Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình kết hợp nuôi bèo lục bình (Eichhornia crassipes) và bèo tai tượng (Pistia stratiotes) để xử lý nước thải chế biến thủy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƢỜNG



NGUYỄN DÂN DUY


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH KẾT
HỢP NUÔI BÈO LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) VÀ
BÈO TAI TƢỢNG (Pistia stratiotes L.) ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG









Nha Trang, tháng 06 năm 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƢỜNG


NGUYỄN DÂN DUY


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH KẾT
HỢP NUÔI BÈO LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) VÀ
BÈO TAI TƢỢNG (Pistia stratiotes L.) ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



GVHD: TS. HOÀNG THỊ HUỆ AN






Nha Trang, tháng 06 năm 2013
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy,
cô trong Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi trường, Trường Đại Học Nha Trang đã
tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập. Vốn kiến thức được tiếp thu trong
quá trình học tập không chỉ là nên tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn
là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Em xin chân thành cảm ơn cô Hoàng Thị Huệ An người đã tận tình giúp đỡ

hướng dẫn em trong suốt khoảng thời gian em thực hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Quản Lý Khu Công Nghiệp suối dầu kỹ sư
Kiều Ngọc Mười và tập thể cán bộ trong phòng thí nghiệm Trung tâm Xử lý nước
thải Khu công nghiệp Suối Dầu đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian thực tập.
Để có được ngày hôm nay con xin chân thành gởi lời cảm ơn đến đấng sinh
thành dưỡng dục, dạy dỗ con nên người, luôn kề vai sát cánh bên con, động viên
những lúc con gặp khó khăn, luôn dạy con những điều hay lẽ phải của cuộc sống để
con ngày một hoàn thiện hơn trong cuộc sống.
Cuối cùng, em xin kính chúc toàn thể quý thầy cô Trường Đại Học Nha Trang,
Cha Mẹ, Ban Quản lý khu công nghiệp Suối Dầu và các thầy cô trong Viện luôn
thành đạt trong công việc và cuộc sống.
Nha Trang, tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Dân Duy
v
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 1
MỞ ĐẦU 1
Tính cấp thiết của đề tài 1
Mục đích đề tài 2
Nội dung nghiên cứu 2
Ý nghĩa thực tiễn 2
Ý nghĩa khoa học 2
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan về thực vật thủy sinh 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3
1.1.2 Những nhóm thực vật thủy sinh [9] 4
1.1.2.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước (submerged plant) 4
1.1.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants) 4
1.1.2.3 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant) 5
1.1.3 Cơ chế xử lý ô nhiễm nước thải của thực vật thủy sinh 5
1.1.3.1 Quá trình hô hấp ở thực vật 5
1.1.3.2 Sự quang hợp của thực vật 6
1.1.3.3 Quá trình tổng hợp protein 6
1.1.4 Khả năng xử lý nước thải của thực vật thủy sinh 6
vi

1.1.4.1 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải của thực
vật thủy sinh 6
1.1.4.2 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải
bằng TVTS 7
1.1.4.3 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng hóa 7
1.1.4.4 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi
trường nước bởi thực vật thủy sinh [12] 8
1.1.5 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng TVTS 10
1.1.6 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao để xử lý nước thải bằng TVTS 12
1.1.7 Đặc điểm, nguồn gốc, ứng dụng của bèo lục bình và bèo tai tượng 13
1.1.7.1 Lục bình [10] 13
1.1.7.2 Bèo tai tượng [11] 14
1.1.8 Một số loài thực vật xử lý nước thải khác 15
1.1.8.1 Cỏ vetiver 15
1.1.8.2 Cây bông súng 16
1.1.8.3 Cỏ voi 16
1.1.8.4 Cây rau mác 16
1.1.8.5 Cây kèo nèo 16

1.1.8.6 Bèo tai chuột 17
1.1.8.7 Cây điên điển 17
1.1.8.8 Bèo hoa dâu 17
1.1.8.9 Sậy núi 17
1.2 Tổng quan về nước thải thủy sản 18
1.2.1 Tổng quan về ngành thủy sản nước ta 18
1.2.2 Nguồn gốc phát sinh chất thải chế biến thủy sản 18
1.2.3 Thành phần và tính chất chất thải chế biến thủy sản [5] 19
vii

1.2.3.1 Chất thải rắn 19
1.2.3.2 Chất thải lỏng 19
1.2.3.3 Chất thải khí 20
1.2.4 Tác động của nước thải chế biến thủy hải sản đến môi trường 20
1.2.4.1 Các chất hữu cơ 20
1.2.4.2 Chất rắn lơ lửng 20
1.2.4.3 Chất dinh dưỡng (N, P) 21
1.2.4.4 Vi sinh vật 21
1.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải [6] 21
1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 21
1.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý 22
1.3.3 Phương pháp sinh học 23
1.3.3.1 Quá trình hiếu khí 23
1.3.3.2 Xử lý kỵ khí 24
1.3.4 Những công trình xử lý sinh học thường sử dụng 25
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Đối tượng nghiên cứu 27
2.2 Hóa chất – Dụng cụ – Thiết bị đo 27
2.3 Phương pháp nghiên cứu 28
2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 28

