Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc nước ngầm trồng cây tại huyện yên phong, tỉnh bắc ninh

91

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------

------------

LÊ THÙY DƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY
TẠI HUYỆN YÊN PHONG - TỈNH BẮC NINH

Chuyên ngành : Khoa học Môi trường
Mã Số
: 60.44.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. DƯ NGỌC THÀNH

Thái Nguyên - 2012


92

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------

------------

LÊ THÙY DƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY
TẠI HUYỆN YÊN PHONG - TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2012


76
i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và thông tin trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày....... tháng....... năm 2012
Người thực hiện luận văn

Lê Thùy Dương


77ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi
đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân.
Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Khoa Sau
Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Dư Ngọc Thành - người đã tận tình
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Lãnh đạo Phòng Tài nguyên và Môi trường; Lãnh đạo phòng Thống kê;
Lãnh đạo Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Lãnh đạo phòng Kinh
tế và Hạ tầng, Chi cục bảo vệ thực vật, Lãnh đạo các xã, thị trấn trên địa bàn
huyện Yên Phong; Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh.
Lãnh đạo UBND huyện Yên Phong và tập thể đồng nghiệp là cơ quan
chủ quản của tôi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về thời gian, tinh thần,
vật chất để học tập và nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và
giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin
cảm ơn tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K18 đã cùng chia sẻ với tôi
trong suốt quá trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi
trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này.
Bà con nông dân, các doanh nghiệp đóng trên địa bàn huyện Yên
Phong đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn
thành Luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu
của các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi.
Tác giả luận văn

Lê Thùy Dương

78
iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................ii
MỤC LỤC...............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT .....................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH .....................................................................................viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................3
4.1. Ý nghĩa khoa học ..............................................................................................3
4.2. Ý nghĩa thực tiễn ...............................................................................................3
5. Giới hạn đề tài ......................................................................................................3
6. Tính mới của đề tài...............................................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU........................................4
1.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi .....................................................................4
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi .......................................................4
1.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi .............................................4
1.1.3. Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi .................................................5
1.2. Một số giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi .......................................................7
1.3. Tổng quan về bãi lọc ngầm, bãi lọc trồng cây .................................................10
1.3.1. Khái niệm ......................................................................................................10
1.3.2. Các loại bãi lọc trồng cây và cấu tạo của chúng ...........................................11
1.3.3. Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây ....................................14
1.3.4. Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc ngầm.....................................................20

1.3.5. Sơ lược về một số loại cây trong bãi lọc.......................................................21
1.3.5.1. Cây Hoa Bóng Nước ..................................................................................21
1.3.5.2. Cây Mon Nước...........................................................................................21


79
iv

1.3.5.3. Cây Chuối Hoa...........................................................................................22
1.3.5.4. Cây Phát Lộc (cây Phát Tài) ......................................................................22
1.3.5.5. Cây Trúc Mây (Mật Cật)............................................................................23
1.3.5.6. Cây Thiết Mộc Lan ....................................................................................23
1.3.5.7. Cây Thủy Trúc ...........................................................................................24
1.3.5.8. Cây Xương Bồ ...........................................................................................24
1.3.6. Sơ lược về vật liệu lọc trong bãi lọc ngầm trồng cây ...................................25
1.3.6.1. Cát sỏi.........................................................................................................25
1.3.6.2. Đá ...............................................................................................................25
1.3.6.3. Mùn ............................................................................................................25
1.3.6.4. Đất sét.........................................................................................................25
1.4. Một số nghiên cứu về bãi lọc trồng cây ở thế giới và Việt Nam .....................26
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................32
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................32
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu....................................................................32
2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................32
2.4. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................33
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ...........................................................33
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu .......................................................33
2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm và xây dựng mô hình...................................33
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu.............................................................................39
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................40

