i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐÀO THỊ LINH
Tên đề tài :
XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ DÒNG
CHẢY BỀ MẶT: SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ THỦY TRÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: CHÍNH QUY

Chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2011 – 2015

THÁI NGUYÊN – 2015


i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐÀO THỊ LINH
Tên đề tài :
XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ DÒNG
CHẢY BỀ MẶT: SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ THỦY TRÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: CHÍNH QUY

Chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2011 – 2015

Giảng viên hƣớng dẫn : 1. TS. Hồ Tú Cƣờng
2. TS. Phạm Bằng Phƣơng

THÁI NGUYÊN – 2015



i
LỜI CẢM ƠN
Xuất phát từ nguyện vọng của bản thân, được sự nhất trí của Trường
Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa CNSH & CNTP đã cho phép và tạo
điều kiện giúp tôi thực hiện và hoàn thành bản khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiêu Trường Đại học
Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa CNSH & CNTP đã tạo điều kiện thuận lợi
giúp tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành khóa luân tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện
Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, phòng Vi sinh Vật Môi Trường
– Viên Công Nghệ Môi Trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn TS. Hồ Tú Cường và TS. Phạm Bằng Phương đã
cho phép, tạo điều kiện và hướng dẫn tôi hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Vũ Thị Nguyệt và toàn thể cán bộ, nhân
viên phòng Vi Sinh Vật Môi Trường và Phòng Thủy Sinh học Môi Trường đã
nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài để tôi có thể hoàn thành
bài khóa luận này.
Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các
bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên ngày 30/5/2015
Sinh viên

Đào Thị Linh


ii
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần cơ bản nước thải sau xử lý kỵ khí bằng hầm biogas tại
Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương (Viện Chăn nuôi) ...................................5
Bảng 2.2. Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu . .......................................................9
Bảng 2.3. Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải....... 10
Bảng 4.1. Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải đầu vào (mg/l). .......... 29
Bảng 4.2. Nồng độ trung bình của các chỉ tiêu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống
qua các giai đoạn xử lý sau khi kết thúc thí nghiệm. ............................................ 30
Bảng 4.3.Hiệu suất xử lý amoni của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. .......... 31
Bảng 4.4. Hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống thí nghiệm theo thời gian............. 32
Bảng 4.5. Hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. ........... 34
Bảng 4.6. Hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. .............. 35
Bảng 4.7. Hiệu suất xử lý phosphate của hệ thống thí nghiệm theo thời gian... 36
Bảng 4.8. Hiệu suất xử lý TP của cây hệ thống thí nghiệm theo thời gian. ........ 38
Bảng 4.9. Hiệu suất xử lý COD của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. ........... 39
Bảng 4.10. Nồng độ trung bình của các chỉ tiêu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống
qua các giai đoạn xử lý sau khi kết thúc thí nghiệm ............................................. 41
Bảng 4.11. Hiệu suất xử lý amoni của hệ thống theo thời gian. .......................... 42
Bảng 4.12. Hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống theo thời gian.............................. 43
Bảng 4.13. Hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. ......... 44
Bảng4.14 Hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghệm theo thời gian. ............... 46
Bảng 4.15. Hiệu suất xử lý PO43- của hệ thống thí nghiệm theo thời gian.......... 47
Bảng 4.16: Hiệu suất xử lý TP của hệ thống thí nghiệm theo thời gian.............. 48
Bảng 4.17. Hiệu suất xử lý COD của hệ thống theo thời gian............................. 49
Bảng 4.18. Hiệu suất xử lý trung bình của hệ thống ở hai tải lượng ................... 50


iii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Mô hình dòng chảy trên bề mặt................................................................7
Hình 2.2. Sơ đồ xử lý tổng quát quá trình xử lý nước thải có TVTS.......................8