2.3.2 Phương pháp phân tích 32
2.3.2.1 Phương pháp lấy mẫu 32
2.3.2.2 Phương pháp theo dõi tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo 32
2.3.2.3 Phương pháp xác định diện tích che phủ của bèo 32
2.3.2.5 Phương pháp phân tích mẫu 33
2.3.3 Phương pháp xử lý và đánh giá số liệu 38
viii

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1 Xác định thông số nước thải đầu vào 39
3.2 Tốc độ sinh trưởng, phát triển của bèo ở các mô hình theo thời gian 40
3.2.1 Tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo lục bình qua các tuần 41
3.2.2 Tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo tai tượng qua các tuần 42
3.2.3 Tốc độ sinh trưởng phát triển của mô hình kết hợp bèo lục bình + bèo tai
tượng qua các tuần 43
3.3 Đánh giá khả năng xử lý pH, COD, BOD
5
, N, P, TSS của các mô
hình 45
3.3.1 Diễn biến pH ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 45
3.3.2 Diễn biến hàm lượng COD ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 47
3.3.3 Diễn biến hàm lượng BOD
5
ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 48
3.3.4 Diễn biến hàm lượng N ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 50
3.3.5 Diễn biến hàm lượng P ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 52
3.3.6 Diễn biến hàm lượng TSS ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 54
3.3.7 Sự thay đổi về màu sắc của nước thải ở các mô hình thực nghiệm theo
thời gian 55
3.4 Kết quả nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm 56

3.5 Kết quả nghiên cứu trên mô hình thực tế 57
3.6 So sánh hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 58
3.7 Giới hạn đề tài 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60
Kết luận 60
Kiến nghị 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC 63

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ATP : Adenosine triphosphate : Năng lượng tự do
BOD : Biochemical Oxygen Demand : Nhu cầu ôxy sinh hóa
BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi Trường
COD : Chemical Oxygen Demand : Nhu cầu ôxy hóa học
DO : Dissolved Oxygen : Nồng độ ôxy hòa tan
FAS : Ferrous ammonium sulfate
KCN : Khu công nghiệp
NADH : Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) + Hydrogen (H)
PAC : Poly aluminum chloride
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
SS : Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng
TCVN :Tiêu chuẩn Việt Nam
TSS : Total Suspended Solid : Tổng chất rắn lơ lửng
TVTS : Thực vật thủy sinh
UASB : Upflow Anearobic Sludge Blanket : Bể phản ứng kỵ khí
USD : Đô la Mỹ
VSV : Vi sinh vật
N : Total Nitrogen : Hàm lượng nitơ tổng

P: : Total Phosphorus : Hàm lượng phốtpho tổng
x

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chƣơng 1
Bảng 1.1 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng thủy thực vật 10
Bảng 1.2 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao xử lý nước thải 12
Bảng 1.3 Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải 22
Bảng 1.4 Một số công trình xử lý nước thải tiêu biểu thường gặp 25
Chƣơng 2
Bảng 2.1 Thể tích mẫu và lượng hóa chất tương ứng với từng loại ống COD 35
Chƣơng 3
Bảng 3.1 Kết quả phân tích nước thải đầu vào trước khi bố trí thí nghiệm 39
Bảng 3.2 Kết quả về sinh khối sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 40
Bảng 3.3 Kết quả về diện tích che phủ sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 40
Bảng 3.4 Kết quả diễn biến pH sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 45
Bảng 3.5 Kết quả diễn biến COD sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 47
Bảng 3.6 Kết quả diễn biến BOD
5
sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 48
Bảng 3.7 Kết quả diễn biến N sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 50
Bảng 3.8 Kết quả diễn biến P sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 52
Bảng 3.9 Kết quả diễn biến TSS sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 54
Bảng 3.10 Hiệu suất xử lý của các mô hình sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm . 56
Bảng 3.11 Kết quả diễn biến hàm lượng các chất ô nhiễm

