Đồ án Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè ( Jatropha Curcas L.) trên mô hình bãi lọc thực vật

ủ để hổ trợ các quá trình thủy sinh. Đó là những nơi khó tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt đông sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt. Theo các nhà khoa học New Zealand: “Đất ngập nước là một khái niệm chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên. Những vùng đất ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất và nước. Nước có thể là nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn. Đất ngập nước ở trạng thái tự nhiên hoặc đặc trưng bởi các loại thực vật và động vật thích hợp với điều kiện sống ẩm ướt”. Theo các nhà khoa học Ôxtrâylia: “Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm những bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thuỷ triều xuống thấp”. Định nghĩa do các kỹ sư quân đội Mỹ đề xuất và là định nghĩa chính thức tại Mỹ: “Đất ngập nước là những vùng đất bị ngập hoặc bão hoà bởi nước bề mặt hoặc nước ngầm một cách thường xuyên và thời gian ngập đủ để hỗ trợ cho tính ưu việt của thảm thực vật thích nghi điển hình trong điều kiện đất bão hoà nước. Đất ngập nước nhìn chung gồm: đầm lầy, đầm phá, đầm lầy cây bụi và những vùng đất tương tự”. Những định nghĩa trên theo nghĩa hẹp, nhìn chung đều xem đất ngập nước như đới chuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi trường trên cạn và ngập nước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự phát triển của một hệ thực vật đặc trưng ( theo Coward và cộng sự, năm 1979; Enny, năm 1985). Hiện nay, định nghĩa theo công ước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng. Chức năng Đất ngập nước Chức năng đất ngập nước là khả năng hệ sinh thái đất ngập nước thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Đất ngập nước là một hệ sinh thái bao gồm nhiều hợp phần (đất, nước, thực vật, chất dinh dưỡng, khí hậu...), các thành phần này tác động qua lại với nhau bởi các quá trình lý, hóa, sinh. Các quá trình xảy ra trong các thành phần này cho phép đất ngập nước duy trì, thực hiện một số chức năng. Khả năng thực hiện chức năng của đất ngập nước thường được xác định bằng các đặc điểm sinh thái của chúng (sinh học, lý học, hoá học), vì đặc điểm sinh thái ở các hệ sinh thái khác nhau là khác nhau, do đó mức độ thực hiện chức năng ở từng vị trí cụ thể của đất ngập nước sẽ khác nhau. Trong thực tế kiểm soát đầu vào, đầu ra của một hệ thống cho việc đánh giá chức năng là công việc đòi hỏi thời gian và kinh phí. Chức năng sinh thái của đất ngập nước -Nạp nước ngầm: Nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng. -Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: Bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa như “bồn chứa” tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế lũ ở vùng hạ lưu. -Ổn định vi khí hậu: Do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O2 và CO2 trong khí quyển làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định. -Chống sống, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn: Nhờ lớp phủ thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng làm giảm sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt. -Xử lý nước, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm…. : vùng đất ngập nước được coi như là bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc( chất thải sinh hoạt và công nghiệp). -Giữ lại chất dinh dưỡng: Làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó. -Sản xuất sinh khối: Rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi sản xuất và xuất khẩu sinh khối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũng như vật nuôi. -Giao thông thủy: Hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương. -Giải trí, du lich: Các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim ( Tam