Hình 2.3 : Cây sậy .................................................................................................. 11
Hình 2.4. Cây thủy trúc .......................................................................................... 12
Hình 2.5. Sơ đồ quá trình xử lý nitơ trong nước có TVTS làm giá thể................ 13
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm ........................................................... 21
Hình 3.2: Dẫn nước thải đầu vào vào hệ thống.................................................... 22
Hình 3.3.Bể trồng cây sậy. ..................................................................................... 22
Hình 3.4. Bể trồng thủy trúc................................................................................... 23
Hình 3.5. Bố trí các hệ thống thí nghiệm .............................................................. 24
Hình 4.1. Biểu đồ hiệu suất xử lý amoni của hệ thống thí nghiệm theo thời gian.
.................................................................................................................................. 31
Hình 4.2.Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống thí nghệm theo thời gian .. 32
Hình 4.3.Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. 34
Hình 4.4.Biểu đồ hiệu suất xử lý TN hệ thống thí nghiêm theo thời gian ........... 35
Hình 4.5. Biểu đồ hiệu suất xử lý PO43- của hệ thống thí nghiệm theo thời gian.
.................................................................................................................................. 37
Hình 4.6.Biểu đồ hiệu suất xử lý TP của hệ thống theo thời gian. ...................... 38
Hình 4.7. Biểu đồ hiệu suất xử lý COD của hệ thống theo thời gian. ................. 39
Hình 4.8. Biểu đồ hiệu suất xử lý amoni của hệ thống theo thời gian. ............... 42
Hình 4.9. Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrit của hệ thống theo thời gian................... 43
Hình 4.10. Biểu đồ hiệu suất xử lý nitrat của hệ thống thí nghiệm theo thời gian.
.................................................................................................................................. 45
Hình 4.11: Biểu đồ hiệu suất xử lý TN của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. 46
Hình 4.12. Biểu đồ hiệu suất xử lý PO43- của hệ thống theo thời gian............... 47
Hình 4.13.Biểu đồ hiệu suất xử lý TP của hệ thống thí nghiệm theo thời gian. . 48
Hình 4.14. Biểu đồ hiệu suất xử lý COD của hệ thống thí nghiệm theo thời gian
.................................................................................................................................. 49


iv
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT


1.

BNNPTNT

Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông
Thôn

2.

BOD

Tổng chất rắn lơ lửng

COD

Nhu cầu oxy hóa học

4.

ĐV

Nước thải đầu vào

6.

HS

Hiệu suất


7.

HSC

Hiệu suất chung

8.

N

Nitơ

9

P

Phospho

10.

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

11.

SẬY

Nước thải xử lý qua bể sậy


12.

TB

Trung bình

13.

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

14.

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

15.

TN

Tổng nitơ

16.

TP

Tổng phospho


17.

TVTS

Thực vật thủy sinh

18.

TT

Nước thải xử lý qua bể Thủy trúc

3.


v
MỤC LỤC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1.1.Đặt vấn đề............................................................................................................ 1
1.2. Mục đích nghiên cứu. ........................................................................................ 2
1.3. Mục tiêu của nghiên cứu. .................................................................................. 2
1.4. Ý nghĩa của nghiên cứu. .................................................................................... 3
1.4.1.Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học. ...............................................................3
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn....................................................................................3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. ......................................................................... 4
2.1.Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn. ............................................................. 4
2.1.1. Nguồn phát thải. ..............................................................................................4
2.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi. ............................................4
2.1.3. Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi. ......................................................6
2.2. Công nghệ dòng chảy bề mặt (Free water surface - FWS) ............................. 6

2.3.Thực vật thủy sinh và vai trò xử lý nước thải của chúng. ................................ 7
2.3.1. Đặc điểm của cây sậy. .................................................................................. 11
2.3.2. Đặc điểm của cây thủy trúc.......................................................................... 12
2.3.3. Cơ chế xử lý nước thải của thực vật thủy sinh. .......................................... 13
2.3.4. Những ưu và nhược điểm của việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý
nước thải. ................................................................................................................. 14
2.4.Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước. .................................................. 15
2.4.1.Nghiên cứu ngoài nước. ................................................................................ 15
2.4.2.Các nghiên cứu trong nước. .......................................................................... 16
PHẦN 3. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ................................................................. 19
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 19
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu. ..................................................................................... 19
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu................................................................... 20
3.3. Nội dung nghiên cứu. ...................................................................................... 20
3.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 20
3.4.1. Điều chỉnh nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào. ............... 20


vi
3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm. ................................................................... 21
3.4.2. Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng. .................................................. 24
3.4.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu. ..................................................... 25
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu. .................................................................................. 25
3.4.5. Phương pháp phân tích................................................................................. 25
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 29
4.1. Kết quả điều chỉnh nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải đầu vào. 29
4.2.Hiệu quả xử lý của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 8l/ngày......................... 29
4.2.1.Hiệu quả xử lý amoni (NH4+). ...................................................................... 30
4.2.2.Hiệu quả xử lý nitrit (NO2-). ......................................................................... 32

