Xử lý nước thải chăn nuôi bằng béo tấm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MƠI TRƯỜNG
------------

Hồng Phương Thảo

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI
SAU BIOGAS BẰNG BÈO TẤM

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy
Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Mơi trường
(Chương trình đào tạo chuẩn)

Hà Nội-2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MƠI TRƯỜNG
------------

Hồng Phương Thảo

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI
SAU BIOGAS BẰNG BÈO TẤM

Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy
Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Mơi trường
(Chương trình đào tạo chuẩn)

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Cao Thế Hà
PGS.TS. Lê Văn Chiều


Hà Nội-2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Cao Thế Hà
-Phòng Nghiên cứu Công nghệ Môi trường - Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi
trường và Phát triển Bền vững (CETASD) - Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội và PGS.TS. Lê Văn Chiều - Ban Quản lý các dự án - Đại
học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong q trình làm
khóa luận tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy (cơ) và các anh (chị) Phịng Nghiên
cứu Công nghệ Môi trường - Trung tâm CETASD đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp tại trung tâm.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy (cô) giáo bộ môn Công nghệ Mơi
trường cùng tồn thể các thầy, cơ giáo trong Khoa Mơi Trường đã giúp đỡ em trong
q trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Cuối cùng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã giúp
đỡ, tạo mọi điều kiện để tôi hồn thành tốt mọi cơng việc trong nghiên cứu và học
tập.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Sinh viên

Hoàng Phương Thảo


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ASEAN

Hiệp hội các Quốc gia Đông Nam Á (Association of South East
Asian Nations)

BNNPTNT

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

BTNMT

Bộ Tài Ngun và Mơi trường

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

5

FAO

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Thế giới (Food and
Agriculture Organization)

HRT

Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time)

ncs

Nhóm cộng sự

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TDS

Tổng chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids)

TN

Tổng Nitơ (Total Nitrogen)

TP

Tổng Phốtpho (Total Photphorous)

TS

Chất rắn tổng số (Total Solid)

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids)

VSV

Vi sinh vật

XLNT

Xử lý nước thải

DANH MỤC CÁC BẢNG

6


DANH MỤC CÁC HÌNH

7


ĐẶT VẤN ĐỀ

Chăn nuôi cùng với trồng trọt là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền
nơng nghiệp, nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày
của mọi người trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu
người nông dân hiện nay. Đặc biệt nơng nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với
Việt Nam khi có tới gần 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp.
Sự gia tăng của dân số và mức sống dẫn đến nhu cầu về thực phẩm ngày
càng cao của con người đã thúc đẩy ngành chăn ni phát triển nhanh chóng.
Những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển khá mạnh về cả số lượng lẫn quy mô.
Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ, thiếu quy hoạch, nhất là các vùng
dân cư đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Ơ nhiễm mơi
trường do chăn ni gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi,
tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật.
Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm mơi trường có ảnh
hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ
mắc bệnh, các chi phí phịng trị bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế, sức đề
kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh.
Hàng năm, đàn vật nuôi Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn
chất thải rắn và 25-30 triệu m3 chất thải lỏng. Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải
rắn (36,5 triệu tấn), 80% chất thải lỏng (20-24 triệu m 3) xả thẳng ra môi trường,
hoặc sử dụng không qua xử lý gây ô nhiễm mơi trường nghiêm trọng ra [9]. Ngồi
chất thải rắn và chất thải lỏng, ngành chăn ni cịn thải ra các chất khí nhà kính
gây nên 18% hiệu ứng nóng lên của Trái Đất, trong đó có 9% tổng số khí CO 2 sinh
ra, 65% oxit nitơ (N2O), 37% khí mêtan (CH4) và sẽ ngày càng gia tăng [13]. Chính
vì vậy mà việc đầu tư nghiên cứu, áp dụng các kĩ thuật xử lý chất thải chăn nuôi phù
hợp là một hoạt động hết sức cần thiết.
Hiện nay, có nhiều phương pháp để XLNT chăn nuôi như: biogas, lọc sinh
học, xử lý với lớp vật liệu mang vi sinh lơ lửng, phản ứng yếm khí ngược dịng
(UASB),… Tất cả phương pháp trên đều có thể áp dụng để XLNT giàu hữu cơ như
nước thải chăn nuôi, nhưng chưa xử lý được N, P trong nước thải chăn ni. Chính
vì vậy, việc lựa chọn trình bày khóa luận về vấn đề “Nghiên cứu xử lý nước thải

chăn nuôi sau biogas bằng bèo tấm” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn,
góp phần tìm kiếm phương pháp hiệu quả để xử lý nước thải chăn nuôi phù hợp với
điều kiện Việt Nam.
Với mục tiêu nghiên cứu thiết kế hệ xử lý nước thải chăn ni sau xử lý yếm
khí bằng hệ ao bèo tấm có thu hồi sinh khối. Trong khóa luận này, sẽ thiết kế một hệ
ao ni bèo tấm quy mơ phịng thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý C, N, P và
các thông số khác của hệ ao bèo tấm, xác định các thông số động học tương ứng và
đánh giá tốc độ phát triển bèo ở các điều kiện nồng độ N tăng dần.

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.
Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi Việt Nam
1.1.1. Tình hình chăn ni tại Việt Nam

Trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi Việt Nam luôn giữ mức tăng
trưởng cao và ổn định, góp phần vào tăng trưởng chung của tồn ngành nơng
nghiệp. Theo số liệu thơng kê, hàng năm số lượng vật nuôi lợn và gia cầm có xu
hướng tăng, số lượng trâu và bị giữ mức ổn định. Trong số các vật ni thì chăn
ni lợn là phổ biến và về sản lượng, thịt lợn ln đóng góp khoảng 2/3 nhu cầu thị
trường.
Số liệu thống kê về số lượng các loại vật nuôi trong giai đoạn từ năm 2014-2018
được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1. Sự thay đổi về số lượng vật nuôi trong giai đoạn 2014 – 2018
Đơn vị tính: triệu con
Năm

Trâu

Bị

Lợn

Gia cầm

2014

2,5

5,2

26,8

327,7

2015

2,5

5,4

27,7

341,9

2016

2,5

5,5

29,1

361,7

2017

2,5

5,7

27,4

385,5

2018

2,4

5,8

28,1

408,9

(Nguồn: Tổng cục thống kê, 2014-2018)
Về quy mô, chăn nuôi với quy mơ nhỏ lẻ tại các hộ gia đình hiện vẫn chiếm
tỷ trọng lớn chiếm 65 - 70% về số lượng và sản lượng. Nhưng nhìn chung ngành

chăn ni Việt Nam trong những năm gần đây duy trì được sự phát triển ổn định và
đã có những bước chuyển dịch từ chăn nuôi nhỏ lẻ sang chăn nuôi tập trung theo
mô hình trang trại, phù hợp với xu hướng của thế giới. Theo Tổng cục thống kê,
năm 2017 cả nước có hơn 21.000 trang trại đạt tiêu chí kinh tế trang trại theo Thơng
tư 27/2011/TTBNNPTNT. Trong đó, Đồng bằng sơng Hồng đứng đầu với với hơn
8.000 trang trại đạt tiêu chí.
1.1.2. Định hướng phát triển chăn nuôi tại Việt Nam

Trong số các nước ASEAN, Việt Nam là nước chịu áp lực lớn về đất đai. Sự
tăng trưởng dân số và đô thị hóa nhanh đã làm giảm nhanh diện tích đất nơng
nghiệp. Để đảm bảo an tồn về lương thực và thực phẩm, biện pháp thâm canh chăn
ni trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát
triển.

