục bình, vertiver,… Tuy nhiên, ở Việt Nam, những ứng dụng này chỉ mang tính tự phát, chưa có nghiên cứu cụ thể về khả năng, mức độ xử lý của từng loại cũng như hiệu quả kết hợp với các phương pháp xử lý khác Đặc biệt một số cây thiếu những nghiên cứu cơ bản như Cù nèo, Bồn bồn,

Chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo

với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây” nhằm góp phần tìm ra những giải

pháp thích hợp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán,… Do đó nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc đồng thời lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh nguy

hiểm như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…có khả năng gây dịch nếu không xử lý

kịp thời Tuy nhiên, một trong những vấn đề chưa được quan tâm giải quyết là tìm ra những giải pháp rẻ tiền, hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Việc nghiên cứu để tìm ra giải pháp xử lý nước thải chăn nuôi là rất cấn thiết trong thời kỳ đất nước mở cửa hội nhập

Thông qua việc phân tích các kết quả thực nghiệm, thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, nghiên cứu khả năng xử lý nước thải phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây trong điều kiện Việt Nam, tìm ra lời giải cho bài toán ô nhiễm hiện nay

- Cây Cù nèo

- Nước phân heo

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu

- Xây dựng mô hình bãi lọc trồng cây sử dụng cây Cù nèo

- Xác định nồng độ nước phân heo tới hạn mà cây Cù nèo có thể chịu đựng được trên

mô hình bãi lọc trồng cây

- Xác định nồng độ nước phân heo tối ưu mà cây Cù nèo có khả năng xử lý

- Phương pháp thu thập và khảo sát thực tế: Khảo sát về hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi tại một số trại heo trong thành phố Hồ Chí Minh và trực tiếp lấy mẫu để thực hiện thí nghiệm

- Phương pháp tổng hợp tài liệu

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa những kết quả số liệu của những nghiên cứu đã có

- Phương pháp phân tích, đánh giá, so sánh

- Tiến hành các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm

- Thí nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm dung tích 25 lít/lô

- Thực hiện trên mô hình đất ngập nước

- Nồng độ nước phân heo được nghiên cứu từ 4 đến 12%

- Kiểm tra các chỉ tiêu: nhiệt độ, pH, BOD, COD, tổng Nitơ, tổng Photpho, lượng nước thất thoát, năng suất sinh khối

- Thời gian lưu nước 4 ngày

- Tuổi cây trồng 60 ngày

- Thực hiện trong đầu mùa mưa

Việc nghiên cứu sử dụng cây Cù nèo trên mô hình bãi lọc trồng cây để xử lý nước phân heo là một vấn đề mới chưa được nghiên cứu ở trong nước cũng như trên thế giới

CHƯƠNG 2 _ TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1.2 Giới thiệu sơ lược

- Tên Việt: Cù nèo, Kèo nèo, Nê thảo, Tai tượng

- Tên khoa học: Limnocharis flava (L.) Buchenau, họ Limnocharitaceae, bộ

Alismatales

- Tên Anh: sawah – flower rush, sawah – letuce, velvetleaf, yellow burrhead, yellow sawah letuce, lymophyte

- Phân bố: Đông Nam Á, Châu Mỹ

- Nguồn gốc: có nguồn gốc Châu Mỹ nhập vào Đông Nam Á từ thế kỷ 20 và trở thành

cỏ dại trong ruộng lúa Đông Nam Á

2.1.3 Đặc tính thực vật

- Nê thực vật (sống trên đất sình, bùn ẩm, mương cạn) Cây đơn tử diệp, đa niên, dạng bụi (cao 20 – 100 cm)

- Rễ chùm mọc trong bùn, mang nhiều chồi để mọc cây mới

- Lá có phiến dạng xoan, tròn (5 -30 x 4 – 25 cm), màu xanh lục tươi, gân chính cong, cuống lá dạng bẹ lá, dài 5 – 75 cm, xốp (chứa không khí) có 3 khía

