NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA CỎ PARA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA CỎ PARA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA

CỎ PARA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO

Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : ĐẶNG THÀNH SANG

Niên khóa : 2006 – 2010

Tháng 7/2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA

CỎ PARA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO

Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực hiện

PGS.TS BÙI XUÂN AN ĐẶNG THÀNH SANG

Tháng 7/2010

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, được sự hỗ trợ và góp ý của các thầy cô, gia đình và bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến:

¾ Cha và mẹ đã nuôi dạy con nên người, người luôn động viên và giúp đỡ con những lúc khó khăn trong học tập

¾ Thầy PGS TS Bùi Xuân An, khoa Công Nghệ Môi Trường, trường Đại học Nông Lâm TP HCM Người đã gợi mở những ý tưởng, cách thức để thực hiện một nghiên cứu khoa học, là người hướng dẫn tận tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài

¾ Thầy Lê Đình Đôn, trưởng Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, trường Đại học Nông Lâm TP HCM, đã tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện đề tài

¾ Quý thầy cô Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, trường Đại học Nông Lâm TP HCM, đã giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình đào tạo của trường

¾ Các anh chị tại Trung tâm Phân tích Môi trường – Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Nông Lâm TP HCM

¾ Các anh: anh Lẫm, anh Cương, anh Kì ở trại thực nghiệm Bộ môn Công Nghệ Sinh Học

¾ Các anh chị tại trại Thực nghiệm, Khoa Chăn nuôi – Thú y, trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

¾ Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm cùng tham gia đề tài, cùng nhau chia sẽ buồn vui trong công việc

Sinh viên thực hiện

Đặng Thành Sang

TÓM TẮT

Ô nhiễm do nước thải chăn nuôi đối với môi trường ngày càng trầm trọng, cùng với các nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Phương pháp xử lý bằng thực vật thủy sinh đã trở thành xu hướng của thế giới, thân thiện với môi trường Mục tiêu trong nghiên cứu là xác định khả năng xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước phân heo trên 2 mô hình đất ngập nước có dòng chảy bề mặt và dòng chảy đứng Tìm mô hình xử lý hiệu quả, có thể ứng dụng tại Việt Nam

Nội dung nghiên cứu là thu thập số liệu, xây dựng mô hình, tiến hành thí nghiệm và tính toán so sánh kết quả Thí nghiệm được bố trí trên 2 mô hình trồng cỏ para với các đối chứng không trồng cỏ para, tuổi cỏ từ 1- 55 ngày trong mùa khô Ghi nhận và phân tích kết quả của các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước phân heo trước và sau khi xử lý trên 2

SUMMARY

"Research capability treatmet water pig of para-grass on model wetland creation” Pollution by livestock waste water to environment increasingly serious, with potential adverse impacts on human health Method treatment by aquatic plant has become the trend of the world and frienly with environment The objective was to determine the ability treatment of pollution indicators in the water pig on model wetland surface flow and model vertical flow Find treatmet model effectively, it can apply in Vietnamese

This study of contents were to collect data, build model, test and compare the results Experiment was arranged on two experimental models of para grass with confronting no para grass, old grass was from 1 to 55 days in dry season The results were recorded and analyzed about indicators pollution in water pig before and after treament on two models planted para grass

Para grass grew and throve Rate of escape water are high on model VFS and model FWS The average height increase of para grass were 19,6 cm and 17,3cm; the treament efficiency of COD reached 86% and 82%, BOD5 were 89% and 86%, the total N were 54% and 59%, the total P were 86% and 46%, Fe were 78% and 96% respectively on model VFS and FWS Conclusions: para grass is capable high

treatment water pig Model VFS treats more effective than model FWS

Key word: Para grass, constructed wetland, water pig

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt ii

Summury iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt vii

Danh sách các bảng viii

Danh sách các hình ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về cỏ para 3

2.1.1 Hình thái và nguồn gốc cỏ para 3

2.1.2 Thành phần dinh dưỡng của cỏ para 4

2.1.3 Tính năng sản xuất của cỏ para 4

2.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo 4

2.2.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi heo 4

2.2.1.1 Thành phần nước thải chăn nuôi heo 4

2.2.1.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo 5

2.2.3 Một số chỉ tiêu ô nhiễm nguồn nước cần quan tâm 6

2.2.3.1 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 6

2.2.3.2 Nhu cầu oxy sinh học (BOD) 6

2.2.3.3 Chỉ tiêu Nitơ tổng 6

2.2.3.4 Chỉ tiêu Photpho tổng 7

2.2.3.5 Chỉ tiêu kim loại nặng 7

2.2.4 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải chăn nuôi 7

2.2.4.1 Ô nhiễm không khí 7

2.2.4.2 Ô nhiễm đất 8

2.2.4.3 Ô nhiễm nước 8

2.3 Đất ngập nước trong xử lý nước thải 9

2.3.1 Khái niệm đất ngập nước 9

2.3.2 Phân loại đất ngập nước 10

2.3.2.1 Đất ngập nước có dòng chảy tự do bề mặt (Free water surface – FWS) 10

2.3.2.2 Đất ngập nước dòng chảy ngầm (Subsurface flow Constructed Wetland – SSF) 11

2.3.2.3 Bãi lọc tách nước trong bùn 12

2.3.3 Vai trò của thực vật trong đất ngập nước 13

2.4 Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của phương pháp cánh đồng tưới 13