3.1. Một vài đặc điểm của điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu.......................40
3.2. Thực trạng xử lý nước thải hiện nay tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh.....41
3.3. Độ dẫn thủy lực và khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc..43
3.3.1. Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc ............................................43
3.3.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các công thức............45
3.3.2.1. Hiệu suất xử lý BOD5................................................................................45
3.3.2.3. Hiệu suất xử lý đạm tổng số.......................................................................48
3.3.2.4. Hiệu suất xử lý Lân tổng số .......................................................................49


v80
3.3.2.5. Hiệu suất xử lý TDS...................................................................................51
3.3.2.6. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức .......52
3.4. Ngưỡng chịu tải lượng BOD của các loại cây tham gia thí nghiệm ................54
3.4.1. Xác định lượng nước và nồng độ BOD của các ngưỡng thử........................54
3.4.2. Khả năng tăng trưởng chiều cao và ra lá của các cây trồng trong thí nghiệm ......55
3.4.4. Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng tham gia thí nghiệm ..................58
3.5.1. Khả năng xử lý (T-N) của các thức cây trồng...............................................60
3.5.2. Khả năng xử lý (T-P) của các công thức cây trồng.......................................62
3.5.3. Khả năng xử lý BOD5 của các công thức cây trồng.....................................64
3.5.4. Khả năng xử lý TSS ở các công thức cây trồng............................................66
3.5.5. Khả năng xử lý COD ở các công thức cây trồng ..........................................67
3.5.6. Khả năng cung cấp oxy (DO) ở vùng rễ của các công thức cây trồng .........68
3.6. Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây......70
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................................72
1. Kết luận ...............................................................................................................72
2. Đề nghị ................................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................74
Tiếng Việt................................................................................................................74
Tiếng Anh................................................................................................................74

81
vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV

Coefficient of variation

Hệ số biến động

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

LSD

Least significant difference

Sai khác nhỏ nhất

QCVN

Qui chuẩn Việt Nam

TSS

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

T-N

Tổng đạm

T-P

Tổng lân


vii

82

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải sau Biogas ..............7
Bảng 2.1. Các vật liệu lọc được sử dụng ........................................................................34
Bảng 2.2. Các công thức vật liệu lọc để xác định độ dẫn thuỷ lực .............................34
Bảng 2.3. Bảng kết hợp vật liệu lọc của các công thức ................................................35
Bảng 2.4. Các loại cây được sử dụng trong thí nghiệm................................................36
Bảng 2.5. Công thức (CT) cây trong thí nghiệm ...........................................................38
Bảng 3.1. Thời tiết vùng nghiên cứu...............................................................................41
Bảng 3.2. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hoá học của nước thải chăn nuôi
sau công trình khí sinh học Biogas.............................................................42
Bảng 3.3. Kết quả xác định độ dẫn thủy lực của các vật liệu lọc ................................44
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức ...................................................45
Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý COD của các công thức......................................................46
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý Đạm tổng số của các công thức ..........................................48
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý Lân tổng số của các công thức vật liệu lọc ......................49
Bảng 3.8. Hiệu suất xử lý TDS của các công thức vật liệu lọc(vẽ đồ thị) .................51
Bảng 3.9. Kết quả xác định màu sắc, mùi vị sau xử lý của các công thức ...............52
Bảng 3.10. Kết quả xác định EC và pH sau xử lý của các công thức........................53
Bảng 3.11. Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần ...............................55
Bảng 3.12. Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi ....................55
Bảng 3.13. Số rễ và chiều dài rễ sau thời gian theo dõi thí nghiệm ............................57
Bảng 3.14. Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng ...................................................59
Bảng 3.15. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây ở các nồng độ BOD5
thử nghiệm.....................................................................................................60
Bảng 3.16. Hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức ...............................61
Bảng 3.17. Hiệu suất xử lý Lân tổng số ở các công thức cây trồng............................63
Bảng 3.18. Hiệu suất xử lý BOD5 ở các công thức cây trồng ....................................64
Bảng 3.19. Hiệu suất xử lý TSS ở các công thức cây trồng .......................................66

Bảng 3.20. Hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng ......................................67
Bảng 3.21. Hàm lượng DO qua các lần đo ở các công thức cây trồng .......................69