4.2.3. Hiệu quả xử lý nitrat (NO3-). ........................................................................ 33
4.2.4. Hiệu quả xử lý tổng nitơ (TN). .................................................................... 35
4.2.5.Hiệu quả xử lý phosphate (PO43-). ................................................................ 36
4.2.6.Hiệu quả xử lý tổng phosphor (TP). ............................................................. 37
4.2.7.Hiệu quả xử lý COD...................................................................................... 39
4.2.8. Đánh giá hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của tải lượng 8l/ngày. ............. 40
4.3. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải của hệ thống thí nghiệm ở
tải lượng 15l/ngày. .................................................................................................. 41
4.3.1.Hiệu quả xử lý amoni (NH4+). ...................................................................... 42
4.3.2.Hiệu quả xử lý nitrit (NO2-). ......................................................................... 43
4.3.3.Hiệu quả xử lý nitrat (NO3-). ......................................................................... 44
4.3.4.Hiệu quả xử lý TN. ........................................................................................ 45
4.3.5.Hiệu quả xử lý phosphate (PO43-) ................................................................ 47
4.3.6.Hiệu quả xử lý tổng phosphor(TP) ............................................................... 48
4.3.7.Hiệu quả xử lý COD...................................................................................... 49
4.3.8. Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống thí nghiệm ở tải lượng 15l/ngày. .. 50
4.4. So sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm ở hai tải lượng 8l/ngày và 15l/ngày. 50
Bảng 4.18. Hiệu suất xử lý trung bình của hệ thống ở hai tải lượng ................... 50
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 52
5.1 Kết luận. ............................................................................................................ 52
5.2. Kiến nghị. ......................................................................................................... 53


1
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề.
Chăn nuôi là lĩnh vực gắn liền với cuộc sống của con người. Tuy nhiên,
bên cạnh những đóng góp tích cực cho sự phát triển kinh tế - xã hội, việc phát
triển chăn nuôi lợn đã để lại những tác động tiêu cực đến môi trường, làm suy
thoái chất lượng đất, chất lượng nước và không khí xung quanh các khu vực

chăn nuôi lợn. Chất thải chăn nuôi lợn đã gây ra những ảnh hưởng xấu đến
môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người và đặc biệt, chúng góp một
phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu [11].
Ở Việt Nam, chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi lợn được coi là thế mạnh của
ngành nông nghiệp. Hiện nay, trong bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn
nuôi đều tăng, cùng với đó là sức cạnh tranh, vấn đề kiểm soát dịch bệnh nên
việc chăn nuôi trong các hộ gia đình có xu hướng giảm trong khi chăn nuôi
gia trại, trang trại lại tăng nhanh và tạo được khả năng cạnh tranh trên thị
trường. Do vậy, vấn đề chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần
phải được quản lý tốt. Chất thải chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu là phân
lợn và nước thải hiện đang là vấn đề lo lắng của các nhà quản lý.
Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi[14], hầu hết các hộ chăn nuôi
gia đình đều để nước thải xả tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối
nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H2S và NH3 cao
hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần.[2]
Ở các trang trại chăn nuôi, hầu hết việc xử lý chất thải chăn nuôi là lắp đặt
hệ thống xử lý biogas, nhưng hệ thống này chưa đủ công suất đáp ứng nhu cầu
xử lý toàn bộ chất thải mà chỉ đạt được 50-70% lượng chất thải của trang trại
[6]. Tuy nhiên , với nhiều trang trại đã có hầm Biogas, có hệ thống xử lý chất
thải nhưng chất thải chưa được xử lý triệt để. Theo Vincen Porphyre và
cs(2006) [6] Việc sử dụng bể Biogas tại các trang trại chăn nuôi thuận tiện cho


2
sử dụng chất thải và khai thác nguồn năng lượng nhưng nước thải sau bể
Biogas vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi
thải vào môi trường.
Do đó việc xử lý chất thải chăn nuôi nói chung và xử lý nước thải chăn
nuôi nói riêng là vấn đề cần thiết và mang tính thời sự. Nghiên cứu này
muốn đề cập đến việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật thuỷ sinh

sau công đoạn vi sinh.
1.2. Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lơn bằng công nghệ dòng
chảy bề mặt nhờ kết hợp cây sậy và thuỷ trúc. Hướng tới công nghệ xử lý
nước thải chăn nuôi bằng sinh học đơn giản, dễ áp dụng, không tốn kém nhiều
chi phí vận hành.Từ đó góp phần giải quyết bài toán kiểm soát dòng nước thải
trước khi phát tán ra môi trường. Cải tiến môi trường xung quanh, đảm bảo
sức khoẻ cộng đồng
1.3. Mục tiêu của nghiên cứu.
 Xác định hiệu suất xử lý của hệ thống đối với các chất: Nitơ tổng,
N_NO3-, N_NO2-, N_NH4+, Phốt pho tổng, phosphate, COD.
 Xác định các thông số vận hành hệ thống để nhằm áp dụng xử lý ở quy
mô lớn (tải lượng dòng chảy khác nhau).
 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống trồng sậy, hệ thống
trồng thủy trúc và mô hình kết hợp hai hệ thống này. So sánh khả năng xử lý
nước thải của hai cây.