2.4.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc 13

2.4.2 Mặt hạn chế của phương pháp cánh đồng tưới, cánh đồng lọc 14

2.4.3 Cơ chế làm sạch nước thải trên đất ngập nước kiến tạo 14

2.4.4 Thuận lợi và khó khăn của phương pháp xử lý nước thải bằng ĐNNKT 15

2.4.4.1 Thuận lợi 15

2.4.4.2 Khó khăn 16

2.4.5 Ứng dụng đất ngập nước kiến tạo 16

2.4.5.1 Ứng dụng đất ngập nước trên thế giới 16

2.4.5.2 Tình hình nghiên cứu đất ngập nước tại Việt Nam 17

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 18

3.2 Vật liệu thí nghiệm 18

3.2.1 Cỏ para 18

3.2.2 Nước phân heo 18

3.2.3 Mô hình đất ngập nước 18

3.2.3.1 Vật liệu làm mô hình 18

3.2.3.2 Dụng cụ đựng mẫu, nước thải và đong lượng nước bốc thoát 19

3.2.3.3 Dụng cụ và hóa chất dùng trong phân tích 19

3.2.3.4 Mô hình đất ngập nước 19

3.3 Phương pháp thí nghiệm 22

3.3.1 Cơ sở để tiến hành thí nghiệm 22

3.3.2 Bố trí thí nghiệm 22

3.3.3 Các giai đoạn thí nghiệm 23

3.3.3.1 Giai đoạn trước thí nghiệm 23

3.3.3.2 Giai đoạn thí nghiệm 23

3.3.4 Phương pháp thí nghiệm 23

3.4 Xử lý số liệu 24

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

4.1 Các chỉ tiêu của nước phân heo đầu vào 25

4.2 Chỉ tiêu sinh trưởng 25

4.3 Sự bốc hơi nước 27

4.4 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 28

4.5 Nhu cầu oxy sinh học (BOD5) 31

4.6 Chỉ tiêu Nitơ tổng 33

4.8 Khả năng xử lý Fe 37

4.9 Kết quả tổng hợp 38

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40

5.1 Kết luận 40

5.2 Đề nghị 40

Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần và số lượng phân nguyên chất của một số gia súc 4

Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo 5

Bảng 2.3 Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại ĐNNKT 14

Bảng 2.3(tt) Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại ĐNNKT 15

Bảng 3.1 Chỉ tiêu phân tích và phương pháp đo 24

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu của nước phân heo đầu vào 25

Bảng 4.2 Chiều dài rễ và trọng lượng cỏ para cuối thí nghiệm 26

Bảng 4.3 So sánh thống kê sự tăng trưởng của cỏ para giữa MH 1 và MH 2 26

Bảng 4.4 So sánh thống kê lượng nước bốc thoát trên mô hình ĐNNKT 27

Bảng 4.5 So sánh thống kê chỉ tiêu COD đầu ra trên 2 mô hình ĐNNKT 29

Bảng 4.6 So sánh thống kê chỉ tiêu BOD5 đầu ra trên 2 mô hình ĐNNKT 32

Bảng 4.7 So sánh thống kê chỉ tiêu N tổng đầu ra trên 2 mô hình ĐNNKT 34

Bảng 4.8 So sánh thống kê khả năng xử lý P tổng trên 2 mô hình ĐNNKT 36

Bảng 4.9 Hiệu suất xử lý Fe trên 2 mô hình ĐNNKT 37

Bảng 4.10 Hiệu suất xử lý các chỉ ô nhiễm trên 2 mô hình ĐNNKT 38

Bảng 4.11 Kết quả tổng hợp một số chỉ tiêu nghiên cứu trên mô hình 38

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Hình thái cỏ para 3

Hình 2.2 Dãy chuồng heo ở khu phố 3, Phường Thới An, Quận 12 8

Hình 2.3 ĐNN kiến tạo dòng chảy bề mặt 10

Hình 2.4 ĐNN kiến tạo dòng chảy đứng 11

Hình 2.5 ĐNN kiến tạo dòng chảy ngang 12

Hình 3.1 Mô hình 1 trồng cây 20

Hình 3.2 Mô hình 2 trồng cây 20

Hình 3.3 Mô hình 1 được xây dựng tại trại thực nghiệm 21

Hình 3.4 Mô hình 2 được xây dựng tại trại thực nghiệm 21

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 22

Hình 4.1 Sự tăng trưởng của cỏ para trên 2 mô hình ĐNNKT 25

Hình 4.2 Lượng nước bốc thoát trên 2 mô hình ĐNNKT 27

Hình 4.3 Chỉ tiêu COD trên 2 mô hình ĐNNKT 28

Hình 4.4 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD trên 2 mô hình ĐNNKT 29

Hình 4.5 Chỉ tiêu BOD5 trên 2 mô hình ĐNNKT 31

Hình 4.6 Biểu đồ hiệu suất xử lý BOD5 trên 2 mô hình ĐNNKT 31

Hình 4.7 Chỉ tiêu N tổng trên 2 mô hình ĐNNKT 33

Hình 4.8 Biểu đồ hiệu suất xử lý N tổng trên 2 mô hình ĐNNKT 33

Hình 4.9 Chỉ tiêu P tổng trên 2 mô hình ĐNNKT 35

Hình 4.10 Hiệu suất xử lý P tổng trên 2 mô hình ĐNNKT 35

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Để đáp ứng nhu cầu về thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi thế giới phát triển rất nhanh và đạt nhiều thành tựu đáng kể Tuy nhiên bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một lượng lớn sản phẩm quan trọng cho nhu cầu của con người, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về ô nhiễm môi trường Do vậy, việc

xử lý chất thải chăn nuôi ngày càng được các cơ quan quản lý nhà nước, cộng đồng và chính những người chăn nuôi quan tâm

Việc xử lý ô nhiễm bằng thực vật thủy sinh được ứng dụng từ lâu trên thế giới như

ở Mỹ và Châu Âu nhưng ở Việt Nam thì điều này hoàn toàn mới mẽ, đã và đang tiếp tục nghiên cứu Việc sử dụng thực vật thủy sinh có nhiều ưu điểm như chi phí thấp nhưng hiệu suất đạt được cao, ổn định, cải tạo môi trường và làm phong phú đa dạng sinh thái

Nhiều thực vật bản địa đã được phát hiện là có khả năng xử lý ô nhiễm như thủy trúc, lục bình, kèo nèo, bồn bồn, sậy, cỏ lông para, bèo tấm, Trong các loài thực vật

đã được nghiên cứu thì cỏ para được xem là thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm cao Đây là loại cỏ phát triển rất tốt trên các vùng đầm lầy, đất ngập nước tự nhiên, cũng như trên các cánh đồng chăn thả gia súc Do đó, cỏ para dường như là thực vật lý tưởng để xử lý nước thải chăn nuôi, đồng thời còn làm thức ăn rất tốt cho gia súc Các nghiên cứu về cỏ para đều ở mức độ khảo sát các chỉ tiêu cơ bản như COD, BOD, Nitơ tổng, Photpho tổng, pH, nhiệt độ với một mô hình nhất định Vấn đề đặt ra là trong thức ăn công nghiệp luôn tồn tại nhiều loại vi khoáng nhất định với các hàm lượng khác nhau Những vi khoáng này khi thải ra môi trường sẽ tích tụ trong chuỗi thức ăn có thể là nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Các phương pháp xử lý thông thường như Biogas, hóa chất, cơ học…cũng không xử lý hiệu quả các kim loại trong nước thải, cũng như các chất khác như Nitơ, Photpho… mà còn làm