83
viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt...............................................................12
Hình 1.2. Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm............................................................13
Hình 1.3. Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang .................................13
Hình 1.4. Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm................................................14
theo chiều đứng (vẽ lại theo Cooper, 1996)..............................................................14
Hình 1.5. Đường đi của BOD/Cacbon bãi lọc ..........................................................15
Hình 1.6. Đường đi của các hạt rắn trong bãi lọc .....................................................16
Hình 1.7. Đường đi của Nitơ trong bãi lọc ...............................................................17
Hình 1.8. Đường đi của phốt pho trong bãi lọc ........................................................18
Hình 1.9. Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong bãi lọc ...................................................20
Hình 3.1: Đồ thị hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức .......................................45
Hình 3.2. Hiệu suất xử lý COD của các công thức ...................................................47
Hình 3.3. Đồ thị hiệu suất xử lý Đạm tổng số của các công thức.............................48
Hình 3.4. Đồ thị hiệu suất xử lý Lân tổng số của các công thức vật liệu lọc ............50
Hình 3.5. Đồ thị hiệu suất xử lý TDS của các công thức vật liệu lọc ......................51
Hình 3.6. Biểu đồ Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi .......56
Hình 3.7. Biểu đồ số rễ và chiều dài rễ sau thời gian theo dõi thí nghiệm ...............57
Hình 3.8. Đồ thị hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức......................61
Hình 3.9. Đồ thị hiệu suất xử lý Lân tổng số ở các công thức cây trồng..................63
Hình 3.10. Đồ thị hiệu suất xử lý BOD5 ở các công thức cây trồng.........................65
Hình 3.11. Đồ thị hiệu suất xử lý TSS ở các công thức cây trồng............................66
Hình 3.12. Đồ thị hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng ...........................68

Hình 3.13. Đồ thị hàm lượng DO qua các lần đo ở các công thức cây trồng ...........69
Hình 3.14. Đồ thị hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình ........................70


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chăn nuôi là một lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp, nó không những
đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội
mà còn là nguồn thu nhập của hàng triệu người dân hiện nay. Chăn nuôi lợn không
chỉ cung cấp phần lớn thịt mà còn là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho cây trồng, tận
dụng thức ăn và thu hút lao động dư thừa trong nông nghiệp. Trong những năm gần
đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện và nâng cao, nhu cầu tiêu
thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt lợn ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng đã
thúc đẩy ngành chăn nuôi lợn bước sang bước phát triển mới.
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, đến năm 2011 cả nước có gần 28.000
trang trại với số lượng gia súc, gia cầm ở các trang trại có thể dao động trong khoảng
từ hàng trăm đến hàng nghìn con. Hình thức chăn nuôi theo mô hình này ngày càng
được phát triển rộng rãi và nhận được sự quan tâm của nhà nước cũng như chính
quyền địa phương. Đây cũng là định hướng chiến lược phát triển đến năm 2020
khuyến khích phát triển chăn nuôi theo hình thức trang trại, công nghiệp [11].
Tuy nhiên việc phát triển các trang trại chăn nuôi với quy mô ngày càng tăng
kéo theo những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, trong đó phân và nước thải
từ các trang trại chính là nguồn gây ô nhiễm lớn, ảnh hưởng tới sức khỏe của người
và vật nuôi nếu như không có biện pháp xử lý. Chất thải từ chăn nuôi do không được
xử lý hay xử lý không triệt để đã làm ô nhiễm môi trường không khí, đất và nguồn
nước. Từ nguồn ô nhiễm này đã ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người như gây lên
các bệnh về đường hô hấp và đường tiêu hoá, bệnh ngứa da, ngứa mắt, viêm gan, ảnh
hưởng đến sức khoẻ, đời sống của nhân dân. Không chỉ làm ô nhiễm môi trường

xung quanh, chất thải của vật nuôi không được xử lý còn đe dọa sự phát triển bền
vững và ổn định của chính những trang trại này. Ở các nước có nền chăn nuôi công
nghiệp phát triển mạnh như Hà Lan, Anh, Mỹ, Hàn Quốc thì đây là một trong những
nguồn gây ô nhiễm lớn nhất. Ở Việt Nam, khía cạnh môi trường của ngành chăn nuôi
chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi tốc độ phát triển chăn nuôi ngày càng
tăng, lượng chất thải do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng nhiều. Theo báo


