Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 48 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo
với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
PHAN THỊ THÚY PHƯƠNG
NGÀNH
:
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
KHÓA
:
2004-2008
- 2008 -
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo
với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
PGS.TS BÙI XUÂN AN
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
PHAN THỊ THÚY PHƯƠNG
MSSV: 04127057
- 2008 -
Bộ Giáo Dục & Đào Tạo
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
===oOo===
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
**************
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN
KHOA
: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
NGÀNH
: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
HỌ VÀ TÊN SV : PHAN THỊ THÚY PHƯƠNG
MSSV: 04127057
KHOÁ HỌC
: 2004 - 2008
1. Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải phân heo của cây Cù nèo với
các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây.
2. Nội dung KLTN:
- Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu.
- Xây dựng mô hình bãi lọc trồng cây sử dụng cây Cù nèo.
- Xác định nồng độ nước thải tới hạn mà cây Cù nèo có thể chịu đựng được trên
mô hình bãi lọc trồng cây.
- Xác định nồng độ nước phân heo tối ưu mà cây Cù nèo có thể xử lý.
3. Thời gian thực hiện: Bắt đầu : 07/04/2008. Kết thúc: 07/07/2008
4. Họ tên Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. Bùi Xuân An
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thông qua Khoa và Bộ môn
Ngày
Tháng
năm 2008
Ban chủ nhiệm Khoa
Ngày
Tháng
năm 2008
Giáo Viên Hướng Dẫn
LỜI CẢM ƠN
Bài khóa luận hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ quý báu tận tình
của quý thầy cô, bạn bè và gia đình. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Quý thầy cô khoa Công nghệ Môi trường trong suốt bốn năm đại học đã truyền đạt
những kiến thức nền tảng cần thiết, động viên em trong thời gian thực hiện khóa luận.
- Thầy PGS.TS Bùi Xuân An đã gợi mở, trực tiếp hướng dẫn đề tài cho em.
- Kỹ sư Võ Minh Sang đã truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu trong quá trình
thực hiện đề tài và giúp đỡ em tận tình trong phần viết luận văn.
- Thầy Lê Đình Đôn và các anh chị tại trại thực nghiệm, bộ môn Công nghệ Sinh học,
trường đại học Nông Lâm TP.HCM đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em thực hiện thí
nghiệm.
- Các anh chị Trung tâm Phân tích Môi trường – Viện Công nghệ Sinh học và Môi
trường tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình phân tích.
- Các bạn lớp DH04MT cùng nhau gắn bó suốt quãng đời sinh viên, động viên giúp đỡ
mình trong suốt thời gian thực hiện khóa luận.
- Và cuối cùng con xin cảm ơn cha mẹ luôn ủng hộ, động viên con, là chỗ dựa vững
chắc trong suốt bước đường học tập.
Sinh viên thực hiện
Phan Thị Thúy Phương
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Thí nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm để nghiên cứu khả năng xử lý
nước phân heo của cây Cù nèo trên mô hình bãi lọc trồng cây với các nồng độ khác nhau.
Mô hình thực hiện tại nhà lưới khoa Công nghệ sinh học, Trường ĐH Nông Lâm, từ
ngày 4 đến 7/2007. Nước phân heo sau khi ủ kỵ khí 3 tuần pha loãng thành 5 nồng độ khác
nhau (4, 6, 8, 10 và 12% w/w trọng lượng phân) tưới cho cây Cù Nèo trồng trong mô hình
dung tích 25 lít với thời gian lưu nước là 4 ngày được lặp lại 3 lần và bố trí hoàn toàn ngẫu
nhiên.
Kết quả cho thấy:
-
Giới hạn chịu đựng của cây đối với COD 5.300 mg/l.
Lượng nước bốc hơi trong thời gian lưu 4 ngày 37 – 41%
Khả năng xử lý nước thải cao nhất của Cù nèo ở nồng độ 6% w/w trọng lượng phân.
Hiệu quả xử lý đối với các chỉ tiêu ô nhiễm lần lượt là: BOD 32 – 67%; COD 39 –
61%, tổng Nitơ 57 – 85%, tổng Photpho 65 – 79%.
Kết quả trên đây là cơ sở định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo trên cây Cù nèo
như thời gian lưu nước tối ưu của mô hình, các nồng độ nước thải khác, kết hợp trồng xen với
các loại thực vật khác, thử nghiệm trên các loại nước thải khác, trồng trên mô hình đất ngập
nước nhân tạo bề mặt, thủy canh hay hồ sinh vật.
Phan Thị Thúy Phương
i
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 _ MỞ ĐẦU .......................................................................................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................................................... 1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................................................... 1
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................................................... 1
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 1
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................................... 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 2
PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................... 2
TÍNH MỚI CỦA ĐỂ TÀI ....................................................................................................................... 2
Ý NGHĨA KHOA HỌC .......................................................................................................................... 2
Ý NGHĨA THỰC TIỄN.......................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 _ TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................................................... 3
2.1
TỔNG QUAN VỀ CÂY CÙ NÈO ......................................................................................................... 3
2.1.2
Giới thiệu sơ lược .......................................................................................................................... 3
2.1.3
Đặc tính thực vật............................................................................................................................ 3
2.2
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI.................................................................................... 5
2.2.1
Đặc tính nước thải chăn nuôi heo.................................................................................................. 5
2.2.2
Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng...................................................................................................... 5
2.2.2.1
Chất rắn tổng cộng (Total solid).............................................................................................. 5
2.2.2.2
Tổng nitơ ................................................................................................................................... 6
2.2.2.3
Tổng Photpho............................................................................................................................ 6
2.2.2.4
Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) ............................................................................................. 6
2.2.2.5
Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD)............................................................................................. 6
2.2.2.6
Vi sinh vật ................................................................................................................................. 6
2.2.3
Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi ................................................................................ 7
2.2.4
Một số mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo phổ biến ............................................................. 8
2.2.4.1
Biogas kết hợp với hồ nuôi tảo................................................................................................. 8
2.2.4.2
Hồ sinh vật ................................................................................................................................ 8
2.2.4.3
Xử lý kỵ khí kết hợp xử lý hiếu khí............................................................................................ 8
2.3
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC................................................................................................. 9
2.3.1
Khái niệm....................................................................................................................................... 9
2.3.2
Cơ chế quá trình xử lý trong bãi lọc cây trồng ............................................................................. 9
2.3.2.1
Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học .............................................................. 9
2.3.2.2
Loại bỏ các chất rắn................................................................................................................. 9
2.3.2.3
Loại bỏ nitơ............................................................................................................................... 9
2.3.2.4
Loại bỏ photpho........................................................................................................................ 9
2.3.2.5
Loại bỏ kim loại nặng............................................................................................................. 10
2.3.2.6
Loại bỏ các hợp chất hữu cơ .................................................................................................. 10
2.3.2.7
Loại bỏ vi khuẩn và virus ....................................................................................................... 10
2.4
KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH............................................ 10
2.4.1
Các nhóm thực vật thủy sinh....................................................................................................... 10
2.4.2
Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải của thực vật thủy sinh .......................... 12
2.4.3
Năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh ................................................................................ 12