sau 3 tuần chạy mô hình
thực tế 57
Bảng 3.12 Hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 58
xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Chƣơng 1
Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thưc vật 3
Hình 1.2 Bèo lục bình 13
Hình 1.3 Bèo tai tượng 14
Hình 1.4 Cỏ vetiver 15
Hình 1.5 Cây bông súng 16
Hình 1.6 Cỏ voi 16
Hình 1.7 Cây rau mác 16
Hình 1.8 Cây kèo nèo 16
Hình 1.9 Bèo tai chuột 17
Hình 1.10 Sậy núi 17
Hình 1.11 Sậy núi 17
Hình 1.12 Bèo hoa dâu 17
Hình 1.13 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí 24
Hình 1.14 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí 25
Chƣơng 2
Hình 2. 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 29
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên quy mô thực tế 31
Chƣơng 3
Hình 3.1 Sinh khối bèo lục bình qua các tuần 41
Hình 3.2 Tỷ lệ che phủ của bèo lục bình qua các tuần thí nghiệm 42
Hình 3.3 Sinh khối bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 42
Hình 3.4 Tỷ lệ che phủ của tai tượng qua các tuần thí nghiệm 43
Hình 3.5 Sinh khối lục bình + bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 44
Hình 3.6 Tỷ lệ che phủ của bèo lục bình + bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 44
xii

Hình 3.7 Diễn biến pH của các mô hình thực nghiệm theo thời gian 46

Hình 3.8 Diễn biến COD của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 47
Hình 3.9 Diễn biến BOD5 của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 49
Hình 3.10 Diễn biến N của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 51
Hình 3.11 Diễn biến P của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 53
Hình 3.12 Diễn biến hàm lượng TSS của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 55
Hình 3.13 Hiệu suất xử lý của các mô hình thực nghiệm theo thời gian 56
Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện mức giảm nồng độ các thông số COD, BOD
5
, N, P 58
Hình 3.15 Hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 59
1


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống của con người. Mọi lĩnh
vực trong cuộc sống đều cần tới nước. Cùng với quá trình công nghiêp hóa và hiện
đại hóa phát sinh ra nhiều chất thải làm ô nhiễm nguồn nước rất nghiêm trọng.
Như chúng ta đã biết tỷ lệ nước ngọt có khả năng sử dụng được chiếm rất ít
còn lại là nước ở dạng băng, dạng hơi. Thế nhưng chúng ta không ý thức bảo vệ
nguồn nước để sử dụng lâu dài mai sau mà đổ biết bao chất ô nhiễm vào nguồn
nước làm cho nước càng ngày càng khan hiếm.
Hiện nay, hầu hết các hệ thống sông, ao, hồ, kênh rạch đều ô nhiễm nghiêm
trọng đặc biệt là ô nhiễm do các chất hữu cơ từ các nguồn thải sinh hoạt, chế biến
thủy sản, công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp thực phẩm, lò mổ, chăn nuôi
Làm nước có màu đen, hủy hoại nhanh chóng các hệ động thực vật thủy sinh, gây
mùi hôi thối ảnh hưởng tới cảnh quan cũng như chất lượng cuộc sống con người.
Nước ô nhiễm từ quá trình chế biến thủy sản có khả năng tự làm sạch tuy
nhiên là chỉ ở một mức độ nhất định và sau một thời gian rất lâu nhờ các vi sinh vật
tồn tại sẵn trong nước thải. Trên thực tế môi trường nước của chúng ta đang bị ô

nhiễm rất nghiêm trọng cần phải xử lý chứ không thể để tự làm sạch được. Xử lý
các chất ô nhiễm này có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau như xử lý bằng
các chất hoá học, làm lắng, đông keo tụ Tuy nhiên, các biện pháp trên đều rất tốn
kém chi phí đầu tư, chi phí vận hành và tốn nhiều công.
Ngược lại, việc sử dụng các biện pháp sinh học đòi hỏi không nhiều kinh phí
đầu tư, không yêu cầu máy móc thiết bị hiện đại đắt tiền và nhiều công sức, đặc biệt
là sử dụng các thực vật thuỷ sinh thân thiện với môi trường và theo nghiên cứu của
Trương Thị Nga, Trương Hoàng Đan, Nguyễn Công Thuận và cộng sự thì các
TVTS có khả năng xử lý các chất ô nhiễm với hiệu suất rất cao chính vì thế tôi thực
hiện đề tài:
2


“Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình kết hợp nuôi bèo lục bình
(Eichhornia crassipes) và bèo tai tƣợng (Pistia stratiotes L.) để xử lý nƣớc thải
chế biến thủy sản”.