2

cáo tổng kết của Viện chăn nuôi [15], 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 H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần;
Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần.
Đến nay phần lớn trang trại chăn nuôi lợn đã có hệ thống xử lý nước thải đơn
giản (hầm biogas) nhưng hầu hết đều không đạt tiêu chuẩn thải. Tùy thuộc vào loại
hình chăn nuôi mà số lượng và đặc tính các chất thải có khác nhau, loại hình trang
trại gây ô nhiễm lớn nhất được đánh giá là các trang trại chăn nuôi lợn do sử dụng
nước thường xuyên để vệ sinh chuồng trại, trung bình là từ 8 - 10 m3/ngày/trang trại
2000 con. Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, giàu nitơ (COD = 600 -1700
mg/l, BOD5 = 500-1500 mg/l) và có chứa lượng vi khuẩn gây bệnh lớn như E.coli
từ 4.103 - 5.105 MPN/100ml. Bên cạnh đó, lượng chất thải rắn phát sinh trong chăn
nuôi cũng rất lớn, trung bình từ 5-18 tấn/năm tùy thuộc vào từng loại hình chăn
nuôi, chủ yếu là phân vật nuôi và chất độn. Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải
hậu biogas chi phí thấp phù hợp với điều kiện nông thôn là rất cần thiết. Đó chính là
lý do chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi
bằng bãi lọc ngầm trồng cây tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh”. Nhằm đảm bảo
nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn nước thải Việt Nam, góp phần giảm thiểu ô nhiễm
môi trường xung quanh.
2. Mục đích nghiên cứu

Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng
cũng như vận hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm
thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định độ dẫn thủy lực và khả năng xử lý nước thải của một số loại vật
liệu lọc sử dụng trong bãi lọc ngầm.
- Xác định ngưỡng nồng độ thích hợp của các cây trồng trong bãi lọc ngầm.
- Xác định khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng tham gia thí
nghiệm trong mô hình.
- Thành phần nước thải chăn nuôi sau xử lý đạt QCVN về nước thải công nghiệp.


3

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý của bãi lọc ngầm trồng
cây dòng chảy thẳng đứng đối với môi trường nước thải chăn nuôi.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ ngành chăn
nuôi, giúp ngành chăn nuôi ngày càng phát triển hơn.
Đây là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân
thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần
làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường của địa phương. Sinh
khối thực vật, nước thải sau xử lý từ bãi lọc ngầm trồng cây còn có giá trị kinh tế.
5. Giới hạn đề tài
- Thực hiện trên mô hình bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy thẳng đứng.
- Chỉ kiểm tra các thông số BOD, COD, tổng N, tổng P và TSS, DO, TDS, EC, PH.
- Thực vật sử dụng là Thủy Trúc, Xương Bồ, Chuối Hoa, Bóng Nước, Trúc
Mây, Phát Lộc, Thiết Mộc Lan, Mon Nước.

- Vật liệu sử dụng trong bãi lọc là những vật liệu có sẵn trong tự nhiên, dễ
tìm có khả năng lọc, lắng cặn như cát, sỏi, đá.
- Đề tài nghiên cứu chỉ mới thực hiện trong phạm vi mô hình, chưa thực hiện
ra ngoài môi trường.
6. Tính mới của đề tài
Việc sử dụng bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý nước thải, loại bỏ chất ô nhiễm đã
được áp dụng ở một số nước trên thế giới như Đan Mạch, Thụy Điển, Na Uy. Tại Việt
Nam đã có một số nghiên cứu trong phòng về bãi lọc ngầm trồng cây và đã có một số kết
quả. Tuy nhiên trong điều kiện thực tế ở Bắc Ninh chưa có đề tài nào nghiên cứu về vấn đề
này và việc sử dụng cây trồng bản địa trong bãi lọc ngầm cũng chưa được nghiên cứu.
Việc chúng tôi làm xây dựng mô hình bãi lọc ngầm có sử dụng các cây bản địa để xử lý
nước thải trong điều kiện tỉnh Bắc Ninh chính là tính mới của đề tài.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi
Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi
chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn. Ô nhiễm chất
thải rắn do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu
gom kịp thời. Các chất này là các chất dễ phân hủy sinh học: carbonhydrate,
protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi
trường. Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy ở các trang trại chăn
nuôi tập trung [6].
Theo tính toán thì lượng chất thải rắn mà các vật nuôi có thể thải ra
(kg/con/ngày) là: Bò 10, trâu 15, lợn 2, gia cầm 0,2, do vậy hàng năm, đàn vật
nuôi Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn (phân khô,