- Phát hoa (tán) có cuống dài (10 – 90 cm) mang 5 – 15 hoa Hoa (1,5 – 3 x 0,7 – 2 cm)

có cuống ngắn (3 – 7 cm), lá đài xanh Cánh hoa vàng nhạt đến vàng tươi, mang 15 –

20 tiểu nhụy (dài 1,2 cm) và rất nhiều tiểu noãn

- Trái nhỏ (đường kính 1,5 – 2 cm), được đài hoa bao bọc

- Lá non, ngó, hoa có thể dùng làm thức ăn cho người và gia súc

- Khoảng nhiệt độ nước thích hợp: 26 – 28oC

- Có khả năng hấp thụ kim loại nặng như lục bình

Hình 2.1 Cây Cù nèo [10]

Hình 2.2 Hình thái thực vật của cây Cù nèo [10]

Hình 2.3 Hoa Cù nèo [10]

2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

2.2.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi heo [4]

Nước thải chăn nuôi heo bao gồm nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại, nước tắm heo,…chứa các chất hữu cơ và vô cơ có trong phân, nước tiểu, thức ăn gia súc,… Thành phần của nước thải thay đổi tùy theo phương thức thu gom chất thải (có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm heo), số lần tắm heo và vệ sinh chuồng trại trong ngày, chế độ dinh dưỡng cho heo Trong thành phần nước thải chứa một lượng lớn chất ô nhiễm ở nồng độ cao Do đó, phải xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận để tránh ô nhiễm đến môi trường

Bảng 2.1 Tính chất nước thải chăn nuôi heo [4]

H2S Nếu oxy được cung cấp đầy đủ, sản phẩm của quá trình phân hủy là: CO2 + H2O + NO

2-+ NO3- Ngược lại , trong điều kiện thiếu oxy, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ theo con đường yếm khí tạo ra các sản phẩm CH4, NH3, H2S, Indol, Scatol… các chất khí này tạo nên mùi hôi thối trong khu vực nuôi, ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí

Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải công nghiệp (acid, kiềm, kim loại nặng, chất oxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều loại ấu trùng,

vi trùng, trứng giun sán có trong phân gia súc Đây là những mầm bệnh có thể tồn tại rất lâu trong nước và gây bệnh cho người và gia súc

2.2.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng [6]

2.2.2.1 Chất rắn tổng cộng (Total solid)

Chất rắn tổng cộng trong nước thải chăn nuôi bao gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan Lượng chất rắn này sẽ làm tốn nhiều hóa chất trong quá trình xử lý Ngoài ra, hàm lượng

cặn lơ lửng còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng trong việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, cản trở quá trình xử lý, giảm sự phát triển của tảo trong thủy vực Hàm lượng chất rắn tổng cộng trong phân có tỷ lệ khác nhau (12 – 45%) tùy thuộc vào kích thước hạt (0,01 – 1mm)

2.2.2.2 Tổng nitơ

Nitơ trong nước thải gồm 2 loại vô cơ và hữu cơ (tồn tại ở dạng NH4+, NO2, NO3-, là các sản phẩm phân hủy cuối cùng của các hợp chất chứa nitơ) chúng làm tăng sự phát triển của tảo, thực vật nước Trong thành phần nước thải chăn nuôi thì Nitơ tổng cộng chiếm tỷ lệ cao nhất (70%), chúng tồn tại dưới dạng các hạt có kích thước rất nhỏ (<0,01mm)

2.2.2.3 Tổng Photpho

tiêu để giám sát mức độ chuyển hóa chất ô nhiễm từ các công trình xử lý bằng hồ sinh học, thực vật thủy sinh Phosphate thường tồn tại ở hai dạng hữu cơ, vô cơ và có nhiều trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nông nghiệp…Với mức độ thích hợp thì trong nước có phosphate sẽ được cây trồng tảo, rong rêu hấp thụ…nhưng khi vượt quá yêu cầu sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa

2.2.2.4 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)

COD là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra mức độ ô nhiễm của nguồn thải, nước mặt, cũng như các công trình xử lý nước thải Chỉ số COD càng cao chứng tỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải càng lớn gây nên sự thiếu hụt oxy hòa tan trong nguồn tiếp nhận, làm mất khả năng tự làm sạch của dòng nước

2.2.2.5 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD)

BOD là chỉ tiêu quan trọng xác định mức độ ô nhiễm của các nguồn nước thải Thông qua chỉ số oxy dùng để khoáng hóa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra BOD còn

là một trong những chỉ tiêu đặc trưng để kiểm soát ô nhiễm dòng chảy cũng như từ chỉ số BOD có thể đánh giá hiệu quả công trình xử lý qua lượng oxy tiêu thụ do VSV khi phân hủy

chất hữu cơ có trong nước thải

2.2.2.6 Vi sinh vật

gia súc Tuy nhiên khi đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường người ta chỉ kiểm tra một số

vi khuẩn chỉ danh được chú ý nhiều nhất – là những vi khuẩn có sức đề kháng cao với ngoại cảnh Đặc biệt là trong môi trường đất và nước các vi khuẩn này (E coli, Coliform) tồn tại rất lâu, gây ảnh hưởng rất lâu dài Trứng giun sán cũng là loại ký sinh trùng cần quan tâm trong đánh giá mức độ ô nhiễm do chất thải chăn nuôi gây nên

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi [4]

Bảng 2.2 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi [4]

Hoá lý Sử dụng các hoá chất keo tụ để tăng tính lắng của các hạt rắn trong nước thải Hoá học độc hại có trong nước thải bằng các chất hoá học Diệt trùng bằng hoá chất hoặc oxy hoá các chất Sinh học Khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải với sự tham gia của VSV

- Quá trình cơ học nhằm loại bớt một phần cặn ra khỏi nước thải, tạo điều kiện cho quá trình xử lý hóa học, hóa lý, sinh học được thực hiện tốt hơn Phương pháp xử lý cơ học thường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao Các công trình, thiết

bị xử lý cơ học thường dùng như: song chắn, lưới chắn rác, bể lắng,…

- Quá trình hóa lý: sử dụng các chất keo tụ như clorua sắt, polymer hữu cơ… nhằm tăng tính lắng của các hạt rắn có trong thành phần nước thải, giảm lượng chất hữu cơ có trong nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hóa học và sinh học sau đó

- Quá trình xử lý hóa học: rất ít được sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi Trường hợp thường gặp nhất là diệt trùng nước thải sau khi xử lý sinh học trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Phương pháp diệt trùng nước thải thường gặp nhất là clo hóa Ngoài

ra có thể diệt trùng bằng O3 hoặc sử dụng tia cực tím Trong phương pháp clo hóa tác nhân thường dùng là Cl2 và các hợp chất chứa clo như HClO, ClO2

- Xử lý sinh học: là quá trình được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất để xử lý nước thải chăn nuôi do trong nước thải chăn nuôi có tỷ lệ hàm lượng BOD/COD cao, chứa nhiều cặn hữu cơ dễ phân huỷ, tỷ lệ BOD:N:P thích hợp cho các VSV phát triển Thực chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ ở dạng hòa tan, keo, phân tán với sự tham gia của VSV Quá trình xử lý sinh học có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí

o Trong điều kiện hiếu khí, tùy vào điều kiện làm thoáng ta phân chia 2 dạng:

Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên: cơ sở của phương pháp này là

dựa trên khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước Việc xử lý nước thải chăn nuôi thường sử dụng cánh đồng lọc, cánh đồng tưới hoặc hồ sinh vật Trong nước thải chăn nuôi có thành phần dinh dưỡng cho cây trồng Đây là nguồn phân bón chứa một lượng lớn nitơ, photpho và kali giúp cho thực vật phát triển tốt

Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo: sử dụng bể lọc sinh học, bể

bùn hoạt tính, mương oxy hóa

o Trong điều kiện kỵ khí, các VSV kỵ khí hoạt động làm lên men các chất hữu

cơ có trong nước thải, biến đổi thành các sản phẩm khí như CH4, CO2, H2,

H2S, NH3 Tùy theo kiểu phát triển của VSV kỵ khí trong công trình xử lý, có thể chia ra 3 dạng: kiểu VSV phát triển ở trạng thái lơ lửng (bể phân hủy kỵ khí đơn giản, bể phân hủy kỵ khí tiếp xúc), kiểu hỗn hợp (UASB, hồ sinh học

kỵ khí, bể hai vỏ) và kiểu VSV phát triển trên giá thể (tầng sôi, tầng tĩnh)

2.2.4 Một số mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo phổ biến [4]

2.2.4.1 Biogas kết hợp với hồ nuôi tảo

Biogas được xem là thích hợp nhất trong việc xử lý chất thải chăn nuôi vì vừa tận thu được khí gas sinh học dùng đun nấu trong sinh hoạt, phục vụ sản xuất, vừa hạn chế các loại vi khuẩn gây dịch bệnh và hạn chế sự ô nhiễm đất, nước, lan tỏa vào môi trường

Phân gia súc và nước thải chăn nuôi được xử lý ở hầm biogas, phần nước thải sau khi

xử lý ở hệ thống biogas có thể sử dụng để nuôi tảo và sản xuất chế phẩm tảo, là chế phẩm chứa nhiều chất dinh dưỡng được sử dụng làm thức ăn gia súc rất tốt Theo phương pháp này, sinh khối của chất hữu cơ trong phân gia súc và nước thải chăn nuôi được tận dụng triệt để

Sơ đồ 2.4 Qui trình xử lí nước thải chăn nuôi bằng biogas kết hợp hồ nuôi tảo

2.2.4.2 Hồ sinh vật

Hồ sinh học là hệ thống xử lý nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, trong đó các VSV kỵ khí phân hủy chất hữu cơ, kết hợp với các thực vật thủy sinh hấp thu các chất vô cơ và hữu cơ đơn giản Đây là phương pháp dễ áp dụng, tuy nhiên đòi hỏi diện tích lớn và hiệu quả xử lý không cao

Sơ đồ 2.5 Qui trình xử lí nuớc thải chăn nuôi bằng hồ sinh học

2.2.4.3 Xử lý kỵ khí kết hợp xử lý hiếu khí

Phương pháp kết hợp xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí nhằm tận dụng khả năng phân huỷ chất hữu cơ của cả 2 nhóm VSV kỵ khí và hiếu khí đem lại hiệu quả xử lý cao Nước thải sau khi xử lý sinh học nếu cần có thể được khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận (kênh rạch, sông) để đảm bảo không còn các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh Bùn lắng thu được từ quá trình lắng nước thải sau khi xử lý ở hệ thống xử lý kỵ khí và hiếu khí được dùng để sản xuất phân bón, một phần được tái sử dụng để bổ sung vi khuẩn cho hệ thống xử lý hiếu khí

Biogas Chế phẩm tảo

Sơ đồ 2.6 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi kết hợp xử lý sinh học và hiếu khí

2.3.1 Khái niệm

Đất ngập nước là vùng đất bị ngập trong thời gian dài, đủ để duy trì trạng thái bão hòa nước của đất và sự phát triển của VSV, thực vật sống trong môi trường này Gồm 2 loại: Đất ngập nước tự nhiên: có thể được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải nhờ vào các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong môi trường tương tác giữa đất, thực vật, nước và không khí