Mục đích đề tài
Đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của mô hình xử lý nước thải chế biến
thủy sản bằng bèo lục bình, bèo tai tượng và mô hình bèo lục bình kết hợp bèo tai
tượng.
Nội dung nghiên cứu
Triển khai bố trí mô hình thực nghiệm trên quy mô phòng thí nghiệm.
Phân tích các thông số ô nhiễm COD, BOD
5
, TSS, N, P, pH.
Theo dõi tốc độ sinh trưởng phát triển của lục bình và bèo tai tượng.
Ý nghĩa thực tiễn
Thông qua nghiên cứu của đề tài để góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng
thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chế biến thủy sản. Có thể coi đây là một

phương pháp xử lý hài hòa giữa lợi ích kinh tế và lợi ích môi trường, mang tính
kinh tế cao và phù hợp với điều kiện nước ta, đặc biệt là vùng đang được đô thị hóa.
Hạn chế ô nhiễm nguồn nước, bảo đảm chất lượng môi trường sống của con người.
Ý nghĩa khoa học
Tìm hiểu cơ chế hấp thụ, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng của
thực vật thủy sinh nói chung, bèo lục bình và bèo tai tượng nói riêng để ứng dụng
vào xử lý các loại nước thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
3


CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về thực vật thủy sinh
1.1.1 Giới thiệu chung
Các loài thực vật không chỉ tồn tại ở trên mặt đất, mà chúng còn tồn tại cả
những vùng đất ngập nước. Những thực vật sống ở những vùng ngập nước được gọi
là thực vật thủy sinh. Các loài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm. Quá trình
quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn. Các chất
dinh dưỡng được hấp thụ qua rễ và qua lá. Ở lá của các loài thực vật (kể cả thực vật
thủy sinh) đều có nhiều khí khổng. Mỗi một cm² bề mặt lá có khoảng 100 lổ khí
khổng. Qua lổ khí khổng này, ngoài sự trao đổi khí còn có sự trao đổi các chất dinh
dưỡng. Do đó, lượng vật chất đi qua lổ khí khổng để tham gia quá trình quang hợp
không nhỏ. Ở rễ, các chất dinh dưỡng vô cơ được lông rễ hút và chuyển hoá lên lá
để tham gia quá trình quang hợp. Như vậy vật chất có trong nước sẽ được chuyển
qua hệ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá. Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp
thành vật chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này cùng với các chất khác xây dựng nên tế
bào và tạo ra sinh khối. Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hoà tan. Các chất hữu
cơ không được thực vật tiêu thụ trực tiếp mà phải qua quá trình vô cơ hoá nhờ hoạt
động của vi sinh vật. Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng
thành các chất vô cơ hoàn tan. Lúc đó thực vật mới có thể sử dụng chúng để tiến
hành trao đổi chất [1].

Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối sinh vật


Sinh khối vi sinh vật
Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thƣc vật
Vô cơ hóa
Quang hợp
4


1.1.2 Những nhóm thực vật thủy sinh [9]
Tuy không đa dạng như thực vật phát triển trên cạn, nhưng thực vật thủy sinh
cũng phát triển rất phong phú ở nhiều khu vực trên trái đất. Để tồn tại được trong
môi trường nước khác nhau đòi hỏi mỗi loài thực vật phải có sự tiến hóa và tính
thích nghi rất cao. Chính do sự tiến hóa và tính thích nghi này mà các loài thực vật
thủy sinh có những đặc điểm riêng, khác với thực vật trên cạn.
Cần lưu ý rằng, không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh đều có thể sử
dụng để xử lý môi trường nước. Chỉ có một ít trong số thực vật thủy sinh mới có
những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm. Thực vật thủy
sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia ra làm ba nhóm lớn.
1.1.2.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước (submerged plant)
Những thực vật ngập nước tồn tại hai dạng: một dạng thực vật có rễ bám vào
đất, hút chất dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước, một dạng thân và lá
lơ lững trong lòng nước. Những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới bề
mặt nước) được gọi là thủy sinh ngập nước. Đặc điểm quan trọng của các loài thực
vật thủy sinh ngập nước là tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn
toàn trong lòng nước, quá trình quang hợp phụ thuộc vào:
- Cường độ ánh sáng

- Nồng độ CO
2
hòa tan trong nước
- Thành phần quang phổ
- Dinh dưỡng khoáng
- Nhiệt độ
1.1.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants)
Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm trong vùng nhiệt đới.
Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, chúng bao gồm hai phần: phần lá
và thân mềm nổi trên bề mặt nước. Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp.
Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm. Chúng phát triển trong
lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá, thực
5


hiện các quá trình quang hợp. Các loài thực vật trôi nổi phát triển và sinh sản rất
mạnh, nhiều khi chúng gây ra những vấn nạn sinh khối.
1.1.2.3 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant)
Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước. Một
phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước. Phần rễ bám vào
trong đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên
lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Việc làm sạch môi trường nước
đối với các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước. Những vật
chất lơ lững thường ít hoặc không được chuyển hóa.
1.1.3 Cơ chế xử lý ô nhiễm nƣớc thải của thực vật thủy sinh
Quá trình quang hợp, quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào thực vật là
quá trình tạo sinh khối của thực vật. Tất cả vật chất tạo ra sinh khối thực vật được
lấy ra từ các chất hoặc hợp chất vô cơ từ môi trường sống. Dựa vào những cơ chế
này chúng ta có thể sử dụng thực vật thủy sinh như tác nhân chuyển hóa vật chất
trong nước thải thành sinh khối thực vật và làm giảm ô nhiễm trong nước thải.