thức ăn thừa) và 25-30 triệu khối chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu và nước
rửa chuồng trại). Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn),
80% chất thải lỏng (20-24 triệu m3) xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng
không qua xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ước tính một tấn
phân chuồng tươi với cách quản lý, sử dụng như hiện nay sẽ phát thải vào
không khí khoảng 0,24 tấn CO2 quy đổi thì với tổng khối chất thải nêu trên sẽ
phát thải vào không khí 17,52 triệu tấn CO2. Các nhà nghiên cứu đã ước tính
được rằng chăn nuôi gây ra 18% khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ
trái đất tăng lên (biến đổi khí hậu toàn cầu), lớn hơn cả phần do giao thông vận
tải gây ra [8].
1.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi
- Nước thải chăn nuôi là một trong những loại chất thải rất đặc trưng, có khả
năng gây ô nhiễm môi trường rất cao, đặc biệt là COD, BOD, hàm lượng chất hữu cơ,
cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh. Nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải
ra ngoài môi trường. Việc lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn
nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải [2], bao gồm:


5

- Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm
70-80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của
chúng có trong phân, thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất vô
cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-[2]…
- N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên
khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.
Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa lượng N và P rất cao. Hàm lượng Ntổng trong nước thải chăn nuôi là 571- 1026mg/L, phốt pho từ 39- 94 mg/L [2].
- Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn như
Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona. Trứng giun sán trong nước thải với những
loại điển hình là Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski, có thể gây

bệnh cho người và gia súc [2].
1.1.3. Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi
Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi 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. Một kết quả kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong chuồng nuôi gia súc
cho thấy, tổng số vi khuẩn trong không khí ở chuồng nuôi cao gấp 30 - 40 lần so với
không khí bên ngoài.
Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi 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 phòng 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. Vì vậy,
WHO khuyến cáo phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường
chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường sức
khỏe các đàn giống. Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường do vi sinh vật
(các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh các loại
dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1...
* Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm môi trường không khí trong chăn nuôi chủ yếu là do các khí như
NH3, H2S…Ammoniac (NH3) có trong khí, trước hết là từ sự phân hủy và bốc hơi


6

của các chất thải vật nuôi. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp (chăn nuôi, sử dụng
phân bón) đã được xác định là các nguồn lớn thải khí NH3 ra môi trường. Số lượng
của đàn vật nuôi đã và đang tăng đáng kể, cũng tương tự là sự phát thải của NH3 từ
phân bón nitơ [22]. Sự gia tăng mạnh nhất gây ra bởi nhóm vật nuôi lợn và gia cầm.
Trong các hoạt động chăn nuôi, sự thải NH3 vào môi trường trước hết là từ chuồng
trại, nuôi vỗ béo mở (hở), chế biến và dự trữ phân, sử dụng phân bón trên đất...
Nitơ được thải ra ở dạng ure (động vật có vú) hoặc axit uric (chim) và NH3,

nitrogen hữu cơ trong phân và nước tiểu của vật nuôi. Để biến ure hoặc axit uric thành
NH3 cần có enzyme urease. Sự biến đổi này xảy ra rất nhanh, thường là trong ít ngày.
Biến đổi các dạng phức hợp nitrogen hữu cơ trong phân xảy ra chậm hơn (hàng tháng
hoặc hàng năm). Trong cả 2 trường hợp, nitrogen được biến đổi thành ammonium
(NH4+) trong điều kiện pH axit hoặc trung tính hoặc thành ammoniac (NH3) trong điều
kiện pH cao hơn.
NH3 thải ra ảnh hưởng lớn tới chất lượng không khí quốc gia, khu vực và toàn
cầu. Sự tích lũy NH3 trong không khí có thể gây ra sự phì nhiêu nước mặt, do vậy
làm cho tảo độc hại tăng trưởng nhanh và sẽ làm giảm nhiều loài thủy sinh, trong đó
có các đối tượng kinh tế. Các loài cây trồng nhạy cảm như cà chua, dưa chuột và các
loại hoa quả khi được trồng gần khu vực có NH3 thải ra lớn sẽ bị hư hại do NH3 lắng
đọng tăng [24]. Sự lắng đọng NH3 trong đất với khả năng đệm thấp có thể gây nên
axit hóa đất hoặc rút hết các cation cơ bản. Điều đáng quan tâm đặc biệt là NH3 trong
không khí chuồng nuôi do thường xuyên được tích tụ trong chuồng kém thông
thoáng, tăng mức NH3 sẽ ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe và năng suất vật nuôi.
Đồng thời NH3 có thể tác động xấu lên sức khỏe con người, dù chỉ ở mức thấp cũng
có thể gây sưng phổi, sưng mắt, ảnh hưởng tới hô hấp và tim mạch.
* Ô nhiễm môi trường đất
Nếu trong đất chứa một lượng lớn nito, photpho sẽ gây hiện tượng phú
dưỡng hóa hay lượng nito thừa sẽ được chuyển hóa thành nitrat làm cho nồng độ
nitorat trong đất tăng cao, sẽ gây độc cho hệ vi sinh vật đất cũng như cây trồng,
đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật ưa nito, photpho phát triển, hạn chế
chủng vi sinh vật khác, gây mất cân bằng hệ sinh thái đất.


