Nghiên cứu khả năng tận dụng chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi bằng sự hấp phụ của zeolite

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG CHẤT DINH DƯỠNG TRONG
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG SỰ HẤP PHỤ CỦA ZEOLITE
Nguyễn Viết Quốc An*, Trần Thành, Lê Thị Ánh Hồng
Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
*
Tác giả liên lạc:
TĨM TẮT
Q trình tận dụng và thu hồi dinh dưỡng từ những chất thải và ứng dụng vào
nông nghiệp đang được quan tâm nhằm hạn chế sử dụng phân bón hóa học.
Nghiên cứu với mục đích thu hồi và tận dụng dinh dưỡng từ nước thải chăn nuôi
heo thông qua khả năng hấp phụ của zeolite và thử nghiệm thành phẩm phân hữu
cơ sau quá trình hấp thụ lên cây cải xanh. Hiệu quả hấp phụ tổng nitơ, tổng
phospho trong nước thải thông qua sự thay đổi các khối lượng zeolite, thay đổi
thời gian sục khí đã được đánh giá. Kết quả ban đầu cho thấy ở tỷ lệ 20g zeolite
cùng với sục khí trong thời gian 24 giờ cho hiệu quả tốt nhất. Sau thời gian canh
tác 21 ngày, kết quả thử nghiệm trên cây cải xanh cho thấy nghiệm thức phối hợp
giữa phân hóa học và phân hữu cơ thành phẩm tốt nhất đánh giá trên cả chiều
cao và tổng trọng lượng mẫu thu hoạch.
Từ khóa: Cải xanh, hấp phụ, thu hồi dinh dưỡng, zeolite.
STUDY ON NUTRITIONAL RECOVERY IN SWINE WASTEWATER
BY ZEOLITE ADSORPTION
Nguyen Viet Quoc An*, Tran Thanh, Le Thi Anh Hong
Nguyen Tat Thanh University
*
Corresponding Author:
ABSTRACT
Reducing the use of chemical fertilizers is recommended to recover nutrients in

the waste. The study aims to utilize nutrients in swine wastewater effluent as a
fertilizer through adsorption of zeolite and test the effect of organic fertilizer on
green mustard. The adsorption capacity of zeolite on nitrogen and phosphorus in
swine wastewater was evaluated with different masses, varying the aeration time
strain addition. Initial results showed that 30 g of zeolite was supplemented with
5 ml of bacterial medium and continuous aerobic for 72 h for maximum
efficiency. After 21 days of harvesting green mustard, the results of mixed
fertilizer (chemical fertilizer + organic fertilizer) gave the best result in both
height and volume.
Keywords: Azotobaccter, adsorption, green mustard, recovery nutrients, zeolite.
GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, với sự phát
triển kinh tế nhanh chóng nền cơng
nghiệp chăn ni dẫn đến việc tạo ra
một lượng lớn nước thải ni heo, mà
nói chung có chứa nồng độ cao các
chất dinh dưỡng như trong tổng nitơ
(TN) và tổng phosphate (TP). Khi các

hợp chất này có mặt với số lượng đáng
kể các nguồn nước mặt như sông, hồ,
tảo và vi sinh vật khác sinh sản quá
mức trong các nguồn nước.
Xét riêng biệt của khả năng loại bỏ TN
vì tính hấp phụ của zeolite được sự chú
ý vì giá thành thấp và đơn giản khi ứng
dụng cùng hiệu quả cao. Zeolite là kết

550

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

tinh, khóa ng aluminosilicate vi xốp
gồm ba chiều của SiO44-và AlO45- tứ
diện liên kết thông qua các nguyên tử
oxy. Nó thường thể hiện một tính chọn
lọc cao đối với các ion amoni và kim
loại và thường có thể được sử dụng như
thiết bị trao đổi ion trong lọc nước, làm
mềm.
Ở một góc độ khác trong q trình sản
xuất nơng nghiệp, nhu cầu và giá phân
bón hiện ngày càng tăng cao, từ đó,
định hướng tái sử dụng nguồn dinh
dưỡng trong chất thải phục vụ lại cho
nông nghiệp, giảm sử dụng phân hóa
học đang được khuyến khích áp dụng.
Nghiên cứu được triển khai với mục

