Xử lý nước thải sinh hoạt ở hồ sinh học xã khánh an huyện an phú tỉnh an giang bằng bèo tai tượng

UBND TỈNH AN GIANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở HỒ SINH HỌC XÃ KHÁNH AN, HUYỆN AN PHÚ, TỈNH AN GIANG BẰNG BÈO TAI TƯỢNG PISTIA STRATIOTES TS... UBND TỈNH AN GIANG

UBND TỈNH AN GIANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở HỒ SINH HỌC

XÃ KHÁNH AN, HUYỆN AN PHÚ, TỈNH AN GIANG BẰNG BÈO TAI TƯỢNG (PISTIA STRATIOTES)

TS NGUYỄN TRẦN THIỆN KHÁNH

AN GIANG, THÁNG 5 NĂM 2019

UBND TỈNH AN GIANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở HỒ SINH HỌC

XÃ KHÁNH AN, HUYỆN AN PHÚ, TỈNH AN GIANG BẰNG BÈO TAI TƯỢNG (PISTIA STRATIOTES)

Mã số: 18.01.CM

TS NGUYỄN TRẦN THIỆN KHÁNH

AN GIANG, THÁNG 5 NĂM 2019

i

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG

Đề tài nghiên cứu khoa học “Cải thiện chất lượng nước thải sinh hoạt bằng

thực vật thủy sinh ở hồ sinh học xã Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang”,

do tác giả TS Nguyễn Trần Thiện Khánh và ThS Lê Công Quyền thực hiện Tác giả đã báo cáo kết quả nghiên cứu và đƣợc Hội đồng Khoa học và Đào tạo thông qua ngày 8/5/2019

ii

LỜI CẢM TẠ

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học An Giang, Ban Chủ nhiệm khoa Kỹ Thuật – Công nghệ - Môi trường và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn!

An Giang, ngày 10 tháng 5 năm 2019

Người thực hiện

TS Nguyễn Trần Thiện Khánh

iii

LỜI CAM KẾT

Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng chúng tôi Các

số liệu trong công trình nghiên cứu này có xuất xứ rõ ràng Những kết luận mới về khoa học của công trình này chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Long Xuyên, ngày 10 tháng 5 năm 2019

Người thực hiện

TS Nguyễn Trần Thiện Khánh

iv

Tóm tắt

Xử lý nước thải sinh hoạt bằng Bèo Tai Tượng (Pistia stratiotes) được thực hiện

trong 20 ngày với các mật số 0 cá thể/bể, 5 cá thể/bể, 7 cá thể/bể, 9 cá thể/bể Mỗi nghiệm thức (NT) được bố trí 3 lần lặp lại với lượng nước thải bố trí trong mỗi bể là

140 L Kết quả thí nghiệm cho thấy số lượng Bèo Tai Tượng tăng theo thời gian thí nghiệm và đạt số lượng cao nhất ở NT3 vào ngày thứ 15 Hiệu suất xử lý hàm lượng BOD5, COD, TKN và TP trong nước ở 3 NT có bố trí Bèo Tai Tượng ở ngày thứ 20

là khá cao dao động trong khoảng từ 63.9% đến 96.4%

Từ khóa: Bèo Tai Tượng (Pistia stratiotes), nước thải sinh hoạt, hồ Khánh An

Abstract

The paper indicates that Pistia stratiotes were used for sewage treatment about twenty days with 0 individual/ pond, five individuals/pond, seven individuals/pond, nine individuals/pond Every experiment was conducted three times in the same way

as 140 L for each pond The experimental result shows that the amount of Pistia stratiotes increase and get the highest quality of NT3 on the 15th day The content of BOD5, COD, TKN, and TP of water of NT3 having Pistia stratiotes processed on the 20th day is sightly high varying from 63.9 % to 96.4 %

Key words: Water lettuce (Pistia stratiotes), domestic sewage, Khanh An lakes and

ponds

v

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 01

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 01

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 01

1.3 ĐỐI TƯƠNG NGHIÊN CỨU 02

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 03

2.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 03

2.1.1 Khái niệm 03

2.1.2 Thành phần 03

2.2.2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 05

2.2.1 Đất ngập nước và các hệ thống xử lý nước thải bằng các khu đất ngập nước 05