7

Bên cạnh đó trong phân tươi gia súc chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, chúng có
thể tồn tại và phát triển trong đất sẽ phát tán đi khắp nơi gây nguy cơ nhiễm bệnh cho
người và động vật nuôi. Photpho trong môi trường đất có khả năng kết hợp với các

nguyên tố Cu, Al…tạo thành các chất phức tạp, khó phân hủy, làm cho đất cằn cỗi, ảnh
hưởng tới sự phát triển của thực vật. Chất thải chăn nuôi thải trực tiếp ra đất các chất
hữu cơ, kim loại.. theo mưa, nước chảy tràn thấm qua đất vào nước ngầm gây ô nhiễm
nước ngầm.
* Ô nhiễm nguồn nước
Nước thải chăn nuôi khi chưa được xử lý hay đã qua xử lý nhưng vẫn chưa
đạt yêu cấu thường được thải ra các ao, hồ, sông , suối sẽ là một nguồn gây ô nhiễm
hết sức nghiêm trọng.Bên cạnh đó quá trình vệ sinh rửa chuồng trại cũng thải ra môi
trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm nguồn nước và suy giảm nguồn tài
nguyên nước.
Bảng 1.1. Bảng kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải sau Biogas
STT
1
2
3
4
5
6

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Kết quả

QCVN 40:2011

pH
6,7
5,5-9

BOD5
Mg/l
554
50
COD
Mg/l
869
150
TSS
ppm
242,5
100
NO3 - N
Mg/l
1,74
0,5
NH4 - N
Mg/l
195,4
10
(Nguồn: Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Bắc Ninh, 2012) [9].
Kết quả của bảng 1.1 cho thấy ngoài chỉ tiêu pH nằm trong tiêu chuẩn cho

phép ra thì các chỉ tiêu còn lại đều vượt quá tiêu chuẩn rất nhiều lần.
1.2. Một số giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi
Việc xử lý nước thải chăn nuôi heo nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong
nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận. Việc lựa chọn
phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước.
- Lưu lượng nước thải.

- Các điều kiện của trại chăn nuôi.


8

- Hiệu quả xử lý.
Các phương pháp có thể áp dụng:
- Phương pháp cơ học
- Phương pháp hóa lý
- Phương pháp sinh học
- Phương pháp xử lý cơ học
Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu
gom, phân riêng. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ
lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích các công trình xử lý tiếp theo. Ngoài
ra có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải
chăn nuôi khá lớn khoảng vài ngàn mg/l và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi
sau đó đưa sang các công trình phía sau.
Sau khi tách nước thải được đưa ra các công trình phía sau còn phần chất rắn
được đem đi ủ làm phân bón.
* Phương pháp hóa lý:
Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có
kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng phương pháp cơ học thông
thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Ta có thể áp dụng phương
pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm,
phèn sắt, phèn bùn kết hợp với polyme trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ.
Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9
phương pháp keo tụ có thể tách được 80 - 90 % hàm lượng chất lơ lửng có trong
nước thải chăn nuôi heo.
Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn
nuôi tuy nhiên chi phí xử lý cao. Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn

nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế.
Ngoài ra tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng
lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên, tuy nhiên chi phí đầu tư,
vận hành cho phương pháp này cao cũng không hiệu quả về mặt kinh tế.