Kỷ yếu khoa học

đích sử dụng Zeolite dạng hạt để hấp
thụ các chất dinh dưỡng trong nước
thải chăn ni heo thành phân bón sau
đó tận dụng thử nghiệm hiệu quả của
thành phẩm trên cây cải xanh bằng mơ
hình thử nghiệm.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

Vật liệu nghiên cứu
Nước thải chăn nuôi heo được lấy từ
trại chăn nuôi heo của nông hộ thuộc
TP.HCM. Các hạt giống cải xanh,
Zeolite, phân hữu cơ và hóa học được
mua thương mại.
Thiết kế và tiến trình thí nghiệm

Hình 1. Tiến trình thí nghiệm và phương pháp
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Ảnh hưởng của khối lượng và thời
gian đến hiệu quả hấp phụ của
Zeolite
Để Zeolite hấp phụ tốt nhất thì nó phải
được bổ sung một khối lượng và có

thời gian hấp phụ thích hợp, nếu khối
lượng Zeolite bổ sung vào quá ít và
thời gian hấp thụ ngắn thì nó sẽ khơng
hấp phụ các chất một cách tối ưu. Còn
nếu khối lượng Zeolite bổ sung vào
quá nhiều sẽ làm dư thừa và có thể gây

551


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

ảnh hưởng ngược lại đối với hiệu quả
hấp phụ, hơn nữa khối lượng Zeolite

bổ sung vào nhiều sẽ làm tốn Zeolite,
điều này khơng có lợi về mặt kinh tế.
Ảnh hưởng của sự sục khí đến hiệu
quả hấp phụ của ZeoliteSục khí là
q trình cung cấp oxy, khi sục khí sẽ
tạo mơi trường tốt cho các vi sinh vật
hiếu khí có lợi hoạt động mạnh, giúp
phân giải ni tơ và photpho về dạng dễ

Kỷ yếu khoa học

hấp phụ hơn. Do đó, khảo sát ảnh
hưởng của sự sục khí đến hiệu quả hấp
phụ của Zeolite là rất cần thiết.
Chúng tôi khảo sát với nghiệm thức bổ
sung 20g Zeolite trong 24 giờ không
khuấy và nghiệm thức bổ sung 20 g
Zeolite khuấy liên tục trong 24 giờ.
Thu được kết quả được biểu diễn như
hình sau:

Hình 1. Hiệu suất hấp phụ của zeolite trong khảo sát ảnh hưởng của sự cấp khí
đến hiệu quả hấp phụ của zeolite trong 24 giờ
Từ kết quả Hình trên cho thấy, hiệu khí đạt ưu thế hơn. Điều này chứng
suất hấp phụ thấp nhất là 67.36% của minh khuấy cấp khí có ảnh hưởng rất
nghiệm thức bổ sung 20g Zeolite trong lớn đến hiệu quả hấp phụ của Zeolite.
24 giờ không khuấy ở chỉ tiêu nitrat. Càng về sau chiều cao cây ở các
Tuy nhiên tổng quan cho thấy chỉ tiêu nghiệm thức có sự chênh lệch rõ rệt.
photpho có hiệu suất thấp nhất ở cả 2 Những ngày tiếp theo chiều cao tăng
nghiệm thực đạt 71.62% ở nghiệm dần và mạnh ở giai đoạn từ 12 – 21

thức bổ sung 20g Zeolite trong 24 giờ ngày sau khi trồng. Tăng cao nhất là
không khuấy và 78.25% ở nghiệm nghiệm thức 3 từ 6.850 cm đến 22.208
thức bổ sung 20g Zeolite khuấy liên cm, nghiệm thức 2 tăng từ 6.383 cm
tục trong 24 giờ. Hiệu suất hấp phụ đến 16.75 cm, nghiệm thức 4 thì từ
cao nhất là ở chỉ tiêu nitơ tổng, cả 2
6.483 cm đến 15.875 cm, thấp nhất là
nghiệm thức là 95% ở nghiệm thức bổ nghiệm thức đối chứng 1 từ 6.017 cm
sung 20g Zeolite trong 24 giờ không đến 12.958 cm.
khuấy và 96.28% ở nghiệm thức bổ Tuy nhiên hàm lượng chất dinh dưỡng
sung 20g Zeolite khuấy liên tục trong ở mỗi nghiệm thức là khác nhau nên
24 giờ đạt trên mức 90% hiệu suất xử lượng chất dinh dưỡng cây hấp thụ
lý. Bên cạch đó có thể thấy được rằng cũng khác nhau. Số lá thật ở các
khi khuấy cấp một lượng khí oxy vào
nghiệm thức trong thí nghiệm tăng dần
quá trình hâp phụ thì hiệu suất có cấp từ 12 ngày và đạt giá trị cao nhất ở 21
552