9


Theo quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ
tướng Chính phủ về việc phê quyệt chiến lược phát triển chăn ni đến năm 2020
[12] thì:
• Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang phương thức
trang trại công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo
chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu;
• Tỷ trọng chăn ni trong nơng nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%,
trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%;
• Đảm bảo an tồn dịch bệnh và vệ sinh an tồn thực phẩm, khống chế
có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn ni;
• Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại,
công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ
thống xử lý chất thải, bảo vệ và giảm ơ nhiễm mơi trường

• Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008-2010 đạt khoảng 89%/năm; giai đoạn 2010-2015 đạt khoảng 6-7%/ năm và giai đoạn
2015-2020 đạt khoảng 5-6%/năm.
1.1.3.

Khối lượng và đặc điểm của chất thải chăn nuôi
Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng và
nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao, trong đó chăn nuôi lợn tạo ra tỷ lệ phân cao
nhất với (30,3%). Một đầu lợn ni kiểu cơng nghiệp trung bình hàng ngày thải ra
lượng phân, nước tiểu khoảng 6-8 % khối lượng của nó (Bùi Hữu Đồn, 2011). Như
vậy, có thể thấy rằng chăn nuôi tập trung là một trong các nguồn chất thải lớn có
nguy cơ cao gây ơ nhiễm mơi trường ở nước ta.
Bảng 2. Khối lượng phân và nước tiểu của lợn thải ra trong 1 ngày đêm
Đơn vị tính: kg/ngày
Khối lượng của lợn

Lượng phân

Lượng nước tiểu

Lợn (<10kg)

0,5-1

0,3-0,7

Lợn (15-45kg)

1-3

0,7-2,0

Lợn (45-100kg)

3-5

2-4

(Nguồn: Bùi Hữu Đồn, 2011)
Nước thải chăn ni là hỗn hợp phân, nước tiểu, nước tắm cho vật nuôi và
nước rửa chuồng. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn
nuôi. Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng, biến động rất lớn, phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như quy mô chăn nuôi, giống, độ tuổi vật nuôi, chế độ ăn
uống, nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng, cách vệ sinh chuồng trại.... Tùy thuộc vào giai
đoạn phát triển của vật nuôi mà nhu cầu dinh dưỡng và sự hấp thu thức ăn có sự
khác nhau. Trong thời kỳ tăng trưởng, nhu cầu dinh dưỡng của vật ni lớn và khả
năng đồng hóa thức ăn của con vật cao nên khối lượng các chất bị thải ra ngồi ít;
cịn khi vật ni trưởng thành thì nhu cầu dinh dưỡng giảm, khả năng đồng hóa thức
10


ăn thấp nên chất thải sinh ra nhiều hơn. Vì vậy thành phần và khối lượng của phân
cũng khác nhau ở các giai đoạn phát triển của vật nuôi.
Bảng 3. Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100 kg
Thông số

Đơn vị

Giá trị

Vật chất khô

g/kg

213-342

N-NH4+

g/kg

0,66-0,76

TN

g/kg

7,99-9,32

Tro

g/kg

32,5-93,3

Chất xơ

g/kg

151-261

Cacrbonat

g/kg

0,23-0,41

Các axit mạch ngắn

g/kg

3,83-4,47

-

6,47-6,95

pH

(Nguồn: Bùi Hữu Đồn, 2011)
Trong nước tiểu vật ni cũng chứa nhiều chất gây ơ nhiễm (Bảng 4). Thành
phần chính của nước tiểu là nước, chiếm 99% khối lượng. Trong tất cả các chất có
trong nước tiểu, urê là chất chiếm tỷ lệ cao và dễ dàng bị VSV thủy phân trong điều
kiện có ơxy tạo thành khí amoniac gây mùi khó chịu. Thành phần nước tiểu cũng
thay đổi tùy thuộc tuổi vật nuôi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu.
Bảng 4. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg
Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

-

6,77-8,19

Vật chất khô

g/kg

30,9 – 35,9

N-NH4+

g/kg

0,13 – 0,4

TN

g/kg

4,90 – 6,63

Tro

g/kg

8,5 – 16,3

Ure

g/kg

123 – 196

Carbonat

g/kg

0,11 – 0,19

pH

(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn, 2011)
Do nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, phân, nước vệ sinh
vật nuôi, chuồng trại nên nước thải chăn ni có chứa hàm lượng cao các chất hữu
cơ, N, P và VSV gây bệnh.

11


•

Chất hữu cơ: Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần
hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm các hợp chất hyđrocacbon, protein, axit
amin, chất béo và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ăn
thừa. Chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối clorua, SO42-, …

•

Nitơ và phốtpho: Hàm lượng N, P trong nước thải tương đối cao do

khả năng hấp thụ kém của vật ni. Khi ăn thức ăn có chứa N và P thì
chúng sẽ bài tiết ra ngồi theo phân và nước tiểu. Theo thời gian và sự
có mặt của ơxy mà hợp chất Nitơ trong nước thải tồn tại ở các dạng
khác nhau NH4+, NO2-, NO3- và N hữu cơ. Hợp chất P trong môi
trường nước thải tồn tại ở các dạng: H 2PO4-, HPO42-, PO43-, P hữu cơ,
polyphotphat và P trong tế bào sinh khối.

•

Vi sinh vật: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và
trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Vi khuẩn điển hình như: E.coli,
Streptococcus sp, Salmonella sp, Shigenla sp, Proteus, Clostridium
sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ. Các loại
virut có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, polio virus,
aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu
trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng đi
vào nguồn nước. Trong một nghiên cứu về chất lượng nước thải tại
trang trại Hịa Bình Xanh (xã Hợp Hịa, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa
Bình) với khoảng 3000 con lợn cũng cho thấy các thông số ô nhiễm
như COD, NH4+, TP và SS tương ứng lần lượt là 5.630 ± 1.032
mgO2/L, 544 ± 57, 60 ± 18 và 4.904 ± 901 mg/L [5]. Các giá trị ô
nhiễm này đều vượt gấp nhiều lần so với QCVN về nước thải chăn
nuôi (QCVN 62-MT:2016/BTNMT).