2.5
ƯU NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG THỰC VẬT THỦY SINH XỬ LÝ NƯỚC THẢI ................. 13
2.5.1
Ưu điểm ....................................................................................................................................... 13
2.5.2
Nhược điểm ................................................................................................................................. 13
CHƯƠNG 3 _ NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 14
3.1
THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM ................................................................ 14
3.2
CHUẨN BỊ CÂY VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM............................................................................... 14
3.2.1
Chuẩn bị cây ................................................................................................................................ 14
3.2.2
Vật liệu thí nghiệm ...................................................................................................................... 14
3.2.2.1
Vật liệu dựng mô hình ............................................................................................................ 14
3.2.2.2
Vật liệu đựng nước thải .......................................................................................................... 14
3.2.2.3
Dụng cụ pha loãng nước thải và đo lượng nước thất thoát: ................................................. 14
3.3
NGUỒN NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI, PHÂN VÀ CÁCH PHA NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO ............. 14
3.4
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM..................................................................................................................... 15
Phan Thị Thúy Phương
ii
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
3.5
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.............................................................................. 15
3.5.1
Các giai đoạn thí nghiệm............................................................................................................. 15
3.5.2
Bố trí thí nghiệm.......................................................................................................................... 16
3.5.3
Các chỉ tiêu phân tích .................................................................................................................. 17
3.5.3.1
Lấy mẫu phân tích .................................................................................................................. 17
3.5.3.2
Phương pháp phân tích .......................................................................................................... 17
CHƯƠNG 4 _ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................................... 19
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.6
4.4
CÂN BẰNG NƯỚC.............................................................................................................................. 19
GIỚI HẠN CHỊU ĐỰNG CỦA CÂY CÙ NÈO.................................................................................. 20
HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÂY CÙ NÈO ........................................................................................... 20
pH...................................................................................................................................................... 20
Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD5)................................................................................................... 21
Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)..................................................................................................... 22
Tổng Nitơ.......................................................................................................................................... 23
Tổng Photpho ................................................................................................................................... 24
Nhiệt độ ............................................................................................................................................ 25
SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA CÂY CÙ NÈO ................................................................. 26
CHƯƠNG 5 _ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 27
5.1
5.2
KẾT LUẬN ........................................................................................................................................... 27
KIẾN NGHỊ........................................................................................................................................... 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................................... 28
Phan Thị Thúy Phương
iii
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG 2.1 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO ...............................................................................5
BẢNG 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI...........................................................7
BẢNG 2.3 NHIỆM VỤ CỦA THỰC VẬT THỦY SINH TRONG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ .....................11
BẢNG 3.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU THÍ NGHIỆM ...................................................18
BẢNG 4.1 LƯỢNG NƯỚC THẤT THOÁT VÀ TỶ LỆ NƯỚC THẤT THOÁT TRUNG BÌNH
CỦA CÁC NGHIỆM THỨC....................................................................................................................19
BẢNG 4.2 QUAN HỆ GIỮA TỔNG LƯỢNG NƯỚC THẤT THOÁT MỖI NGÀY VÀ NHIỆT ĐỘ
KHÔNG KHÍ ..........................................................................................................................................19
BẢNG 4.3 GIÁ TRỊ pH NƯỚC THẢI ĐẦU RA TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC ..........................20
BẢNG 4.4 BOD5 TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC .............................................................................21
BẢNG 4.5 COD TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC ..............................................................................22
BẢNG 4.6 TỔNG NITƠ TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC.................................................................23
BẢNG 4.7 TỔNG PHOTPHO TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC........................................................24
BẢNG 4.8 GIÁ TRỊ NHIỆT ĐỘ NƯỚC THẢI ĐẦU RA TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIỆM THỨC ............25
BẢNG 4.9 SỐ LƯỢNG LÁ VÀ BÔNG TRUNG BÌNH Ở MỖI NGHIÊM THỨC ........................................26
BẢNG 4.10 CHIỀU DÀI RỄ TRUNG BÌNH CỦA CÁC NGHIỆM THỨC....................................................26
BẢNG 4.11 TRỌNG LƯỢNG TRUNG BÌNH LÁ VÀ RỄ ..............................................................................26
DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ
HÌNH 2.1 CÂY CÙ NÈO ......................................................................................................................................3
HÌNH 2.2 HÌNH THÁI THỰC VẬT CỦA CÂY CÙ NÈO.................................................................................4
HÌNH 2.3 HOA CÙ NÈO......................................................................................................................................4
HÌNH 2.4 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BIOGAS KẾT HỢP HỒ
NUÔI TẢO.................................................................................................................................................8
HÌNH 2.5 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG HỒ SINH VẬT ....................................8
HÌNH 2.6 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI KẾT HỢP XỬ LÝ SINH HỌC VÀ
HIỀU KHÍ ..................................................................................................................................................9
HÌNH 2.7 MỘT SỐ THỦY SINH THỰC VẬT TIÊU BIỂU ............................................................................11
HÌNH 3.1 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM..................................................................................................................15
SƠ ĐỒ 3.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM .......................................................................................................16
HÌNH 3.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ......................................................................................................................17
ĐỒ THỊ 4.1 TỶ LỆ NƯỚC THẤT THOÁT CỦA CÁC NGHIỆM THỨC......................................................20
ĐỒ THỊ 4.2 HIỆU SUẤT XỬ LÝ BOD5 ...........................................................................................................22
ĐỒ THỊ 4.3 HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD.............................................................................................................23
ĐỒ THỊ 4.4 HIỆU SUẤT XỬ LÝ TỔNG NITƠ ...............................................................................................24
ĐỒ THỊ 4.5 HIỆU SUẤT XỬ LÝ TỔNG PHOTPHO ......................................................................................26
Phan Thị Thúy Phương
iv
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BOD5
Nhu cầu oxy hóa sinh học trong 5 ngày (Biological Oxygen Demand)
COD
Nhu cầu oxy hóa hóa học (Chemical Oxygen Demand)
SS
Chất rắn lơ lửng
VSV
Vi sinh vật
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
ĐH
Đại học
TP.