1.1.3.1 Quá trình hô hấp ở thực vật
Tất cả các quá trình trao đổi chất của sinh vật được tập trung trong tế bào. Quá
trình hô hấp cũng vậy, quá trình này được xem như quá trình phản ứng enzym rất
đặc trưng. Các hợp chất hữu cơ có trong tế bào như protein, polysaccharit, lipit, axit
amin sẽ bị oxy hóa tạo ra CO
2
, H
2
O, các loại khí khác và năng lượng. Năng lượng
được tạo ra sẽ được tích lũy trong phân tử ATP. Năng lượng trong phân tử ATP sẽ
được tế bào sử dụng dần trong suốt quá trình sống của thực vật. Phương trình tổng
quát của quá trình hô hấp:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + ATP
Đường glucose là vật chất được sử dụng trong quá trình hô hấp thường xuyên
nhất. Khi gặp oxy, chúng sẽ được chuyển thành CO
2
và H
2

O. Năng lượng được giải
phóng sẽ được giữ lại trong các cầu nối của phân tử ATP [13].
6


1.1.3.2 Sự quang hợp của thực vật
Quang hợp là một quá trình rất đặc biệt, phổ biến nhất ở tất cả các loài thực
vật và ở một số loài vi sinh vật. Quá trình quang hợp xảy ra ở lục lạp. Sắc tố quang
hợp nhận năng lượng mặt trời tiến hành oxy hóa nước, giải phóng oxy và khử CO
2

để tạo thành chất hữu cơ mà chủ yếu là gluxit [14].
Quá trình quang hợp xảy ra qua 2 giai đoạn: giai đoạn sáng và giai đoạn tối.
- Giai đoạn sáng: ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong màng thylakoid,
kết quả của quá trình chuyển hóa này sẽ tạo ra các hợp chất cao năng ATP và
NADH.
- Giai đoạn tối: Ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong stroma (chất nền).
Các phản ứng này cần được cung cấp năng lượng từ ATP và NADH để tổng
hợp ra gluxit.
1.1.3.3 Quá trình tổng hợp protein
Protein là một trong những thành phần quan trọng của thực vật. Protein là
chuỗi polypeptit, chúng được tạo ra từ các axit amin nối với nhau bằng liên kết
peptit. Các axit amin được tế bào tổng hợp ra và được cung cấp từ môi trường bên
ngoài. Thực vật chỉ đồng hóa các hợp chất hữu cơ ở dạng vô cơ hòa tan. Do đó, các
axit amin có trong tế bào thực vật chủ yếu do tế bào sinh tổng hợp nên.
Quá trình tổng hợp protein xảy ra liên tục ở trong tế bào. Nhờ đó, các phản
ứng sinh hóa mới được thực hiện và nhờ đó tế bào mới tiến hành phân chia và phát
triển, trong đó những protein – enzym chiếm số lượng rất lớn và đóng vai trò quyết
định trong các phản ứng hóa học chuyển hóa vật chất.
1.1.4 Khả năng xử lý nƣớc thải của thực vật thủy sinh

1.1.4.1 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải của thực vật thủy sinh
Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ
hữu cơ cao. Do đó, trong nước thải chứa nhiều độc tố pH, quá kiềm hay quá axít
đều ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của chúng.
7


Ngoài ra, sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài
thực vật khác nhưng lại chậm hơn các loài vi sinh vật. Do đó, nếu so sánh khả năng
chuyển hóa vật chất hóa học có trong nước thải giữa thực vật và vi sinh vật thì thực
vật thường chậm hơn rất nhiều. Ngoài tốc độ sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
ra, còn có một đặc điểm rất quan trọng khác là tốc độ chuyển hóa vật chất trong một
ngày/đêm của vi sinh vật rất cao. Chúng có thể chuyển hóa lượng vật chất gấp hàng
ngàn lần khối lượng của chúng. Trong đó, thực vật chuyển hoá lượng vật chất so
với khối lượng của chúng thường không cao.
Tuy nhiên các loài thực vật thủy sinh có những ưu điểm rất đặc biệt mà ở vi
sinh vật không có được, đó là khả năng hấp thụ kim loại nặng, khả năng ổn định
sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và
mức độ dễ dàng trong thu nhận sinh khối thực vật cũng như khả năng sử dụng sinh
khối này trong nhiều mục đích khác nhau [12].
1.1.4.2 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải bằng TVTS
Các loài thực vật thủy sinh có khả năng xử lý kim loại nặng rất tốt.
Thực vật nhận kim loại nặng từ môi trường nước, đưa chúng vào sinh khối
thực vật. Sinh khối thực vật được thu hoạch và đưa ra khỏi môi trường nước. Do đó,
kim loại nặng được chuyển từ môi trường nước và chuyển vào sinh khối của thực
vật, kết quả là nước giảm kim loại nặng [12].
1.1.4.3 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng hóa
Hiện tượng phú dưỡng hóa là hiện tượng phát triển mạnh các loài rong, tảo và
thực vật thủy sinh khi trong môi trường nước chứa nhiều nitơ và phốt pho. Khi xuất
hiện hiện tượng phú dưỡng hóa sẽ làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái nước và ảnh