1.1.4. Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường

Trong các thành phần chất thải của trang trại chăn nuôi, ta cần quan tâm đặc
biệt đến phân và nước tiểu vật nuôi. Thành phần N, P và các VSV gây hại có trong
phân và nước tiểu từ vật ni khơng những gây ơ nhiễm khơng khí mà cịn làm ơ
nhiễm đất, nước mặt và cả nguồn nước ngầm. Quá trình phân giải các hợp chất hữu

cơ trong phân gia súc (nhất là protein trong điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra
các chất khí có mùi hơi thối (lndol, H 2S, NH3) gây ơ nhiễm khơng khí. Trong nước
thải chứa hàm lượng N, P cao khi xả ra môi trường gây hiện tượng phú dưỡng môi
trường nước các thuỷ vực tiếp nhận dẫn đến hiện tượng “nở hoa nước” do vi tảo bao
gồm vi khuẩn lam độc phát triển mạnh, làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm chất
lượng nước, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng [7].
Chất thải chăn nuôi tác động đến mơi trường và sức khỏe con người trên
nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, mơi
trường đất và các sản phẩm nơng nghiệp. Đây chính là ngun nhân gây ra nhiều
căn bệnh về hơ hấp, tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh,
trứng giun. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: “Nếu khơng có biện pháp thu
gom và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức
khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt là các
12


virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, lợn tai xanh có thể lây lan
nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người” [39].
Hiện nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô nhiễm
môi trường do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi,
hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây
mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H 2S và NH3
cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần [1]. Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm
cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn ni cịn có chứa
Coliform, E.coli, COD..., và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn
cho phép.
Việc kiểm sốt chất thải chăn ni là một nội dung cấp bách cần được các
cấp quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô
nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như
khơng kìm hãm sự phát triển của ngành.

1.2.
Các cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay
1.2.1. Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có 5 loại hình quy trình điển hình đang được áp dụng
phổ biến tại các trang trại chăn nuôi lợn: Thứ nhất, nước thải chăn nuôi được thải
trực tiếp ra kênh mương; thứ hai, nước thải chăn ni (có thể lẫn phân hoặc đã được
tách phân) được xử lý bằng hồ kỵ khí có phủ bạt sau đó qua ao sinh thái rồi thải ra
mơi trường; thứ ba, nước thải chăn nuôi được xử lý qua hầm biogas, sau đó được
thải ra kênh mương; thứ tư, nước thải chăn ni (có thể lẫn phân hoặc đã được tách
phân) được xử lý bằng hầm biogas, sau đó được xử lý tiếp bằng ao/hồ sinh học; và
thứ năm, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử lý
bằng phương pháp lọc sinh học kỵ khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy
sinh rồi thải ra ngoài [16].
Mặc dù hầu hết các trang trại được khảo sát đều đã áp dụng một hoặc một vài
phương pháp kết hợp để XLNT. Tuy nhiên chất lượng nước thải sau xử lý chưa
hoàn toàn đáp ứng yêu cầu xả thải. Như vậy, có thể nói ở Việt Nam chưa có quy
trình hồn thiện nào được công bố để XLNT chăn nuôi đạt tiêu chuẩn xả thải loại B
theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT:
2016/BTNMT).
Nghiên cứu về khả năng xử lý chất ô nhiễm trong chất thải chăn nuôi bằng
hệ thống biogas cho thấy nồng độ chất ô nhiễm trong chất thải chăn nuôi giảm đáng
kể sau khi qua hệ thống biogas, đặc biệt là các chỉ tiêu BOD 5 và COD trong nước
thải, cụ thể: BOD5 trong nước thải ở chuồng lợn nái giảm 75,0 - 80,8%, nước thải ở
chuồng lợn thịt giảm 75,89 - 80,36%; COD ở chuồng lợn nái giảm 66,85%, ở
chuồng lợn thịt giảm 64,94 - 69,73%. Tuy nhiên, COD sau khi xử lý qua hầm
biogas vẫn còn cao hơn nhiều lần so với chỉ tiêu vệ sinh cho phép [14].
Nhiều công trình XLNT lợn bằng cỏ vetiver và lục bình đã được công bố.
Hàm lượng TSS, COD, BOD5, TN và TP trong nước thải chăn nuôi, sau 15 ngày xử
lý bằng bèo lục bình tại xóm Đơng n, xã Tích Lương, thành phố Thái Nguyên,

giảm lần lượt tương ứng là 79,05; 68,3; 60,3; 82,7 và 73,2% [8]. Việc XLNT bằng

13


công nghệ sinh học mà chủ yếu là thực vật bậc cao cụ thể là cỏ vetiver và lục bình
đạt được những kết quả tốt nhưng địi hỏi diện tích đất lớn.
Tháp kỵ khí UASB và máng thực vật thủy sinh cũng đã được thử nghiệm
XLNT chăn nuôi lợn. Mô hình UASB được xây dựng với lượng nước thải qua tháp
duy trì ở 500 – 700 L/ngày, thời gian lưu nước khoảng 8 - 14 giờ. Máng thực vật
thủy sinh được đào chìm dưới đất, lót tấm nhựa PE ở đáy. Bèo tây được thả làm
thực vật thủy sinh. Nước thải chăn ni sau xử lý bằng tháp kỵ khí UASB và máng
trồng bèo tây có pH dao động từ 6,8 - 7,1; COD giảm 80%; NH 4+ giảm 70%, PO43giảm 58 - 65%, TSS < 80 mg/L; NO3- < 15 mg/L; tháp UASB sau khi vận hành ổn
định có thể chịu tải lớn [10].
Nghiên cứu XLNT chăn nuôi lợn tăng cường sau giai đoạn xử lý biogas bằng
phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt đã được thực hiện với nguồn nước thải sau
biogas tại trang trại chăn nuôi của ông Nguyễn Văn Thanh, xã Đông Hưng, Vĩnh
Yên, Vĩnh Phúc bằng cơng nghệ thiếu khí - lọc sinh học nhỏ giọt - hồ sinh học.
Nghiên cứu được thực hiện với lưu lượng 0,2 m 3/giờ, thời gian lưu nước tại bể thiếu
khí là 4 giờ, tại hồ sinh học là 10 ngày, diện tích bể lọc sinh học nhỏ giọt 1m 2. Chất
lượng nước thải chứa TSS, COD, BOD5, NH4+, TN và TP tương ứng đầu vào và đầu
ra lần lượt là 1228; 1195; 534; 405; 518 và 67 mg/L và 123; 239; 117; 117; 186 và
22 mg/L, tương ứng với hiệu suất xử lý lần lượt là 90; 80; 78; 71; 64 và 66 %
(Nguyễn Hoài Châu và Trần Mạnh Hải, 2010) [3]. Kết quả thu được chưa đáp ứng
tiêu chuẩn xả thải đối với nguồn nước thải này.
Nhìn chung, trong những năm qua, ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu và
một số mơ hình xử lý chất thải chăn nuôi được triển khai. Tuy mức độ thành cơng
của mỗi mơ hình là khác nhau nhưng đã góp phần giảm thiểu ơ nhiễm. Mặc dù, các
phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi được áp dụng hiện nay đều dựa trên các
công nghệ đã được áp dụng thành công trên thế giới nhưng để phù hợp với thực tiễn