Nông, Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan, giải trí. Chức năng kinh tế -Tài nguyên rừng: Các loài động vật thường rất phong phú ở các vùng đất ngập nước, tạo nên nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, có thể khai thác để phục vụ lợi ích kinh tế. Tài nguyên rừng cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như gỗ, than, củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, tanin, dược liệu. Nhiều vùng đất ngập nước rất giàu động vật hoang dã đặc biệt là các loài chim nước, cung cấp nhiều loại sản phẩm, trong đó có nhiều loại có giá trị thương mại cao( da cá sấu, đồi mồi…). -Thuỷ sản: Các vùng đất ngập nước là môi trường sống và là nơi cung cấp thức ăn cho các loài thủy sinh có giá trị kinh tế cao như cá, tôm, cua, động vật thân mềm… -Tài nguyên cỏ và tảo biển: Nhiều diện tích đất ngập nước ven biển có những loại tảo, cỏ biển là nguồn thức ăn của nhiều loài thủy sinh vật và còn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc, làm phân bón và dược liệu… -Sản phẩm nông nghiệp: Các ruộng lúa nước chuyên canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác đã tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng khác của vùng đất ngập nước. -Cung cấp nước ngọt: Nhiều vùng đất ngập nước là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, cho tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc và sản xuất công nghiệp. -Tiềm năng năng lượng: Than bùn là một nguồn nhiên liệu quan trọng, các đập, thác nước cũng là nguồn cung cấp năng lượng. Rừng tràm Việt Nam có khoảng 305 triệu tấn than bùn cung cấp nguồn năng lượng lớn. Lớp than bùn này được dùng làm phân bón và ngăn cản quá trình xì phèn. Giá trị đa dạng sinh học Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của đất ngập nước. Cách xa những cánh đồng lúa là những bãi lau sậy của bán cầu Bắc, có chức năng lọc và làm sạch khi nước chảy qua. Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh thái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái có năng suất cao, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học. Đó là nơi cung cấp các lâm sản, nông sản và hải sản có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh vai trò điều hoà khí hậu, hạn chế xói lở, ổn định và mở rộng bãi bồi. Giá trị đa dạng sinh học của đất ngập nước bao gồm cả giá trị văn hóa, nó liên quan tới cuộc sống tâm linh, các lễ hội truyền thống phản ánh ước vọng của người dân địa phương sống trong đó và các hoạt động du lịch sinh thái… giá trị văn hoá bao gồm cả tri thức bản địa của người dân trong nuôi trồng, khai thác và sử dụng các tài nguyên thiên nhiên và cách thích ứng của con người với môi trường tự nhiên( lũ lụt, hiện tượng ngập nước theo mùa hoặc đột biến của thiên nhiên…). Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh mối quan hệ giữa tự nhiên, xã hội, ngôn ngữ và văn hoá là không thể tách rời, nó thể hiện lòng tin của con người. Thông thường nơi nào có giá trị ĐDSH cao thì cũng là nơi cư trú của người dân bản địa. Người ta chưa thống kê được bao nhiêu xã hội truyền thống nhưng loại trừ các cư dân thành thị còn khoảng 85% dân số thế giới sống ở các vùng địa lý khác nhau : vùng địa cực, vùng sa mạc, vùng savan, các vùng rừng nhiệt đới và vùng đất ngập nước… tất cả các yếu tố tự nhiên này góp phần không nhỏ tạo nên văn hoá truyền thống của người dân địa phương. Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên trong đó có các hệ sinh thái đất ngập nứơc cũng là bảo vệ cái nôi văn hoá truyền thống Hệ thống đất ngập nước như là công cụ xử lý nước thải Tổng quan về đất ngập nước xử lý nước thải Từ lâu đất ngập nước đã được biết là có giá trị đa dạng sinh học rất cao, giúp điều hoà chế độ thuỷ văn nước mặt và nước ngầm thậm chí còn có khả năng cải tạo chất lượng nước, đặc biệt là giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, chất rắn lơ lửng và vi khuẩn gây bệnh. Tuy nhiên đất ngập nước đều là những khu vực sinh thái nhạy cảm cần được bảo vệ nên không thể lạm dụng cho mục đích xử lý nước thải. Vì vậy trong khoảng một thập kỷ trở lại đây nhiều công trình nghiên cứu tiến hành ở nhiều quốc gia như: Mỹ, Úc, Châu âu, Châu Phi và Châu Á…về phương pháp xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo được thiết kế và xây dựng mô phỏng theo các điều kiện sinh thái, thuỷ văn của đất ngập nước tự nhiên. Hệ thống xử lý đất ngập nước nhân tạo thường bao gồm một hoặc một vài hố nước nông (<1m), có trồng thực vật thuỷ sinh trôi nổi như: bèo tây, bèo ta, hoa súng, tảo, sậy, đước…. Với các đặc điểm này, hệ thống xử lý nước thải bằng sự kết hợp các quá trình vi sinh, sinh hoá, hoá học hoàn toàn tự nhiên. Về mặt thuỷ văn, các thông số thiết kế chính của từng hố của hệ thống đất ngập nước nhân tạo bao gồm hướng dòng chảy, thời gian lưu giữ, độ sâu…. Ngoài ra còn có lớp không thấm trải trên nền đất gốc để tránh không cho nước nước thải thấm sâu xuống phía dưới và xung quanh, gây ô nhiễm nước ngầm và ô nhiễm đất trong vùng. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy đất ngập nước nhân tạo là phương pháp xử lý nước thải có chi phí xây dựng và bảo dưỡng thấp, không yêu cầu kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả xử lý rất cao, đặc biệt là cho những nguồn nước thải không điểm như nước mưa đô thị, nước thải sinh hoạt từ các cụm dân cư nông thôn, nước thải nông nghiệp, thuỷ sản… Ở Việt nam, nước thải nông nghiệp là một trong những nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường và suy giảm chất lượng nước ở các vùng nông thôn. Nước thải nông nghiệp bao gồm: Nước xả ra từ các chăn nuôi nông hộ, từ trang trại tập trung, từ các đầm nuôi tôm và nước hồi quy từ đồng ruộng. Những nguồn xả thải này thưòng có lượng rất lớn và chứa rất nhiều chất hữu cơ, vi rút, vi khuẩn gây bệnh và nhiều thành phần độc hại khác. Quản lý và xử lý những nguồn nước thải nông nghiệp ở Việt nam vẫn luôn là một thách thức do các địa phương thưòng rất nhiều kinh phí, công nghệ và cán bộ kỹ thuật. Các vấn đề này hoàn toàn có thể giải quyết được bằng cách áp dụng đất ngập nước nhân tạo. Phân loại đất ngập nước nhân tạo xử lý nước Có thể phân loại đất ngập nước xử lý nước thải thành hai loại: - Loại 1: Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy mặt (Free water surface – FWS) Đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây ngập nước) được thiết kế xử lý theo dòng chảy mặt hoàn toàn giống đầm lầy tự nhiên. Nước chảy tràn qua lớp giá thể Mực nước nông <45cm Thực vật được sử dụng trồng: lau, sậy, cói. Các thực vật này có khả năng hấp thụ khối lượng lớn nitơ và phốtpho Nước thải chăn nuôi chảy tràn qua bãi lọc với tỉ lệ chiều dài L, chiều rộng W nhất định (10:1) Có lớp đất sét hoặc lớp vải địa kỹ thuật chống thấm Nước thải chảy từ một phía của bãi lọc ngấm qua lớp đất mặt đến các đường ống góp. Nước trong ống góp trong và không còn chất dinh dưỡng. Hình 2.4. Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy mặt Fedaration 1990 - Loại 2: Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm (Subsurface flow Constructed Wetland – SSF) Nước thải chảy bên dưới lớp giá thể Nước chảy ngầm trong lớp lọc. Lớp lọc là nơi thực vật phát triển trên đó gồm có cát, sỏi, đá nhằm giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang và được thiết kế với độ dốc ≤ 1%. Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải chăn nuôi được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. vùng ngập nước thường thiếu ôxy nhưng thực vật của bãi lọc có khả năng vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ. Ngoài các yếu tố thiết kế dòng vào, dòng ra, thực vật như đối với đầm lầy dòng chảy mặt, cần phải nghiên cứu kỹ nền đá sỏi: kích thước nền, kích thước đá sỏi. Hình 2.5. Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm Nguồn: Koottatep và Panuvatvanich, 2005 Khả năng xử lý chất ô nhiễm của đất ngập nước nhân tạo Đất ngập nước hoạt động như một vật liệu thấm, lọc nước thải bẩn, sau khi qua khu vực đất ngập nước, nước thải bẩn sẽ được lọc, khử các chất nitrogen, phosphorus hay chất độc thông qua chức năng thấm lọc, lắng, hấp thu của bộ rễ, các hạt trầm tích trong nước, hạt đất và các vi sinh vật hoạt động trong nền đất. Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Phân hủy sinh học đóng vai trò quan trọng nhất trong việc loại bỏ chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Vật chất còn lại sẽ được loại bỏ qua quá trình lắng. Đối với đất ngập nước vai trò vi sinh vật hiếu khí, tuỳ tiện & kị khí đối với việc loại bỏ BOD là quan trọng. 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 đất ngập nước là: cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật 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. Loại bỏ các chất rắn ( lọc) Nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, keo thì được loại bỏ qua cơ chế lọc (lớp vật liệu lọc), lắng, phân hủy sinh học, dính bám, hấp phụ nhờ lực Var der Waals. 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. Sự chuyển hóa Nitơ xảy ra ở tầng oxy hóa và khử của đất và nước; bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất. Bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng rễ qua thân, lá của cây trồng trong bãi lọc tạo nên lớp màng giàu oxy. Quá trình nitrat hóa diễn ra ở vùng rễ hiếu khí, NH4+ chuyển thành NO3-. Phần NO3- không được cây trồng hấp thụ sẽ khuếch tán vào vùng thiếu khí, bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử Nitrat. Lượng ammoniac trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4- từ vùng thiếu khí khuếch tán vào. 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. Sự hấp thu của thực vật: vô cơ phosphorus, chủ yếu Orthophotphat (HPO42- và H2PO4-) được lấy đi bởi những cây được bén rễ trong đất hay nổi trong nước (bao gồm nhành tảo) Kết tủa: hạt vật chất (các chất vô cơ hoặc hữu cơ) chúng kết tủa vì vận tốc nước giảm, chiều sâu nước sông và hoạt động lọc của cây và tập hợp trên bề mặt đất. Sự phân hủy: chất hữu cơ của phosphorus bị phân hủy thành những hợp chất phân tử hữu cơ nhỏ hơn vừa gián đoạn lại vừa hòa tan, và cuối cùng tới orthophotphat bởi những vi sinh vật mà chúng dung cacbon hữu cơ như một nguồn năng lượng hay chúng khuyết tán ngược lại vào trong đất hay nước. Sự hút thấm bề mặt: gồm ba quá trình là sự hấp thụ của ion orthophotphat bởi những đất sét và sắt hay những nhôm oxit (chemisorptions) trong đất, và sự kết tủa của PO43- với sắt và những nhôm oxit hoặc canxi bị nóng chảy Loại bỏ kim loại nặng Lọc qua lớp vật liệu lọc 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. Loại bỏ vi khuẩn và virus Chúng được loại bỏ nhờ: Sự bài tiết các chất kháng sinh từ rễ thực vật, quá trình vật lý như kết dính, lắng, lọc, hấp phụ; bị tiêu diệt trong điều kiện môi trường không thuận lợi trong thời gian dài. Cụ thể như: nhiệt độ, pH, bức xạ mặt trời, thiếu chất dinh dưỡng do các sinh vật khác ăn. Một số nghiên cứu về ứng dụng đất ngập nước nhân tạo trên thế giới và Việt Nam Đất ngập nước xử lý nước thải trên thế giới. Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp, nước rỉ bãi rác bằng bãi lọc trồng cây. Nghiên cứu xử lý bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây. Nghiên cứu về loại bỏ vi sinh vật trong nước thải. Bãi lọc trồng cây ở Bắc Âu. Đất ngập nước xử lý nước thải ở Việt Nam Công nghệ xử lý phân bùn bể photphat bằng bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng - Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp - trường Đại học Xây dựng phối hợp với Viện KH & CN Môi trường Liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG Công trình nghiên cứu làm sạch nước Hồ Tây bằng cây thủy sinh Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên cứu thực hiện 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, Thành Phố Việt Trì - GS.TSKH Dương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện Nghiên cứu xử lý ô nhiễm N, P trong nước sông Tô Lịch bằng Bèo Tây - Th.S Đào Văn Bảy và GS.TSKH Lâm Ngọc Thụ thực hiện Nghiên cứu sử dụng một số thực vật nước để làm sạch kim loại nặng trong nước hồ Bảy Mẫu - PGS.TS Lê Thị Hiền Thảo – Trường Đại Học Xây Dựng Xử lý kim loại nặng (Cr, Pb2+ và Ni2+) trong nước thải công nghiệp bằng Bèo Tây - Nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Môi Trường , Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Ưu nhược – điểm khi sử dụng thực vật làm sạch môi trường nước Ưu điểm: Hiệu quả xử lý chậm nhưng ổn định đối với các loại nước có BOD, COD thấp, không có độc tố. 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 được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau: Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ. Làm thực phẩm cho người và gia súc. 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. Tái tạo năng lượng: Sinh khối sử dung sản xuất Ethanol, đốt trực tiếp thành củi. Nguyên liệu sản xuất bột giấy, giấy và sợi. Làm dược phẩm. Bộ rễ thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với vi sinh vật, 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 quá càng tốt. Do vậy diện tích bề mặt càng nhiều càng tốt. Nó rất thích hợp cho những vùng nông thôn, những vùng không được cấp điện. Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh, VSV không có nơi bám vào. Chúng dễ dàng trôi theo dòng nước hoặc lắng xuống đáy. Rễ thực vật có thể là nơi các VSV gây hại định cư, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh. Ngoài ra, thực vật chiếm không gian lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào nước. Thảm thực vật thủy sinh phủ kín bề mặt, tác dụng này tạo điều kiện cho các VSV phát triển bao gồm có ích và có hại. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Nghiên cứu tài liệu Điều tra về thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi. Nghiên cứu các tài liệu có sẵn về cây Dầu mè (Jatropha curcas L.) ở Việt Nam. Nghiên cứu thu hoạch các hình ảnh của thực vật. Nghiên cứu tài liệu về tình hình sinh trưởng và phát triển của cây, khả năng nhiễm sâu bệnh. Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bằng thực vật. Nghiên cứu mô hình thực nghiệm Mô hình thí nghiệm Chuẩn bị cây và vật liệu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm: Bạt che mưa, nắng Xô nhựa 20l Ống nhựa 16mm Ống đong 100 ml Đá xây dựng, đá mi, cát Một số vật liệu khác: Gỗ, Gạch, cát, đá, Keo Dán, Silicon,… H Hình 3.1. Các vật liệu trong mô hình. Cây Jatropha được lấy từ khu trồng cây Jatropha ở Ninh Thuận, chọn những cây 2 tháng tuổi, có chiều cao, số lá, chu vi thân tương đối giống nhau, lá xanh tươi. Theo đề tài cây thực hiện qua ba giai đoạn: Giai đoạn dưỡng cây Jatropha. Chọn 12 cây Jatropha 2 tháng tuổi, rễ khoảng 7-11 cm và thân cây khoảng 26-32 cm, trồng ổn định trên các thùng thí nghiệm trong 3 tuần Hình 3.2. Cây Jatropha được đo chiều dài và cân nặng trước khi cho vào mô hình. Giai đoạn cây thích nghi. Sau 3 tuần dưỡng, cây được thích nghi với môi trường nước thải chăn nuôi ở nồng độ pha loãng tăng dần trong 18 ngày. Giai đoạn này giúp cây và VSV thích ứng tốt với nước thải chăn nuôi, hạn chế sốc do sự thay đổi nồng độ. Giai đoạn thí nghiệm. Cây được tưới nước thải chăn nuôi với các nồng độ khác nhau. Thời gian thí nghiệm trong 4 tuần. Xây dựng mô hình Xô nhựa dung tích 20lit, chiều cao 30 cm, bán kính miệng 31cm, bán kính đáy 25cm , phía dưới đáy mô hình có ống nhựa ∅=16 cm, dùng để lấy nước trong mô hình ra. HìHình 3.3. Mô hình thực vật. Bảng 3.1. Thành phần vật lý các vật liệu trong mô hình Thông số Đơn vị Cát Đá mi Đá lớn Khối lượng riêng Kg/m3 1266 3687 3820 Khả năng tích ẩm Lít nước/kg vật liệu 0,24 