3
1.4. Ý nghĩa của nghiên cứu.
1.4.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học.
 Kết quả của nghiên cứu là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về
xử lý triệt để các chất hữu cơ, N, P trong nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam.
 Nghiên cứu là cơ sở để phục vụ cho việc nghiên cứu những khả năng
có thể áp dụng trong việc cải tiến hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng
công nghệ dòng mặt.
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn.
 Nghiên cứu này được tiến hành đối với nước thải chăn nuôi lợn sau
công đoạn vi sinh, do đó kết quả nghiên cứu có thể phổ cập sử dụng trong các
hộ, trang trại chăn nuôi lợn.

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


4
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.
2.1. Tổng quan về nƣớc thải chăn nuôi lợn.
2.1.1. Nguồn phát thải.
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc,
nước rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng
phân được gia súc thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất
trong chăn nuôi .Khảo sát của Trương Thanh Cảnh và cs(2010)[5] ở khoảng
1000 trại chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh thành cho thấy hầu hết
các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước trong chăn nuôi gia
súc. Mỗi 1kg chất thải chăn nuôi lợn thải ra được pha thêm với từ 20-49kg nước.
Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để
rửa chuồng nuôi hằng ngày… Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa
chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử
lý nước thải sau này.
Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác xúc vật chết, các
vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng góp phần
đáng kể làm tăng khối lượng chất thải. Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền
dịch bệnh nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi thải ra
môi trường.
2.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi.
Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có
khả năng gây ô nhiễm môi trường do có hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng,
N, P và sinh vật gây bệnh cao. Như vậy, nước thải chăn nuôi cần phải được
xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường. Lựa chọn một quy trình xử lý nước

thải chăn nuôi phụ thộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải bao gồm
[11]:


5
a. Các chất hữu cơ và vô cơ.
Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose,
protide, acid amin, chất béo, hydratecacbon và các dẫn xuất của chúng có
trong phân, thức ăn thừa. Hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân hủy. Ngoài ra,
các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm:cát, đất, muối, ure, amonium, muối
chlorua, sunfat.
b. Nito(N) và Photpho (P).
Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém nên khi ăn
thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước
tiểu.Chính vì vậy nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất
cao (bảng 2.1).
c. Vi sinh vật gây bệnh.
Nước thải chăn nuôi có chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng
giun sán gây bệnh.
Vi sinh vật, vi khuẩn điển hình : E.coli, Streptococcus sp, Salmonella sp,
Shigenla sp, Proteus, Clostridium sp.
Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poio
virus, aphtovirurrus…
Bảng 2.1. Thành phần cơ bản nước thải sau xử lý kỵ khí bằng hầm biogas tại
Trung tâm nghiên cứu lợn Thụy Phương (Viện Chăn nuôi)
STT