Việt Nam vẫn cịn gặp khơng ít khó khăn do quy mô chăn nuôi đa dạng, vốn đầu tư
và chi phí vận hành thấp, trình độ và hiểu biết của người chăn ni chưa đáp ứng
nhu cầu.
Chính vì vậy có thể thấy rằng ở nước ta, một thực trạng là vấn đề xử lý
nguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua hoặc bằng các biện pháp đơn lẻ,
khơng hiệu quả. Nhìn chung, mơ hình XLNT chăn ni hiện nay tại nước ta mới chỉ
làm giảm tải trọng ô nhiễm chứ chưa đạt được các tiêu chuẩn thải theo quy chuẩn xả
thải của ngành chăn nuôi.
1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh trong nước là các loài thực vật sống hoàn toàn trong
nước, hay một phần trong nước hoặc trong bùn.
Trong xử lý nước thải, thực vật thủy sinh có vai trị rất quan trọng. Thực vật
thủy sinh tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, phốtpho, kim
loại nặng và VSV gây bệnh. Trong quá trình xử lý nước thải thì sự phối hợp chặt
chẽ giữa thực vật thủy sinh và các sinh vật khác (động vật phù du, tảo, vi khuẩn, vi
nấm, động vật nguyên sinh, nhuyễn thể, ấu trùng, côn trùng…) có ý nghĩa quan
trọng. VSV tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và tạo
nguyên liệu dinh dưỡng (N, P và các khoáng chất khác…) cho thực vật sử dụng.
14


Đây chính là cơ chế quan trọng để thực vật thủy sinh loại bỏ các hợp chất vô cơ, N,
P.
Một số lồi thực vật thủy sinh
• Thủy thực vật sống chìm: Lồi thực vật này phát triển dưới mặt nước
và chỉ có thể phát triển ở nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên
tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán
của ánh sáng vào nước. Do đó các lồi thủy sinh thực vật này không
hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải. Ví dụ: rong đi chó,…

• Thủy thực vật sống trơi nổi: Rễ của lồi thực vật này khơng bám vào
đất mà lơ lửng trên mặt nước. Nó trơi nổi trên mặt nước theo gió và
theo dịng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để
phân hủy các chất thải. Ví dụ: bèo tấm, bèo lục bình,…
• Thủy thực vật sống nổi: Lồi thực vật này có rễ bám vào đất nhưng
thân và lá phát triển trên mặt nước. Lồi này thường sống ở những nơi
có chế độ thủy triều ổn định. Ví dụ: cây sậy, cây hoa súng,…
Nhiệm vụ của mỗi bộ phận của thủy sinh vật trong các hệ thống xử lý là khác
nhau
Bảng 5. Nhiệm vụ của thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý
Phần cơ thể

Nhiệm vụ

Rễ hoặc thân

Là giá bám cho vi khuẩn phát triển

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

Lọc và hấp thụ chất rắn
Hấp thụ ánh sáng mặt trời do đó cản trở sự
phát triển của tảo
Làm giảm tác động của gió lên bề mặt xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và không khí
Chuyển ơxy từ lá xuống rễ
(Nguồn: Lê Văn Bình, 2007)

1.3.

1.3.1.

Nghiên cứu sử dụng bèo tấm để xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas
Giới thiệu chung về bèo tấm
Bèo tấm là cây một lá mầm có kích thước nhỏ nhưng tốc độ sinh trưởng
nhanh nhất trong các loài thực vật có hoa. Cùng với tốc độ tăng sinh khối cao, sinh
khối từ bèo tấm có chứa hàm lượng protein cao là nguồn thức ăn quan trọng cho vật
nuôi. Đặc biệt, bèo tấm được nuôi trồng trên ao hồ trở thành một thành phần trong
mơ hình vườn-ao-chuồng mà khơng làm ảnh hưởng đến diện tích đất trồng cây
lương thực truyền thống. Ngoài ra, bèo tấm là thực vật thủy sinh ưa thích được sử
dụng để làm sạch các nguồn nước thải. Các nghiên cứu không chỉ tập trung vào việc
giải mã bộ gen mà còn giải quyết rất nhiều các vấn đề khác như nghiên cứu bản chất
15


của quá trình hình thành chồi ngủ (turion), khả năng đáp ứng với điều kiện bất lợi
và quan trọng hơn là vai trò của chúng trong sản xuất nhiên liệu sinh học, làm thực
phẩm cho con người, thức ăn cho chăn nuôi, xử lý nước thải… Tuy tiềm năng ứng
dụng của bèo tấm là rất cao nhưng ở Việt Nam, các nghiên cứu trên đối tượng này
còn hạn chế.
1.3.2.

Đặc điểm sinh học, phân bố và khả năng sinh trưởng của bèo tấm
Bèo tấm (Spriodela polyrhiza), thuộc họ Bèo cám (Lemnaceae), là nhóm
thực vật một lá mầm thủy sinh, phân bố rộng khắp trên thế giới, đặc biệt ở vùng
nhiệt đới và cận nhiệt, là nguồn thức ăn quan trọng cho một số thủy sinh vật như
loài chim nước, cá và gia cầm (FAO, 1999) [25]. Hiện nay, phân họ bèo tấm có 37
lồi thuộc 5 chi: Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffiella và Wolffia [21]. Trong hệ
sinh thái thủy vực, bèo tấm là nhóm sinh vật sản xuất, có vai trị lớn trong việc khắc
phục tình trạng phú dưỡng hóa (N, P) trong các thủy vực nước ngọt do chúng có

khả năng phát triển nhanh và hấp thụ phần lớn các chất này. Đồng thời, nhóm thực
vật thủy sinh này cịn được dùng cho việc đánh giá chất lượng môi trường nước,
mang lại nhiều thành quả có giá trị khoa học và thực tiễn.

Hình 1. Các lồi đại diện của 5 chi bèo tấm với kích thước hệ gen tương ứng
(Nguồn: Hồng Thị Như Phương, Cao Xuân Hiếu)
Bèo tấm phân bố trên khắp thế giới nhưng phổ biến và đa dạng nhất ở các
khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Còn ở các vùng ơn đới thì chúng chủ yếu phát
triển mạnh trong các tháng hè. Bèo tấm thường xuất hiện ở các khu vực nước đọng
hoặc có dịng chảy chậm. Sự phân bố địa lý của bèo tấm được thể hiện qua kết quả
nghiên cứu của Landolt vào năm 1986 (hình 2) [29]. Ta có thể thấy rằng, từ cách
đây hơn 30 năm, các nhà khoa học đã phát hiện ra sự có mặt của bèo tấm ở tất cả
các châu lục, trừ các địa cực. Đặc điểm đó thể hiện khả năng thích nghi của bèo tấm
với các vùng khí hậu khác nhau, từ vùng lãnh thổ của Siberia cho đến rừng mưa
nhiệt đới Amazon mà khơng có sự sai khác đáng kể về kiểu hình [28, 29].Sự tăng
trưởng nhanh thường được ghi nhận ở các ao hồ nhỏ, đầm lầy vì đây là những khu
vực có nguồn dinh dưỡng dồi dào. Một vài lồi có khả năng tồn tại trong môi

16


trường nước nhiễm mặn (tối đa 2,5% NaCl đối với Lemna minor), tuy nhiên chúng
khơng tích lũy ion Na+ trong quá trình sinh trưởng [25].