hưởng xấu đến môi trường nước. Khi đó nước sẽ nghèo oxy và các dưỡng khí khác,
làm đảo lộn hệ sinh thái nước [15].

8


1.1.4.4 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước
bởi thực vật thủy sinh [12]
 Khả năng chuyển hóa BOD
5

Trong môi trường nước, BOD
5
không chỉ chuyển hóa bởi vi sinh vật mà còn
chuyển hóa bởi thực vật thủy sinh.
Sự biến động BOD
5
trong môi trường nước khi thực vật thủy sinh phát triển có
sự dao động rất lớn. Sự giao động của BOD
5
phụ thuộc vào từng loại thực vật thủy
sinh và phụ thuộc vào khí hậu trong năm, tức là phụ thuộc vào thời gian mà thực vật
này phát triển.
Các loài vi sinh vật bám vào rễ và thân, mầm thực vật thủy sinh ngập trong
nước đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình làm thay đổi BOD
5
trong môi
trường nước. Thực vật làm giảm BOD
5
trực tiếp rất khó xảy ra.

 Khả năng chuyển đổi chất rắn
Thực vật thủy sinh có thời gian tồn tại trong nước rất lâu, do đó các chất rắn
dạng keo được chuyển hóa nhờ vi sinh vật hoặc hút bám, hấp phụ bởi TVTS.
Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi do sự va chạm vào thực vật thủy sinh,
đáy hồ, sông và các chất rắn lơ lửng khác. Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa
bởi sự thối rữa yếm khí.
 Chuyển hóa nitơ
Ở những vùng nước thải mới, thực vật dễ nhận nitơ hơn nước thải tồn tại lâu
trong thiên nhiên. Điều đó có thể được hiểu là nước thải tồn tại lâu trong điều kiện
tự nhiên thường chứa ít nitơ vô cơ và trong loại nước thải này có nhiều NO
3
-
, trong
khi đó, ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH
4
+
. Nitơ được chuyển hóa trong môi
trường nước do một số nguyên nhân cơ bản sau:
- Thực vật nhận từ các chất chứa nitơ có trong môi trường nước để tạo ra sinh
khối, sau đó sinh khối được loài người, động vật sử dụng.
- Bị mất theo dạng amoniac.
9


- Vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrit hóa và phản ứng nitrit hóa. Hai quá
trình này xảy ra do vi sinh vật thực hiện.
 Chuyển hóa phốt pho
Phốt pho trong môi trường nước tham gia vào thành phần AND (Axit
Deoxyribo Nucleic), ARN (Axit Ribo Nucleic), ATP (Adenosine Tri Photpate),
ADP (Adenosine Di Photpate), AMP (Adesine Mono Photphate). Tất cả những hợp

chất và các dạng phốt pho đó đều được thực vật hấp thụ. Khi ta thu hoạch sinh khối
tức là đã tách phốt pho đã được chuyển hóa ra khỏi môi trường nước. Phốt pho
trong nước thải có thể được chuyển hóa bởi các nguyên nhân sau:
- Chuyển hóa do VSV
- Chuyển hóa do thực vật thủy sinh
- Chuyển hóa do quá trình hấp thụ hóa học














10


1.1.5 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng TVTS
Theo Trương Thị Nga, Trương Hoàng Đan, Nguyễn Công Thuận và cộng sự
các thực vật thủy sinh gồm: bèo tai tượng, bèo lục bình, cần ống, ngổ, rau muống
đều xử lý rất tốt các chất ô nhiễm đặc biệt là chất hữu cơ và đạm (Xem bảng 1.1)[1].
Bảng 1.1 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng thủy thực vật [1]
Đơn vị: %
Thực vật

Thông số ô nhiễm
Hiệu quả xử lý
Bèo tai tượng
COD
BOD
Tổng N
Tổng P
44,00
75,00
84,00 – 95,00
> 90
Cần ống
BOD
Tổng N
Tổng P
96,00
94,30
81,4
Bèo lục bình
BOD
Tổng N
Tổng P
87,67
62,25
64,37
Ngổ
COD
Tổng N
Tổng P
44,97