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

ngày. Ở giai đoạn 21 ngày cải được
trồng ở nghiệm thức 3 đạt mức phát
triển cao nhất từ 6 lá đến 13 lá có sự
khác biệt đối với nghiệm thức 1. Ở
nghiệm thức 2 và nghiệm thức 4 khơng
có sự khác. Kết quả này khẳng định,
chế phẩm phân Zeolite có tác dụng
tăng cường sự phát triển bộ lá của cây,
nhưng hiệu quả chưa cao.
KẾT LUẬN

Qua quá trình thực hiện, chúng tôi rút
ra một số kết luận cho quy trình khảo
sát khả năng thu hồi dinh dưỡng của
zeolite trong nước thải chăn nuôi gia
súc và tạo phân zeolite thử nghiệm như
sau:
Vật liệu zeolite có khả năng hấp phụ
được các dưỡng chất tốt cho thực vật
có trong nước thải với hiệu suất tối ưu
hấp phụ Nitơ tổng đạt 95.7%, Nitrit đạt
84.3%, Nitrat đạt 71.3%, Amoni đạt
81.6% và Photpho đạt 61.2%.
Đồng thời hiệu quả hấp phụ của zeolite
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: khối
lượng zeolite được bổ sung, thời gian
xử lý và điều kiện được cung cấp khí
oxy. Với 500ml nước thải chăn nuôi
được bổ sung 20 g zeolite và sục khí

Kỷ yếu khoa học

liên tục trong 24 giờ thì cho hiệu quả
cao nhất, hàm lượng nitơ, photpho,
amoni, nitrit và nitrat trong nước thải
gia súc đã giảm rõ rệt và đạt hiệu suất
80%-90%. Điều đó chứng tỏ vật liệu
zeolite đã hấp phụ một cách đáng kể
hàm lượng chất nitơ, photpho, amoni,
nitrit và nitrat có trong nước thải chăn
nuối gia súc.

Sau khi thực nghiệm chế phẩm phân
zeolite lên cây cải xanh sau thời gian
trồng 21 ngày thu hoạch thì nghiệm
thức 3 (NT3) bón phân phối trộn (phân
hóa học + phân zeolite) cho kết quả tốt
nhất, đạt chiều cao là 22.2cm và khối
lượng là 672.084g, tiếp theo là nghiệm
thức 2 (NT2) bón phân zeolite và
nghiệm thức 4 (NT4) bón phân hóa học
cho năng suất tương đương nhau, thấp
nhất là nghiệm thức 1 (NT4) khơng
được bón phân cho kết quả đạt chiều
cao 12.9cm và khối lượng là 312.69g.
Qua kết quả trên cho thấy sửa dụng
phân zeolite phối trộn lên cây cải xanh
thì đạt hiệu quả 60% chiều cao và 70%
trọng lượng của cây so với phân hóa
học. Vì vậy phân bón zeolite phối trộn
khả năng thúc đẩy sự phát triển cho cây
trồng và có thể thay thế phân hóa học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
H. HUANG, X. XIAO, B. YAN, L. YANG (2010). Ammonium removal from
aqueous solutions by using natural Chinese (Chende) zeolite as adsorbent.
J. Hazard. Mater. 175, 247–252.
L. Zhang, D. Jahng (2010). Enhanced anaerobic digestion of piggery wastewater
by ammonia stripping: effects of alkali types. J. Hazard. Mater. 182, 536–
543.
O. Ichihashi, K. Hirooka (2012). Removal and recovery of phosphorus as struvite
from swine wastewater using microbial fuel cell. Bioresour. Technol. 114,

303–307.
P. COOPER, M. DAY, V. THOMAS (1994). Process options for phosphorus
and nitrogen removal from wastewater. J. Inst. Water Environ. Manage. 8,
84–92.
V.M. VADIVELU, J. KELLER, Z. YUAN (2006). Effect of free ammonia and
free nitrous acid concentration on the anabolic and catabolic processes of
an enriched Nitrosomonas culture. Biotechnol. Bioeng. 95, 830–839.
553