Hình 2. Bản đồ phân bố địa lý của bèo tấm năm 1986 (Nguồn: Landolt, 1986)
Chú thích: ⋅: khu vực có bèo tấm;
1, 2, 3, 5: khu vực khơng có bèo tấm
(1: q khơ, 2: q ẩm, 3: quá lạnh; 5: chưa được khảo sát)
Bèo tấm cần năng lượng mặt trời và một số chất khoáng để thực hiện quá
trình sinh tổng hợp. Theo FAO, 1999 [25] thì tốc độ tăng trưởng của bèo tấm ở điều

kiện tối ưu (về nhiệt độ nước, pH, chiếu sáng, nguồn dinh dưỡng), bèo tấm có thể
tăng gấp đơi sinh khối trong vịng 16-24 giờ. Theo tính tốn lý thuyết, với tốc độ
sinh trưởng như vậy thì chỉ sau 50 ngày, bèo tấm có thể mọc kín 1 ha ni trồng với
lượng ban đầu là 10 cm2 [25]. Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và
phát triển của bèo tấm:
• Nhiệt độ nước: trong khoảng từ 6-33oC, nhiệt độ tối ưu là 30oC
• pH: phù hợp nhất là 6,5-7 nhưng nó có thể tồn tại được ở pH 5-9
•
Nồng độ khống: bèo tấm cũng cần dinh dưỡng và chất khoáng để
sinh trưởng phát triển, nhưng ở mơi trường có nồng độ khống và chất
dinh dưỡng cao thì bèo tấm lại sinh trưởng chậm hơn so với những
vùng nước có hàm lượng khống thấp
• Độ sâu của nước: ở điều kiện thời tiết ấm thì độ sâu của nước không
ảnh hưởng nhiều đến sự sinh trưởng và phát triển của bèo tấm. Tuy
nhiên, đây lại là vấn đề lớn ở những vùng có khí hậu nóng hoặc lạnh
vì nhiệt độ nước sẽ biến động rất lớn và sẽ không giữ được ở khoảng
nhiệt độ tối ưu. Bên cạnh đó, độ sâu của vùng nước ni trồng bèo
tấm cần phải được tính tốn kỹ lưỡng.
1.3.3.

Các nghiên cứu về ứng dụng của bèo tấm
17


Việc dân số toàn cầu tăng nhanh đến trên 7 tỷ (ước tính 9 tỷ vào năm 2050)
đặt lồi người vào những thách thức về lương thực, thực phẩm, nhiên liệu,… Bèo
tấm lại được quan tâm đến, nó có thể được sử dụng để xử lý nước thải, cung cấp
nguồn nguyên liệu và khí đốt sinh học với rất ít yêu cầu về đất trồng. Giai đoạn từ
năm 2006 đến nay số lượng cơng trình nghiên cứu về bèo tấm tăng nhanh chóng
(hình 3). Các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau về bèo tấm đang được thực hiện là:

nghiên cứu cơ bản, xử lý nước thải và kim loại nặng, sinh lý học, sinh hóa học. Mỹ,
Đức và Nhật là 3 quốc gia đứng đầu về số lượng các xuất bản trong giai đoạn 19502014 [27].
Số lượng nghiên cứu về bèo tấm giai đoạn 1950-2014

Hình 3. Biểu đồ thể hiện số lượng các cơng trình khoa học liên quan đến bèo
tấm được thống kê bởi ISI Web of Science (Nguồn: ISCDRA vol 3, part 1, 2015)
1.3.3.1.

Thức ăn chăn nuôi
Dân số thế giới tăng gần gấp đôi trong giai đoạn 1950-2000 (từ 2,7 đến 6 tỷ
người) nhưng nhu cầu về thịt lại tăng gấp 5 lần (từ 45 triệu tấn lên 233 triệu tấn/năm).
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Thế giới (FAO) dự đoán khi dân số thế giới
tăng lên 9 tỷ người thì sản lượng thịt phải đạt 410 triệu tấn/năm. Trong khi đó, nguồn
protein từ thịt chỉ mới đáp ứng được 40% nhu cầu về protein hàng ngày của con
người. Do vậy, vấn đề đảm bảo nguồn thực phẩm đáp ứng cho nhu cầu của con người
là một vấn đề vô cùng cấp bách [36].
Goopy và Murray (2003) đã xem xét vai trò của bèo tấm như một nguồn thức
ăn chăn nuôi. Trên khắp thế giới, đặc biệt là ở châu Á, người dân thường thu hoạch
các thực vật thủy sinh tự nhiên như rau diếp biển (Pistia), bèo tây (Eichhcornia), bèo
dâu (Azolla) và bèo tấm (Lemna) để làm thức ăn chăn nuôi, phân chuồng và cả thực
phẩm cho con người. Bèo tấm tích lũy một lượng rất lớn protein (từ 6,8-45% trọng
lượng khơ tùy theo lồi) [32].
Vì có hàm lượng N, P, K cũng như một số chất khống và protein cao, bèo tấm
được ni trồng để cung cấp nguồn dinh dưỡng quan trọng trong khẩu phần ăn của
lợn, cá và gia cầm [26]. Các thử nghiệm cho thấy, bèo tấm có thể được sử dụng thay
18


1.3.3.2.

thế cho đậu nành và cá trong khẩu phần ăn của cả gà trống, gà mái và gà con [35]. Gà
mái sử dụng 40% bèo tấm trong khẩu phần hàng ngày cho trứng nhiều hơn với chất
lượng tốt hơn. Việc đảm bảo chất lượng nguồn nước trong nuôi trồng bèo tấm cho
mục đích làm thức ăn chăn ni là một yếu tố vơ cùng quan trọng. Tuy nhiên, có
những lo ngại về việc loại bỏ các kim loại nặng và sự di chuyển của các mầm bệnh
thông qua việc nuôi vật nuôi bằng vật liệu thực vật phát triển lên chất thải của chúng.
Nguồn nhiên liệu sinh học
Do tốc độ gia tăng dân số và phát triển công nghiệp nên nhu cầu về năng lượng
trên toàn thế giới tăng nhanh. Nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt trong tương lai
gần. Vì vậy, việc tìm ra nguồn nhiên liệu mới để thay thế là vô cùng cấp bách để đáp
ứng nhu cầu nhiên liệu ngày càng tăng cao. Bioethanol, biobutanol và biogas là
những nguồn nhiên liệu mới, có khả năng thay thế dầu thơ và khí tự nhiên. Năm
2012, sản lượng bioetanol là 85,2 triệu tấn. Nguồn nguyên liệu sản xuất bioetanol rất
đa dạng như hạt ngô, củ cải đường, khoai lang, khoai mỳ,… Tuy nhiên nguồn nguyên
liệu này tốn diện tích canh tác, gây ra xói mịn đất cũng là nguồn lương thực chính
cho con người và vật ni [24].
Bèo tấm với tốc độ phát triển nhanh, có thể sống trong môi trường ô nhiễm, khả
năng hấp thụ nitơ và phốtpho cao, hàm lượng tinh bột nhiều,… là một gợi ý cho
nguồn nguyên liệu thay thế để sản xuất nhiên liệu sinh học.
• Sản xuất bioetanol và biobutanol
Bèo tấm dễ ni trồng, chứa rất ít lignin, trong đó lại tích lũy các thành phần
cao năng lượng khác trong phần tinh bột dễ lên men (chiếm 40-70% tổng sinh khối)
[38].
Các nghiên cứu tập trung vào việc gia tăng hàm lượng tinh bột trong bèo tấm
dùng cho sản xuất nhiên liệu sinh học. Có hai q trình tác động tới sự tích lũy tinh
bột trong sinh khối bèo tấm, đó là quá trình quang hợp hình thành tinh bột và sự tiêu
hao tinh bột trong quá trình trao đổi chất
Phương trình quang hợp của cây tạo ra tinh bột
Phương trình quá trình trao đổi chất
Sản xuất khí sinh học biogas