53,60
33,56
Rau muống
BOD
COD
Tổng N
Tổng P
63,28
50,49
81,26
38,02
Kết quả của đề tài “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng
thực vật thủy sinh” của Nguyễn Thị Thanh Huệ cho thấy khi nghiên cứu một số mô
hình đất ngập nước xử lý nước rỉ rác bằng cách trồng sậy và cỏ nến thì khả năng xử
lý NH
3
-N như sau: giá trị trung bình dòng vào là 211 mg/l, dòng ra là 3,4 mg/l và
11


phốt pho giá trị trung bình dòng vào là 0,4 mg/l, dòng ra không phát hiện. Hiệu quả
xử lý khá tốt, đủ điều kiện sử dụng nước cho tưới tiêu [3].
Các nhà khoa học thuộc Viện Hóa Học, Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện
Khoa học Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và phân tích thấy rằng bèo lục bình
có khả năng hấp thụ kim loại nặng và các chất ô nhiễm hữu cơ tốt. Sử dụng bèo lục
bình để xử lý nước rò rỉ từ bãi rác Nam Sơn (Hà Nội) cho thấy rất hiệu quả. Nước
rò rỉ từ bãi rác có các thành phần ô nhiễm chủ yếu là amoni, tổng lượng N, COD và
BOD với hàm lượng rất cao. Trong thí nghiệm, dịch rò rỉ từ bãi rác được pha loãng
để có hàm lượng NH
4

+
từ 400 mg/l xuống còn khoảng trên dưới 100 mg/l, là giới
hạn nồng độ mà cây có thể chịu đựng được. Bèo lục bình thí nghiệm nuôi trồng ở
đó đều phát triển, thể hiện qua sự tăng trọng lượng tươi tương đối nhanh. Hàm
lượng NH
4
+
sau khoảng thời gian một vài ngày đầu thí nghiệm đã giảm nhanh từ
100,383 mg/l xuống còn 6,560 mg/l. Hàm lượng COD đã giảm khá nhanh, khoảng
từ 60% đến 70% sau 25 ngày, còn hàm lượng BOD đã giảm gần 9 lần. Nếu kết hợp
với quá trình tiền xử lý hóa học đơn giản như keo tụ, trộn vôi và sục CO
2
hoặc sau
giai đoạn tự phân hủy hiếu khí, nước rò rỉ từ bãi rác được pha loãng để giảm hàm
lượng NH
4
+
xuống còn khoảng 100 mg/lít thì khả năng sử dụng bèo lục bình để xử
lý chất lượng nước thải nhằm đạt tiêu chuẩn cho phép là hoàn toàn khả thi [7].
Nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Hậu Giang, trong thời gian 9 tháng, nhằm
khảo sát diễn biến độ đục, hàm lượng COD, tổng nitơ, tổng phốt pho trong nước
thải chăn nuôi và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của rau ngổ và lục bình thông
qua sự tăng trưởng cũng như khả năng hấp thu đạm, lân, kim loại nặng của hai loại
rau này trong môi trường nước thải. Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý nước thải của
rau ngổ đối với độ đục là 96,94%; COD là 44,97%; nitơ tổng là 53,60%, phốt pho
tổng là 33,56%. Hiệu suất xử lý nước thải của lục bình đối với độ đục là 97,79%;
COD là 66,10%; nitơ tổng là 64,36%, phốt pho tổng là 42,54%. Kết quả về đặc
điểm sinh học cho thấy, rau ngổ và lục bình có khả năng thích nghi và phát triển tốt
trong môi trường nước thải. Phân tích hàm lượng kim loại nặng trong rau ngổ, lục
bình, nước ao thí nghiệm và bùn, kết quả cho thấy Cu, Zn, Cd, Cr trong nước thải

12


xả ra môi trường đạt loại A so TCVN 5942 – 1995. Đối với rau ngổ, các kim loại
nặng có xu hướng tích lũy trong rễ nhiều hơn trong thân lá. Lục bình thì ngược lại,
hấp thu và tích lũy trong thân lá lại cao hơn trong rễ [2].
1.1.6 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao để xử lý nƣớc thải bằng TVTS
Bảng 1.2 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao xử lý nƣớc thải [9]
Thông số
Số liệu thiết kế
Chất lƣợng nƣớc
thải sau xử lý
Nƣớc thải thô


Thời gian lưu tồn nước
> 50 ngày
BOD
5
< 30mg/L
Lưu lượng nạp nước thải
200 m
3
/(ha.ngày)
TSS < 30 mg/L
Độ sâu tối đa
< 1,5 m

Diện tích một đơn vị ao
0,4 ha

Lưu lượng nạp chất hữu cơ
< 30kg BOD
5
/(ha.ngày)

Tỉ lệ dài : rộng của ao
> 3 : 1

Nƣớc thải qua xử lý cấp I


Thời gian lưu tồn nước
> 6 ngày
BOD
5
< 10mg/L
Lưu lượng nạp nước thải
800 m
3
/(ha.ngày)
TSS < 10 mg/L
Độ sâu tối đa
0,91 m
P < 5 mg/L
Diện tích một đơn vị ao
0,4 ha
N < 5 mg/L
Lưu lượng nạp chất hữu cơ
< 50kg BOD

5
/(ha.ngày)

Tỉ lệ dài : rộng của ao
> 3 : 1

13


1.1.7 Đặc điểm, nguồn gốc, ứng dụng của bèo lục bình và bèo tai tƣợng
1.1.7.1 Lục bình [10]
 Tên
- Tên tiếng việt: Lục bình, bèo tây hay
bèo Nhật Bản.
- Tên khoa học: Eichhornia crassipes
- Giới: Plantae
- Ngành: Magnoliophyta
- Lớp: Liliopsida
- Họ: Pontederiaceae
- Bộ: Liliales
- Chi: Eichhornia
 Nguồn gốc
Cây du nhập từ Venezuala thuộc Nam Mỹ. Hiện nay bèo lục bình đã có mặt
trên 50 quốc gia. Xuất hiện ở Việt Nam từ năm 1905.
 Đặc điểm
Lục bình là loài cỏ thủy sinh, thân ngắn có chùm lông ở giữa, với dạng lá hình
tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt. Lá cuống vào nhau như những cánh hoa, gân
hình cung, mịn, đa sắc. Cuống lá rất xốp thường phù to tạo thành phao, hình lọ lục
bình ngắn và to ở cây non, hay kéo dài đến 30 cm ở cây già. Rễ lục bình trông như
lông vũ sắc đen buông rủ xuống nước, dài đến 1m. Hoa lục bình màu xanh nhạt

hoặc xanh tím tạo thành chùm đứng, đài và tràng hoa cùng đính ở gốc, cánh hoa
trên có đốm vàng, 3 tâm bì nhưng chỉ có 1 tâm bì thụ, 6 tiểu nhị với 3 dài và 3 ngắn.
Trái lục bình là nang có 3 buồng, bì mỏng nhiều hột. Thường mọc nổi trên mặt
nước hay bám vào đất bùn của các vùng nước ngọt có nhiệt độ từ 10
0
C – 40
0
C,
nhưng sinh trưởng mạnh nhất ở nhiệt độ 20
0
C - 30
0
C. Lục bình sinh sản rất mạnh, 1
cây mẹ có thể đẻ con, tăng số gấp đôi sau mỗi 2 tuần. Ở Việt Nam lục bình thường

Hình 1.2 Bèo lục bình
14


phát triển rất mạnh ở các ao hồ, ven sông, sống thành quần thể sát bờ sông hoặc
kênh rạch.
 Sử dụng
Ở dạng tự nhiên, loại lục bình này có tác dụng hấp thụ những kim loại nặng
(như chì, thủy ngân và strontium) và vì thế có thể dùng để xử lý ô nhiễm môi
trường.
Ngoài ra, còn dùng làm thức ăn cho gia súc, nguyên liệu để ủ nấm rơm, làm
phân chuồng. Trong y học cổ truyền, lá lục bình đem giả với muối rồi đem đắp lên
ung nhọt sẽ làm giảm sưng.
1.1.7.2 Bèo tai tượng [11]
 Tên

- Tên tiếng việt: Bèo tai tượng, bèo cái, bèo ván
- Tên khoa học: Pistia stratiotes L.
- Giới: Plantae
- Ngành: Magnoliophyta
- Lớp: Liliopsida
- Bộ: Alismatales
- Họ: Araceae
- Chi: Pistia
 Nguồn gốc
Nguồn gốc ở châu Mỹ nhiệt đới. Hiện nay nó có mặt gần như tại mọi vùng
nước ngọt của khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới thông qua phổ biến tự nhiên
hay nhờ con người. Ở Việt Nam, bèo tai tượng phân bố ở hầu khắp các nơi.
 Đặc điểm
Cây thảo thuỷ sinh nổi. Thân đâm chồi, mang các nhánh ngắn, có lá mọc
chụm lại. Lá đơn, mọc từ gốc, dạng trái xoan tròn ở đầu, thuôn dài ở gốc, nổi rõ
gân, màu xanh, phủ lớp lông như nhung ngứa và không thấm nước. Buồng hoa nhỏ
độ 1cm, màu lục nhạt. Mỗi buồng chỉ mang 2 hoa trần: hoa đực ở phần trên với 2

Hình 1.3 Bèo tai tƣợng