ô nhiễm môi trường, do đó cần thiết phải phân tích hàm lượng kim loại nặng trong nước thải Đồng thời so sánh hiệu quả xử lý của 2 mô hình: đất ngập nước dòng chảy đứng và đất ngập nước dòng chảy bề mặt khi trồng cây trên đó, tìm ra mô hình xử lý hiệu quả Từ đó, ta có thể ứng dụng vào việc xử lý nước thải chăn nuôi ở các trang trại

heo cũng như ở các hộ gia đình trong tương lai gần Vì vậy, tôi quyết định đưa ra đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cỏ para trên mô hình đất ngập kiến tạo” Đề tài này được sự cho phép của Bộ môn Công Nghệ Sinh Học và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Xuân An

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định khả năng xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước phân heo trên 2 mô hình đất ngập nước có dòng chảy bề mặt (FWS) và dòng chảy đứng (VFS) Tìm mô hình xử

lý hiệu quả, có thể ứng dụng tại Việt Nam

1.3 Nội dung nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Cỏ para

- Mô hình thí nghiệm: gồm mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng (Vertical subsurface flow - VFS) và mô hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt (Subsurface flow Constructed Wetland - FWS)

- Nước phân heo (phân heo đã được pha loãng sau một thời gian ủ)

1.3.2 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập số liệu từ các nghiên cứu trước về cỏ para, làm cơ sở để thực hiện nghiên cứu

- Xây dựng mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và mô hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt

- Thí nghiệm với tuổi cỏ para từ 1- 55 ngày trong nước phân heo trên 2 mô hình đất ngập nước trong mùa khô

- Ghi nhận, tính toán và so sánh kết quả

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về cỏ para

2.1.1 Hình thái và nguồn gốc cỏ para

Hình 2.1 Hình thái cỏ para Tropicalforages wed

Cỏ para có tên khoa học Brachiaria mutica, thuộc họ Poacae, bộ Paniceae Ở Việt

Nam còn gọi là cỏ lông para hay cỏ lông tây Là loài cỏ lưu niên, nhiều rễ, họ lúa

(poaceae) Lá dài, đầu nhọn như hình tim, mặt trên và mặt dưới lá cũng có lớp lông

mịn, thưa bao phủ Thân dài, có chiều hướng bò, có thể cao tới 1,5 m, phân nhánh nhiều, rễ mọc và đâm chồi ở các đốt Hoa dạng chùm dài 6 – 30 cm, gồm 5 – 20 cành hoa, gồm nhiều hoa kép màu đỏ tía dài 2,5 – 5 mm mọc so le nhau (Lê Thị Cúc, 2008)

Cỏ para có nguồn gốc từ Nam Mỹ như Brasil, Châu Phi, hiện được trồng nhiều ở các nước nhiệt đới, được đưa vào Nam Bộ năm 1875 tại các cơ sở chăn nuôi bò sữa, Trung Bộ năm 1930 và sau đó ra Bắc Bộ Ngày nay, cỏ para phân bố ở khắp nơi trên thế giới (Lê Thị Cúc, 2008)

2.1.2 Thành phần dinh dưỡng của cỏ para

Vật chất thô chiếm 29 – 30%, Protein thô từ 10 – 12%, xơ thô từ 27 – 30%, lipid

thô từ 2,9 – 3%, Với với hàm lượng dinh dưỡng cao như vậy, cỏ para là thức ăn có giá trị, rất thích hợp cho gia súc Cỏ Para giòn và ngọt nên hầu như các loài gia súc đều thích ăn nhất là vào dịp đông xuân giá rét, thức ăn xanh thiếu thốn, đây chính là mặt mạnh chủ yếu của cây cỏ này Cỏ para dùng làm thức ăn xanh thô cho trâu, bò, ngựa ở dạng tươi, cỏ xanh hoặc phơi khô (Trần Nhật Hoàng, 2008)

2.1.3 Tính năng sản xuất của cỏ para

Năng suất cỏ đạt rất cao, thay đổi theo từng vùng đất khác nhau Năng suất cỏ tại

trung tâm nghiên cứu dê và thỏ Sơn Tây là 75 tấn/ha/năm, trại ngựa Bá Vân - Thái nguyên là 78 tấn/ha và có nơi đạt 120 tấn/ha trong 5 lần cắt Cỏ para cho chất xanh lên tới 40%, đặcbiệt trong vụ đông xuân cỏ này phát triển tốt hơn so với những cây cỏ khác Đây cũng là cây cỏ hoà thảo trồng cung cấp thức ăn xanh cho gia súc trong vụ đông, là cây cỏ duy nhất trồng được ở những nơi đất ngập lụt, sình lầy, thung lũng và đất chua (Trần Nhật Hoàng, 2008)

2.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo

2.2.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi heo

2.2.1.1 Thành phần nước thải chăn nuôi heo

Bảng 2.1 Thành phần và số lượng phân nguyên chất của một số gia súc

Sản lượng phân cả năm (kg)

Tổng lượng NPK (kg) (*) Trâu 82 0,313 0,162 0,129 1,604 3650 58,54

Bò 73,8 0,380 0,284 0,992 1,622 2190 36,59 Lợn 83 0,537 0,930 0,984 2,453 700 17,17

(*) Trâu, bò tính lượng phân nhận được trong chuồng; lợn tính một đời lợn thịt Nguyễn Đức Hưng, 2004

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

Trước đây, người dân chăn nuôi heo theo quy mô từng hộ gia đình, việc dọn dẹp

chuồng chăn nuôi hàng ngày Người ta thường dọn phân ra khỏi những tạp chất chăn

nuôi khác nên phân thường mang tính chất thuần nhất hơn

Hiện nay, việc chăn nuôi phần lớn mang tính chất tập trung và mang dáng dấp của

quy mô công nghiệp, nên việc dọn dẹp chuồng trại cũng hoàn toàn khác trước Phân

heo tại các cơ sở chăn nuôi này thường chứa nhiều nước và các phần dư thừa của thức

ăn công nghiệp Ở nhiều chuồng trại người ta xối nước rửa chuồng trại kéo theo cả

phân gia súc xuống cống thoát, khi đó phân gia súc như một chất lỏng đậm đặc

(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

2.2.1.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi heo

Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose,

protein, acid amin, lipid, hydrocarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức

ăn thừa Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, u rê, amonium, muối

chlorua, SO42- Các hợp chất trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy Tùy điều

kiện hiếu khí hay kỵ khí mà quá trình phân hủy tạo thành các sản phẩm khác nhau

như: Acid amin, acid béo, aldehide, CO2, H2O, H2S Nếu oxy được cung cấp đầy đủ, sản phẩm của quá trình phân hủy là: CO2 + H2O + NO2- + NO3- Ngược lại, trong điều kiện thiếu oxy, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ theo con đường kỵ khí tạo ra các sản phẩm CH4, NH3, H2S, Indol, Scatol Các chất khí này tạo nên mùi hôi thối trong khu vực nuôi và 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 một lượng ít kim loại nặng, 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, gây bệnh cho người và gia súc (Trần Nhật Hoàng, 2008)

2.2.3 Một số chỉ tiêu ô nhiễm nguồn nước cần quan tâm

Các chỉ tiêu ô nhiễm thì nhiều nhưng quan trọng cho nước thải chăn nuôi là nhu cầu oxy hóa học, nhu cầu oxy sinh học, chỉ tiêu Nitơ tổng, chỉ tiêu Photpho tổng và chỉ tiêu kim loại nặng

2.2.3.1 Nhu cầu oxy hóa học (COD)

COD là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra mức độ ô nhiễm của nguồn nước 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 (Phan Thị Thúy Phương, 2008)

2.2.3.2 Nhu cầu oxy 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 (Phan Thị Thúy Phương, 2008)

2.2.3.3 Chỉ tiêu Nitơ tổng

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

chiếm tỷ lệ cao nhất (70%), chúng tồn tại dưới dạng các hạt có kích thước rất nhỏ (<0,01mm) (Phan Thị Thúy Phương, 2008)

2.2.3.4 Chỉ tiêu Photpho tổng

Trong nước thải chăn nuôi, Photpho hầu hết ở dạng muối phosphate Phosphate

là chỉ 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 (Phan Thị Thúy Phương, 2008)

2.2.3.5 Chỉ tiêu kim loại nặng

Chúng có mối liên quan do tính độc hại của chúng đối với các vi sinh vật, và cuối cùng là con người Đồng (Cu) và kẽm (Z) tồn dư trong chất thải chăn nuôi là 2 trong nhiều yếu tố gây nên ô nhiễm kim loại nặng trong đất Việc bổ sung oxit kẽm (ZnO) với hàm lượng quá cao trong thức ăn chăn nuôi để phòng ngừa tiêu chảy là nguyên nhân cơ bản dẫn đến tình trạng này Do chúng không phân rã nên các kim loại nặng tích tụ trong chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó tích tụ nhanh trong các động, thực vật sống dưới nước Tiếp đó các động vật khác sử dụng các động, thực vật sống dưới nước làm thức ăn dẫn đến nồng độ các kim loại nặng được tích tụ trong

cơ thể sinh vật trở nên cao hơn Cuối cùng đến sinh vật bậc cao nhất trong chuỗi thức

ăn, nồng độ kim loại đủ lớn để gây ra độc hại

2.2.4 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải chăn nuôi

Chất thải gia súc được biết đến là mùi hôi, chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng như: Nitơ, Photpho, các chất khoáng, vi sinh vật truyền bệnh Những chất này thải vào môi trường, nếu không được xử lý sẽ tác động mạnh mẽ không chỉ đến môi trường nước, môi trường đất mà còn tác động mạnh mẽ đến môi trường không khí Ngoài ra, nó còn là nguyên nhân lan truyền dịch bệnh cho người và vật nuôi

quanh như: Chất H2S có mùi trứng thối đặc trưng, khiến cho người ngửi vào buồn nôn, choáng, nhức đầu, NH3 kích thích mắt và đường hô hấp trên, gây ngạt ở nồng

độ cao và có thể dẫn đến tử vong Các bể chứa phân kị khí còn tạo ra CH4 có tác dụng giữ lại năng lượng mặt trời, do đó làm thay đổi thời tiết toàn cầu Trung bình lượng CH4 sản xuất hàng năm trên thế giới từ chăn nuôi là khoảng 16% (Nguyễn Thị Thùy Trang, 2008)

2.2.4.2 Ô nhiễm đất

Chất thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất dinh dưỡng cao nên được dùng làm phân bón để tăng độ màu mỡ của đất, tăng năng xuất cây trồng Tuy nhiên, khi đưa vào trong đất với nồng độ quá nhiều, nếu cây sử dụng không hết, sẽ tích tụ lại có thể làm cây chết Ngoài ra, đất bón phân heo trong nhiều năm ở lượng cao có thể bị nhiễm những kim loại nặng như Cu, Zn vì những chất này thường được trộn vào thức ăn gia súc để kích thích tiêu hóa và phòng ngừa dịch bệnh Về lâu dài, các chất này có thể có hại cho cây trồng, vật nuôi và cả con người Trong chất thải chăn nuôi còn có nhiều loại vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán Khi dùng phân tươi để bón cây, nhất là các loại rau, nguy cơ nhiễm bệnh cho người và gia súc cũng tăng lên (Nguyễn Thị Thùy Trang, 2008)

2.2.4.3 Ô nhiễm nước

Hình 2.2 Dãy chuồng heo ở khu phố 3, Phường Thới An, Quận 12,

xả nước thải trực tiếp xuống kênh http://news.socbay.com

Chất thải gia súc có trong nước nhiều có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa đối với nước mặt, ô nhiễm NH3, kim loại nặng và các loại kí sinh trùng, vi trùng (như

E.Coli, Salmonella, Cryptospridium, Giardia, Cholera, Streptococus, ) Hiện tượng phú dưỡng hóa là sự phát triển quá mức của tảo do dư Nitơ, Photpho Do đó, các vi khuẩn phân hủy rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxi trong nước làm cạn kiệt nguồn oxi một cách nhanh chóng và khi chết chúng tạo ra mùi khó chịu cho nước

Khi quá trình oxi hóa bị ngưng lại, lúc này các vi khuẩn kị khí có sẵn trong nguồn nước thải sẽ phân hủy kị khí các chất hữu cơ tạo thành CH4, CO2, H2S, Cũng chính môi trường này, một số loại sinh vật không thể tồn tại như cá, ếch, nhái, Nếu lượng nước này được xả trực tiếp ra mạng lưới thoát nước sẽ gây mùi hôi thối, gây ô nhiễm nước mặt và ít nhiều làm ảnh hưởng đến mạch nước ngầm Chất NH3, sau một quá trình chuyển hóa, tạo NO3- trong nước NO3- tồn tại trong đất với một lượng cao có thể ngấm qua đất để vào nước ngầm Nước có nồng độ NO3- cao có khả năng gây tử vong cho trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi

Đa số người dân sống quanh những khu nuôi heo chưa có hệ thống xử lý chất thải,

họ phải chịu ảnh hưởng về mùi hôi, ruồi và nước sông bị ô nhiễm do nước thải từ khu chăn nuôi chảy trực tiếp ra sông Nước sông không còn dùng để tưới tiêu được nữa Những người sống ven sông này thường bị chứng ngứa da, ngứa mắt, viêm gan

(Nguyễn Thị Thùy Trang, 2008)

2.3 Đất ngập nước trong xử lý nước thải

2.3.1 Khái niệm đất ngập nước

Đất ngập nước (wetland) được hiểu là vùng đất ngậm nước bão hòa hoặc cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở các vùng trũng thấp như đầm lầy, ao

hồ, kênh rạch, ruộng nước, vườn cây, rừng ngập nước, các cửa sông tiếp giáp với biển,… Ở miền Trung, các vùng đất ngập nước là các đầm phá ven biển, các hồ chứa nước nhân tạo Ở miền Bắc, đất ngập nước là các hồ trong hệ thống lưu vực sông Hồng, những bãi triều rộng lớn, những cánh rừng ngập mặn của châu thổ Vùng đồng bằng sông Cửu Long được xem là vùng đất ngập nước rộng lớn ở Việt Nam, là vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm năng nông lâm ngư nghiệp nhưng rất nhạy cảm về mặt môi trường sinh thái Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khả năng xử lý chất thải qua quá trình tự làm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp Đất ngập nước tự nhiên được sử dụng như là nơi tiếp nhận nước thải từ rất lâu đời (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

2.3.2 Phân loại đất ngập nước

Việc xử lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, cần nhiều diện tích

và khó kiểm soát quá trình xử lý nên đất ngập nước kiến tạo (constructed wedland) ra đời Đất ngập nước kiến tạo được thiết kế và xây dựng như vùng đất ngập nước tự nhiên: có lớp lót chống thấm, lớp vật liệu đỡ thực vật thích hợp, có hệ thống phân phối

và thu nước tạo dòng thủy lực tăng hiệu quả xử lý so với đất ngập nước tự nhiên Do

đó, ta có thể giảm diện tích đất và đặc biệt có thể quản lý, kiểm soát dễ dàng hơn (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

Đất ngập nước kiến tạo phổ biến có thể được phân thành 3 nhóm:

2.3.2.1 Đất ngập nước có dòng chảy tự do bề mặt (Free water surface – FWS)

Hình 2.3 ĐNN kiến tạo dòng chảy bề mặt Nguyễn Thị Thùy Trang, 2008

Hệ thống này giống như những đầm lầy tự nhiên Nó có 1 lớp đất sét tự nhiên hoặc nhân tạo (HDPE, LD,…) hoặc lớp chống thấm dưới đáy để chống rò rỉ Trên lớp chống thấm là lớp đất hoặc chất liệu phù hợp cho việc sinh trưởng của các loài thực vật đầm lầy Nước thải với độ sâu tương đối nhỏ chảy theo phương ngang qua bề mặt lớp đất Cấu tạo của hệ thống thường được sử dụng với dạng kênh hẹp và dài, độ sâu của nước nhỏ, vận tốc chảy nhỏ cùng với sự có mặt của các loài thực vật, tạo điều kiện cần thiết cho chế độ gần như dòng chảy đáy (Lê Anh Tuấn, 2008) Khi dòng nước thải

đi qua, nó sẽ được xử lý bằng các quá trình lắng, lọc, oxy hóa khử, hấp phụ và lắng tụ Loại chảy bề mặt thì ít tốn kém và tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn loại chảy ngầm nhưng hiệu quả xử lý kém hơn, tốn diện tích đất nhiều hơn và có thể giải quyết các vấn đề về muỗi và côn trùng phát triển trên đó (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

2.3.2.2 Đất ngập nước dòng chảy ngầm (Subsurface flow Constructed Wetland – SSF)

Loại này bao gồm cả các loại đất ngập nước có dòng chảy nằm ngang hay dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống Lớp vật liệu để bảo đảm sự sinh trưởng cho thực vật bao gồm đất, cát, sỏi, đá, được xếp theo thứ tự đó từ trên xuống nhằm tạo

độ xốp tốt hơn Kiểu dòng chảy của nước thải có thể là hướng lên trên, hướng xuống dưới, ngang; kiểu dòng chảy ngang là phổ biến nhất Hầu hết các SSF được thiết kế với độ dốc 1% hoặc hơn một chút (Trần Nhật Hoàng, 2008)

• Đất ngập nước có dòng chảy đứng (Vertical subsurface flow – VFS)

Hình 2.4 ĐNN kiến tạo dòng chảy đứng Lê Anh Tuấn, 2008

Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để dẫn ra ngoài Các hệ thống VFS thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử

lý lần 1 Thực nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại Hệ thống ĐNN cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học (Phan Thị Thanh Thanh, 2008)

• Đất ngập nước có dòng chảy ngang (Horizontal subsurface flow –HSF)

Hệ thống này gồm ống dẫn nước vào, lớp đỡ bằng đất sét hoặc màng tổng hợp chống thấm, vật liệu đệm, thực vật bán ngập, thành và ống dẫn nước ra Nước thải được phân phối thành dòng chảy ngầm có dạng chảy theo hướng nằm ngang Nước thải sau khi phân phối vào sẽ thấm qua lớp vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong khu đất, qua đó các vi

sinh vật sống trong vật liệu lọc và sống bám vào hệ thống rễ cây trồng sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ trong nước thải phục vụ cho quá trình sinh sản và phát triển của chúng (Lê Thị Cúc, 2008) Khi nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được làm sạch do quá trình tiếp xúc với bề mặt của các vật liêu lọc, tiếp xúc với vùng rễ của lớp thực vật trồng trong hệ thống Hệ thống này có thể áp dụng xử lý dòng thải sơ cấp trước khi thải vào đất Do nước không lộ thiên trong suốt quá trình xử lý nên các rủi ro liên quan đến phơi nhiễm mầm bệnh cho con người rất thấp Hệ thống này thường có chi phí đầu tư và vận hành thấp, thường sử dụng cho gia đình đơn lẻ hoặc cho các cụm dân cư nhỏ (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