Clark và Hillman (1996) đã nhận ra việc bổ sung bèo tấm vào các hệ thống
phân hủy kỵ khí đã làm tăng lượng khí sinh học tạo ra (hơn 44% so với đối chứng)
[22]. Tại Việt Nam đã tiến hành đề tài khảo sát sự hình thành biogas từ các nguồn
nguyên liệu phổ biến: phân gia súc, chất thải lò mổ, phế phẩm nông nghiệp,… Kết
quả nghiên cứu cho thấy Spirodela polyrhiza cho hàm lượng CH4 là 340 L/kg cao
hơn so với cỏ (220 L/kg) và rau muống (110,6 L/kg) [23].
• Sản xuất nhiên liệu
Baliban và ncs (2013) đã đưa ra một khn khổ tối ưu hóa cho q trình tổng
hợp (nhiệt, năng lượng và tích hợp nước) của bèo tấm đối với xăng, dầu diesel, và
dầu hỏa. Thông qua sự phát triển của một mơ hình tất cả các đơn vị của nhà máy đã
được tối ưu hóa. Bốn nghiên cứu đã được sử dụng để chứng minh khả năng tổng hợp
q trình và xác định thiết kế quy trình có chi phí tổng thể thấp nhất. Theo nghiên
•

19


1.3.3.3.

cứu này, giá dầu thô của các nhà máy lọc dầu này có giá cạnh tranh là từ $69 đến
$105 một thùng [17].
Xu và Deshusses (2015) đã chứng minh được về khái niệm chuyển hóa của bèo
tấm (Spirodela polyrhiza) thành biohydrogen. Bèo được lấy từ hệ thống xử lý nước
thải của lợn và phải xử lý trước khi lên men. Việc xử lý trước bằng axit nhẹ (1%
H2SO4 và 85°C trong 1 giờ) cho thấy hiệu quả hơn cả phương pháp xử lý nhiệt hoặc
kiềm trước quá trình lên men. Sau giai đoạn lên men 7 ngày của bèo tấm được xử lý
bằng axit, sản lượng biohydrogen lên đến 75 mL H2 mỗi gram sinh khối khô [40].
Xử lý nước thải
Nước là một nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn, trong khi đó nhu cầu về
nước phục vụ cho con người và sản xuất nông nghiệp ngày càng tăng. Bên cạnh đó,

việc sử dụng quá mức phân bón và thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp
đã dẫn đến tình trạng ơ nhiễm nguồn nước ngầm [26]. Thực trạng thiếu hụt nguồn
nước sạch sinh hoạt đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến hơn 1 tỷ người trên toàn thế
giới. Việc sử dụng một số loài thực vật thủy sinh có khả năng hấp thụ và chuyển hóa
các chất trong nước thải được xem như là liệu pháp sinh học có nhiều hứa hẹn để giải
quyết vấn đề ô nhiễm nước thải và tái sử dụng nguồn nước này [33].
Do có khả năng sinh trưởng trong mơi trường nước thiếu ôxy và hấp thụ các
chất dinh dưỡng cần thiết như PO43- và NO3- nên bèo tấm được sử dụng có hiệu quả
cho việc xử lý nước thải. Vì thế, đây là loài thực vật được sử dụng như chỉ thị sinh
học để đánh giá chất lượng nước, để xử lý các loại nước thải bị nhiễm kim loại nặng.
Tất cả các lồi bèo tấm đều có khả năng hấp thụ và tích lũy trong cơ thể một hàm
lượng rất cao các kim loại nặng như Cd, Cr, Pb… Vì thế, chúng có tiềm năng to lớn
trong việc sử dụng để xử lý các nguồn nước thải hoặc các khu vực bị ô nhiễm bởi
kim loại nặng như công nghệ thuộc da, hầm mỏ… để hạn chế tối đa sự có mặt của
các kim loại này trong chuỗi thức ăn.
Theo nghiên cứu của Mahmudul Hasan và ncs (2018), sử dụng bèo tấm (S.
Polyrhiza) để XLNT sinh hoạt tại Băng-la-đét với HRT là 5 ngày cho thấy trong nước
thải sinh hoạt, nồng độ trung bình của pH, DO, TDS, TSS, COD, PO 43--P, NO3--N,
NO2--N và NH3-N lần lượt là là 7,4, 1,7 mg/L, 443,3 mg/L, 170,0 mg/L, 257,0 mg/L,
26,6 mg/L, 1,0 mg/L, 26,3 mg/L và 23,6 mg/L tương ứng. Trong khi đó nồng độ
trung bình của các thơng số như vậy trong ao bèo tấm là 8,34, 6,60 mg/L, 367,75
mg/L, 29,13 mg/L, 49,26 mg/L, 6,14 mg/L, 1,75 mg/L, 5,61 mg/L và 13,65 mg/L
tương ứng. Do đó, hệ thống đạt được hiệu quả loại bỏ 17%, 82,9%, 80,8%, 76,9% và
42,0% đối với TDS, TSS, COD, PO43--P và NH3-N [31]
Hossam F. Nassar và ncs (2015), sử dụng bèo tấm (L. minor) để tái sử dụng
nước thải nông nghiệp và sản xuất thức ăn gia súc kinh tế giàu protein. Các giá trị đạt
được của chất dinh dưỡng (phốtpho và nitơ) loại bỏ khỏi nước thô trong nước thải
của ao nuôi bèo với HRT là 10 ngày lần lượt là 76,9% và 68,3%. Trong khi đó, điều
tra năng suất khơ và tươi trung bình lần lượt là 745,8 và 108 kg/ha/ngày. Các giá trị
vật chất khô dao động từ 5,5 đến 7,2 với giá trị trung bình là 6,1%. Hàm lượng

20


protein và phốtpho của chất khô tương ứng là 28,1% và 0,83%. Từ đó, có thể bổ sung
bèo tấm vào thức ăn gia súc, gia cầm và cá mà không tốn kém như cám gạo [26].
Một nghiên cứu khác của Anil Loveson và ncs (2013), sử dụng bèo tấm
(S.Polyrhiza) để cải thiện vùng đất ngập nước bị ô nhiễm của khu công nghiệp Eloor
thuộc miền Nam Ấn Độ cho thấy hiệu quả loại bỏ các kim loại nặng Cd (100%), Fe
(98%), Pb (91%), Cu (74%) Zn (62%) và Hg (53%) và các thơng số hóa lý như pH,
BOD, COD, Nitrate, Phosphate, sulphate, TDS, TSS và độ đục giảm 14%, 40%,
60%, 100%, 38%, 65%, 73%, 85% và 51% sau 8 ngày điều trị [18].
1.3.4.

