Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bột mì bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỘT MÌ BẰNG
MƠ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY DỊNG CHẢY ĐỨNG
Tạ Trung Kiên, Nguyễn Kim Hương, Trần Ngọc Yến Anh, Nguyễn Ngọc Đạt
Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Cơng Nghệ TP. Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Lâm Vĩnh Sơn
TĨM TẮT
Nghiên cứu này trình bày về hướng ứng dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước thải bột mì, một trong những
loại nước thải khó xử lý với hàm lượng chất dinh dưỡng cao đòi hỏi biện pháp xử lý tốn kém nhiều chi phí.
Nghiên cứ xây dựng hai mơ hình để đối chứng với đối tượng nghiên cứu là Sậy. Các kết quả nghiên cứu
cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải trong bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng là rất tốt. Hiệu quả xử lý đạt
90% đối với COD, 88% đối với chỉ tiêu N, 86% đối với P, 94% đối với SS và pH đầu ra ổn định từ 6,8 7,1. Với mơ hình trồng Sậy, chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Tuy nhiên với hàm
lượng COD đầu vào luôn lớn hơn 500 mg/l nên sau khi qua hệ thống hàm lượng COD khơng đạt QCVN
40:2011/BTNMT cột A. Mơ hình trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao hơn nhiều so với mơ hình
khơng trồng Sậy.
Từ khố: chất dinh dưỡng cao, hiệu xuất xử lý, nước thải bột mì, sậy
1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mơ hình bãi lọc ngầm trồng cây dịng chảy đứng là một trong những hệ thống sinh học được ứng dụng rộng
rãi trên thế giới hiện nay. Một số vùng khơ, thiếu nước thì mơ hình này cịn được xem là một nhân tố sống
còn cho việc tái tạo nguồn nước ngầm và nước tưới tiêu cho nông nghiệp. Bãi lọc ngầm trồng cây không
chỉ là sự chuyển đổi đơn giản của hệ thống đất ngập nước mà còn tăng cường sự phì nhiêu cho các vùng
đất nơng nghiệp. Mục đích của hệ thống này là tăng năng suất cây trồng và tăng độ màu mỡ cho các vùng
đất nông nghiệp khô hạn, cũng như các vùng đất nông nghiệp bị ngập nước.
Sự kết hợp của hệ thống thực vật được phân bố trên bề mặt của hệ thống góp phần rất lớn trong việc nâng
cao hiệu suất xử lý. Các vi sinh vật trong hệ thống và trong nước thải đóng vai trị quan trọng trong việc
phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ, N, phosphore. Thực vật bề mặt đóng vai trị hấp thu các chất thải
đã được phân hủy và chuyển hóa, nhiều nhất là hợp chất vơ cơ có chứa N và phosphore. Một trong những
loài thực vật được sử dụng để nghiên cứu là cỏ Sậy.
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu
- Thu thập các tài liệu về tính chất của nước thải tinh bột mì và tìm hiểu một số công nghệ xử lý nước thải
tinh bột mì hiện đang được áp dụng.

601


- Thu thập các tài liệu liên đến các cơ chế xử lý nước thải trong bãi lọc ngầm dòng chảy đứng.
- Xây dựng mơ hình thí nghiệm và vận hành mơ hình, phân tích các chỉ tiêu nước thải tinh bột mì đầu vào
và đầu ra.
- Phân tích các chỉ tiêu nước thải tinh bột mì lấy từ hồ sinh học của cơ sở sản xuất tinh bột mì Tuyết Ngân
huyện Trảng Bom, Đồng Nai.
- Xử lý cơ học nước thải tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ tạo bông để giảm các chỉ tiêu COD, SS trước
khi cho nước thải vào mơ hình
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp luận
Nước thải bột mì là loại nước thải có hàm lượng COD, SS, và N, P cao chính vì thế các biện pháp xử lý
hiệu quả rất tốn kém chi phí. Biện pháp sử dụng bãi lọc ngầm sinh học nhằm được hướng đến như một biện
pháp xử lý hiệu quả nhưng tiết kiệm chi phí phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.
2.2.2 Phương pháp cụ thể
Phương pháp thu thập tài liệu
Tổng hợp, thu thập tài liệu các báo cáo có liên quan đến giải pháp sử dụng bãi lọc ngầm trong xử lý nước
thải
Tham khảo, kế thừa các kết quả, tài liệu nghiên cứu có liên quan đến hướng đề tài
Phương pháp xây dựng mô hình đối chứng
- Xây dựng mơ hình thí nghiệm để đánh giá mức độ hiệu quả và tính ứng dụng của mơ hình thí nghiệm
- Phân tích so sánh giữa mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng
2.3 Mơ hình nghiên cứu
Mơ hình thí nghiệm gồm có hai mơ hình:
- Một mơ hình khơng trồng Sậy (mơ hình đối chứng).