2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo 06

2.3 TỔNG QUAN VỀ THỦY SINH THỰC VẬT 07

2.3.1 Giới thiệu về thủy sinh thực vật 07

2.3.2 Vai trò của thuỷ sinh thực vật 07

2.4 TỔNG QUAN VỀ BÈO TAI TƯỢNG 07

2.5 CÂU HỎI NGHIÊN CỨU 07

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 09

3.1.THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 09

3.2 THIẾT KẾ NGHIÊN CỨU 09

3.2.1 Chuẩn bị giống 09

3.2.2 Chuẩn bị nước thải 09

3.3 TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU 09

3.3.1 Bố trí thí nghiệm 09

3.3.2 Phương pháp thu và phân tích các chỉ tiêu 09

3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 10

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 11

4.1 CÁC THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐẦU VÀO 11

4.2 CÁC THÔNG SỐ PHÁT TRIỂN CỦA BÈO TAI TƯỢNG 11

4.2.1 Tăng trưởng số lượng Bèo Tai Tượng 11

4.2.2 Tăng trưởng số lượng lá của Bèo Tai Tượng 12

4.3 KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA BÈO TAI TƯỢNG 12

4.3.1 Khả năng xử lý pH 12

4.3.2 Khả năng xử lý TKN 13

4.3.3 Khả năng xử lý TP 14

4.3.4 Chỉ tiêu COD 15

4.3.5 Chỉ tiêu BOD5 16

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 17

5.1 KẾT LUẬN 17

5.2 KIẾN NGHỊ 17

vi

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 PHỤ LỤC 19

vii

DANH SÁCH BẢNG

1 Tải trọng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm 03

3 Nhiệm vụ của thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý 07

7 Sự biến động giá trị pH trong quá trình thí nghiệm 12

8 Giá trị TN của các nghiệm thức theo thời gian (mg/L) 13

9 Giá trị TP của các nghiệm thức theo thời gian (mg/L) 14

10 Giá trị COD của các nghiệm thức theo thời gian (mg/L) 15

11 Giá trị BOD5 của các nghiệm thức theo thời gian (mg/L) 16

viii

DANH SÁCH HÌNH

2 Tăng trưởng số lượng Bèo Tai Tượng theo thời gian 11

3 Tăng trưởng số lượng lá Bèo Tai Tượng theo thời gian 12

4 Sự biến động giá trị TN trong quá trình thí nghiệm 13

5 Sự biến động giá trị TP trong quá trình thí nghiệm 14

6 Sự biến động giá trị COD trong quá trình thí nghiệm 15

7 Sự biến động giá trị BOD trong quá trình thí nghiệm 16

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ix

HUFA (Highly Unsaturated Fatty Acids) Axit béo cao phân tử không no

BOD (Bio Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh học

COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

triển Bền vững

1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 TÍNH CẦN THIẾT ĐỀ TÀI

Hiện nay, xã Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang đã ứng dụng đào ao để xử

lý nước thải sinh hoạt bằng thực vật thủy sinh với diện tích mặt bằng khoảng 600 m2

Thế nhưng đến thời điểm hiện tại nước thải sinh hoạt từ hồ sau khi xử lý được xả vào sông Hậu vẫn còn vượt QCVN 14:2008

Sinha, S và ctv (2006) cho rằng Bèo Tai tượng (Pistia stratiotes) là loài có khả

năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải Nguyễn Thành Lộc, Võ Thị Cẩm Thu và cs (2015) đã cho thấy hiệu suất xử lý của Bèo Tai tượng đối với các thông số chất lượng nước như: Tổng đạm Kjeldahl (TKN), tổng lân (TP), nhu cầu oxy sinh học (BOD5) và nhu cầu oxy hóa học (COD) tương ứng là 65,5 % , 95,81%, 67,20%

và 74,73%

Bèo Tai tượng chứa nhiều loại alkaloids khác nhau như: glycosides, flavonoid và phytosterol Lá và thân chứa 1,4% protein, 0,3% chất béo, 2,6% carbohydrate, 0,9% chất xơ thô và 1,9% khoáng chất (chủ yếu là kali và phốt pho), lá rất giàu vitamin A