Đất ngập nước nhân tạo: là vùng đất ngập nước do con người tạo ra, các vùng ngập nước này được xây dựng để xử lý nước thải dựa trên các quá trình diễn ra trong đất ngập nước

tự nhiên Đất ngập nước nhân tạo thường được quy hoạch sẵn thành từng thửa, từng ô Bên dưới của khu đất thường được lót bằng lớp vật liệu không thấm nước (tránh nước thải ảnh hưởng đến nước ngầm), bên trên lớp lót rãi đá dăm hay cát hỗ trợ sự phát triển của thực vật trồng trong khu đất

2.3.2 Cơ chế quá trình xử lý trong bãi lọc cây trồng [8]

2.3.2.1 Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh nhờ quá trình khuếch tán Vai trò của thực vật trong bãi lọc là: cung cấp môi trường thích hợp cho VSV thực hiện quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí) cư trú; vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu và bộ rễ

2.3.2.5 Loại bỏ kim loại nặng

- Kết tủa và lắng dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, dạng sunfit kim loại trong vùng kỵ khí của lớp vật liệu

- Hấp phụ lên các kết tủa oxyhydroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí

- Kết hợp, lẫn với thực vật chết và đất

- Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật

- Các loài thực vật khác nhau hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau

2.3.2.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ

Chủ yếu qua cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các VSV và hấp thụ của thực vật

2.3.2.7 Loại bỏ vi khuẩn và virus

Chúng được loại bỏ nhờ quá trình vật lý như kết dính, lắng, lọc, hấp phụ

Thực vật thủy sinh là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, thuộc loài thảo mộc thân mềm, quá trình quang hợp của nó hoàn toàn giống với thực vật trên cạn và nó luôn đồng hành cùng VSV Thực vật thủy sinh có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng (hiện tượng phú dưỡng hóa) Tuy nhiên lợi dụng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu được lợi nhuận Khả năng xử lý nước thải của các loại thực vật thủy sinh đã được khẳng định bằng quan sát, bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, trên các công trình thử nghiệm và trong áp dụng thực tế ở hồ sinh học tương ứng

2.4.1 Các nhóm thực vật thủy sinh [2]

Có 3 nhóm thực vật thủy sinh được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật xử

lý nước thải là:

- Thực vật thủy sinh loại nổi (floating plant): loại này có bộ rễ chìm trong nước, còn lá

và thân vươn lên trên mặt nước nhận trực tiếp ánh sáng mặt trời, rễ dạng chùm mọc

trong nước nhận chất dinh dưỡng trong nước Có 3 loài phổ biến: bèo lục bình (Water

hyacinth), bèo tấm ( duck week), rau diếp nước (Water letture) Ngoài ra còn có các

loại như: bèo tai tượng, rau ngỗ, Salvinia (Salvinia spp),… Chúng phát triển không

phụ thuộc vào chiều sâu của lớp nước Rễ của chúng là giá thể tốt cho nhiều sinh vật sống trong nước, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải

- Thực vật thủy sinh loại nửa chìm nửa nổi (emergent plant): chúng có rễ mọc trong lớp bùn ở đáy ao hồ, một phần thân ngập trong nước, phần còn lại và lá vươn lên trong không khí Nhóm này chủ yếu là các loài cỏ nước và các loài lúa nước như: cỏ đuôi

mèo (cattails), cỏ lõi bấc (bulrush), các loại sậy thường (Phragmites communis), lau mưa hè (Scirpus silvaticus), các loại cỏ lác,… Loại này thường sống ở vùng nước

không sâu (0,5 – 1,6m) và có chế độ thủy triều ổn định Việc làm sạch môi trường chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước, những vật chất lơ lửng thường ít hoặc không được chuyển hóa

- Thực vật thủy sinh loại chìm (submerged plant): loại này chìm trong nước, mềm Một

thường sống ở lớp nước mà ánh sáng mặt trời có khả năng xuyên suốt lớp nước (phát triển tốt nhất ở độ sâu khoảng 50cm) Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải

Hình 2.7 Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu [11]

Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý [11]