- Một mơ hình có trồng Sậy.
Cả hai mơ hình được đào sâu xuống mặt đất với chiều dài 2m, chiều rộng 0,5m, độ sâu 0,6m và hệ thống
được bao bọc bởi một lớp bạc ni lông chống thấm.
- Mặt đáy của hệ thống ngiêng 1% về hướng thu nước.
- Nước thải được dẫn vào theo hai ống nhựa PVC đục lỗ, mỗi lỗ cách thành 10cm và cách nhau 30cm, mỗi
ống dài 180cm.
- Hai ống đục lỗ được đặt trong hệ thống mục đích ln làm thơng khí cho tồn hệ thống tạo điều kiện cho
vi sinh vật hiếu khí phát triển.
- Đầu thu nước là một ống nhựa PVC và có lớp sỏi lớn để tránh đất, sỏi lọt vào ống gây tắt nghẽn ống thu.
602


- Từ mặt đáy hệ thống được phủ một lớp đá sỏi kích thước 2-3cm với độ dày của lớp đá là 15cm.trên lớp
đá sỏi này được phủ thêm một lớp đá mi với kích thước 1-1,5cm với độ dày 10cm, trên lớp đá mi này được
phủ thêm một lóp cát vói dộ dày 10cm, kế đến lớp cát là lớp cát pha đất với tỷ lệ là 3đất/2cát với độ dày
10cm, lớp trên cùng là lớp đất dày 10cm.
- Hệ thống có một thùng chứa nước thải chứa định lượng 20 lít nước thải từ thùng chứa này sẽ được phân
phối đến hai ống dẫn nước đục lỗ vào hệ thống.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Các chỉ tiêu nước thải ở đầu vào và đầu ra của hai mơ hình được so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT cột
A giá trị C

ĐỐI CHỨNG

7.3
7.2
7.1
7
6.9
6.8

6.7
6.6
6.5

TRỒNG SẬY

Đầu
vào

pH

pH

Chỉ tiêu pH

Đầu ra

0

7.2
7.1
7
6.9
6.8
6.7
6.6
6.5

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Đầu vào
Đầu ra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Ngaøy

Ngaøy

(A)

(B)

Hình 1. Đồ thị biểu diễn biến thiên pH đầu vào và đầu ra của 2 mơ hình
Nhận xét: Qua bảng 1 và đồ thị hình 1 cho thấy pH đầu vào và đầu ra của nước thải của hai mô hình dao
động trong khoảng 6,6 - 7,2. pH đầu ra của hai mơ hình khơng chênh lệch nhau nhiều.

250

250

200

200

150
Đầu vào

100

Đầu ra

Tiêu chuẩn

50

Hàm lượng SS (mg/l)

Hàm lượng SS (mg/l)

Chỉ tiêu SS

150

Đầu vào
Đầu ra

100

Tiêu
chuẩn

50
0

0

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Ngaøy

(A)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Ngaøy

(B)

Hình 2. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng SS đầu vào và đầu ra của 2 mơ hình
603


Hiệu xuất xử lý SS %

100
80

93.12

91.61

93.34

85.33

91.27

94.33

90.89

92.78

94.67

92.28

92.56

92.26

78.29

60
44.13

43.67

43.89

40 45.46

45.55

44.65

46.72

45.97

45.87

47.13

46.78

46.44

Có trồng Sậy

46.77

Không trồng Sậy

20
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Ngày

Hình 3. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý của 2 mơ hình
Nhận xét: Qua đồ thị hình 3 cho thấy hiệu xuất xử lý SS giữa hai mô hình có sự chênh lệch nhau rất nhiều.
Hiệu xuất xử lý SS của mơ hình đối chứng cao nhất chỉ đạt 47,13% rất thấp so với mơ hình có trồng Sậy là
94,67%.
Hiệu xuất xử lý SS của mơ hình có trồng Sậy tăng mạnh như vậy có thể là do sự phát triển của rễ cây Sậy
góp phần làm tăng khả năng kết dính của các hạt keo đất từ đó làm cho đất có thể kết dính chặt hơn giảm
sự rửa rôi của các hạt đất theo hướng nước chảy. Ngoài ra với sự lan rộng và sâu trong lớp đất của rễ cây
Sậy đã làm tăng lượng oxy ở những vùng quanh rễ cây Sậy tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phát triển,
các vi sinh vật này cũng góp phần lớn trong việc phân hủy các chất rắn lơ lửng được giữ trong đất. Loại bỏ
được chất rắn lơ lửng trong nước thải cũng góp phần làm giảm được COD, N, P.
Chỉ số N
ĐỐI CHỨNG
Tiêu chuẩn