Chỉ tiêu phân tích

Đơn vị


Giá trị
7,83 – 8,20

1

pH

2

TSS

mg/l

5460 – 9450

3

COD

mg/l

775,53 – 1985,98

4

NO3-

mg/l


0,65 – 1,68

5

NH4+

mg/l

703,82 – 892,11

6

PO4

3-

mg/l

46,32 – 84,87

7

N-tổng

mg/l

744,59 – 1114,24

8


P-tổng

mg/l

50, 04 –115, 24


6
2.1.3. Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi.
- Phương pháp xử lý cơ học.
- Phương pháp xử lý hóa học.
- Phương pháp xử lý sinh học.
Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các
công trình xử lý sinh học bằng thực vật thủy sinh thường được đặt sau các
công trình xử lý cơ học, vi sinh (Lâm Vĩnh Sơn,2009)[12]. Ở nghiên cứu này
đề cập đến công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã qua công đoạn vi sinh
bằng thực vật thủy sinh sử dụng công nghệ dòng chảy bề mặt.
2.2. Công nghệ dòng chảy bề mặt (Free water surface - FWS)
- Những hệ thống này thường là lưu vực chứa nước hoặc các kênh dẫn
nước, có lớp lót bên dưới để ngăn sự rò rỉ nước, đất hoặc các hệ thống lớp lọc
thích hợp khác hỗ trợ cho thực vật nổi.
- Công nghệ dòng chảy mặt được áp dụng cho hầu hết các nhóm thực vật
thủy sinh với các thiết kế khác nhau, và khả năng xử lý nước thải khác
nhau[8].
- Ở thí nghiệm này sẽ tiến hành nghiên cứu công nghệ này áp dụng với
nhóm thực vật sống nổi có thân và lá nổi trên mặt nước, rễ bám đáy (cây sậy)
và công nghệ nổi với thực vật có rễ ngập trong nước, thân và lá ở trên mặt
nước (cây thủy trúc).
-


Đặc điểm: Lớp nước nông, tốc độ dòng chảy chậm, sự có mặt của thân

cây quyết định dòng chảy và đặc biệt trong các mương dài và hẹp, đảm bảo
điều kiện dòng chảy nhỏ[22].
-

Cấu trúc của hệ thống: nước thải sẽ được chảy trực tiếp vào hệ thống

theo một đường ống được định hướng tới tất cả các phần của hệ thống và đi ra
qua một ống thoát .


7

a. Với TVTS có rễ bám đáy

b. Với TVTS sống nổi

và thân trên mặt nước.
Hình 2.1. Mô hình dòng chảy trên bề mặt.
-

Cơ chế xử lý nước thải của hệ thống.
+ Loại bỏ các chất hữu cơ thông qua quá trình lắng đọng trong điều kiện

tĩnh.
+ Loại bỏ N bằng nitrat hóa rất hiệu quả
+ Loại bỏ P xảy ra từ hấp phụ, hấp thụ, kết tủa và tạo phức bền vững, tuy
nhiên tốc độ chậm.
+ Các cơ chế loại bỏ sinh học: hoạt động của vi khuẩn, động vật nguyên

sinh và quá trình chết tự nhiên. Theo PGS.TS Nguyễn Thị Loan[8]
2.3. Thực vật thủy sinh và vai trò xử lý nƣớc thải của chúng.
- Nước thải từ các trại chăn nuôi chứa rất nhiều phôtpho và những hợp
chất vô cơ có thể hòa tan được. Những chất thải này khó có thể loại bỏ khỏi
môi trường nước bằng cách quét rửa hay lọc thông thường. Tuy nhiên một số
loại cây thủy sinh như : sậy, thuỷ trúc, bèo lục bình, cỏ vetiver có thể hấp thụ


8
những hợp chất nitơ và phốt pho hòa tan này qua đó làm sạch nước thải, vừa ít
tốn kinh phí lại thân thiện với môi trường.
- Thực vật thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm. Thực vật thủy sinh
cũng có khả năng quang hợp chuyển hóa CO2 và nước thành chất hữu cơ tương
tự thực vật sống trên cạn, nhờ quá trình quang hợp đẻ tạo ra các chất hữu cơ
xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối. Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ
hòa tan.
Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành hợp chất
vô cơ hòa tan mà thực vật có thể sử dụng để tiến hành trao đổi chất được thực
hiện nhờ các vi sinh vật.
Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan
bởi thực vật thủy sinh tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước. Vì vậy
người ta ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải [36].
Vô cơ hóa
Các chất hữu cơ

Quang hợp

Các chất vô cơ hòa tan

Sinh khối thực vật


Sinh khối vi sinh vật
Hình 2.2. Sơ đồ xử lý tổng quát quá trình xử lý nước thải có TVTS
- TVTS có những đặc điểm thích nghi về hình thái với sự phát triển trong
nước, đặc biệt là chúng có các lỗ khí giúp cho sự vận chuyển O 2 vào rễ . Sự
vận chuyển O2 vào thân cây giúp cho sự hô hấp của các mô đồng thời cung
cấp cho rễ sự thoát khí O2. Chính nhờ sự thoát khí O2 từ rễ làm tăng điều kiện
oxy hoá kích thích sự phân huỷ hiếu khí các vật chất hữu cơ và sự tăng trưởng
của vi khuẩn Nitrat hoá[15, 27].