Hình 2.5 ĐNN kiến tạo dòng chảy ngang Lê Anh Tuấn, 2008

2.3.2.3 Bãi lọc tách nước trong bùn

Bãi lọc tách nước trong bùn bao gồm một mương nước được phủ một lớp cát, phía dưới là các ống dẫn thoát nước Kỹ thuật này được phát triển từ những năm 60 ĐNN kiến tạo tách nước bùn là hệ thống xử lý đơn giản chủ yếu dựa trên các quá trình xử lý

bị động Các hệ thống này thích hợp sử dụng ở những vùng nông thôn có mật độ dân

số thấp do chúng dễ vận hành và có thể xây dựng bằng các vật liệu sẵn có ở địa phương Hệ thống đất ngập nước xử lý quy mô nhỏ đang được sử dụng rất phổ biến cho mục đích quản lý nước tập trung ở các nước phát triển và đang phát triển do chúng được biết đến như là một kỹ thuật xử lý nước thải thân thiện với môi trường và có hiệu quả về mặt chi phí (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

2.3.3 Vai trò của thực vật trong đất ngập nước

- Ổn định đất, bùn cặn và giúp tăng lượng bùn cặn mới

- Loại bỏ chất dinh dưỡng ra khỏi nước mặt, các nhân tố vết, các hợp chất hữu cơ trong nước nhờ quá trình hấp thụ sinh học và hút bám trên bề mặt

- Hấp thu CO2 và thải O2 trong quá trình quang hợp

- Tạo môi trường cần thiết cho nhiều chủng loại vi sinh vật sinh sống thông qua việc cung cấp oxi, chất dinh dưỡng cho lớp đất và lớp bùn cặn Từ đó, các sinh vật tự dưỡng có khả năng tạo sinh khối, giảm hợp chất cacbon (Trần Nhật Hoàng, 2008)

2.4 Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của phương pháp cánh đồng tưới, cánh đồng lọc truyền thống bằng mô hình đất ngập nước kiến tạo

2.4.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc

™ Cánh đồng lọc

Cánh đồng lọc chỉ có chức năng xử lý nước thải Khi nước thải được lọc qua đất, các chất keo lơ lửng được giữ lại tạo thành màng vi sinh vật VSV trong màng này sử dụng chất hữu cơ để tăng sinh khối và biến thành các chất hòa tan hoặc chất hữu cơ đơn giản

Toàn bộ khu đất phải được chia làm nhiều ô, các ô phải bằng phẳng để bảo đảm phân phối nước đều Tải trọng trên cánh đồng tưới tùy thuộc vào độ lớn của vật liệu lọc Hiệu quả làm sạch của cánh đồng lọc rất cao, giảm BOD hơn 90%, coliform hơn 95%, nước thải rất trong sau xử lý(Nguyễn Thị Thu Hà, 2008)

đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ diễn ra ở lớp đất mặt sâu đến 1,5m

Cơ chế hoạt động của cánh đồng tưới khác cánh đồng lọc là có trồng lúa và hoa màu Nhờ cây trồng, hiệu quả xử lý được nâng cao vì trồng cây hấp thu các chất vô cơ

có tác dụng thúc đẩy nhanh tốc độ phân hủy Bộ rễ còn có tác dụng chuyển oxy xuống tầng đất sâu dưới mặt đất để oxy hóa các chất hữu cơ thấm xuống (Nguyễn Thị Thu

Hà, 2008)

2.4.2 Mặt hạn chế của phương pháp cánh đồng tưới, cánh đồng lọc

Khi xử lý cánh đồng tưới, cánh đồng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi cũng như các loại nước thải khác, sau một thời gian thì các lỗ hổng trong đất sẽ bị bít vì cặn và màng vi sinh dính bám, dẫn đến giảm hiệu quả xử lý Để tránh hiện tượng này, cánh đồng tưới phải được làm thoáng định kì và tránh ứ đọng bùn (Nguyễn Thị Thu Hà, 2008)

Ngoài ra còn phải chú ý tới độ ẩm, chế độ tưới nước cũng như yêu cầu phân bón cho cây trồng, địa hình (hình thể, độ dốc,…), đất đai, chế độ thủy văn (mực nước ngầm), thành phần và tính chất nước thải đầu vào và mức độ tiền xử lý Do

đó, các mô hình đất ngập nước kiến tạo được thiết kế và vận hành nhằm khắc phục những hạn chế trên

2.4.3 Cơ chế làm sạch nước thải trên đất ngập nước kiến tạo

Cơ chế làm sạch nước thải cũng tương tự như cơ chế làm sạch nước thải của các vùng đất tự nhiên, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc Tuy nhiên, điểm khác của mô hình ĐNNKT có trồng thực vật là có thể chủ động và kiểm soát được một số số yếu tố mà các mô hình trên rất khó thực hiện

Bảng 2.3 Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại ĐNNKT

Chỉ tiêu ĐNNKT dòng chảy FSW ĐNNKT dòng chảy VFS

Các chất hữu cơ

phân hủy được,

BOD hòa tan

Hấp thụ bởi thực vật, phân hủy sinh học nhờ các vi khuẩn hiếu khí, tùy ý và kỵ khí trên thực vật và trên bề mặt các hạt; hấp phụ, lọc và lắng, lọc đối với BOD dạng keo và hạt

Hấp thụ bởi thực vật, phân hủy sinh học dị dưỡng nhờ các vi khuẩn hiếu khí, tùy ý và kỵ khí trên thân, rễ thực vật và trên bề mặt các hạt vật liệu lọc (màng vi sinh vật)

Chất rắn lơ lửng Lắng, lọc, hấp phụ bề mặt Lọc qua lớp vật liệu lọc

Bảng 2.3(tt) Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại ĐNNKT

Chỉ tiêu ĐNNKT dòng chảy FSW ĐNNKT dòng chảy VFS

Nitơ Nitrat hóa, khử nitơ, thực

vật hấp thụ

Nitrat hóa (oxy vận chuyển từ trên không khí qua bề mặt bể trong bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng, qua lá, thân và rễ cây), khử Nitơ dị dưỡng trong vùng kị khí, thực vật hấp thụ, bay hơi

Photpho Kết tủa, lắng, thực vật hấp

thụ

Lọc, vật liệu hấp phụ, thực vật hấp thụ

Kim loại nặng Kết tủa, lắng, lọc, thực vật

hấp thụ

Lắng, lọc, vật liệu hấp phụ, thực vật hấp thụ

Vi sinh vật gây

bệnh

Thối rữa, phân hủy tự nhiên, chết đi do thời gian lưu lớn, bức xạ mặt trời (UV), lắng,

sự bài tiết các chất kháng sinh từ rễ cây, cạnh tranh

Thối rữa, phân hủy tự nhiên, lắng, sự bài tiết cấc chất kháng sinh từ rễ cây, cạnh tranh, môi trường hiếu khí ở đất ngập nước dòng chảy đứng