Đầu vào

TRỒNG SẬY
Đầu ra

30

30

25

25

20
15
10
5
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Tiêu chuẩn

35

HÀM LƯỢNG N (MG/L)

HÀM LƯỢN N (MG/L)

35

9 10 11 12 13

NGÀY

(A)

Đầu vào

Đầu ra

20
15
10
5
0
1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

NGÀY

(B)

Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng N đầu vào và đầu ra của 2 mô hình

604


Hiệu xuất xử lý N %

100
80
60

74.79

71.89

72.88

70.01

88.37

85.26

84.36

84.85

80.54

87.42

86.66

82.2

82.07

Có trồng Sậy
38.55

40

41.24

28.37

20 26.28

37.67

33.48
21.33

33.65

37.96
30.42

36.25

27.72

22.58

Không trồng
Sậy

0
0

5

10

15

20

25

30
35
Ngày

40

45

50

55

60

Hình 5. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý N của 2 mơ hình
Nhận xét: Qua đồ thị hình 5 dễ dàng nhận thấy sự khác biết giữa hiệu xuất xử lý của hai mơ hình. Rõ ràng
hiệu xuất xử lý N của mơ hình trơng cây lớn hơn nhiều so với mơ hình đối chứng, chênh lệch tới 62,68%.
sự chênh lệch lớn về hiệu xuất xử lý của hai mơ hình có thể do:
Trong mơ hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng các lớp vật liệu lọc trong mơ hình (trừ lớp
đất, đất pha cát, cát) đều được thống khí để tạo điều kiện cho các vi sinh vật hiếu khí phát triển trên các
lớp vật liệu bên dưới lớp đất, cát.
- Ở mơ hình đối chứng thì lớp đất, cát khơng được thống khí nên khơng tạo điều kiện cho các vi sinh vật
hiếu khí phát triển. Do đó q trình nitrate hóa xảy ra trong lớp đất rất ít khơng đáng kể nhưng do các chất

rắn lơ lửng được loại bỏ nên N cũng giảm được một phần nào. Lớp vật liệu lọc bên dưới lớp đất, cát được
thống khí nên q trình nitrate hóa xảy ra phần nhiều là ở các lớp vật liệu này, nhưng do vận tốc chảy của
nước thải trên các lớp vật liệu này nhanh hơn so với lớp đất cát nên thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi
sinh vật hiếu khí bám trên bề mặt lớp vật liệu là ngắn dẫn đến hiệu quả xử lý N vẫn chưa cao. Hiệu xuất xử
lý N của mô hình đối chứng dưới 41,24%.
- Ở mơ hình trồng Sậy thì lượng oxy hịa tan trong lớp đất nhiều, hệ vi sinh vật hiếu phát triển mạnh giúp
quá trình nitrate hóa xảy ra trong lớp đất tốt hơn cộng với thời gian tiếp xúc của nước thải với vi sinh vật
hiếu khí trong lớp đất lâu hơn nên hiệu quả của q trình nitrate hóa sẽ cao hơn nhiêu so với lớp vật liệu
bên dưới lớp đất, cát. Hiệu xuất xử lý của mơ hình trồng Sậy đạt tới 88,37%.
Chỉ tiêu P
Hàm lượng phosphore của nước thải đầu vào từ 6,1-8,4 (mg/l).

605


ĐỐI CHỨNG
Tiêu chuẩn

TRỒNG SẬY

Đầu vào

Đầu ra

8
6
4
2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

Tiêu chuẩn

10

HÀM LƯỢNG P (MG/L)

HÀM LƯỢNG P (MG/L)

10

9 10 11 12 13

Đầu vào

Đầu ra

8
6
4
2
0
1

2

3

4

5

NGÀY

6

7

8

9 10 11 12 13

NGÀY

(A)

(B)

Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên hàm lượng P đầu vào và đầu ra của 2 mơ hình