1.3.4.1.

1.3.4.2.

1.3.4.3.

Q trình loại bỏ các chất ơ nhiễm trong ao bèo
Bèo tấm loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước theo các cơ chế sau:
• Sự khuếch tán nồng độ chất ơ nhiễm từ nơi có nồng độ cao đến nơi có
nồng độ thấp
• Thu hồi dinh dưỡng bằng cách thu hoạch sinh khối
• Các q trình chuyển hóa vi sinh (ơxy hóa hữu cơ, ơxy hóa N-amơni
thành nitrit, nitrat; khử nitrat/nitrit,…)
• Các q trình vật lý (bay hơi NH 3, lắng đọng SS và các muối
phốtphát,…)
• Ức chế sự phát triển của tảo (Tảo phát triển gây phú dưỡng)

Loại bỏ TSS
TSS được loại bỏ chủ yếu do q trình lắng trọng lực. Một phần nhỏ được
bám dính vào hệ rễ của bèo, nơi các chất hữu cơ trải qua q trình phân huỷ sinh
học hiếu khí của VSV, và một phần của các sản phẩm có sẵn hoặc hình thành do
phân hủy sinh học được đồng hóa bởi thực vật (các hợp chất N, P).
Hai đặc điểm quan trọng của hệ thống ao nuôi bèo tấm trong cơ chế loại bỏ
TSS:
• Bèo tấm ức chế sự xâm nhập của ánh sáng mặt trời và sự tăng
trưởng của tảo (khi tảo chết đi lắng xuống sẽ làm giảm nồng độ
TSS). Do đó, bèo tấm làm giảm TSS do sự phát triển của tảo.
• Bèo giữ cho cột nước phía dưới ở trạng thái tĩnh để làm tăng tốc độ
sa lắng của TSS.
Loại bỏ các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
Trong các hồ xử lý, các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy dưới tác dụng
của trọng lực và sau đó bị phân hủy bởi các VSV kỵ khí hoặc hiếu khí (nếu hồ
nơng). Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hịa tan được loại đi bởi hoạt động của các
VSV nằm lơ lửng trong nước hoặc bám vào thân và rễ của bèo. Vai trị chính của
việc loại chất hữu cơ là do hoạt động của các VSV, việc hấp thu trực tiếp không
đáng kể nhưng bèo tấm tạo giá bám cho các VSV thực hiện vai trị của mình.
Loại bỏ Nitơ
Cân bằng nitơ trong hệ thống xử lý bèo tấm được xác định bởi sự hấp thu
thực vật, khử nitơ, bay hơi amoniac, sự hấp thu của VSV và lắng đọng. Do động
học của các quá trình loại bỏ khác nhau, phải xác định được các yếu tố như tính sẵn
có của nitơ, điều kiện khử ơxy và pH vì phần lớn phụ thuộc vào tải lượng của N và
BOD.

21


1.3.4.4.

1.3.5.
1.3.5.1.

Trong các ao ni bèo, vi khuẩn nitrat hóa đầu tiên ơxy hóa amoni (NH 4+)
thành nitrit, sau đó là nitrat (NOx-) và sau đó vi khuẩn khử nitrat khử NO x- thành N2
để giải phóng ra khỏi hệ thống bằng q trình đenitrat hóa (q trình được thực hiện
trong điều kiện thiếu ôxy nhờ các vi khuẩn denitrifier trong mơi trường có ít hoặc
khơng có ơxy, q trình này phải được cung cấp đầy đủ C để tổng hợp tế bào, phụ
thuộc vào nhiệt độ, cần độ pH trung tính).
Loại bỏ phốtpho
Trong một hệ thống xử lý bèo tấm, phốtpho thường được loại bỏ bởi các cơ
chế sau: sự hấp thu bởi thực vật, hấp phụ bởi các hạt đất sét và chất hữu cơ, kết tủa
hóa học với Ca2+, Fe3+, Al3+ và sự hấp thu của VSV. Ngoại trừ sự hấp thu thực vật,
ba cơ chế sau đều gây ra sự lưu trữ phốtpho trong hệ thống. Không giống trường
hợp loại bỏ nitơ do sự bay hơi của amoniac (NH3) và tạo nitơ khí quyển (N2), loại
bỏ photpho cuối cùng chỉ có thể thực hiện bằng cách thu hoạch và nạo vét trầm tích
của cây trồng.
Khả năng hấp thu của thực vật phụ thuộc phần lớn vào tốc độ tăng trưởng,
tần suất thu hoạch và ortho-PO43- có sẵn. Vào mùa ấm, khi tốc độ tăng trưởng cao
nhất, tỷ lệ loại bỏ phốtpho cũng cao nhất. Sự hấp thu phốtpho của bèo được tăng
cường bằng cách thu hoạch thường xuyên và tiền xử lý đầy đủ của nước thải thơ để
giải phóng ortho-PO43- bị ràng buộc dưới dạng các hợp chất hữu cơ.
Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm
Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm có tính khả thi cao so với
phương pháp hóa-lý truyền thống do khơng cần sử dụng hóa chất nên có chi phí
thấp.
Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ơ nhiễm có tính thân thiện cao với
mơi trường. Thực vật thủy sinh không chỉ lấy đi từ môi trường một lượng lớn các

chất ô nhiễm mà chúng cịn làm sạch bầu khơng khí nhờ q trình quang hợp và hấp
thụ các chất khí là các chất độc có trong mơi trường khơng khí. Bộ rễ của cây ngập
sâu trong nước giúp hạn chế sự lan truyền các chất ô nhiễm ra các vùng khác đồng
thời cũng tạo môi trường cho sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loài sinh vật
đặc biệt là các VSV, động vật nước.
Bên cạnh tính thân thiện với mơi trường, sinh khối thực vật sau khi xử lý cịn
có thể được tái sử dụng. Từ sinh khối của thực vật có thể tạo ra nguồn phân bón vi
lượng, nguồn nhiên liệu sinh học (củi đun, khí metan,…), tro của chúng sau có thể
là nguồn nguyên liệu cung cấp các khoáng chất và có thể bổ sung vào phân bón.
Sử dụng thực vật để xử lý nước ơ nhiễm cũng có tính ưu việt hơn hẳn so với
phương pháp hóa-lý. Cơng nghệ hóa lý xử lý nước ô nhiễm làm giảm khả năng tái
sử dụng, tái sản xuất của nước vào các mục đích khác do trong q trình xử lý bên
cạnh những chất ơ nhiễm chúng cịn ảnh hưởng xấu tới hoạt tính sinh học của nước.
Ví dụ, chúng phá vỡ hệ sinh thái và làm mất đi hệ VSV cộng sinh của rễ cây như
VSV cố định nitơ, nấm cộng sinh, các loại nấm và cả hệ động vật nước. Công nghệ
xử lý ô nhiễm nước bằng thực vật thủy sinh tiến hành ngay tại chỗ ô nhiễm nên
giảm thiểu được mức độ xáo trộn nước, giảm mức độ phát tán ô nhiễm thông qua

22


1.3.5.2.

khơng khí và dịng chảy. Đồng thời, nước sau khi được xử lý khơng bị phá hủy cấu
trúc và có thể tái sử dụng với các mục đích khác nhau.
Giá thành công nghệ chi cho việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý ô
nhiễm kim loại nặng trong nước thấp. Có thể nói đây là ưu điểm lớn nhất của công
nghệ dùng thực vật để xử lý, loại bỏ các chất ô nhiễm kim loại nặng khỏi nước nên
nó phù hợp khi áp dụng tại các nước đang phát triển. Ví dụ, khi làm sạch 1m 3 nước
ơ nhiễm Cd bằng thực vật, ước tính khoảng 1 USD, trong khi xử lý theo phương

pháp kết tủa hoá học mất khoảng 3-5 USD. Năm 1998, Cục Môi trường Châu Âu
(EEA) đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước bằng
phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại nhiều vị trí ở Tây
Âu, kết quả cho thấy, chi phí trung bình của phương pháp truyền thống đối với 1m 3
nước nhiễm kim loại nặng từ 0,27-1,6 USD, trong khi phương pháp sử dụng thực
vật chi phí thấp hơn từ 10-1000 lần [20].
Hơn nữa, do hàm lượng N trong sinh khối cao, bèo tấm có thể được coi là
nguồn đạm bổ sung, trước mắt là cho chăn nuôi gia cầm, gia súc. Nhiều nghiên cứu
cũng chỉ ra rằng, bèo tấm cịn có thể là nguồn tinh bột, nguồn dầu và nhiều vi chất
trong tương lai.
Nhược điểm
Xử lý chậm hơn phương pháp hóa lý: thực vật xử lý một lượng nhỏ chất ô
nhiễm qua mỗi lần thu hoạch, do đó có thể phải mất nhiều thập kỷ mới có thể làm
sạch chất ơ nhiễm và chất ô nhiễm vẫn không được xử lý hồn tồn.
Các yếu tố vật lý và hóa học như pH, độ mặn, nồng độ chất ô nhiễm và sự
hiện diện của các chất độc sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của
các lồi siêu tích tụ. Các nhà khoa học cho rằng, chỉ những thuỷ vực bị ô nhiễm nhẹ
các kim loại nặng mới sử dụng được phương pháp này vì hầu hết các lồi thực vật
không thể sinh trưởng trong điều kiện môi trường bị ơ nhiễm nặng.
Kim loại nặng trong nước có thể bị kết tủa, liên kết chặt với các các khoáng
chất trong nước, trong các vi sinh vật. Trong môi trường pH cao, kim loại nặng trở
lên linh động và khó có thể tiếp xúc sinh học. Hơn nữa, khả năng tự do của kim loại
có thể bị giới hạn bởi động học của q trình khuếch tán. Chất ơ nhiễm hịa tan
trong nước có thể lan truyền ra ngồi vùng rễ [6]. Thực vật dùng để xử lý chất ô
nhiễm thường bị giới hạn về chiều dài rễ. Do đó, khi sử dụng thực vật để xử lý ô
nhiễm ở thuỷ vực có độ sâu q lớn là khơng phù hợp. Sử dụng các lồi thực vật
nhập ngoại có thể ảnh hưởng đến sự đa dạng của sinh vật. Sinh khối của thực vật
thu hoạch từ quá trình xử lý cũng cần phải được quan tâm và xử lý thích hợp.

23

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Đối tượng nghiên cứu
• Nước thải chăn ni lợn sau biogas phục vụ thí nghiệm được lấy tại một trang trại
chăn ni tại thôn Hạ Chuế, xã Kim Xá, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc có quy
mơ 5000-6000 đầu lợn, hoạt động từ năm 2014 có lưu lượng nước thải là Q=
55m3/ngày với dung tích bể biogas là 100 m3.

•

2.2.
2.2.1.
•
•
•
•

Hình 4. Địa điểm lấy mẫu tại một trang trại lợn ở Vĩnh Phúc
Bèo tấm (Spirodela Polyrhiza) được lấy tại hồ gần sân bóng Định Cơng, quận
Hồng Mai, thành phố Hà Nội.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập tài liệu
Thu thập tài liệu từ sách, báo
Một số tài liệu về các dự án nghiên cứu trước đây
Tìm tài liệu từ mạng internet
Tham khảo các khóa luận, luận văn, luận án, các đề tài nghiên cứu có liên quan đã
được thực hiện

2.2.2. Phương pháp lấy mẫu

24


Mẫu nước thải được lấy ở đầu ra của hầm biogas sau khu chăn nuôi lợn của
trang trại. Nước thải sau khi lấy về được lọc qua rây 0,5mm để loại bỏ cặn thơ gây
tắc ống dẫn sau đó để lắng 1h, gạn lấy phần nước trong và pha loãng về nồng độ xác
định để chạy hệ thí nghiệm.

Hình 5. Quy trình thu mẫu nước thải chăn ni
Bèo tấm sau khi được vớt ở hồ sẽ được loại bỏ bớt các tạp chất (lá, cỏ, cành
cây…), các sinh vật thủy sinh. Sau đó loại ra những cây có dấu hiện bị dập, nát sau
quá trình vớt, vận chuyển. Cuối cùng được ni thích nghi trong nước thải đã pha
lỗng trong vịng một tuần, rồi tiếp tục q trình chọn lọc để lấy các cây sinh trưởng
tốt, lá xanh, không dập, nát để tiến hành thí nghiệm.

Hình 6. Quy trình thu mẫu bèo
2.2.3. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý trong nước
2.2.3.1.
Xác định pH, độ dẫn

Cho mẫu cần đo vào cốc thủy tinh trung tính, khơ và sạch. Dùng các dung
dịch đệm chuẩn lại máy pH. Sau đó, rửa sạch điện cực chỉ thị bằng nước cất, nhúng
vào mẫu và đo pH, độ dẫn của mẫu nước. Lặp lại phép đo 3 lần.
2.2.3.2.
Xác định độ kiềm toàn phần- Theo standard method [19]
• Nguyên tắc: Để xác định độ kiềm toàn phần của mẫu ta dùng dung dịch chuẩn axit
HCl để chuẩn độ. Thể tích dung dịch HCl tiêu thụ để đưa dung dịch mẫu đạt tới

pH=4,5 (nhờ chỉ thị metyl da cam) gọi là độ kiềm toàn phần. Độ kiềm phải xác định
ngay sau khi lấy mẫu.
• Cách tiến hành:
o Lấy 100 mL nước kiểm nghiệm
o Thêm vài giọt metyl da cam
25