9

* Phương pháp xử lý sinh học:
Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân
hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất khoáng làm
nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo từng nhóm vi khuẩn mà sử dụng là
hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau và phụ thuộc vào
khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có thể sử dụng hồ sinh học hay các bể
nhân tạo để xử lý.
Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học:
- Xử lý theo phương pháp hiếu khí:
+ Bể aeroten thông thường
+ Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn
+ Bể aeroten mở rộng
+ Mương oxy hóa
+ Bể hoạt động gián đoạn (SBR)
+ Tháp lọc sinh học
+ Tháp lọc sinh học nhỏ giọt
+ Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
- Xử lý theo phương pháp kỵ khí:
+ Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước từ dưới lên (UASB)
+ Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc
+ Bể lọc kỵ khí
+ Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật

liệu lọc cố định.
* Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học:
- Hồ sinh học:
+ Hồ hiếu khí
+ Hồ làm thoáng tự nhiên
+ Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Hồ tùy nghi; Hồ kỵ khí; Hồ xử lý bổ sung
+ Cánh đồng tưới
+ Vùng đất ngập nước (bãi lọc ngầm trồng cây - Constructed wetland)


10

Theo ông Hoàng Kim Giao (Cục trưởng Cục chăn nuôi Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn): “Có 3 nhóm biện pháp cơ bản hạn chế ô nhiễm do chăn nuôi.
Thứ nhất cần quy hoạch lại, đưa chăn nuôi ra xa đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp
và nhất thiết phải thực hiện quy định chăn nuôi an toàn gắn với bảo vệ môi trường.
Thứ hai sử dụng kỹ thuật cho vào thức ăn và chất thải chăn nuôi các men, các chế
phẩm sinh học nhằm hạn chế khí độc hại và vi sinh vật có hại. Thứ 3 ứng dụng tiến
bộ kỹ thuật thân thiện với môi trường. Tùy điều kiện cụ thể từng nơi để lựa chọn một
trong 3 quy trình xử lý chất thải như: Bể lắng - hầm biogas - ao sinh học, hầm biogas
- ao sinh học và hầm biogas - thùng sục khí - ao sinh học; trong đó trọng tâm là chăn
nuôi theo mô hình VAC và sử dụng hầm biogas” [3].
* Ngoài ra còn một số các giải pháp khác như:
+ Ủ phân bằng phương pháp sinh học cùng với việc che phủ kín, chăn nuôi
trên nền đệm lót sinh thái.
+ Xử lý nước thải bằng cây thủy sinh: Sử dụng một số loài thực vật thủy sinh
như: Bèo Lục Bình, Cây Muỗi Nước,… Những loài cây này rất sẵn có ở các ao hồ do
vậy sử dụng nó để xử lý nước thải ở các khâu cuối của quá trình xử lý để có thể xử lý
triệt để các chất ô nhiễm hơn mà lại không tốn kém, thân thiện với môi trường.
Hai biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường được đánh giá có nhiều ưu điểm là

sử dụng công nghệ khí sinh học (biogas) và sử dụng chế phẩm sinh học EM. Việc
xây dựng các hầm biogas để xử lý chất thải từ chăn nuôi là một biện pháp mang lại
tác dụng lớn. Nguồn phân thải sau khi đưa vào bể chứa được phân hủy hết, giảm
mùi hôi, ruồi nhặng và tiêu diệt kí sinh trùng. Bên cạnh đó, sử dụng hầm biogas còn
có thể tái tạo được nguồn năng lượng sạch từ phế thải chăn nuôi, tạo ra khí CH4
phục vụ việc đun nấu, thắp sáng.
1.3. Tổng quan về bãi lọc ngầm, bãi lọc trồng cây
1.3.1. Khái niệm
Bãi lọc trồng cây là những vùng đất trong đó có mức nước cao hơn hoặc
ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của
đất và sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó [4].
Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh
thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước


11

tự nhiên mà vẫn có được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên. Các nghiên
cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự
nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý và chế độ thủy
lực được kiểm soát. Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc nhân tạo cũng được nâng
cao do thực vật và các thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể quản lý được
như mong muốn [1].
Bãi lọc ngầm trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải
pháp công nghệ mới, xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi
phí thấp và ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi. Ở Việt Nam, công nghệ trên
thực chất còn rất mới.
Bãi lọc trồng cây dùng để xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên. Với các
thông số làm việc khác nhau, bãi lọc trồng cây được sử dụng rộng rãi trong xử lý
nhiều loại nước thải. Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên, thường là nơi tiếp nhận

nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và chúng chỉ
làm nhiệm vụ xử lý bậc cao hơn, bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống
các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai.
1.3.2. Các loại bãi lọc trồng cây và cấu tạo của chúng
a- Bãi lọc trồng cây ngập nước hay Đất ngập nước dòng chảy bề mặt (surface
flow wetland)
Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay Đất ngập nước tự nhiên. Dưới đáy
bãi lọc là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa chống
thấm. Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát triển của thực
vật có thân nhô lên khỏi mặt nước. Dòng nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật
liệu lọc. Hình dạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm,
thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ
thuỷ kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow) [7].