Hiệu xuất xử lý phosphore %

100

86.57

82.73

80

73.12

60 54.35

49.76

64.68

40

43.21

45.12

40.26

36.65

34.23

44.73

81.27

78.57
75.59

52.56

49.56

47.16

85.28

81.08

77.9

72.13

46.43

44.67

47.56

43.94

Có trồng
Sậy

20
0
0

5

10

15

20

25

30
35
Ngày

40

45

50

55

60

Hình 7. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý P của 2 mơ hình
Nhận xét: Qua đồ thị hình 7 cho thấy sự chênh lệch hiệu xuất xử lý P của hai mơ hình khá nhiều.
- Ở mơ hình đối chứng thì hiệu xuất xử lý P cũng khá cao, cao nhất là 52,56% (ở ngày 25) nhưng các ngày
về sau hiệu quả xử lý không tăng nhưng ổn định, dao động trong khoảng từ 43-47%.
- Ở mơ hình trồng Sậy thì hiệu xuất xử lý P tăng nhanh trong 30 ngày đầu, từ 54,35% đến 86,57%, 30 ngày
sau hiệu xuất xử lý bắt đầu giảm dần còn 72,13%. Giai đoạn 30 đầu hiệu xuất xử lý P tăng mạnh có thể do
nhu cầu tăng sinh khối của Sậy trong giai này tăng nên đã hấp thu một phần các dạng P dễ tan.
Chỉ tiêu COD

606


ĐỐI CHỨNG

TRỒNG SẬY

Đầu vào

Đầu ra

HÀM LƯỢNG COD (MG/L)

HÀM LƯỢNG COD (MG/L)

Tiêu chuẩn

1000

800
600
400
200
0
1

2

3

4

5

6 7 8
NGÀY

9 10 11 12 13

Tiêu chuẩn

Đầu vào

Đầu ra

1000
800
600
400

200
0
1

2

3

4

5

6

(A)

7 8
NGÀY

9 10 11 12 13

(B)

Hình 8. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD đầu vào và đầu ra của 2 mơ hình

Hiệu xuất xử lý COD %

100

89.3

80

81.32

85.77

88.83
86.26

83.34

89.52
89.29

88.48

71.44

60

45.94

40
20

90.85

88.75

84.68

44.23

35.36

45.74

41.67

42.89
45.94

42.09

47.12
46.73

44.33
45.83

Có trồng Sậy
Không trồng
Sậy

30.7

0
0

5

10

15

20

25

30
Ngày

35

40

45

50

55

60

Hình 9. Đồ thị biểu diễn hiệu xuất xử lý COD của 2 mơ hình
Nhận xét: Qua đồ thị hình 9 cho thấy hiệu xuất xử lý COD của hai mơ hình có sự chênh lệch nhau và khá
ổn định. Hiệu xuất xử lý COD ở mơ hình trồng Sậy cao nhất là 90,85%, mơ hình đối chứng hiệu xuất xử lý
cao nhất 45,94%.
4. KẾT LUẬN

Kết quả thí nghiệm cho thấy xử lý nước thải tinh bột khoai mì bằng mơ hình bãi lọc ngầm trồng cây dịng
chảy đứng tỏ ra hiệu quả. Hiệu quả xử lý nước thải tinh bột mì của hệ thống khá cao 90% đối với COD,
88% đối với nitrogen, 86% đối với phosphore, 94% đối với SS, pH đầu ra ổn định từ 6,8-7,1.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu xuất xử lý nước thải trong bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng là rất
tốt. Hệ thống làm việc rất ổn định, dao động chất lượng nước đầu ra không lớn. Với mô hình trồng Sậy,
chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C theo SS, pH, nitrogen, phosphore. Tuy
nhiên với hàm lượng COD đầu vào luôn lớn hơn 500 mg/l nên sau khi qua hệ thống hàm lượng COD khơng
đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A, giá trị C.
Mơ hình có trồng Sậy cho phép đạt hiệu xuất xử lý cao hơn nhiều so với mơ hình khơng trồng Sậy.

607


Với kết quả đạt được như trên, mơ hình bãi lọc ngầm trồng cây dịng chảy đứng có thể đem vào ứng dụng
trong thực tế.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Donald S. Brown, James F. Kreissl, Robert A. Gearheart, Andrew P. Kruzic, William C. Boyle).
Manual_Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters.
[2]. Lê Văn Khoa – Đất Ngập Nước – Nhà Xuất Bản Giáo Dục
[3]. Nguyễn Đức Lượng – Công Nghệ Sinh Học Môi Trường - Tập 1: Công Nghệ Xử Lý Nước Thải – Nhà
Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
[4]. Nguyễn Việt Anh – Xử Lý Nước Thải Bằng Bãi Lọc Trồng Cây - Lý Thuyết Và Thực tiễn -Trung Tâm
Kỹ Thuật Môi Trường Độ Thị Và Khu Công nghiệp.
[5]. Phạm Hồng Nga – Ứng Dụng Phương Pháp Đầm Lầy Nhân Tạo Cho Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp
– Trang Tin Xúc Tiến Thong Mại-Bộ Nông Nghiệp Và Phát Triển Nông Thôn
[6]. Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội – xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy
thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam – CEETIA.
[7]. Wetlands For Industrial Wastewater Treatment At The Savannah River Site – Weston.

608