Là giá bám cho vi khuẩn phát triển

Rễ và/hoặc thân

Lọc và hấp thu chất rắn Hấp thu 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

2.4.2 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải của thực vật thủy sinh [1]

Các loài thực vật thủy sinh thường nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ các chất hữu

cơ cao Do vậy nếu trong nước thải chứa nhiều chất hữu cơ với nồng độ cao, độc tố, pH quá kiềm hoặc quá axit đều ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của chúng

2.4.2.1 BOD 5

- Sự tạo ra BOD5 trong hệ thống thực vật thủy sinh có thể là kết quả của:

o Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng của chúng

o Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình mục nát Lượng BOD5 được tạo ra 3 – 10 mg/L trong thời gian thực vật phát triển và 5 – 20 mg/L trong quá trình chúng bị thối rữa

- Sự làm giảm BOD5 chủ yếu được thực hiện bởi VSV bám vào rễ

2.4.2.2 Chuyển hóa Nitơ

Nitơ được chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản:

- Thực vật sử dụng các hợp chất chứa nitơ để tạo ra sinh khối

- Bị mất theo dạng amoniac và nitơ tự do bởi quá trình nitrat hóa và phản nitrat thực hiện bởi VSV

2.4.2.3 Chuyển hóa Photpho

2 quá trình chuyển hóa quan trọng được thực hiện bởi VSV và thực vật thủy sinh Cả hai quá trình đều giống nhau ở chỗ là khi được chuyển vào tế bào sẽ tham gia vào thành phần của AND, ARN, ADP, AMP, các hợp chất khác chứa photpho và cả trong thành phần của các enzym oxy hóa có trong tế bào

2.4.2.4 Virus và VSV gây bệnh

Virus và VSV gây bệnh có xu hướng giảm dần theo thời gian của quá trình xử lý, nguyên nhân có thể là:

- Tác động của tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời

- Các quá trình oxy hóa và khử xảy ra trong nước thải, các chất độc hóa học

- Do đấu tranh sinh học giữa các loài VSV với nhau

2.4.3 Năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh [1]

- Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta có số liệu để so sánh năng suất sinh khối giữa các loài thực vật với nhau và cho phép ta dự đoán hoặc tính toán khả năng

sử dụng chúng trong xử lý nước ô nhiễm cũng như sử dụng sinh khối này cho mục đích làm thức ăn gia súc, thực phẩm cho người hoặc làm phân bón

- Đánh giá khả năng làm bền vững sinh thái hay làm thay đổi hệ sinh thái do chúng gây

- Một vài con số minh họa:

o Thực vật thủy sinh ngập nước: 3 – 18 tấn chất khô/ha.năm

o Nửa ngập nước: 27 – 77 tấn chất khô/ha.năm

- Một số loại có khả năng hấp thụ kim loại nặng

- Chi phí xử lý không cao

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

- Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý dễ thu hoạch và được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau:

o Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ

o Làm phân bón cải tạo đất: Sinh khối có thể thu hoạch, chế biến thành phân hữu

cơ, phụ gia cải tạo đất, bón trên rễ cây mới trồng, đốt thành tro hay làm phân Compost

o Tái tạo năng lượng: Sinh khối sử dụng sản xuất Ethanol, đốt trực tiếp thành củi

o Nguyên liệu sản xuất bột giấy, giấy và sợi

- Bộ rễ, thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với VSV, sự vận chuyển của cây đưa VSV đi theo Chúng dịch chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước, quan hệ giữa VSV và thực vật thủy sinh là quan hệ cộng sinh

- Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng

Do vậy có thể ứng dụng ở những vùng hạn chế việc cung cấp năng lượng

2.5.2 Nhược điểm

Diện tích cần dùng để xử lý chất thải lớn, chúng luôn đòi hỏi phải có đủ ánh sáng Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển hóa càng tốt Do vậy diện tích bề mặt càng nhiều càng tốt Nó rất thích hợp cho những vùng nông thôn, những vùng không được cấp điện

Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh, VSV không có nơi bám vào Chúng dễ dàng trôi theo dòng nước hoặc lắng xuống đáy Rễ thực vật có thể là nơi các VSV gây hại định cư, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh Ngoài ra, thực vật chiếm không gian lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào nước Thảm thực vật thủy sinh phủ kín bề mặt, tác dụng này tạo điều kiện cho các VSV phát triển bao gồm có ích và có hại

CHƯƠNG 3 _ NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thời gian tiến hành thí nghiệm: 04-07/2008

- Địa điểm: Khoa Công nghệ môi trường, Trường ĐH Nông Lâm

Nhà lưới khoa Công nghệ sinh học, Trường ĐH Nông Lâm

Các chỉ tiêu nước thải được phân tích tại trung tâm phân tích môi trường, Công nghệ môi trường, Trường Đại học Nông Lâm

- Điều kiện thời tiết trong thời gian thí nghiệm:

o Nhiệt độ: 220 – 450C

3.2.1 Chuẩn bị cây

bứng lên, rửa sạch bùn trên rễ, cắt bỏ lá già, các thành phần dập nát, sau đó chọn các bụi đồng

đều nhau để làm thí nghiệm

3.2.2.2 Vật liệu đựng nước thải

- Can nhựa 30L: dùng để đựng nước thải chăn nuôi lấy từ trại chăn nuôi heo trường ĐH Nông Lâm

- Thùng nhựa 60L và bao nhựa: dùng để ủ kỵ khí nước thải chăn nuôi

- Chai nhựa 500ml có nút đậy đựng nước thải đầu ra

3.2.2.3 Dụng cụ pha loãng nước thải và đo lượng nước thất thoát:

- Phân dùng để pha nước thải đầu vào cũng được lấy từ Trại heo _ Trường ĐH Nông Lâm

- Cách pha nước phân heo đầu vào: Pha loãng phân heo theo công thức w/w là 1:5 (tỷ lệ nước thải chăn nuôi phổ biến ở các xí nghiệp chăn nuôi heo hiện nay; cứ 1kg phân pha loãng với 5L nước) rồi đem ủ kỵ khí 3 tuần

Mô hình thí nghiệm gồm 15 xô plastic có dung tích 25L được thiết kế với đáy có ống thu nước và van lấy nước với chiều cao lớp sỏi là 6cm, đá mi là 4cm, cát là 20cm Cù Nèo được trồng trên lớp cát của mô hình với mật độ 3 cây/xô Do cây sau khi lấy về rất yếu nên sau khi trồng cần phải cố định cây bằng các cành cây nhỏ xung quanh Các mô hình được đặt trên ghế nhựa cao 20 cm trong nhà lưới để tránh nước mưa làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm

Mục đích của mô hình là nghiên cứu hiệu quả xử lý nước phân heo của cây Cù nèo, xác định nồng độ phân heo cao nhất mà Cù nèo có khả năng chịu đựng được trong trạng thái tĩnh (nồng độ nước thải ổn định trong các giai đoạn nghiên cứu), đánh giá khả năng thích nghi của Cù nèo đối với nước thải chăn nuôi, đánh giá hình thái, tốc độ tăng trưởng và khả năng hấp thụ chất hữu cơ của Cù nèo với các nồng độ nước phân heo khác nhau Bên cạnh đó ta cũng xác định được sự cân bằng nước trong mô hình Thí nghiệm này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định nồng độ nước thải đầu vào cho các mô hình động

3.5.1 Các giai đoạn thí nghiệm

Đề tài thực hiện qua các giai đoạn:

- Giai đoạn dưỡng cây (3 tuần): Tưới cây bằng nước thải chăn nuôi pha loãng theo tỷ lệ 5% trong 2 tuần đầu, 10% trong tuần kế tiếp để bổ sung dinh dưỡng cho cây phát triển