9
*Các nhóm thực vật thủy sinh [33]:
Thực vật thủy sinh kích thước lớn có thể sử dụng trong xử lý nước thải
được chia làm 3 nhóm:
- Nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi: bèo tấm ( Lemna minor), bèo
Nhật bản( Eichhornia crassipes), loại này có thân, lá nổi trên mặt nước, chỉ có
phần rễ là chìm trong nước.
- Nhóm thực vật thủy sinh sống nổi: sậy( pharagmites communis), lau
(Cirpus lacustris), thủy trúc (Cyperus alternifolius Linn). Loại này có bộ rễ
cắm vào đất, bùn còn phần thân chìm trong nước, phần còn lại và lá ở phía
trên. Mực nước thích hợp cho cây là >1,5m.
- Nhóm chìm: rong xương cá ( Potamogeton crispus), rong đuôi chó
(Littorella umiflora), thực vật này chìm hẳn trong nước, rễ của chúng bám
chặt vào bùn đất, thân và lá ngập trong nước.
Bảng 2.2. Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu [33].
Loại

Thực vật thủy sinh sống
chìm


Thực vật thủy sinh sống
trôi nổi

Thực vật thủy sinh sống
nổi

Tên thông thƣờng

Tên khoa học

Hydrilla

Hydrilla verticillate

Water Milfoil

Myriophyllum
spicatum

Blyxa

Blyxa aubertii

Lục bình

Eichhornia crassipes

Bèo tấm


Wolfia arhiga

Bèo tai tượng

Pistia stratiotes

Sậy

Phragmites australis

Thủy trúc

Cyperus alternifolius
Linn

Cỏ vetiver

Chrysopogon
zizanioides


10
* Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải[4].
- Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân
hủy sinh học cư trú.
- Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh
học hiếu khí.
- Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý
- Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển.
- TVTS đòi hỏi các chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển,

chúng hấp thụ chất dinh dưỡng thông qua rễ và đôi khi thông qua phần thân
và lá chìm dưới nước. Chất dinh dưỡng được loại bỏ khỏi hệ thống nhờ thu
hoạch sinh khối. Nếu không thu hoạch sinh khối, lượng chủ yếu chất dinh
dưỡng trong mô thực vật sẽ bị phân huỷ và quay trở lại hệ thống.
- Mỗi phần của cơ thể thực vật đều có những tác dụng riêng biệt có thể
được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2.3. Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải.
Phần cơ thể

Rễ và/ hoặc thân

Nhiệm vụ
Làm giá bám cho vi khuẩn phát triển
Lọc và hấp thụ chất rắn.

Thân và/hoặc lá ở mặt nước hoặc
phía trên mặt nước

Theo: Lê Văn Bình(2007)[4]

Hấp thụ ánh sáng mặt trời do đó
ngăn cản sự phát triển của tảo.
Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề
mặt xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và
khí quyển
Chuyển hóa oxy từ lá xuống rễ.


11

2.3.1. Đặc điểm của cây sậy.
- Sậy thông thường (tên khoa học là: Phragmites australis) là một loài
cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), chi Phragmites có nguồn gốc ở những
vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới. Sậy mọc khắp nơi
như ở ao, hồ, ven suối. Việt Nam có 2 loài sậy là Phragmites australis và P.
Vallatoria[34]
- Đặc điểm: Chúng hay tạo thành các bãi
sậy dày đặc, có thể tới 100 ha hoặc lớn hơn. Khi
các điều kiện sinh trưởng thích hợp, nó có thể
tăng chiều cao tới 5m hoặc hơn trong một
năm.Các thân cây mọc đứng cao từ 2–6 m, với
các thân cây thường là cao hơn trong các khu

Hình 2.3 : Cây sậy

vực có mùa hè nóng ẩm và đất màu mỡ. Lá của
nó dài từ 20–50 cm và bản rộng 2–3 cm. Hoa có dạng chùy có màu tía sẫm
mọc dày dặc, dài 20–50 cm [34].
 Dựa vào đặc tính hút nước và khử khuẩn của rễ cây sậy, nên chúng
được ứng dụng vào xử lý chất thải nói chung và xử lý nước thải chăn nuôi lợn
nói riêng [15, 27].
 Hệ thống xử lý nước thải bằng cây sậy dựa trên nguyên tắc sinh học:
Nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý vi sinh được dẫn cho chảy vào hệ thống đất
ngập nước trồng cây sậy. Nước bẩn sẽ được thấm qua rễ, tại đây, hệ vi sinh
vật trong bộ rễ sẽ hoạt động và tiêu hóa hoặc phân hủy các tạp chất trong
nước thải [27].