12

Hình 1.1. Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt
b. bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây hay Đất
ngập nước dòng chảy dưới bề mặt (subsurface flow wetland)
Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên gọi
khác nhau như lọc ngầm trồng cây (Vegetated submerged bed - VBS), hệ thống xử
lý với vùng rễ (Root zone system), bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy (Rock reed
filter) hay bể lọc vi sinh và vật liệu (Microbial rock filter). Cấu tạo của bãi lọc ngầm
trồng cây về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập
nước nhưng nước thải chảy ngầm trong phần lọc của bãi lọc. Lớp lọc, nơi thực vật
phát triển trên đó, thường gồm có đất, cát, sỏi, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ
trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới
lên, từ trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang. Dòng chảy phổ biến
nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang. Hầu hết các hệ thống được thiết kế với độ

dốc 1% hoặc hơn [7].
Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt
của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. Vùng ngập nước
thường thiếu oxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy đáng kể
tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một vùng hiếu
khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí.
Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và
rắn lơ lửng tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện
thiếu oxy, kị khí trong các bãi lọc không cho phép nitrat hoá amoni nên khả năng xử
lý nitơ bị hạn chế. Xử lý phốtpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng
(sỏi, đá dăm) có khả năng hấp phụ kém [7].


13

Hình 1.2. Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm
- Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang hay dòng
chảy thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống.
* Các hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface
flow - HSF): Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào
và chảy chậm qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới
khi nó tới được nơi dòng chảy ra. Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc
với một mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các đới hiếu
khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua
đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình
hóa sinh. Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống HSF là cây sậy [7].

Hình 1.3. Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang
(vẽ lại theo Vymazal, 1997)

14

* Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF):
Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt. Nước sẽ chảy
xuống dưới theo chiều thẳng đứng. Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa
ra ngoài. Các hệ thống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước
thải đã qua xử lý lần 1. Thực nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như
bể lắng, bể tự hoại. Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai
đoạn của xử lý sinh học [7].
Tuy nhiên, trên thực tế mô hình ĐNN nhân tạo được xây dựng theo hai hệ
thống: Bãi lọc trồng cây ngập nước (FWS); Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay
Bãi lọc ngầm trồng cây, với dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng (SSF).
Cách thức phân chia các hệ thống khác nhau nhưng chúng hoạt động theo cùng một
cơ chế.

Hình 1.4. Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm
theo chiều đứng (vẽ lại theo Cooper, 1996)
1.3.3. Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây
Để thiết kế, xây dựng, vận hành bãi lọc trồng cây chính xác, đạt hiệu quả
cao, việc nắm rõ cơ chế xử lý nước thải của bãi lọc là hết sức cần thiết. Các cơ chế
đó bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hoá học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp
thụ của thực vật. Các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ nhờ nhiều cơ chế đồng thời
trong bãi lọc.


15

a. Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
Trong các bãi lọc, phân huỷ sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ

các chất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh học (BOD)
có trong nước thải. BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá
trình lắng. Cả bãi lọc ngầm trồng cây và bãi lọc trồng cây ngập nước về cơ bản hoạt
động như bể lọc sinh học. Tuy nhiên, đối với bãi lọc trồng cây ngập nước, vai trò
của các vi sinh vật lơ lửng dọc theo chiều sâu cột nước của bãi lọc đối với việc loại
bỏ BOD cũng rất quan trọng. Cơ chế loại bỏ BOD trong các màng vi sinh vật bao
bọc xung quanh lớp vật liệu lọc tương tự như trong bể lọc sinh học nhỏ giọt. Phân
hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hoà tan được mang vào lớp màng vi sinh
bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc
xung quanh, nhờ quá trình khuếch tán. Vai trò của thực vật trong bãi lọc là:
+ Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân
hủy sinh học (hiếu khí) cư trú.
+ Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học
hiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ.

Hình 1.5. Đường đi của BOD/Cacbon bãi lọc
b. Loại bỏ chất rắn
- Các chất lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì hệ thống bãi
lọc trồng cây có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, chất keo có thể