0,043 0,0281 Khối lượng kg 10 5 5 Thành phần nước thải đầu vào Địa điểm lấy mẫu: hộ gia đình chăn nuôi bò sữa ở xã Đông Thạnh – Hóc Môn Thời gian lấy mẫu: 2 lần vào tháng 03 – 05/2010 Thành phần nước thải chăn nuôi đầu vào Bảng 3.2. Thành phần nước thải đầu vào Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH 7,8 COD mgO2/l 2944 BOD5 mgO2/l 710 N tổng mg/l 461.5 P tổng mg/l 3.8 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của cây Jatropha Khảo sát 1: Khảo sátngưỡng nồng độ thích hợp cho thực vật Sau 3 tuần trồng ổn định trên các thùng thí nghiệm, cây được thích nghi với môi trường nước thải chăn ở nồng độ pha loãng tăng dần trong 18 ngày, với mỗi nồng độ lưu trong 3 ngày.Các mức nồng độ nước thải chăn nuôi phục vụ cho thí nghiệm khảo sát ngưỡng chịu đựng của thực vật dao động từ 5%-50%, ngoài ra giai đoạn này giúp cây thích ứng tốt với nước thải chăn nuôi, hạn chế sốc do sự thay đổi nồng độ. Các chỉ tiêu pH, BOD5,COD, N tổng, P tổng của các mẫu nước pha loãng được trình bày ở bảng sau: Bảng 3.3. Các chỉ tiêu hóa sinh học của nước chăn nuôi pha loãng Nồng độ pha loãng Chỉ tiêu BOD5 ( mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) 5% 35.5 147 289 23 0.19 10% 71 294 578 46 0.38 15% 106.5 442 867 69 0.57 20% 142 589 1155 92 0.76 30% 213 883 1733 138 1.14 40% 284 1178 2311 184 1.52 50% 355 1472 2889 231 1.90 60% 426 1766 3466 277 2.28 100% 710 2944 5777 461 3.80 Quan sát và ghi nhận các chỉ tiêu sinh trưởng, các biểu hiện của cây trông môi trường bị ô nhiễm, số cây chết. Từ đó xác định được ngưỡng chịu đựng của thực vật. Khảo sát 2: Khảo sát lượng nước tưới thích hợp cho cây Tưới nước với lưu lượng từ 1,5 lít, 2 lít, 2,5 lít, 3 lít vào mô hình, Kiểm tra mỗi ngày, thêm vào lượng nước sạch đảm bảo duy trì mức nước không đổi trong suốt thời gian lưu. Quan sát và ghi nhận các chỉ tiêu sinh trưởng, các biểu hiện của cây, số cây chết. Từ đó, xác định được ngưỡng chịu đựng của cây. Khảo sát 3: thời gian lưu nước, và nồng độ thích hợp cho thực vật Tưới nước thải chăn nuôi ở các nồng độ khác nhau 10%, 20%, 30%, 40% lên mô hình. Thu nước ở van xả nước đặt ở dưới mô hình sau thời gian lưu nước là 3, 5, 7 ngày. Đo các thông số của mẫu nước đầu ra của mô hình, tính toán hiệu quả xử lý. So sánh với mẫu nước đầu ra của mô hình đối chứng là đất không trồng cây. Thí nghiệm lô trồng cây được lặp lại 4 lần, lô đối chứng lập lại 2 lần. Từ đó rút ra được thời gian lưu nước, nồng độ thích hợp. Hình 3.4. Nồng độ nước thải từ 10-40% Bảng 3.4 : Sơ đồ bố trí thí nghiệm Lô 1 Lô 2 Lô đối chứng 10% 30% 10% 40% 10% 20% 20% 40% 30% 30% 20% 40% Ghi chú: 10%, 20%, 30%,40% là nồng độ pha loãng nước thải chăn nuôi Các chỉ tiêu theo dõi Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm chỉ tiêu bay hơi nước trong mô hình, chỉ tiêu lý hóa, sinh học của nước đầu vào và đầu ra (COD, BOD, N, P, SS), chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng. Các chỉ tiêu bay hơi nước trong mô hình Lượng nước được tưới vào mô hình trồng cây và mô hình đối chứng lấy từ kết quả của quá trình khảo sát lượng nước tưới thích hợp vào cây. Mỗi ngày, mở van xả ở mỗi mô hình, rút toàn bộ nước trong mô hình ra. Dung ống đong đo lượng nước vừa rút ra, ghi chép lại chính xác tới từng ml. Từ đó suy ra được lượng nước bay hơi từ bề mặt cát ( qua mô hình đối chứng không trồng cây) và lượng nước bay hơi qua bề mặt lá (bằng cách lấy lượng nước còn lai trong mô hình đối chứng trừ đi lượng nước trong mô hình trồng cây). Bổ sung nước sạch trở lại mô hình đúng với lượng nước ban đầu Hình 3.5. Cân bằng nước cho mô hình Các chỉ tiêu lý hóa, sinh học của nước đầu vào và đầu ra Xác định các thông số đầu vào và ra của nước thải: Bảng 3.5. Các phương pháp dùng để phân tích các chỉ tiêu môi trường. Chỉ tiêu Phương pháp BOD5 Winkler cải tiến COD Phương pháp đun kín N Phân huỷ và chưng cất Kieldal P phương pháp dựa vào phản ứng g