Thành phố
Phan Thị Thúy Phương
v
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
CHƯƠNG 1 _ MỞ ĐẦU
1.1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế nước nhà,
ngành nông nghiệp nói chung và ngành chăn nuôi nói riêng không ngừng phát triển. Trong
đó, ngành chăn nuôi heo được xếp vị trí hàng đầu trong các ngành chăn nuôi ở nước ta. Theo
thống kê năm 2007, cả nước ta có 29 triệu con heo, sản lượng thịt heo chiếm 77% trong các
loại thịt cung cấp cho người tiêu thụ và để xuất khẩu.
Song song đó thì hoạt động chăn nuôi đã gây ra tình trạng ô nhiễm, ảnh hưởng đến
môi trường sống của cộng đồng. Do đó, việc tìm ra phương pháp thích hợp để xử lý chất thải
chăn nuôi đang là vấn đề trọng tâm trong giai đoạn hiện nay. Một trong những phương pháp
được các nhà khoa học đánh giá cao, kinh phí thấp, có thể áp dụng kết hợp với các phương
pháp khác, đặc biệt rất thích hợp khi kết hợp với phương pháp biogas và có thể tận thu sinh
khối thực vật sau khi xử lý đang được áp dụng khá phổ biến ở các trại chăn nuôi là phương
pháp ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý trên mô hình bãi lọc trồng cây. Các loại thực vật
thủy sinh thường được sử dụng: sậy, bèo lục bình, vertiver,… Tuy nhiên, ở Việt Nam, những
ứng dụng này chỉ mang tính tự phát, chưa có nghiên cứu cụ thể về khả năng, mức độ xử lý
của từng loại cũng như hiệu quả kết hợp với các phương pháp xử lý khác. Đặc biệt một số cây
thiếu những nghiên cứu cơ bản như Cù nèo, Bồn bồn, ...
Chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo
với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây” nhằm góp phần tìm ra những giải
pháp thích hợp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi.
1.2
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi
trùng, trứng giun sán,… Do đó nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực
tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc đồng thời lây lan một số bệnh cho con người và ảnh
hưởng đến môi trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh nguy
hiểm như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…có khả năng gây dịch nếu không xử lý
kịp thời. Tuy nhiên, một trong những vấn đề chưa được quan tâm giải quyết là tìm ra những
giải pháp rẻ tiền, hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc nghiên cứu để tìm ra
giải pháp xử lý nước thải chăn nuôi là rất cấn thiết trong thời kỳ đất nước mở cửa hội nhập.
1.3
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Thông qua việc phân tích các kết quả thực nghiệm, thực hiện ở quy mô phòng thí
nghiệm, nghiên cứu khả năng xử lý nước thải phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác
nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây trong điều kiện Việt Nam, tìm ra lời giải cho bài toán ô
nhiễm hiện nay.
1.4
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
-
Cây Cù nèo
-
Nước phân heo
Phan Thị Thúy Phương
1
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
1.5
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-
1.6
Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu.
Xây dựng mô hình bãi lọc trồng cây sử dụng cây Cù nèo.
Xác định nồng độ nước phân heo tới hạn mà cây Cù nèo có thể chịu đựng được trên
mô hình bãi lọc trồng cây.
Xác định nồng độ nước phân heo tối ưu mà cây Cù nèo có khả năng xử lý.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-
1.7
Phương pháp thu thập và khảo sát thực tế: Khảo sát về hiện trạng xử lý nước thải chăn
nuôi tại một số trại heo trong thành phố Hồ Chí Minh và trực tiếp lấy mẫu để thực
hiện thí nghiệm.
Phương pháp tổng hợp tài liệu.
Phương pháp kế thừa: Kế thừa những kết quả số liệu của những nghiên cứu đã có.
Phương pháp phân tích, đánh giá, so sánh.
Tiến hành các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.8
Thí nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm dung tích 25 lít/lô.
Thực hiện trên mô hình đất ngập nước.
Nồng độ nước phân heo được nghiên cứu từ 4 đến 12%.
Kiểm tra các chỉ tiêu: nhiệt độ, pH, BOD, COD, tổng Nitơ, tổng Photpho, lượng nước
thất thoát, năng suất sinh khối.
Thời gian lưu nước 4 ngày.
Tuổi cây trồng 60 ngày.
Thực hiện trong đầu mùa mưa.
TÍNH MỚI CỦA ĐỂ TÀI
Việc nghiên cứu sử dụng cây Cù nèo trên mô hình bãi lọc trồng cây để xử lý nước
phân heo là một vấn đề mới chưa được nghiên cứu ở trong nước cũng như trên thế giới.
1.9
Ý NGHĨA KHOA HỌC
Chứng minh khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo trên mô hình đất bãi lọc
trồng cây.
1.10
Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Đưa ra hướng xử lý nước thải phân heo, góp phần giải quyết thực trạng ô nhiễm môi
trường bức xúc do nước thải phân heo gây ra.
Phan Thị Thúy Phương
2
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
CHƯƠNG 2 _ TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1
TỔNG QUAN VỀ CÂY CÙ NÈO [10]
2.1.2
Giới thiệu sơ lược
2.1.3
-
-
Tên Việt: Cù nèo, Kèo nèo, Nê thảo, Tai tượng.
Tên khoa học: Limnocharis flava (L.) Buchenau, họ Limnocharitaceae, bộ
Alismatales.
Tên Anh: sawah – flower rush, sawah – letuce, velvetleaf, yellow burrhead, yellow
sawah letuce, lymophyte.
Phân bố: Đông Nam Á, Châu Mỹ.
Nguồn gốc: có nguồn gốc Châu Mỹ nhập vào Đông Nam Á từ thế kỷ 20 và trở thành
cỏ dại trong ruộng lúa Đông Nam Á.
Đặc tính thực vật
Nê thực vật (sống trên đất sình, bùn ẩm, mương cạn). Cây đơn tử diệp, đa niên, dạng
bụi (cao 20 – 100 cm).
Rễ chùm mọc trong bùn, mang nhiều chồi để mọc cây mới.
Lá có phiến dạng xoan, tròn (5 -30 x 4 – 25 cm), màu xanh lục tươi, gân chính cong,
cuống lá dạng bẹ lá, dài 5 – 75 cm, xốp (chứa không khí) có 3 khía.
Phát hoa (tán) có cuống dài (10 – 90 cm) mang 5 – 15 hoa. Hoa (1,5 – 3 x 0,7 – 2 cm)
có cuống ngắn (3 – 7 cm), lá đài xanh. Cánh hoa vàng nhạt đến vàng tươi, mang 15 –
20 tiểu nhụy (dài 1,2 cm) và rất nhiều tiểu noãn.
Trái nhỏ (đường kính 1,5 – 2 cm), được đài hoa bao bọc.
Lá non, ngó, hoa có thể dùng làm thức ăn cho người và gia súc.
Khoảng nhiệt độ nước thích hợp: 26 – 28oC
Có khả năng hấp thụ kim loại nặng như lục bình.
Hình 2.1 Cây Cù nèo [10]
Phan Thị Thúy Phương
3
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
Hình 2.2 Hình thái thực vật của cây Cù nèo [10]
Hình 2.3 Hoa Cù nèo [10]
Phan Thị Thúy Phương
4
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
2.2
2.2.1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
Đặc tính nước thải chăn nuôi heo [4]
Nước thải chăn nuôi heo bao gồm nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại, nước tắm
heo,…chứa các chất hữu cơ và vô cơ có trong phân, nước tiểu, thức ăn gia súc,… Thành phần
của nước thải thay đổi tùy theo phương thức thu gom chất thải (có hốt phân hay không hốt
phân trước khi tắm heo), số lần tắm heo và vệ sinh chuồng trại trong ngày, chế độ dinh dưỡng
cho heo. Trong thành phần nước thải chứa một lượng lớn chất ô nhiễm ở nồng độ cao. Do đó,
phải xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận để tránh ô nhiễm đến môi trường.
Bảng 2.1 Tính chất nước thải chăn nuôi heo [4]
Chỉ tiêu
Đơn vị
Nồng độ
pH
-
4,5-8,0
Độ màu
Pt-Co
350-870
Độ đục
mg/L
420-550
BOD5
mg/L
3.500-8.900
COD
mg/L
5.000-12.000
SS
mg/L
680-1.200
Tổng N
mg/L
220-460
Tổng P
mg/L
36-72
Dầu mỡ
mg/L
5-58
Trong nước thải chăn nuôi hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, acid
amin, chất béo, hydrat cacbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, và thức ăn thừa. Các
chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, 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 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 yếm khí tạo ra các sản phẩm CH4, NH3, H2S, Indol, Scatol… các chất khí này tạo nên
mùi hôi thối trong khu vực nuôi, ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí.
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải công nghiệp (acid,
kiềm, kim loại nặng, chất oxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều loại ấu trùng,
vi trùng, trứng giun sán có trong phân gia súc. Đây là những mầm bệnh có thể tồn tại rất lâu
trong nước và gây bệnh cho người và gia súc.
2.2.2
Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng [6]
2.2.2.1 Chất rắn tổng cộng (Total solid)
Chất rắn tổng cộng trong nước thải chăn nuôi bao gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa
tan. Lượng chất rắn này sẽ làm tốn nhiều hóa chất trong quá trình xử lý. Ngoài ra, hàm lượng
Phan Thị Thúy Phương
5
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
cặn lơ lửng còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng trong việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh học, cản trở quá trình xử lý, giảm sự phát triển của tảo trong thủy vực.
Hàm lượng chất rắn tổng cộng trong phân có tỷ lệ khác nhau (12 – 45%) tùy thuộc vào kích
thước hạt (0,01 – 1mm).
2.2.2.2 Tổng nitơ
Nitơ trong nước thải gồm 2 loại vô cơ và hữu cơ (tồn tại ở dạng NH4+, NO2, NO3-, là
các sản phẩm phân hủy cuối cùng của các hợp chất chứa nitơ) chúng làm tăng sự phát triển
của tảo, thực vật nước. Trong thành phần nước thải chăn nuôi thì Nitơ tổng cộng chiếm tỷ lệ
cao nhất (70%), chúng tồn tại dưới dạng các hạt có kích thước rất nhỏ (<0,01mm).
2.2.2.3 Tổng Photpho
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.
2.2.2.4 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)
COD là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra mức độ ô nhiễm của nguồn
thải, nước mặt, cũng như các công trình xử lý nước thải. Chỉ số COD càng cao chứng tỏ các
hợp chất hữu cơ trong nước thải càng lớn gây nên sự thiếu hụt oxy hòa tan trong nguồn tiếp
nhận, làm mất khả năng tự làm sạch của dòng nước.
2.2.2.5 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD)
BOD là chỉ tiêu quan trọng xác định mức độ ô nhiễm của các nguồn nước thải. Thông qua
chỉ số oxy dùng để khoáng hóa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra BOD còn
là một trong những chỉ tiêu đặc trưng để kiểm soát ô nhiễm dòng chảy cũng như từ chỉ số
BOD có thể đánh giá hiệu quả công trình xử lý qua lượng oxy tiêu thụ do VSV khi phân hủy
chất hữu cơ có trong nước thải.
2.2.2.6 Vi sinh vật
Trong nước thải chăn nuôi có chứa nhiều loại vi trùng, virus gây bệnh cho người và
gia súc. Tuy nhiên khi đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường người ta chỉ kiểm tra một số
vi khuẩn chỉ danh được chú ý nhiều nhất – là những vi khuẩn có sức đề kháng cao với ngoại
cảnh. Đặc biệt là trong môi trường đất và nước các vi khuẩn này (E. coli, Coliform) tồn tại rất
lâu, gây ảnh hưởng rất lâu dài. Trứng giun sán cũng là loại ký sinh trùng cần quan tâm trong
đánh giá mức độ ô nhiễm do chất thải chăn nuôi gây nên.
Phan Thị Thúy Phương
6
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
2.2.3
Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi [4]
Bảng 2.2 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi [4]
-
-
-
-
Phương pháp
Quá trình
Cơ học
Tách bớt các hạt rắn ra khỏi chất thải
Hoá lý
Sử dụng các hoá chất keo tụ để tăng tính lắng của
các hạt rắn trong nước thải
Hoá học
Diệt trùng bằng hoá chất hoặc oxy hoá các chất
độc hại có trong nước thải bằng các chất hoá học
Sinh học
Khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải
với sự tham gia của VSV
Quá trình cơ học nhằm loại bớt một phần cặn ra khỏi nước thải, tạo điều kiện cho quá
trình xử lý hóa học, hóa lý, sinh học được thực hiện tốt hơn. Phương pháp xử lý cơ
học thường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Các công trình, thiết
bị xử lý cơ học thường dùng như: song chắn, lưới chắn rác, bể lắng,…
Quá trình hóa lý: sử dụng các chất keo tụ như clorua sắt, polymer hữu cơ… nhằm tăng
tính lắng của các hạt rắn có trong thành phần nước thải, giảm lượng chất hữu cơ có
trong nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hóa học và sinh học sau đó.
Quá trình xử lý hóa học: rất ít được sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi. Trường
hợp thường gặp nhất là diệt trùng nước thải sau khi xử lý sinh học trước khi xả ra
nguồn tiếp nhận. Phương pháp diệt trùng nước thải thường gặp nhất là clo hóa. Ngoài
ra có thể diệt trùng bằng O3 hoặc sử dụng tia cực tím. Trong phương pháp clo hóa tác
nhân thường dùng là Cl2 và các hợp chất chứa clo như HClO, ClO2.
Xử lý sinh học: là quá trình được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất để xử lý nước thải
chăn nuôi do trong nước thải chăn nuôi có tỷ lệ hàm lượng BOD/COD cao, chứa nhiều
cặn hữu cơ dễ phân huỷ, tỷ lệ BOD:N:P thích hợp cho các VSV phát triển. Thực chất
của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình khoáng hóa các
chất hữu cơ ở dạng hòa tan, keo, phân tán với sự tham gia của VSV. Quá trình xử lý
sinh học có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí.
o Trong điều kiện hiếu khí, tùy vào điều kiện làm thoáng ta phân chia 2 dạng:
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên: cơ sở của phương pháp này là
dựa trên khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước. Việc xử lý nước thải
chăn nuôi thường sử dụng cánh đồng lọc, cánh đồng tưới hoặc hồ sinh vật.
Trong nước thải chăn nuôi có thành phần dinh dưỡng cho cây trồng. Đây là
nguồn phân bón chứa một lượng lớn nitơ, photpho và kali giúp cho thực vật
phát triển tốt.
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo: sử dụng bể lọc sinh học, bể
bùn hoạt tính, mương oxy hóa.
Phan Thị Thúy Phương
7
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
o Trong điều kiện kỵ khí, các VSV kỵ khí hoạt động làm lên men các chất hữu
cơ có trong nước thải, biến đổi thành các sản phẩm khí như CH4, CO2, H2,
H2S, NH3. Tùy theo kiểu phát triển của VSV kỵ khí trong công trình xử lý, có
thể chia ra 3 dạng: kiểu VSV phát triển ở trạng thái lơ lửng (bể phân hủy kỵ
khí đơn giản, bể phân hủy kỵ khí tiếp xúc), kiểu hỗn hợp (UASB, hồ sinh học
kỵ khí, bể hai vỏ) và kiểu VSV phát triển trên giá thể (tầng sôi, tầng tĩnh).
2.2.4
Một số mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo phổ biến [4]
2.2.4.1
Biogas kết hợp với hồ nuôi tảo
Biogas được xem là thích hợp nhất trong việc xử lý chất thải chăn nuôi vì vừa tận thu
được khí gas sinh học dùng đun nấu trong sinh hoạt, phục vụ sản xuất, vừa hạn chế các loại vi
khuẩn gây dịch bệnh và hạn chế sự ô nhiễm đất, nước, lan tỏa vào môi trường.
Phân gia súc và nước thải chăn nuôi được xử lý ở hầm biogas, phần nước thải sau khi
xử lý ở hệ thống biogas có thể sử dụng để nuôi tảo và sản xuất chế phẩm tảo, là chế phẩm
chứa nhiều chất dinh dưỡng được sử dụng làm thức ăn gia súc rất tốt. Theo phương pháp này,
sinh khối của chất hữu cơ trong phân gia súc và nước thải chăn nuôi được tận dụng triệt để.
Biogas
Phân và nước thải
Hầm Biogas
Chế phẩm tảo
Hồ nuôi tảo
Xả ra nguồn
Sơ đồ 2.4 Qui trình xử lí nước thải chăn nuôi bằng biogas kết hợp hồ nuôi tảo
2.2.4.2
Hồ sinh vật
Hồ sinh học là hệ thống xử lý nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, trong đó các VSV kỵ
khí phân hủy chất hữu cơ, kết hợp với các thực vật thủy sinh hấp thu các chất vô cơ và hữu cơ
đơn giản. Đây là phương pháp dễ áp dụng, tuy nhiên đòi hỏi diện tích lớn và hiệu quả xử lý
không cao.
Nước thải
Hồ sinh học
Ra nguồn tiếp nhận
Sơ đồ 2.5 Qui trình xử lí nuớc thải chăn nuôi bằng hồ sinh học
2.2.4.3
Xử lý kỵ khí kết hợp xử lý hiếu khí
Phương pháp kết hợp xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí nhằm tận dụng khả năng phân huỷ
chất hữu cơ của cả 2 nhóm VSV kỵ khí và hiếu khí đem lại hiệu quả xử lý cao. Nước thải sau
khi xử lý sinh học nếu cần có thể được khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận (kênh rạch,
sông) để đảm bảo không còn các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh. Bùn lắng thu được từ quá
trình lắng nước thải sau khi xử lý ở hệ thống xử lý kỵ khí và hiếu khí được dùng để sản xuất
phân bón, một phần được tái sử dụng để bổ sung vi khuẩn cho hệ thống xử lý hiếu khí.
Phan Thị Thúy Phương
8
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
Biogas
Phân và nước thải
Xử lý kỵ khí
Xử lý hiếu khí
Nguồn tiếp nhận
Bùn
Phân bón
Sơ đồ 2.6 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi kết hợp xử lý sinh học và hiếu khí
2.3
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC
2.3.1 Khái niệm
Đất ngập nước là vùng đất bị ngập trong thời gian dài, đủ để duy trì trạng thái bão hòa
nước của đất và sự phát triển của VSV, thực vật sống trong môi trường này. Gồm 2 loại:
Đất ngập nước tự nhiên: có thể được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước
thải nhờ vào các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong môi trường tương tác giữa đất,
thực vật, nước và không khí.
Đất ngập nước nhân tạo: là vùng đất ngập nước do con người tạo ra, các vùng ngập
nước này được xây dựng để xử lý nước thải dựa trên các quá trình diễn ra trong đất ngập nước
tự nhiên. Đất ngập nước nhân tạo thường được quy hoạch sẵn thành từng thửa, từng ô. Bên
dưới của khu đất thường được lót bằng lớp vật liệu không thấm nước (tránh nước thải ảnh
hưởng đến nước ngầm), bên trên lớp lót rãi đá dăm hay cát hỗ trợ sự phát triển của thực vật
trồng trong khu đất.
2.3.2 Cơ chế quá trình xử lý trong bãi lọc cây trồng [8]
2.3.2.1 Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan mang vào lớp màng vi sinh bám
trên phần ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh nhờ quá
trình khuếch tán. Vai trò của thực vật trong bãi lọc là: cung cấp môi trường thích hợp cho
VSV thực hiện quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí) cư trú; vận chuyển oxy vào vùng rễ để
cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu và bộ rễ.
2.3.2.2 Loại bỏ các chất rắn
Nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống có thời gian lưu nước dài.
2.3.2.3 Loại bỏ nitơ
Nitơ loại bỏ nhờ 3 cơ chế chủ yếu: nitrat hóa/khử nitrat; bay hơi ammoniac và hấp thụ
của thực vật.
2.3.2.4 Loại bỏ photpho
Cơ chế loại bỏ gồm có sự hấp thụ của thực vật, quá trình đồng hóa của vi khuẩn, sự
hấp phụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ, kết tủa và lắng cùng Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+.
Khi thời gian lưu nước dài, đất sử dụng có cấu trúc mịn thì cơ chế loại bỏ là hấp phụ và kết
tủa.
Phan Thị Thúy Phương
9
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
2.3.2.5 Loại bỏ kim loại nặng
-
Kết tủa và lắng dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, dạng sunfit kim loại
trong vùng kỵ khí của lớp vật liệu.
-
Hấp phụ lên các kết tủa oxyhydroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí.
-
Kết hợp, lẫn với thực vật chết và đất.
-
Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật.
-
Các loài thực vật khác nhau hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau.
2.3.2.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ
Chủ yếu qua cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các VSV và hấp thụ của thực vật.
2.3.2.7 Loại bỏ vi khuẩn và virus
Chúng được loại bỏ nhờ quá trình vật lý như kết dính, lắng, lọc, hấp phụ.
2.4
KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH
Thực vật thủy sinh là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, thuộc loài
thảo mộc thân mềm, quá trình quang hợp của nó hoàn toàn giống với thực vật trên cạn và nó
luôn đồng hành cùng VSV. Thực vật thủy sinh có thể gây nên một số bất lợi cho con người do
việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng (hiện tượng phú dưỡng hóa). Tuy nhiên lợi
dụng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu
các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu được lợi nhuận. Khả năng xử lý nước thải của các loại
thực vật thủy sinh đã được khẳng định bằng quan sát, bằng các nghiên cứu trong phòng thí
nghiệm, trên các công trình thử nghiệm và trong áp dụng thực tế ở hồ sinh học tương ứng.
2.4.1
Các nhóm thực vật thủy sinh [2]
Có 3 nhóm thực vật thủy sinh được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật xử
lý nước thải là:
- Thực vật thủy sinh loại nổi (floating plant): loại này có bộ rễ chìm trong nước, còn lá
và thân vươn lên trên mặt nước nhận trực tiếp ánh sáng mặt trời, rễ dạng chùm mọc
trong nước nhận chất dinh dưỡng trong nước. Có 3 loài phổ biến: bèo lục bình (Water
hyacinth), bèo tấm ( duck week), rau diếp nước (Water letture). Ngoài ra còn có các
loại như: bèo tai tượng, rau ngỗ, Salvinia (Salvinia spp),… Chúng phát triển không
phụ thuộc vào chiều sâu của lớp nước. Rễ của chúng là giá thể tốt cho nhiều sinh vật
sống trong nước, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải.
- Thực vật thủy sinh loại nửa chìm nửa nổi (emergent plant): chúng có rễ mọc trong lớp
bùn ở đáy ao hồ, một phần thân ngập trong nước, phần còn lại và lá vươn lên trong
không khí. Nhóm này chủ yếu là các loài cỏ nước và các loài lúa nước như: cỏ đuôi
mèo (cattails), cỏ lõi bấc (bulrush), các loại sậy thường (Phragmites communis), lau
mưa hè (Scirpus silvaticus), các loại cỏ lác,… Loại này thường sống ở vùng nước
không sâu (0,5 – 1,6m) và có chế độ thủy triều ổn định. Việc làm sạch môi trường chủ
yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước, những vật chất lơ lửng thường ít hoặc không
được chuyển hóa.
- Thực vật thủy sinh loại chìm (submerged plant): loại này chìm trong nước, mềm. Một
số loài tiêu biểu: rong đuôi chó (Ceratophylum denursum L.), rong xương cá
(Myriophylum), Hydrilla (Hydrilla verticillata), Water milfoil (Myriophyllum
spicatum), Blyxa (Blyxa aubertii),… Có 2 dạng: rễ bám vào đất hút chất dinh dưỡng
trong đất, thân và lá ngập trong nước); rễ, thân và lá lơ lửng trong nước. Chúng
Phan Thị Thúy Phương
10
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
thường sống ở lớp nước mà ánh sáng mặt trời có khả năng xuyên suốt lớp nước (phát
triển tốt nhất ở độ sâu khoảng 50cm). Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục
của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thủy
sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải.
Hình 2.7 Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu [11]
Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý [11]
Phần cơ thể
Rễ và/hoặc thân
Nhiệm vụ
Là giá bám cho vi khuẩn phát triển
Lọc và hấp thu chất rắn
Hấp thu ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo
Thân và /hoặc lá ở mặt
nước hoặc phía trên mặt
nước
Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển
Chuyển oxy từ lá xuống rễ, làm tăng quá trính khoáng hóa các
chất hữu cơ
Phan Thị Thúy Phương
11
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
2.4.2
Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải của thực vật thủy sinh [1]
Các loài thực vật thủy sinh thường nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ các chất hữu
cơ cao. Do vậy nếu trong nước thải chứa nhiều chất hữu cơ với nồng độ cao, độc tố, pH quá
kiềm hoặc quá axit đều ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của chúng.
2.4.2.1 BOD5
-
-
Sự tạo ra BOD5 trong hệ thống thực vật thủy sinh có thể là kết quả của:
o Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh
trưởng của chúng.
o Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình mục nát. Lượng BOD5 được
tạo ra 3 – 10 mg/L trong thời gian thực vật phát triển và 5 – 20 mg/L trong quá
trình chúng bị thối rữa.
Sự làm giảm BOD5 chủ yếu được thực hiện bởi VSV bám vào rễ.
2.4.2.2 Chuyển hóa Nitơ
-
Nitơ được chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản:
Thực vật sử dụng các hợp chất chứa nitơ để tạo ra sinh khối.
Bị mất theo dạng amoniac và nitơ tự do bởi quá trình nitrat hóa và phản nitrat thực
hiện bởi VSV.
2.4.2.3 Chuyển hóa Photpho
Photpho trong nước thải được chuyển hóa bởi nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó
2 quá trình chuyển hóa quan trọng được thực hiện bởi VSV và thực vật thủy sinh. Cả hai quá
trình đều giống nhau ở chỗ là khi được chuyển vào tế bào sẽ tham gia vào thành phần của
AND, ARN, ADP, AMP, các hợp chất khác chứa photpho và cả trong thành phần của các
enzym oxy hóa có trong tế bào.
2.4.2.4 Virus và VSV gây bệnh
Virus và VSV gây bệnh có xu hướng giảm dần theo thời gian của quá trình xử lý,
nguyên nhân có thể là:
- Tác động của tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời.
- Các quá trình oxy hóa và khử xảy ra trong nước thải, các chất độc hóa học.
- Do đấu tranh sinh học giữa các loài VSV với nhau.
2.4.3
-
-
Năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh [1]
Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta có số liệu để so sánh năng suất sinh
khối giữa các loài thực vật với nhau và cho phép ta dự đoán hoặc tính toán khả năng
sử dụng chúng trong xử lý nước ô nhiễm cũng như sử dụng sinh khối này cho mục
đích làm thức ăn gia súc, thực phẩm cho người hoặc làm phân bón.
Đánh giá khả năng làm bền vững sinh thái hay làm thay đổi hệ sinh thái do chúng gây
ra.
Giúp ta nhận biết được mức độ ô nhiễm của nước, khả năng làm sạch của chúng, từ đó
giúp ta thiết lập công nghệ xử lý.
Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh rất cao.
Tại vì ở đó thực vật thủy sinh không bị tác động xấu của các yếu tố vật lý, hóa học,
sinh học.
Phan Thị Thúy Phương
12
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
-
Một vài con số minh họa:
o Thực vật thủy sinh ngập nước: 3 – 18 tấn chất khô/ha.năm.
o Nửa ngập nước: 27 – 77 tấn chất khô/ha.năm.
o Lục bình : 135 – 199 tấn chất khô/ha.năm.
2.5
ƯU NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG THỰC VẬT THỦY SINH XỬ LÝ NƯỚC
THẢI [1]
2.5.1
-
-
2.5.2
Ưu điểm
Hiệu quả xử lý chậm nhưng ổn định đối với các loại nước có BOD, COD thấp, không
có độc tố.
Một số loại có khả năng hấp thụ kim loại nặng.
Chi phí xử lý không cao.
Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.
Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý dễ thu hoạch và được ứng dụng vào nhiều mục
đích khác nhau:
o Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ.
o Làm thực phẩm cho người và gia súc.
o Làm phân bón cải tạo đất: Sinh khối có thể thu hoạch, chế biến thành phân hữu
cơ, phụ gia cải tạo đất, bón trên rễ cây mới trồng, đốt thành tro hay làm phân
Compost.
o Tái tạo năng lượng: Sinh khối sử dụng sản xuất Ethanol, đốt trực tiếp thành
củi.
o Nguyên liệu sản xuất bột giấy, giấy và sợi.
o Làm dược phẩm.
Bộ rễ, thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với VSV, sự vận chuyển của cây đưa
VSV đi theo. Chúng dịch chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm,
làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước, quan hệ giữa VSV và thực vật
thủy sinh là quan hệ cộng sinh.
Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng.
Do vậy có thể ứng dụng ở những vùng hạn chế việc cung cấp năng lượng.
Nhược điểm
Diện tích cần dùng để xử lý chất thải lớn, chúng luôn đòi hỏi phải có đủ ánh sáng. Sự
tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá
trình chuyển hóa càng tốt. Do vậy diện tích bề mặt càng nhiều càng tốt. Nó rất thích hợp cho
những vùng nông thôn, những vùng không được cấp điện.
Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh, VSV không có nơi bám vào. Chúng dễ
dàng trôi theo dòng nước hoặc lắng xuống đáy. Rễ thực vật có thể là nơi các VSV gây hại
định cư, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh. Ngoài ra, thực vật chiếm
không gian lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào nước. Thảm thực vật thủy sinh phủ kín bề
mặt, tác dụng này tạo điều kiện cho các VSV phát triển bao gồm có ích và có hại.
Phan Thị Thúy Phương
13
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
CHƯƠNG 3 _ NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1
THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
- Thời gian tiến hành thí nghiệm: 04-07/2008
- Địa điểm: Khoa Công nghệ môi trường, Trường ĐH Nông Lâm.
Nhà lưới khoa Công nghệ sinh học, Trường ĐH Nông Lâm.
Các chỉ tiêu nước thải được phân tích tại trung tâm phân tích môi trường,
Công nghệ môi trường, Trường Đại học Nông Lâm.
- Điều kiện thời tiết trong thời gian thí nghiệm:
o Nhiệt độ: 220 – 450C.
o Độ ẩm: 65 – 85%.
3.2
CHUẨN BỊ CÂY VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM
3.2.1
Chuẩn bị cây
Cây được lấy từ khu vực Hồ Đất, Trường ĐH Nông Lâm, TP. Hồ Chí Minh. Cây được
bứng lên, rửa sạch bùn trên rễ, cắt bỏ lá già, các thành phần dập nát, sau đó chọn các bụi đồng
đều nhau để làm thí nghiệm.
3.2.2
Vật liệu thí nghiệm
3.2.2.1 Vật liệu dựng mô hình
- Nhà lưới có mái che nilon trong.
- Xô nhựa (25 L).
- Cát, đá lớn dùng trong xây dựng (D50 = 1,2cm), đá mi.
- Ống PVC Φ21 được đục lỗ, van Φ21.
- Một số vật liệu khác như: gỗ, gạch, keo dán ống, silicon, chai đựng mẫu, lốp xe cao
su…
3.2.2.2 Vật liệu đựng nước thải
- Can nhựa 30L: dùng để đựng nước thải chăn nuôi lấy từ trại chăn nuôi heo trường ĐH
Nông Lâm.
- Thùng nhựa 60L và bao nhựa: dùng để ủ kỵ khí nước thải chăn nuôi.
- Chai nhựa 500ml có nút đậy đựng nước thải đầu ra.
3.2.2.3 Dụng cụ pha loãng nước thải và đo lượng nước thất thoát:
- Ống đong 1000ml
- Bình nhựa 5000ml có chia vạch
- Xô 4 lít
- Xô 25l
3.3
NGUỒN NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI, PHÂN VÀ CÁCH PHA NƯỚC THẢI
ĐẦU VÀO
-
Nước thải chăn nuôi dùng để tưới thích nghi được lấy từ nước rửa chuồng ở Trại heo _
Trường ĐH Nông Lâm.
Phan Thị Thúy Phương
14
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
-
3.4
Phân dùng để pha nước thải đầu vào cũng được lấy từ Trại heo _ Trường ĐH Nông
Lâm.
Cách pha nước phân heo đầu vào: Pha loãng phân heo theo công thức w/w là 1:5 (tỷ lệ
nước thải chăn nuôi phổ biến ở các xí nghiệp chăn nuôi heo hiện nay; cứ 1kg phân pha
loãng với 5L nước) rồi đem ủ kỵ khí 3 tuần.
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Mô hình thí nghiệm gồm 15 xô plastic có dung tích 25L được thiết kế với đáy có ống
thu nước và van lấy nước với chiều cao lớp sỏi là 6cm, đá mi là 4cm, cát là 20cm. Cù Nèo
được trồng trên lớp cát của mô hình với mật độ 3 cây/xô. Do cây sau khi lấy về rất yếu nên
sau khi trồng cần phải cố định cây bằng các cành cây nhỏ xung quanh. Các mô hình được đặt
trên ghế nhựa cao 20 cm trong nhà lưới để tránh nước mưa làm ảnh hưởng đến kết quả thí
nghiệm.
Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm
Mục đích của mô hình là nghiên cứu hiệu quả xử lý nước phân heo của cây Cù nèo,
xác định nồng độ phân heo cao nhất mà Cù nèo có khả năng chịu đựng được trong trạng thái
tĩnh (nồng độ nước thải ổn định trong các giai đoạn nghiên cứu), đánh giá khả năng thích nghi
của Cù nèo đối với nước thải chăn nuôi, đánh giá hình thái, tốc độ tăng trưởng và khả năng
hấp thụ chất hữu cơ của Cù nèo với các nồng độ nước phân heo khác nhau. Bên cạnh đó ta
cũng xác định được sự cân bằng nước trong mô hình. Thí nghiệm này có ý nghĩa quan trọng
trong việc xác định nồng độ nước thải đầu vào cho các mô hình động.
3.5
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.5.1
Các giai đoạn thí nghiệm
Đề tài thực hiện qua các giai đoạn:
-
Giai đoạn dưỡng cây (3 tuần): Tưới cây bằng nước thải chăn nuôi pha loãng theo tỷ lệ
5% trong 2 tuần đầu, 10% trong tuần kế tiếp để bổ sung dinh dưỡng cho cây phát triển
Phan Thị Thúy Phương
15
Nghiên cứa khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo với các nồng độ khác nhau trên mô hình bãi lọc trồng cây
đồng đều. Sau 3 tuần, thân đã cứng cáp, lá mới mọc ra nhiều và hệ rễ đã phát triển
mạnh .
-
Khảo sát giới hạn chịu đựng của cây: Sau giai đoạn dưỡng cây, ta tiến hành khảo sát
giới hạn chịu đựng của cây trên một mô hình bất kỳ (14 ngày) bằng cách tưới các nồng
độ nước phân heo đầu vào tăng dần: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14% w/w trọng lượng phân.
Mỗi nồng độ lưu nước trong 2 ngày và quan sát ở ngưỡng nào thì cây chết.
-
Giai đoạn tưới thích nghi: Dựa vào kết quả thu được từ giai đoạn khảo sát giới hạn
chịu đựng của cây, ta xác định dãy nồng độ sẽ tưới cho cây trong giai đoạn thí nghiệm
(4, 6, 8, 10 và 12% w/w trọng lượng phân). Sau đó tưới cây bằng nước phân heo đầu
vào với nồng độ tăng dần từ 2% đến 4%, nhịp độ tăng là 1% trong 10 ngày. Giai đoạn
này giúp hệ quần xã của cây và VSV thích ứng tốt với nước thải chăn nuôi, hạn chế
sốc do sự thay đổi nồng độ.
-
Giai đoạn thí nghiệm (3 tuần): Cây được tưới nước thải đầu vào với các nồng độ khác
nhau (4, 6, 8, 10 và 12% w/w trọng lượng phân) với lượng nước tưới là 4L/nghiệm
thức. Theo dõi sự phát triển của cây qua mỗi ngày (đếm số lá vàng, héo, số chồi non
mới mọc, số hoa trên mỗi cây). Thời gian lưu nước là 4 ngày. Nước thải đầu ra được
thu dưới đáy mô hình rồi đem đi phân tích các chỉ tiêu nhiệt độ, pH, COD, BOD5, tổng
N và tổng P.
-
Xác định lượng nước thất thoát: lượng nước thải cho vào mỗi thùng ban đầu là giống
nhau: 4L. Hàng ngày lấy nước ra cho vào bình nhựa 5000ml có chia vạch để xác định
lượng nước thất thoát sau đó thêm vào lượng nước sạch đảm bảo duy trì mức nước
không đổi trong suốt thời gian lưu. Từ đó tính ra được lượng nước thất thoát trong
suốt thời gian lưu nước.
3.5.2
Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm kiểm tra khả năng xử lý nước phân heo của cây Cù nèo ở 5 nồng độ khác
nhau (4, 6, 8, 10 và 12% w/w trọng lượng phân). Mỗi nồng độ lặp lại 3 lần và được bố trí
ngẫu nhiên theo sơ sau:
4
6
8
10
12
6
8
10
12
4
4
10
12
8
6
Sơ đồ 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Phan Thị Thúy Phương
16