12
2.3.2. Đặc điểm của cây thủy trúc.

- Thủy trúc có tên khoa học là: Cyperus alternifolius Linn, thuộc họ cói
( Cyperaceae).
- Đặc điểm: Có dáng đặc sắc, mọc thành bụi dày. Cây có thân tròn màu
xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, thay vào đó các lá bắc ở đỉnh lại lớn,
xếp vòng xòe ra, dài, cong xuống, khá đẹp. Cuống chung của hoa dài thẳng,
xếp tỏa ra nổi đám lá bắc, hoa lúc
non màu trắng sau chuyển sang
nâu.Cây mọc khỏe, chịu được đất
úng nước nên được trồng trên đất
hoặc cố định sống nổi trên
nước.[17,35]

Hình 2.4. Cây thủy trúc
 Thủy trúc có khả năng chịu được đất ngập nước, rễ dạng chùm, có thể
sinh rễ mới trong môi trường hoàn toàn nước, diện tích bề mặt lớn nên có khả
năng hấp thụ các chất lơ lửng trong nước khá tốt.
 Các nghiên cứu cho thấy trồng thủy trúc cũng làm giảm lượng kim loại
nặng trong nước, có khả năng hấp thụ và tích lũy amoni rất tốt, hấp thụ asen
không kể đến hóa trị, đặc biệt có khả năng khử mùi hôi tanh trong nước giếng
khoan do hấp thụ Fe2+ [35].
 Bên cạnh đó, thủy trúc có hình thái đẹp do đókhi trồng thủy trúc có thể
cải tạo cảnh quan địa phương, tạo ra những hình ảnh đẹp mắt, thân và lá thủy
trúc còn dùng làm vật liệu đan lát, cắm tỉa hoa, thuốc chữa bệnh….


13
2.3.3. Cơ chế xử lý nước thải của thực vật thủy sinh.
Khả năng xử lý chất thải trực tiếp của thực vật thủy sinh rất thấp mà quá
trình xử lý xảy ra chủ yếu do các vi sinh vật sống trên bộ rễ của thực vật thủy
sinh thực hiện. Thực vật thủy sinh chỉ đóng vai trò chủ yếu là giá thể.

2.3.3.1. Loại bỏ N.
+ Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa của các vi sinh vật
+ Quá trình bay hơi của ammoniac.
+ Được hấp thụ bởi thực vật thủy sinh.
Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa góp phần lớn nhất.
Quá trình loại bỏ N được tóm tắt trong sơ đồ dưới:
Quá trình amon hóa

Nitrosomonas

NH4+

N hữu cơ

Nitrobacter
NO3-

t0 cao
NH3 bay hơi vào không khí.
Hình 2.5. Sơ đồ quá trình xử lý nitơ trong nước có TVTS làm giá thể[15]
 Trong hệ thống xử lý, sự chuyển hóa nito xảy ra trong các tầng oxy hóa
và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có
thân nhô lên mặt nước.
 N hữu cơ bị thủy phân tạo thành amoni hoặc ammoniac.
 NO2- là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nitơ amoni trong
điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas sống cộng sinh ở rễ
của thực vật thủy sinh.
 Sau đó nitrit hình thành tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa
thành nitrat (NO3-)


NO2-


14
2.3.3.2. Cơ chế loại P.
+ Thông thường Phốt pho được loại bỏ thông qua quá trình hấpthụ vào
cơ thể, bị hấp phụ hay kết tủa.[18].
+ Cuối cùng P sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống qua việc:
- Thu hoạch thực vật thủy sinh.
- Loại bỏ lắng cặn.
- Các hệ thống chảy trên bề mặt có thể loại bỏ Phốt pho một cách lâu dài
nhưng tương đối chậm
2.3.3.3. Loại bỏ các hợp chất hữu cơ.
- Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ,
phân hủy bởi các vi sinh vật ( chủ yếu là vi khuẩn và nấm) , và quá trình hấp
thụ của thực vật thủy sinh.
- Các hợp chất hữu cơ còn được loại bỏ nhờ quá trình lắng trong các hệ thống.
2.3.4. Những ưu và nhược điểm của việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử
lý nước thải.
* Ưu điểm:
- Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh thấp.
- Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.
- Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm.
- Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích
khác nhau như: làm phân xanh, làm nguyên liệu cho công nghệ như cói, đay, cỏ…
- Không tốn lao động, không đòi hỏi lao động có tay nghề cao.
- Không tốn năng lượng.
* Nhược điểm:
- Tốn diện tích, do đó không thích hợp cho những khu vực đông dân cư,
khu đô thị.