Nguyễn Việt Anh, 2006

2.4.4 Thuận lợi và khó khăn của phương pháp xử lý nước thải bằng ĐNNKT 2.4.4.1 Thuận lợi

Sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải là công nghệ xử lý đơn giản, thân thiện với môi trường So với các công nghệ khác thì ĐNN có những ưu điểm chính:

- Chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì thấp

- Hiệu quả trong xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm thấp như nước thải chăn nuôi, nước chảy tràn đô thị,…

- Khử các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng rất tốt Có thể được thiết kế để loại bỏ các chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho), cũng như các loại vi khuẩn, vi rút gây bệnh

- Phân hủy hầu hết các hợp chất hữu cơ từ các dạng đơn giản đến phức tạp

- Kết tủa kim loại nặng ở dạng các hợp chất không tan

- Tạo vùng đệm cho các khu công nghiệp, khu vực sản xuất

- Nhiều lợi ích kèm theo về mặt xã hội, giáo dục,…

2.4.4.2 Khó khăn

ĐNN trong xử lý nước thải cũng mang một số bất lợi:

- Yêu cầu diện tích lớn

- Các độc chất có thể ảnh hưởng tiêu cực lên khả năng hoạt động của đất ngập nước

- Đòi hỏi phải có quá trình tiền xử lý đối với các nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm trung bình và cao

- Không có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ bền và một số muối

- Khó kiểm soát các vấn đề vệ sinh như mùi hôi, ruồi muỗi, côn trùng,…

- Chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố thời tiết

2.4.5 Ứng dụng đất ngập nước kiến tạo

2.4.5.1 Ứng dụng đất ngập nước trên thế giới

ĐNN hiện đang được ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải Trong những năm đầu khi công nghệ này mới được phát triển, các ứng dụng chủ yếu là xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị Trong những năm gần đây, ứng dụng đã được

mở rộng thêm để xử lý các nguồn nước thải khác như nước thải công nghiệp, nông nghiệp, nước rỉ rác,…

Các hệ thống ĐNN kiến tạo SSF có thể được dùng để xử lý bậc hai nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị sau giai đoạn tiền xử lý cơ học Theo Robert và ctv, 2000; hiện nay ở Châu Âu, công nghệ này đang được ứng dụng rất phổ biến Số lượng SSF hiện đang vận hành ở Châu Âu hiện nay khoảng 5000, riêng ở Đức là 3500 hệ thống Các hệ thống FWS có mặt thoáng tiếp xúc với không khí dễ phơi nhiễm với con người nên thường bổ sung vào các hệ thống xử lý bậc 2 quy mô nhỏ để tăng cường hiệu quả xử lý Các hệ thống này được thiết kế thành công ở Comlumbia, United Kingdom

Paolo và cộng sự (2003) sử dụng mô hình SSF dòng chảy ngang, trồng sậy có diện tích 75 m2 xử lý nước thải trại chăn nuôi heo và bùn thải sinh hoạt (6,5 m3/ngày) bằng SSF Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả loại bỏ SS và hữu cơ được giữ ở mức ổn

định trên 90%, hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng N và P khoảng 50% - 60% Tổng số Coliform và E Coli bị khử trên 90% và liên cầu khuẩn bị khử trên 98% (Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009)

2.4.5.2 Tình hình nghiên cứu đất ngập nước tại Việt Nam

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng đất ngập nước trồng cây còn khá mới mẽ, bước đầu đang được nghiên cứu và được một số trung tâm môi trường và các trường đại học thử nghiệm

Nguyễn Việt Anh, 2006 đã thử nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống bể yếm khí để loại bỏ hợp chất hữu cơ, tiếp theo ao bèo tấm, ao bèo tây, ao có mặt thoáng

và cuối cùng là mương trồng sậy Kết quả cho thấy các chỉ số ô nhiễm đạt tiêu chuẩn nước thải

Năm 2007, Nguyễn Việt Anh và cộng sự đã nghiên cứu xử lý bậc cao cho dòng chảy ra của mô hình sinh học vách ngăn bằng ĐNN kiến tạo dòng chảy đứng trồng Typha orientalis, Phragmites communis và Dracaena fragrans Kết quả cho thấy dòng chảy ra sau ĐNN đạt tiêu chẩn loại A

Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2009 sử dụng mô hình HSF và FWS trong xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân, dùng thực vật là cây sậy và cỏ nến trong xử lý bậc hai và bậc 3 Kết quả nghiên cứu cho thấy các chỉ tiêu đạt tiêu chuẩn xả thải trong xử lý bậc 3

Trần Nhật Hoàng, 2008 với đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ COD của nước phân heo đến khả năng xử lý của cỏ para trên mô hình bãi lọc tại trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu BOD5, N tổng, P tổng đạt và loại B đối với chỉ tiêu COD

Từ các kết quả nghiên cứu, cho thấy mô hình ĐNN đã được sử dụng rất phổ biến trên thế gới với các kết quả rất khả quan Tình hình nghiên cứu mô ĐNN trong điều kiện Việt Nam đã đem lại nhiều kết quả hứa hẹn Không những thế thực vật từ mô hình ĐNN sau khi xử lý còn có thể làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón hữu cơ, hoặc có thể làm đồ thủ công mỹ nghệ,… Hy vọng rằng trong tương lai không xa, công nghệ này không còn phải ở mức độ nghiên cứu nữa, mà sẽ được ứng dụng để xử lý nước thải rộng rãi trong điều kiện Việt Nam

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

- Thời gian: Từ ngày 13/1/2010 đến ngày 10/6/2010

- Địa điểm: Tại trại thực nghiệm Bộ môn Công Nghệ Sinh Học trường ĐH Nông Lâm TP HCM Các chỉ tiêu nước thải được phân tích tại Trung tâm Phân tích Môi trường - Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Môi trường trường ĐH Nông Lâm