& C (Khare, C.P 2005) Mohapatra S.B và Patra A.K, (2014) kết luận rằng P stratiotes có thể sử dụng làm nguyên liệu chính phối trộn trong chế biến thức ăn cho

cá chép

Từ những dẫn liệu trên, đề tài: “Xử lý nước thải sinh hoạt ở hồ sinh học xã

Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang bằng Bèo Tai tượng (Pistia stratiotes)”

đã được đề xuất

2

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Lựa chọn mật độ Bèo Tai tượng (Pistia stratiotes) phù hợp trong việc xử lý nước

thải sinh hoạt ở hồ sinh học xã Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang

1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

Bèo Tai tượng (Pistia stratiotes) và nước thải sinh hoạt của hồ sinh học xã Khánh

An, huyện An Phú, tỉnh An Giang

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đánh giá diễn biến các thông số chất lượng nước pH, BOD5, COD, TKN và TP trong các nghiệm thức thí nghiệm

Đánh giá sự biến động số lượng Bèo Tai tượng và số lượng lá Bèo Tai tượng ở các nghiệm thức thí nghiệm

1.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

Đóng góp về mặt khoa học: Xác định được mật độ Bèo Tai tượng phù hợp để

xử lý nước thải sinh hoạt ở hồ sinh học xã Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang

và các nơi khác có điều kiện tương tự

Đóng góp công tác đào tạo: bổ sung được một nguồn số liệu thực tế, nâng cao kiến thức cho nhóm nghiên cứu để áp dụng trong giảng dạy trong chuyên ngành Môi trường và các chuyên ngành khác có liên quan

Đóng góp phát triển kinh tế xã hội: Hồ sinh học xử lý nước thải sinh hoạt ở hồ sinh học xã Khánh An, huyện An Phú, tỉnh An Giang dễ vận hành, ít tốn chi phí Đóng góp bảo vệ môi trường: Xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học thân thiện với môi trường

3

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

2.1.1 Khái niệm

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm giặt, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân, Chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác Lượng nước thải của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có Các trung tâm đô thị có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn

so với các vùng ngoại thành và nông thôn Do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn Nước thải sinh hoạt

ở trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn

ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm (Lâm Minh Triết, 2008)

2.1.2 Thành phần

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có các thành phần chất vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein 40% − 50% ; hydratcarbon 40% − 50%; gồm tinh bột, đường, cenlulose và các chất béo 5%

− 100% Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động khoảng (150 – 450) mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20% − 40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học (Lâm Minh Triết, 2008) Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt được thể hiện trong bảng 1 và bảng 2

Bảng 1: Tải trọng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm

Chỉ tiêu Tải trọng chất bẩn (g/người.ngày.đêm)

Các Quốc gia đang phát triển TCXD−51−84 VN

6 − 12 0,8 − 4,0

Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008

Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008

Hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt là các hợp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng

5

Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5 g − 16 g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu nhiều hơn trong phân khoảng 8 lần Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hoá amoni) thấp Thành phần amoni chiếm 60% − 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải

sinh hoạt (Lê Văn Cát, 2007)

Nguồn phát thải phospho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp Lượng phospho có nguồn gốc từ phân được ước tính là (0,2 − 1,0) kg P.người-1.năm-1 hoặc trung bình là 0,6 kg Lượng phospho từ nguồn chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3 kg/người/năm Sau khi hạn chế hoặc cấm sử dụng phospho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng phospho trên giảm xuống, còn khoảng 0,1 kg/người/năm (Lê Văn Cát, 2007)

2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

Dựa vào bản chất của phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành phương pháp lý học, hóa học, sinh học Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ ba thành phần kể trên Tuy nhiên, tùy theo tính chất của nước thải mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta chọn phương pháp xử lý thích hợp (Lê Hoàng Việt, 2000) Các hệ thống tự nhiên có thể xử lý nước thải sinh hoạt như là hệ thống đất nhập nước, thấm xuống đất theo chiều thẳng đứng hay sự chảy tràn trên bề mặt Các phương pháp này sử dụng các vi sinh vật sống trong đất để xử lý, tốc độ thấm của chất thải qua bề mặt theo chiều thảng đứng phụ thuộc vào lớp thực vật có ở bên trên (Metcalf và Eddy, 1991)

2.2.1 Đất ngập nước và các hệ thống xử lý nước thải bằng các khu đất ngập nước

Đất ngập nước là các vùng đất bị nước tràn ngập nhưng độ sâu của nó không quá 2fl (0,6m), các khu vực đất này thích hợp cho sự phất triển của cây Bồ Hương,

cỏ Nến, cây Lách và Sậy Hệ thực vật cung cấp diện tích bề mặt để các vi sinh vật bám vào và tạo thành các màng biofilm Ngoài ra nó còn giúp cho quá trình lọc và hấp thụ các thành phần của nước thải, đưa oxy vào nước và khống chế sự phát triển của tảo bởi việc che ánh sáng Cả đất ngập nước tự nhiên hay đất ngập nước nhân tạo đều có thể dùng để xử lý nước thải, nhưng đất ngập nước tự nhiên có nhiều hạn chế trong việc làm sạch nước thải (Lê Hoàng Việt, 2000)

2.2.1.1 Đất ngập nước tự nhiên: Theo quan điểm quản lý đất ngập nước tự

nhiên được coi là nguồn tiếp nhận nước, do đó nước thải xả vào khu vực này phải đạt được những tiêu chuẩn, quy định nào đó (thường là nước thải sau xử lý thứ cấp) Hơn nữa, việc xã nước thải vào vùng này phải mang lại lợi ích hệ sinh thái của vùng Cải tiến các vùng đất ngập nước tự nhiên để làm khu vực xử lý nước thải thường phá hủy hệ sinh thái tự nhiên nên điều kiện này không được khuyến khích (Trương Thị Nga, 2005)

6

2.2.1.2 Đất ngập nước nhân tạo: Là vùng ngập nước do con người tạo ra để

xử lý nước thải Có hai loại đất ngập nước nhân tạo chính: Loại có nước nổi ở tầng mặt (Free water surface, FWS); loại có dòng chảy dưới mặt đất (Subsurface flow system, SFS) FWS được thiết kế tạo thành vùng đất mới cho sinh vật hoang dã hay

là gia tăng sự phát triển của khu đất ngập nước tự nhiên ở cạnh nó SFS được thiết kế

để xử lý nước thải đến mức thứ cấp hay triệt để Hệ thống bao gồm các ao hay rãnh cạn, bên dưới có lớp vật liệu ít hay không thấm nước, bên trên lớp vật liệu này người

ta rải đá hay cát để hỗ trợ cho sự phát triển của các thực vật nổi (Lê Anh Tuấn et al., 2009)

2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo

Ngày nay, có nhiều nước sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải và nước ô nhiểm Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng rất ổn định đối với những loại nước có COD

và BOD thấp, không chứa độc tố Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra được những ưu điểm và nhược điểm như sau:

2.2.2.1 Ưu điểm

- Thân thiện với môi trường

- Trực quan hấp dẫn

- Hệ thống chịu được sự dao động lớn của dòng chảy

- Tiết kiệm chi phí xây đựng và vận hành (không có hóa chất để hoạt động, do

đó giữ gìn, bảo trì và các chi phí đầu vào đến mức tối thiểu, hạn chế về máy móc, phụ tùng thay thế, lượng lớn về lao động kỹ thuật cần thiết)

- Nguồn nước sau khi xử lý nếu đạt tiêu chuẩn cho phép thì hoàn toàn an toàn cho các mục đích sử dụng khác như sử dụng cho các công trình thủy lợi, tưới tiêu…

- Lợi ích kinh tế có thể được bắt nguồn từ nuôi trồng cá, sản suất sinh khối, phân bón, tiềm năng về giáo dục và giải trí (thực hành nghiên cứu khoa học, câu cá,

…)

2.2.2.2 Nhược điểm

- Cần không gian, diện tích đất lớn

- Trong mùa lạnh, khí hậu nhiệt độ thấp làm giảm tỉ lệ cho loại bỏ đối với BOD

và trong phản ứng sinh học Nitrat hóa, phản Nitrat hóa

- Gia cầm và các động vật hoang dã trong hệ thống có thể là nguồn cung cấp thêm fecal coliforms

- Yêu cầu bao gồm cả thủy lực và kiểm soát về độ sâu của mực nước, dòng vào, dòng ra cơ cấu làm sạch, loại bỏ cỏ, quản lý thực vật, muỗi và côn trùng