15
- Khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao kém, nên hệ thống
xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường được đặt sau các hệ thống xử
lý cơ học, hiếu khí, vi sinh.
2.4. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
2.4.1. Nghiên cứu ngoài nước.


Phương pháp dùng lau sậy xử lý nước thải do Giáo sư Kathe Seidel

người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ 20. Ông thấy điểm mạnh của
phương pháp này chính là tác dụng đồng thời giữa rễ, cây và các vi sinh vật
tập trung quanh rễ. Không như các cây khác tiếp nhận ôxy không khí qua khe
hở trong đất và rễ, lau sậy có một cơ cấu chuyển ôxy ở bên trong từ trên ngọn
cho tới tận rễ. Như vậy, rễ và toàn bộ cây lau sậy có thể sống trong những
điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất. Ôxy được rễ thải vào khu vực xung quanh
và được vi sinh vật sử dụng cho quá trình phân huỷ hoá học. Ước tính, số
lượng vi khuẩn trong đất quanh rễ loại cây này có thể nhiều như số vi khuẩn
trong các bể hiếu khí kỹ thuật, đồng thời phong phú hơn về chủng loại từ 10
đến 100 lần[32].


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

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

“Thiết bị rễ cây được coi như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải tự
nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định
đồng thời góp phần làm tăng đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường
của địa phương.
 Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử
lý nước thải sinh hoạt vào năm 1991. Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở


16
Na Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt,
nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và với
chi phí thấp. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ
thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy
thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang. Bể lọc sinh
học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện các quá trình
nitrat hoá trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật “ngủ” vào mùa đông
.Theo Lê Hoàng Việt(1998) [18]. Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện
hành cho phép đạt hiệu suất khử P ổn định > 90% trong vòng 15 năm nếu sử
dụng cát thiên nhiên chứa nhiều sắt và canxi hoặc sử dụng vật liệu hấp phụ P
tiền chế có trọng lượng nhẹ. Hiệu suất loại bỏ N khoảng 40-60%.


Tại Đan Mạch, hướng dẫn chính thức mới về xử lý nước thải tại chỗ

nước thải sinh hoạt gần đây đã được Bộ Môi Trường Đan Mạch công bố, áp
dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này người
ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho
phép đạt hiệu suất khử BOD tới 95% và nitrat hoá đạt 90%. Hệ thống này có
thể bao gồm cả quá trình kết tủa hoá học để tách phốtpho trong bể phản ứng
lắng, cho phép loại bỏ 90% phốtpho [21].

2.4.2. Các nghiên cứu trong nước.
 Ở Việt Nam, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của một số
loài thực vật thuỷ sinh đã được tiến hành từ những năm 1990 với nghiên cứu
về khả năng xử lý nước thải ô nhiễm dầu [16] .
 Các nghiên cứu mới đây như “Xử lý nước thải sinh học bằng bãi lọc
ngầm trồng cây dòng thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” của trung tâm kĩ
thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (trường Đại học xây dựng Hà
Nội); “Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải
sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì” của trường Đại học Quốc


17
gia HN đã cho thấy có thể áp dụng hiệu quả phương pháp này trong điều kiện
của Việt Nam [4,31,32].
 Dương Đức Tiến và cs(2006)[13], xây dựng mô hình hệ thống đất ngập
nước nhân tạo với thực vật thủy sinh xử lý nước thải sinh hoạt ở ngoại ô thành
phố cho thấy chi phí xử lý không nhiều và nước thải được cải thiện rõ rệt.


Sậy là một trong những cây trồng được nhiều nhà khoa học quan tâm

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

giá hiệu quả. Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí sinh học số
2/2011, sậy phát triển khá tốt ngay cả khi được bổ sung lượng nước thải chứa
kim loại nặng [27]. Và sau khoảng 7 tháng, sậy phát triển ưu thế hơn hẳn
trong toàn bộ hệ thống đất ngập nước. Lượng kim loại nặng được tích tụ chủ
yếu trong lớp bùn của hệ thống đất ngập nước, nhiều nhất là ở phần bùn phía
tiếp nhận nước vào. Thời gian hoạt động của hệ thống đất ngập nước càng lâu
thì khả năng làm sạch nguồn nước thải càng hiệu quả.


Dự án xử lý nước thải bệnh viện bằng cây sậy của TS-BS Lê Trường

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