TP HCM

- Thí nghiệm được tiến hành trong mùa khô, nhiệt độ trung bình: 29oC – 32oC

3.2 Vật liệu thí nghiệm

3.2.1 Cỏ para

Cỏ được lấy tại trại thực nghiệm Khoa Chăn Nuôi - Thú Y trường ĐH Nông Lâm

TP HCM Những cây cỏ trưởng thành, thân chắc khỏe được chọn

3.2.2 Nước phân heo

Phân heo được lấy từ trại heo của trường ĐH Nông Lâm TP HCM Phân heo được

ủ trong bao gồm 2 lớp (lớp trong là bao nilong và lớp bao ở ngoài), các lớp bao được buộc dây cẩn thận nhằm tạo môi trường yếm khí trong quá trình ủ, mặt khác cũng làm giảm bớt mùi hôi, thời gian ủ phân từ 1 tháng đến 1 tháng rưỡi Phân sau thời gian ủ sẽ được pha loãng với nồng độ COD đo được là 2.518 mgO2/l (tương ứng 1,5 kg phân trên 100 lit nước) làm nước thải trong quá trình thí nghiệm

3.2.3 Mô hình đất ngập nước

Mô hình dùng trong thí nghiệm là 2 mô hình khác nhau: mô hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt (FWS) và mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng (VFS), thực vật là cỏ para được trồng trên 2 mô hình này

3.2.3.1 Vật liệu làm mô hình

- Cát dùng trong xây dựng, đá (đá lớn 1 cm x 2 cm và đá mi), xi măng, gạch ống 4 lỗ

- Ống PVC đục lỗ Φ27, ống dẫn nước ra Φ34, các ống nối và các co nối với các ống Φ27, Φ34; van Φ34 điều chỉnh nước ra từ mô hình

- Nhựa PE khổ 3 m x 4 m, cao su non, dây rút, nhựa Silicon, keo dán ống PVC

- Xô nhựa 45 lit dùng để cho nước vào trong mô hình dòng chảy bề mặt

3.2.3.2 Dụng cụ đựng mẫu, nước thải và đong lượng nước bốc thoát

- Thùng nhựa lớn 220 lít dùng để phân loãng phân

- Xô nhựa 35 lit và thau nhựa 25 lit dùng để lấy nước đầu ra ở mô hình dòng chảy đứng và dòng chảy bề mặt

- Xô nhựa 10 lit có chia vạch dùng để đong lượng nước vào và ra

- Can nhựa nhỏ 2 lit và các chai nước uống từ 350 ml trở lên dùng để chứa mẫu nước thải cần phân tích

3.2.3.3 Dụng cụ và hóa chất dùng trong phân tích

Do điều kiện và hóa chất thí nghiệm hạn chế nên chỉ tiến hành đo được với chỉ tiêu COD, các chỉ tiêu khác thì gửi mẫu tại Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường trường ĐH Nông Lâm TP HCM phân tích Dụng cụ và hóa chất đo COD gồm:

Mô hình ĐNN được thiết kế và xây dựng tại trại thực nghiệm Bộ Môn Công Nghệ

Sinh Học trường ĐH Nông Lâm TP HCM Gồm 2 mô hình: Mô hình 1 là mô hình

ĐNN dòng chảy đứng (VFS) và mô hình 2 là mô hình ĐNN dòng chảy tự do bề mặt (FWS) Cả hai mô hình đều có cùng kích thước: Dài 2 m; Rộng 0,5 m; Cao 0,6 m Mô hình 2 được thiết kế gồm một lớp đá lớn dày 12 cm Trong khi đó, mô hình 1 gồm 3 lớp (lớp trên cùng là lớp cát dày 20 cm, kế đến là lớp đá mi dày 8 cm, cuối cùng là lớp

đá lớn dày 12 cm) Cát, đá được rửa sạch để loại bỏ tạp chất trước khi cho vào mô hình

Hình 3.1 Mô hình 1 trồng cây

Hình 3.2 Mô hình 2 trồng cây

Trong mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng, lớp nước tính từ lớp cát lên là 10

cm Trong mô hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt, mực nước tính từ lớp đá lên là 38

cm Như vậy, nếu tính tổng cộng lớp đá, đá mi, cát cộng với mực nước trong mô hình dòng chảy đứng hoặc lớp đá cộng với mực nước trong mô hình dòng chảy tự do thì chiều cao thật sự của mô hình là 0,5 m Đầu thu nước ra có gắn van thu nước có chiều cao ngang với mực nước ở độ cao 0,5 m trong mô hình Độ dốc thu nước trong mô hình là 1% Trong mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng, một hệ thống ống thu nước gồm 3 ống nhựa Φ27 được đục lỗ đặt song song nhau đặt dưới đáy dùng để thu nước Đầu mỗi ống nhựa được nối với ống dẫn nước ra bằng một co nối chữ thập Phía dưới cùng của lớp vật liệu được lóp bằng nhựa PE chống thấm, ngăn không cho nước phân heo rò rỉ ra bên ngoài

Hình 3.3 Mô hình 1 được xây dựng tại trại thực nghiệm

Hình 3.4 Mô hình 2 được xây dựng tại trại thực nghiệm

Mô hình được xây dựng ngoài trời phù hợp với điều kiện tự nhiên, đủ ánh sáng cho cây phát triển Trên mô hình còn có mái che bằng tấm bạt lớn, tấm bạt này chỉ phủ lại khi trời mưa, tránh nước mưa vào làm sai lệch kết quả phân tích

3.3 Phương pháp thí nghiệm

3.3.1 Cơ sở để tiến hành thí nghiệm

Từ kết quả nghiên cứu trước đây (Trần Nhật Hoàng, 2008), ta thấy nồng độ COD tối ưu của nước phân heo là 1220 mgO2/l thì cây xử lý hiệu quả nhất trên mô hình ĐNN dòng chảy đứng Tương tự như vậy, tôi sử dụng mô hình đó với quy mô lớn hơn

và sử dụng một mô hình khác là mô hình ĐNN dòng chảy bề mặt, nồng độ đầu vào nước phân heo cao hơn cho phù hợp thực tế

3.3.2 Bố trí thí nghiệm

Do vấn đề về kinh phí và thời gian thực hiện nên thí nghiệm được lặp lại theo thời gian, số lần lặp lại tương ứng với số tuần tuổi của cây Thí nghiệm gồm mô hình 1 (MH 1) là mô hình ĐNN dòng chảy đứng (VFS) có trồng cỏ và ĐC 1 không trồng cỏ,

mô hình 2 (MH 2) là mô hình ĐNN dòng chảy bề mặt (FWS) có trồng cỏ và ĐC 2 không trồng cỏ Mật độ là 20 cây/m2 Thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm