Nghiên cứu ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
---------------------------

VŨ THỊ NGUYỆT
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THỰC VẬT THỦY SINH
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số

: 62 52 03 20

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2017


Công trình được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Trần Văn Tựa - Viện Công nghệ môi trường
2. GS.TS. Đặng Đình Kim - Viện Công nghệ môi trường

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ …’,
ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


1
GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1.Tính cấp thiết của đề tài:
Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của đất nước, bộ
mặt nông thôn cũng có nhiều đổi mới. Hoạt động chăn nuôi đã và đang tạo
nguồn thu nhập chính cho nhiều hộ nông dân. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng
đàn vật nuôi thì tình trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi cũng đang
gia tăng. Theo ước tính, có khoảng 40 - 50% lượng chất thải chăn nuôi được xử
lý, số còn lại thải trực tiếp thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch.
Để giải quyết vấn đề trên có rất nhiều công nghệ xử lý chất thải chăn
nuôi như xử lý bằng phương pháp vật lý để tách chất thải rắn – lỏng, xử lý bằng
phương pháp sinh học kỵ khí, xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí,...Hiện
nay công nghệ biogas đã được sử dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, công nghệ
biogas cũng đã bộc lộ những nhược điểm, nước thải sau khi xử lý không đạt tiêu
chuẩn, chưa xử lý được nitơ và phôtpho... Vì vậy nước thải chăn nuôi lợn sau xử
lý biogas cần phải được xử lý tiếp trước khi thải ra môi trường.
Để xử lý bổ sung chất hữu cơ, nitơ và phôtpho trước khi thải vào nguồn
tiếp nhận, công nghệ sinh thái (CNST) sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) được

cho là có nhiều ưu điểm so với hệ thống xử lý nước thải thông thường. CNST
thân thiện với môi trường, chi phí thấp, dễ vận hành, đồng thời cũng đạt hiệu
quả xử lý cao và ổn định, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng
phương pháp này.
Việt Nam là quốc gia có triển vọng cho việc ứng dụng CNST sử dụng
TVTS trong xử lý ô nhiễm nước. Tuy nhiên, các nghiên cứu, ứng dụng công
nghệ này hiện nay còn ít được quan tâm và thiếu tính hệ thống, mới dừng lại ở
nghiên cứu thử nghiệm qui mô nhỏ, chưa có nghiên cứu về lựa chọn công nghệ
và xây dựng mô hình triển khai vào thực tiễn đủ độ tin cậy để đưa công nghệ
vào thực tế. Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử
lý nước thải chăn nuôi lợn” được thực hiện nhằm góp phần tìm kiếm phương
pháp xử lý nước thải chăn nuôi hiệu quả, phù hợp với điều kiện của Việt Nam
và giảm thiểu ô nhiễm môi trường xung quanh một cách hiệu quả. Đây là con
đường đi khả thi trong phát triển chăn nuôi bền vững gắn với bảo vệ môi trường
và nâng cao chất lượng sống của người dân.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng được CNST sử dụng TVTS để xử lý nước thải chăn nuôi lợn
sau công đoạn xử lý vi sinh, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Công nghệ
có tính khả thi khi ứng dụng vào thực tiễn.


2
3. Nội dung nghiên cứu:
Nội dung 1: Tổng quan về hiện trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn và
công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn; tổng quan về CNST sử dụng TVTS
sinh trong xử lý nước thải nói chung bao gồm nước thải chăn nuôi lợn.
Nội dung 2: Đánh giá khả năng chống chịu (COD, NH4+, NO3-, pH) và
xử lý COD, nitơ, phôtpho trong nước thải chăn nuôi lợn sau công đoạn xử lý vi
sinh vật qui mô phòng thí nghiệm của một số TVTS tuyển chọn.
Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau công

đọan xử lý vi sinh vật của các loại hình công nghệ sử dụng TVTS với lưu lượng
nước thải khác nhau.
Nội dung 4: Xây dựng và đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình sinh thái
sử dụng TVTS để giảm thiểu nitơ (N), photpho (P) và chất hữu cơ từ nước thải
chăn nuôi lợn trang trại sau công đoạn xử lý vi sinh quy mô pilot.
4. Những đóng góp mới của luận án
- Lựa chọn được các loài TVTS thích hợp cho xử lý nước thải chăn nuôi
lợn sau công nghệ vi sinh vật trên cơ sở loại bỏ COD, N, P hiệu quả cao.
- Lựa chọn được loại hình CNST sử dụng TVTS phù hợp ứng dụng trong
xử lý nước thải chăn nuôi lợn.
- Tích hợp CNST đã lựa chọn vào hệ thống xử lý quy mô 30 m 3/ngày
đêm, xử lý bổ sung COD, N và P trong nước thải chăn nuôi lợn một cách có
hiệu quả với chí phí thấp, vận hành đơn giản, có khả năng nhân rộng và thích
ứng trong điều kiện chăn nuôi trang trại tại Việt Nam.
5. Cấu trúc luận án:
Luận án được trình bày trong 131 trang với 25 bảng biểu, 54 hình, 166 tài
liệu tham khảo. Luận án gồm: Mở đầu 3 trang, tổng quan tài liệu 41 trang, thực
nghiệm và phương pháp nghiên cứu 11 trang, kết quả nghiên cứu và thảo luận 74
trang, kết luận và kiến nghị 2 trang.
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Chương 1. Tổng quan tài liệu

1.1. Vài nét về tình hình chăn nuôi lợn trang trại
Chăn nuôi trang trại là định hướng phát triển của ngành chăn nuôi. Theo
thống kê năm 2016, cả nước có 29 triệu lợn, trong đó vùng đồng bằng Sông
Hồng có số lượng lợn lớn nhất là 7,4 triệu lợn (26 %), theo thơi gian mỗi năm
đàn lợn lại tăng lên. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng đàn vật nuôi thì tình trạng ô
nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi cũng đang gia tăng.

3
1.2. Kết quả khảo sát ô nhiễm chất thải do chăn nuôi lợn trang trại và công
nghệ xử lý
1.2.1. Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi lợn gây ra
Tổng số 20 trang trại chăn nuôi lợn đã được khảo sát tại 05 địa phương là
Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Thái Bình và Hòa Bình. Lượng nước tiêu thụ có
sự biến động lớn, dao động từ 15 đến 60 lít/đầu lợn/ngày đêm, lượng nước thải
ra một năm là con số đáng kể.
Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi lợn: Trước
biogas lượng COD, TN, TP trong nước thải rất cao với các số liệu tương ứng là
3587 mg/l, 343 mg/l và 92 mg/l. Sau khi được xử lý kỵ khí bằng hầm biogas các
thông số trên giảm còn 800 mg/l, 307 mg/l và 62 mg/l. Lượng ôxy hòa tan trong
nước thải trước biogas hầu như không có, sau xử lý biogas cũng không đáng kể,
lượng coliform trong nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Như vậy ô
nhiễm nước thải từ chăn nuôi lợn trang trại là một thực tế gây bức xúc trong xã
hội.
1.2.2. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn
Hiện có 4 loại hình công nghệ điển hình được các trang trại áp dụng để
xử lý nước thải chăn nuôi.
1 - Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng hồ kị khí có phủ bạt sau đó qua
ao sinh thái rồi thải ra môi trường (8,3%).
2 - Nước thải chăn nuôi được xử lý qua hầm biogas, sau đó được thải ra
kênh mương (50%).
3 - Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng hầm biogas, sau đó xử lý tiếp
bằng ao/hồ sinh học (25%).
4 - Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử
lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật
thủy sinh rồi thải ra ngoài (8,3%).
Còn lại 8,3% trang trại không xử lý gì mà thải trực tiếp ra kênh mương
làm ô nhiễm môi trường xung quanh một cách nghiêm trọng.

1.3. Công nghệ sinh thái trong xử lý nước thải chăn nuôi
- Các loại TVTS trong vùng đất ngập nước có thể được phân ra làm 3
nhóm chính sau: TVTS nửa ngập nước, TVTS có lá nổi và TVTS sống chìm
dưới mặt nước.
- Các loại hình công nghệ sử dụng TVTS trong xử lý nước thải: Công
nghệ dòng chảy bề mặt, công nghệ dòng chảy ngầm, hệ thống TVTS nổi.
- Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm: Nitơ được loại bỏ theo 3 cơ chế, nitrat
hóa/khử nitrat, bay hơi amoniac và cây hấp thu. Với P, việc loại bỏ bao gồm:


4
Cây hấp thu, vi khuẩn đồng hóa, đất hấp phụ, kết tủa và lắng cùng các ion Ca,
Mg...Việc làm sạch nước bắt đầu bằng vi sinh vật (VSV) tạo thành lớp màng
sinh học (biofilms) trên bề mặt của thân, rễ TVTS. VSV phân giải các chất hữu
cơ trong nước và làm trong nước, sau đó TVTS hấp thu chất dinh dưỡng như N
và P.
1.4. Ứng dụng TVTS trong xử lý nước thải và nước thải chăn nuôi lợn
- Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Nghiên cứu ứng dụng các loại hình
CNST với TVTS trong xử lý nước thải chăn nuôi trên thế giới từ rất sớm, phát
triển rất thành công, các nghiên cứu sâu và rộng, không chỉ dừng lại ở nghiên
cứu thử nghiệm quy mô nhỏ mà có nhiều nghiên cứu về lựa chọn công nghệ và
xây dựng mô hình triển khai vào thực tế quy mô lớn (tư 200 m2 đến 15ha). Các
loại hình công nghệ phổ biến là công nghệ dòng chảy bề mặt và công nghệ dòng
chảy ngầm. Ở châu Âu phổ biến là kết hợp giữa dòng chảy mặt và chảy ngầm.
Các loại TVTS được sử dụng phổ biên là: Sậy, Lau, cỏ Vetiver, Thủy trúc, Bèo
Tây, cỏ Nến, cây Cói. Hệ thống xử lý này thân thiện với môi trường, chi phí
thấp, dễ vận hành, hiệu quả xử lý cao, ổn định (hiệu quả xử lý COD: 30 –
68,1%, TN: 20 - 98%, TP: 13 – 95%).
- Tình hình nghiên cứu trong nước: Nghiên cứu ứng dụng các loại hình CNST
với TVTS trong xử lý nước thải chăn nuôi ở Việt Nam còn rất ít ỏi, mới dừng lại

ở nghiên cứu thử nghiệm qui mô nhỏ từ vài chục lít đến dưới 1 m 3. Thời gian
thử nghiệm mô hình xử lý ngắn, chưa có nghiên cứu về lựa chọn công nghệ và
xây dựng mô hình triển khai vào thực tiễn đủ độ tin cậy để đưa công nghệ vào
thực tế.
Như vây luận án cần đặt ra những nghiên cứu ứng dụng CNST sử dụng
TVTS trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn ở mức độ cao hơn như:
- Đánh giá khả năng chống chịu và khả năng xử lý nước thải chăn nuôi
lợn của các loài TVTS (Bèo tây, Bèo cái, Sậy, cỏ Vetiver, Thủy trúc, Rau muống,
Ngổ trâu) từ đó tuyển chọn một số TVTS phù hợp để ứng dụng cho mô hình ở
quy mô pilot.
- Lựa chọn các loại hình công nghệ (công nghệ dòng chảy mặt, công
nghệ dòng chảy ngầm, công nghệ phối hợp) phù hợp cho mô hình xử lý tại hiện
trường của các trang trại chăn nuôi lợn tại Việt Nam.
- Căn cứ vào điều kiện cụ thể của trang trại, tính toán thiết kế, đánh giá
hiệu quả xử lý của mô hình sinh thái sử dụng TVTS để giảm thiểu N, P và COD
từ nước thải chăn nuôi lợn trang trại sau công đoạn xử lý vi sinh vật quy mô
pilot (30 m3/ngày) tại trang trại Hòa Bình Xanh, Lương Sơn, Hòa Bình.
- Định hướng ứng dụng mô hình sinh thái và khả năng nhân rộng mô
hình trong thực tiễn.


5
2.

Chương 2. Đôi tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1. Đối tượng nghiên cứu
Nước thải chăn nuôi lợn: Nguồn nước thải này đã qua xử lý vi sinh vật.
Một số loài TVTS có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn: Bèo tây,
Bèo cái, Rau muống, Ngổ trâu, Cải xoong, Sậy, Thủy trúc và cỏ Vetiver.

2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Đánh giá khả năng chống chịu và xử lý các tác nhân ô nhiễm
a. Đánh giá khả năng chống chịu COD, NH 4+, NO3-, pH
Khả năng chống chiu của TVTS với nồng độ COD, NH4+, NO3- và độ pH
khác nhau được đánh giá qua sinh trưởng. Thí nghiệm được đặt trong các chậu
có dung tích 4 lít và chứa 3 lít môi trường thuỷ canh, cây trồng theo phương
pháp thủy canh.
b. Đánh giá khả năng loại bỏ một số yếu tố ô nhiễm trong môi trường nước
thải chăn nuôi lợn
+ Thí nghiệm theo mẻ: Thí nghiệm được đặt trong các chậu có dung tích 6 lít và
chứa 4 lít nước thải chăn nuôi lợn có COD khoảng 250 mg/l. Thí nghiệm được
lặp lại 3 lần và có ĐC (không trồng cây).
+ Thí nghiệm bán liên tục: Thí nghiệm được đặt như trên. Định kỳ mỗi ngày lấy
ra 1 lit môi trường từ chậu thí nghiệm và bổ sung 1 lit môi trường mới với nồng
độ tương tự như đầu vào. COD luôn được duy trì khoảng 250 mg/l bằng bổ sung
đường glucose.
c. Đánh giá sinh trưởng của thực vật thủy sinh
Thông số đánh giá: Sinh khối tươi của cây trước và sau thí nghiệm. Cân
sinh khối bằng cân phân tích Sartorius (Đức). Để cân, cây được vớt ra khỏi môi
trường, để ráo nước.
2.2.2. Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của các loại hình
công nghệ
- Thực nghiệm với hệ thống thực vật nổi (Bèo tây): Thí nghiệm được tiến
hành trong bể có kích thước: CaoBể x DàiBể x RộngBể = 60 cm x 200 cm x 50
cm, ngăn phân phối nước có thể tích 10 lít, thể tích ngăn xử lý 360 lít, Bèo tây
được thả chiếm 4/5 diện tích mặt nước. Thí nghiệm với 2 lưu lượng 50 lít/ngày
và 100 lít/ngày.
- Thực nghiệm với hệ thống công nghệ dòng mặt: Thí nghiệm được tiến hành
trong bể có kích thước: CaoBể x DàiBể x RộngBể = 60 cm x 200 cm x 50 cm, có

lớp đất trồng cây với độ dày 20 cm. Mực nước là 20 cm với cây Sậy, 5 cm với
Rau muống. Dung tích chứa nước tương ứng là 180 lít và 45 lít. Sậy trồng với
mật độ 15 cm x 20 cm. Rau muống trồng với mật độ 5 cm x 5 cm. Lưu lượng


6
nước thải đưa vào bể Sậy là 50 l/ngày và 100 l/ngày, bể Rau muống là 25 l/ngày
và 50 lít/ngày.
- Thực nghiệm với hệ thống dòng ngầm: Thí nghiệm được tiến hành trong bể
có kích thước: CaoBể x DàiBể x RộngBể = 60 cm x 200 cm x 50 cm, dung tích
chứa nước 160 lít, vật liệu trồng cây gồm lớp 1 đá cuội ø 4-5 cm (25 cm), lớp 2
đá cuội ø 2-3 cm (25 cm), lớp 3 sỏi, đá nhỏ ø 0,5 cm (20 cm). Mật độ trồng cây
15 cm x 20 cm, lưu lượng thử nghiệm 25 l/ngày, 50 l/ngày và 100 l/ngày.
- Thực nghiệm với hệ thống công nghệ dòng chảy phối hợp
 Hệ phối hợp Sậy – Bèo Tây: Hệ thống thí nghiệm gồm 2 bể mỗi bể có
kích thước CaoBể x DàiBể x RộngBể = 60 cm x 200 cm x 50 cm, bể 1 trồng
Bèo tây (360 lít), bể 2 trồng Sậy (thể tích 360 lít, đưa đất vào trồng Sậy với
mức 20 cm nên thể tích nước còn lại chỉ là 180 lít), thí nghiệm với lưu
lượng 100 l/ngày.
 Hệ phối hợp Sậy, Thủy Trúc, Bèo Tây và cỏ Vetiver: Hệ thống thí nghiệm
gồm 4 ngăn, một ngăn trồng Sậy (hệ thống dòng mặt), một ngăn trồng
Thủy Trúc, cỏ Vetiver (hệ thống thực vật nổi trồng bè), một ngăn trồng
bèo Tây (hệ thống thực vật nổi), một ngăn trồng cỏ Vetiver (hệ thống dòng
chảy ngầm). Mỗi ngăn có kích thước: Cao x Dài x Rộng = 30 cm x 44 cm
x 30 cm. Lưu lượng thử nghiệm 25 lít/ngày (tương đương là 47,35
lít/m2.ngày)
2.2.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn của mô hình sinh thái
Mô hình sinh thái (MHST) tại hiện trường là hệ thống phối hợp bao gồm:
- Dòng chảy bề mặt sử dụng thực vật có rễ bám đáy là Sậy
- Hệ thống thực vật nổi gồm cỏ Vetiver, Thủy trúc và Bèo tây

- Dòng chảy ngầm trồng cỏ Vetiver
MHST có diện tích tổng cộng là 600 m2 chia thành 3 ngăn, xây trên nền
đất bằng phẳng. Nước thải chảy vào ngăn 1, qua ngăn 2, ngăn 3 và ra ngoài ở
cuối ngăn 3 sau khi qua dòng ngầm.
2.2.4. Phương pháp phân tích
Phân tích các chất ô nhiễm (NH4+, NO3-, T-N, PO4-3, T-P, COD, TSS, ...)
xác định bằng các phương pháp chuẩn theo ISO, so màu trên máy đo quang UV
- Vis 2450, Shimadzu - Nhật Bản.
2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu phân tích môi trường được xử lý bằng phương pháp xác suất
thống kê để đảm bảo các số liệu được sàng lọc và đạt được độ tin cậy cao. Sử
dụng phần mềm Origin Pro và phần mền Excel để vẽ đồ thị.
2.2.6. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
Các thiết bị chính sử dụng trong nghiên cứu là: Bơm định lượng, bơm
công suất 2,5 -3 m3/h, máy cất nước, bộ cất đạm, cân kỹ thuật, máy cầm tay Oxi


7
330 WTW - Đức, máy cầm tay pH 320 WTWW - Đức, máy COD Reactor của
hãng HACH (Mỹ), máy đo đa chỉ tiêu thủy lý nước của hãng TOA (Nhật Bản),
máy quang phổ UV – 2450 của hãng Shimadzu (Nhật Bản).
Chương 3. Kết quả và thảo luận
3.1. Khả năng chống chịu và xử lý ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn sau giai
đọan xử lý vi sinh vật qui mô phòng thí nghiệm
3.1.1. Đánh giá khả năng chống chịu một số yếu tố môi trường của thực vật
thủy sinh
Để có cơ sở cho việc tuyển chọn và ứng dụng TVTS trong xử lý nước
thải chăn nuôi lợn bằng CNST cần đánh giá khả năng chống chịu của TVTS.
Trong nước thải chăn nuôi lợn trang trại hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh
dưỡng rất cao trong khi thực vật nói chung và TVTS nói riêng chỉ chịu được đến

nồng độ nhất định. Chính vì vậy chúng tôi tiến hành đánh giá khả năng chống
chiu của TVTS tuyển chọn với nồng độ COD, NH4+ và NO3- và pH. Khả năng
chống chịu của các TVTS được đánh giá thông qua sinh trưởng của TVTS ở các
nồng độ khác nhau của chất ô nhiễm trước và sau thí nghiệm.
- Khả năng chống chịu COD: COD phản ánh mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của
nước thải. Trong nước thải chăn nuôi lợn đây là chất ô nhiễm có nồng độ cao
nhất. Dựa vào kết quả đánh giá chống chịu COD (hình 3.1) có thể sắp xếp thứ tự
chống chịu COD của 8 loài nghiên cứu như sau: Bèo tây, Ngổ Trâu, Thủy trúc >
cỏ Vetiver > Sậy, Rau muống, Bèo cái > Cải Xoong.

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ
NH4+ khác nhau lên sinh trưởng của
TVTS
Qua kết quả nghiên cứu ta thấy COD là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến
sự sinh trưởng của cây, khi tăng nồng độ COD lên tốc độ sinh trưởng của cây
chậm và giảm dần, COD càng cao thì cây sinh trưởng và phát triển càng
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ
COD khác nhau lên sinh trưởng
của TVTS


8
kém.Trong khoảng nồng độ thích hợp cây sinh trưởng và phát triển tốt. Bèo tây,
Ngổ trâu, Thủy trúc chống chịu COD từ 250 -750 mg/l, Sậy, cỏ Vetiver, Bèo cái
chống chịu COD từ 250 - 500 mg/l, Rau muống, Cải Xoong chống chịu COD <
500 mg/l. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Liao X (2000),
Jingtao Xu và cs (2010) và Trần Văn Tựa (2011).
- Khả năng chống chịu NH4+: Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng và cần thiết
cho cơ thể thực vật sinh trưởng và phát triển. Mặc dù thực vật có thể đồng hóa
NH4+ nhưng khi nồng độ cao, NH4+ gây độc cho thực vật do một phần amôn sẽ

chuyển sang dạng NH3 rât độc. Dựa vào kết quả đánh giá khả năng chống chịu
NH4+ (hình 3.2) có thể sắp xếp thứ tự chống chịu NH4+ của 8 loài nghiên cứu
như sau: Bèo tây > Sậy, Cỏ vetiver, Thủy trúc > Bèo cái, Cải xoong > Ngổ trâu,
Rau muống. Bèo tây, Sậy, Vetiver, Thủy trúc chống chịu được NH4+< 250 mg/l,
Bèo cái, Cải xoong chống chịu NH4+< 150 mg/l, Rau muống, Ngổ trâu chống
chịu NH4+<100 mg/l, phù hợp với nghiên cứu của Korner (2001), Liao X (2000)
và Piyush Gupta và cs, 2012.
- Khả năng chống chịu NO3Nitrat (NO3-) là một hợp chất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển
của thực vật. Khi có mặt với hàm lượng thích hợp, NO3- cùng với PO4-3 thúc đẩy
sự phát triển mạnh mẽ của các loài thực vật. So với amoni, nitrat được coi là ít
độc hơn amoni nhưng không có nghĩa là cây có thể chịu được bất kỳ nồng độ
nào.

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ
Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH khác nhau
NO3- khác nhau lên sinh trưởng của
lên sinh trưởng của TVTS
TVTS
Kết quả đánh giá ảnh hưởng của NO3- lên sinh trưởng của TVTS ở hình
3.3 cho thấy, khả năng chịu NO3- của các TVTS nghiên cứu đều cao hơn so với
NH4+. Dựa trên số liệu về sinh trưởng có thể sắp xếp thứ tự chống chịu NO3- của
8 loài nghiên cứu như sau: Bèo tây, Ngổ trâu, Thủy trúc > Sậy, Cải Xoong, cỏ
Vetiver > Bèo cái, Rau Muống. Bèo tây, Ngổ trâu, Thủy trúc chống chịu được


9
NO3- < 300 mg/l; Sậy, Cải xoong, cỏ Vetiver chống chịu NO3- < 250 mg/l; Bèo
cái, Rau muống chống chịu NO3- < 200 mg/l. Ayyasamy và cs (2009), Gupta và
cs (2012), Liu (2012) cũng thu được kết quả tương tự.
- Khả năng chống chịu pH: Nhìn chung khoảng pH thích hợp cho sinh trưởng

của các thực vật nghiên cứu là pH 6-8. Có thể sắp xếp khả năng chống chịu pH
của các thực vật nghiên cứu như sau: Bèo tây, Rau muống, Thủy trúc >
Cỏvetiver, Ngổ trâu > Sậy > Bèo cái, Cải xoong. Bèo tây, Rau muống, Thủy
trúc chống chịu được pH từ 5 – 9, Sậy, Cỏ vetiver, Ngổ trâuchống chịu pH 5 - 8,
Sậy, Bèo cái, Cải xoong chống chịu pH< 8, phù hợp với nghiên cứu của ElGendy và cs (2004), Lu (2009), Gupta và cs (2012) và Trần Văn Tựa (2011).
Xét chung cả 4 yếu tố nghiên cứu trên, Bèo tây là cây chống chịu tốt nhất
vì luôn đứng đầu, tiếp đến cỏ Vetiver, Ngổ trâu, Thủy trúc và Sậy. Đứng ở
nhóm cuối là Bèo cái, Rau muống và Cải xoong. Kết quả nghiên cứu khả năng
chống chịu một số yếu tố môi trường của 8 loài TVTS được trình bầy trong
bảng 3.1.
Bảng 3.1. Khả năng chống chịu một số yếu tố môi trường của các TVTS
STT

TVTS

pH

COD (mg/l)

NH4+ (mg/l)

NO3- (mg/l)

1

Bèo tây

5-9

Đến 1000

Trên 250

Trên 300

2

Bèo cái

6-8

Đến 500

Đến 150

Đến 200

3

Sậy

5-8

Đến 750

Đến 250

Đến 250

4

Cải xoong

6-8

Dưới 500

Đến 150

Đến 250

5

Rau muống

5-9

Dưới 500

Đến 100

Đến 200

6

Ngổ trâu

5-8

Đến 750

Đến 100

Đến 300

7

Vetiver

5-8

Đến 750

Đến 250

Đến 250

8

Thủy trúc

5-9

Đến 500

Đến 250

Đến 300

Với khả năng chống chịu như trên, chúng ta khó có thể sử dụng TVTS để

xử lý trực tiếp nước thải chăn nuôi lợn tập trung ô nhiễm cao nhất là COD và
NH4+. Đây là minh chứng cho ý tưởng về hệ thống xử lý phối hợp một số
phương pháp công nghệ sinh học để xử lý nước thải chăn nuôi lợn trang trại qui
mô lớn trong đó CNST sử dụng TVTS là công đoạn sau cùng.
3.1.2. Hiệu quả xử lý ô nhiễm của các loài TVTS được lựa chọn
3.1.2.1. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm ở thí nghiệm theo mẻ


10
Dựa vào hiệu quả xử lý COD (hình 3.5), có thể sắp xếp các TVTS nghiên
cứu theo trật tự sau: Bèo tây, Bèo cái > Ngổ trâu, Sậy >Thủy trúc, Rau muống,
Cải xoong > Cỏ vetiver.
Dựa vào hiệu quả xử lý TSS của các TVTS (hình 3.6), có thể sắp xếp các
TVTS theo trật tự sau: Bèo tây, Bèo cái > Ngổ trâu, Cỏ vetiver, Sậy, Rau
muống, Cải xoong, Thủy trúc.

Hình 3.5. Hiệu quả xử lý COD (%)

Hình 3.6. Hiệu quả xử lý TSS (%)

Từ kết quả nghiên cứu có thể xếp trật tự các TVTS về khả năng loại bỏ
NH4+ như sau: Bèo tây > Bèo cái, Rau muống > Sậy, Ngổ trâu > Cỏ vetiver,
Thủy trúc, Cải xoong (hình 3.7).

Hình 3.7. Hiệu quả xử lý NH4+ (%)
Hình 3.8. Hiệu quả xử lý TN(%)
Từ kết quả nghiên cứu có thể xếp trật tự các TVTS loại bỏ TN như sau:
Bèo tây > Bèo cái, Ngô trâu, Rau muống, Sây > cỏ Vetiver, Thủy trúc, Cải
xoong (hình 3.8).
Dựa trên tương quan về phần trăm loại bỏ P- PO43- có thể sắp xếp trật tự

các cây nghiên cứu như sau: Bèo tây > Bèo cái, Ngổ trâu, Rau muống, Sậy,
Thủy trúc > Cải xoong, cỏ Vetiver (hình 3.9).
Dựa trên tương quan về phần trăm loại bỏ TP có thể sắp xếp trật tự các
cây nghiên cứu như sau: Bèo tây > Bèo cái, Ngổ trâu, Rau muống, Sậy > Cải
xoong, cỏ Vetiver, Thủy trúc (hình 3.10).


11

Hình 3.9. Hiệu quả xử lý PO43- (%)
Hình 3.10. Hiệu quả xử lý TN (%)
Thời gian lưu nước thích hợp để TVTS xử lý tốt các chất ô nhiễm mà
phù hợp với tình hình thực tế trong các quy trình xử lý nước thải chăn nuôi là 7
ngày.
Nghiên cứu về hiệu quả xử lý ô nhiễm của TVTS cũng đã được một số
tác giả quan tâm và thu được kết quả tương đồng như: Sooknah và cs (2004),
Trần Văn Tựa (2007), Hồ Bích Liên (2014), Võ Trần Hoàng và cs (2014),
Nguyễn Hồng Sơn (2016)…
3.1.2.2. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong thí nghiệm bán liên tục
Từ hình 3.12 và hình 3.14 có thể sắp xếp trật tự về khả năng loại bỏ
COD, NH4+ các cây nghiên cứu như sau: Bèo tây > Ngổ trâu, Sậy > Cỏ vetiver,
Rau muống, Bèo cái, Thủy trúc, Cải xoong.

Hình 3.12. Hiệu quả xử lý COD (%)

Hình 3.14. Hiệu quả xử lý NH4+ (%)

Dựa trên tương quan về phần trăm loại bỏ TN, có thể sắp xếp trật tự các
cây nghiên cứu như sau: Bèo tây > Rau muống, Ngổ trâu, Sậy, cỏ Vetiver, Thủy
trúc > Bèo cái, Cải xoong (hình 2.16).

Dựa trên tương quan về phần trăm loại bỏ TP, có thể sắp xếp trật tự các
cây nghiên cứu như sau: Bèo tây > Ngổ trâu, Sậy, Rau muống, cỏ Vetiver, Thủy
trúc > Bèo cái, Cải xoong (hình 3.20).


12

Hình 3.16. Hiệu quả xử lý TN (%)
Hình 3.20. Hiệu quả xử lý TP (%)
Như vậy khả năng loại bỏ COD, TN và TP của TVTS không phải là hoàn
toàn như nhau. Khả năng chống chịu là nguyên nhân của kết quả này.
Từ kết quả đánh giá khả năng chống chịu và xử lý các tác nhân ô nhiễm
(COD, N, P) trong nước thải chăn nuôi lợn sau giai đoạn xử lý vi sinh vật của 8
loại TVTS, 5 loại TVTS là Bèo tây, Rau muống, Sậy, Thủy Trúc và cỏ Vetiver đã
được chọn nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau giai đoạn
xử lý bằng vi sinh vật của các loại hình công nghệ với tải lượng nước thải khác
nhau.
3.2. Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau giai đọan xử lý vi sinh vật
bằng một số loại hình công nghệ sử dụng TVTS với tải lượng nước thải
khác nhau
3.2.1. Công nghệ dùng thực vật lá nổi Bèo tây
Hệ thống Bèo tây xử lý hiệu quả COD, TN và TP, hiệu suất xử lý COD
đạt 61,5 – 84,9%, TN đạt 41 – 65,8%, TP đạt 43,3 – 55,2% (bảng 3.2).
Như vậy tải trọng đưa vào hệ thống 5,1 – 11,6 g COD/m2.ngày, 4,5 – 10
g TN/m2.ngày, 0,8 – 1,3 g TP/m2.ngày và lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng
là 4,4 – 11,6 g COD/m2.ngày, 2,9 – 4,1 g TN/m2.ngày, 0,4 – 0,45 g TP/m2.ngày
Bảng 3.2. Hiệu quả xử lý của hệ thống Bèo tây
Chỉ số
(mg/l)
NO3NH4+

Lưu lương – 50 L/ngày
Đầu vào
Đầu ra
41,19 ± 4,67
10,92 ± 3,76
10,52 ± 2,01
2,24 ± 1,09

H%
73,5
78,7

Lưu lương – 100 L/ngày
Đầu vào
Đầu ra
47,89 ± 3,90
13,86 ±3,73
32,67 ± 4,12
14,78 ±3,76

TN

89,79 ± 11,2

30,71 ± 4,15

65,8

100,3 ± 7,86

60,53 ±8,04

41

PO4

13,08 ± 3,24

6,19± 0,63

52,7

9,08 ± 3,92

5,59 ± 0,71

38,4

TP

15,69 ± 1,13

7,03 ±0,71

55,2

12,52 ± 1,05

7,10 ± 1,57

43,3

COD

102,5± 8,42

15,51 ± 2,00

84,9

115,7± 22,27

44,5± 10,60

61,5

3-

H%
71,1
54,8


13
Chỉ số
(mg/l)

Lưu lương – 50 L/ngày
Đầu vào

Đầu ra

TSS

316,7± 61,9

88,33 ± 29,3

pH

7,26 ± 0,67

DO

3,96 ± 0,39

H%
71,2

Lưu lương – 100 L/ngày
Đầu vào
Đầu ra
338,3± 57,76

133,3± 0,65

7,37 ± 0,46

7,17 ± 0,28

7,58 ± 0,34

2,96 ± 0,29

4,07 ± 0,30

3,40 ± 0,15

H%
60,6

3.2.2. Công nghệ dòng chảy trên bề mặt
3.2.2.1. Công nghệ dòng chảy trên bề mặt trồng Sậy
Hệ thống dòng chảy mặt trồng Sậy xử lý hiệu quả COD, TN và TP. Hiệu
suất xử lý COD đạt 56,8 – 72,9%, TN đạt 35 – 53,5%, TP đạt 33,0 – 42,8%
(bảng 3.3). Tải trọng đưa vào hệ thống 5,1 – 11,6 g COD/m2.ngày, 4,5 – 5 g
TN/m2.ngày, 0,79 – 1,25 g TP/m2.ngày và lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng
là 2,5 – 7,8 g COD/m2.ngày, 2,4 – 3,5 g TN/m2.ngày, 0,34 – 0,4 g TP/m2.ngày
Bảng 3.3. Hiệu quả xử lý của hệ thống Sậy theo công nghệ dòng mặt
Chỉ số
(mg/l)
NO3NH4+
TN
PO43TP
COD
TSS
pH
DO

Lưu lượng – 50 L/ngày

Đầu vào
Đầu ra
H%
41,2 ± 4,67 14,4 ± 3,73
65
10,5 ± 2,01 4,04 ± 1,12
61,6
89,8 ± 11,17 41,7 ± 2,99
53,5
13,1 ±3,24
7,56 ±0,56
42,2
15,7 ±2,13
8,97 ±1,69
42,8
102,5±8,42
21,7±3,19
72,9
316,7±61,9 121,7±33,1
61,6
7,26±0,67
7,28±0,58
3,96±0,39
3,06±0,24

Lưu lượng – 100 L/ngày
Đầu vào
Đầu ra
H%
47,9 ±3,90 19,1 ±3,07 60,0

32,7 ±4,12 16,5 ±3,76 49,4
100,3±7,86 65,2 ±12,8 35,0
8,58 ±3,26 6,17 ±1,34 28,0
12,5 ±1,05 8,35 ±2,56 33,0
115,6±22,2 50,0±13,3
56,8
338,3±57,8 163,3±21,6 51,7
7,17±0,27
7,47±0,34
4,02±0,34
3,05±0,11

3.2.2.2. Công nghệ dòng chảy trên bề mặt trồng Rau muống
Hệ thống dòng chảy mặt trồng Rau muống xử lý COD, TN và TP thấp
hơn hệ thống dòng chảy mặt trồng Sậy. Hiệu suất xử lý COD đạt 35,5 – 54,3%,
TN đạt 25,7 – 36,8%, TP đạt 28,6 – 42,2% (bảng 3.4).
Bảng 3.4. Hiệu quả xử lý của hệ thống Rau muống theo công nghệ dòng mặt
Chỉ số
(mg/l)
NO3
NH4
TN
PO4

Lưu lương – 25 l/ngày
Đầu vào
Đầu ra
47,9 ±3,90
11,3 ±1,88
32,7 ±4,12

15,9 ±2,94
100,3 ±8,26
63,3 ±15,5
8,58 ±3,26
5,03 ±0,56

H%
76,4
51,5
36,8
41,4

Lưu lương – 50 l/ngày
Đầu vào
Đầu ra
41,2 ±3,75
22,1 ±3,47
10,5 ±2,01
5,4 ±1,20
89,8 ±11,17
66,7 ±3,90
13,1 ±3,24
8,1 ±0,44

H%
46,4
49,2
25,7
38,1

14
Chỉ số
(mg/l)
TP
COD
TSS
pH
DO

Lưu lương – 25 l/ngày
Đầu vào
Đầu ra
12,52 ±1,05
7,24 ±1,84
115,8 ±22,3
52,9 ±16,7
338,3±57,8
151,7 ±29,3
7,17±0,29
7,83 ±0,22
4,07±0,30
2,87 ±0,24

H%
42,2
54,3
55,2

Lưu lương – 50 l/ngày

Đầu vào
Đầu ra
15,7 ±2,13
11,2 ±2,22
102,5 ±8,42
66,2 ±6,56
316,7 ±61,9 198,3 ±33,1
7,26 ±0,67
7,01 ±0,33
3,96 ±0,39
2,85 ±0,36

H%
28,6
35,5
37,4

Như vậy tải trọng đưa vào hệ thống 2,3 – 5,1 g COD/m2.ngày, 2,5 – 4,5 g
TN/m2.ngày, 0,31 – 0,75 g TP/m2.ngày và lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng
là 1,2 – 1,8 g COD/m2.ngày, 0,9 – 1,2 g TN/m2.ngày, 0,13 – 0,22 g TP/m2.ngày.
3.2.3. Công nghệ dòng chảy ngầm
3.2.3.1. Công nghệ dòng ngầm trồng Sậy
Hệ thống Sậy dòng chảy ngầm xử lý hiệu quả COD, TN và TP. Hiệu suất
xử lý COD đạt 30,2 – 79,4%, TN đạt 27,8 – 83,7%, TP đạt 25,0 – 66,3%. Tải
trọng đưa vào hệ thống 2,7 – 12,1 g COD/m2.ngày, 2,3 – 10,7 g TN/m2.ngày,
0,3 – 1,2 g TP/m2.ngày và lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng là 2,1 – 3,7 g
COD/m2.ngày, 1,9 – 3,0 g TN/m2.ngày, 0,18 – 0,3 g TP/m2.ngày

Hình 3.24. Hiệu quả xử lý COD, TN và TP của hệ thống dòng ngầm trồng Sậy

3.2.3.2. Công nghệ dòng chảy ngầm trồng Vetiver
Hệ thống cỏ Vetiver dòng chảy ngầm xử lý hiệu quả COD, TN và TP.
Hiệu suất xử lý COD đạt 38,7 - 81,5%, TN đạt 38,6 - 88,7%, TP đạt 27,6 65,4%. Tải trọng đưa vào hệ thống 2,7 - 12,1 g COD/m2.ngày, 2,3 - 10,7 g
TN/m2.ngày, 0,28 - 1,2 g TP/m2.ngày và lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng
là 2,2 - 4,68 g COD/m2.ngày, 2,05 - 4,13 g TN/m2.ngày, 0,18 - 0,33 g
TP/m2.ngày.


15

Hình 3.25. Hiệu quả xử lý COD, TN và TP của hệ thống dòng ngầm trồng cỏ
Vetiver
3.2.4. Hệ thống phối hợp các thực vật thủy sinh
3.2.4.1 Hệ thống phối hợp Bèo tây và Sậy
Hệ thống phối hợp Bèo tây - Sậy xử lý hiệu quả COD, TN và TP. Hiệu
suất xử lý COD đạt 69,9%, TN đạt 76,8%, TP đạt 68,8% (bảng 3.7). Tải trọng
đưa vào hệ thống 7,8 g COD/m2.ngày, 5,4 g TN/m2.ngày, 0,61 g TP/m2.ngày và
lượng loài bỏ khỏi hệ thống tưng ứng là 5,4 g COD/m2.ngày, 4,1 g TN/m2.ngày,
0,42 g TP/m2.ngày.
Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý của hệ thống phối hợp Bèo tây và Sậy
Chỉ số
Lưu lượng 100 l/ngày
(mg/l)
Đầu vào
ĐR-B1
HB1%
ĐR-B2
HB2 %
H%
NO3

79,5 ± 3,54
30,56± 8,50
61,6
12,17± 7,44
60,2
84,9
NH4
20,81 ±2,71
11,55 ± 5,10
44,5
7,22 ±4,37
37,5
65,3
TN
107,4 ±3,66
52,45 ±15,9
51,2
24,87 ± 11,9
52,6
76,8
PO4
9,84 ±0,75
4,47 ± 1,11
54,6
2,81 ±1,46
37,1
71,4
TP
12,14 ±0,97
5,78 ± 1,76

57,8
3,79 ± 1,71
43,4
68,8
COD
155,9±11,13
72,42±11,4
53,5
47,10±9,7
35
69,8
TSS
320,1±93,7
136,6±56,9
57,3
55,86±26
59,1
82,6
pH
6,98±0,79
7,61±0,38
7,68±0,18
DO
3,77±0,49
2,49±0,39
3,49±0,27
Ghi chú: ĐR-B1: đầu ra bể Bèo tây; HB1: hiệu suất xử lý bể Bèo tây; ĐR–B2: đầu ra bể
Sậy; HB2: hiệu suất xử lý bể Sậy; H: hiệu suất xử lý của hệ thống Bèo tây – Sậy.

3.2.4.2. Hệ thống phối hợp Sậy, Thủy trúc, Bèo tây và cỏ Vetiver

Việc áp dụng đồng thời các loại hình công nghệ cho phép tận dụng
được các ưu điểm của từng loại hình, nâng cao hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
cũng như giảm diện tích xử lý.
Hệ thống phối hợp Sây, Thủy trúc, Bèo tây và cỏ Vetiver xử lý hiệu quả
COD, TN và TP. Hiệu suất xử lý COD đạt 71,7%, TN đạt 79,3%, TP đạt 69,7%.


16
Tải trọng đưa vào hệ thống 9,6 g COD/m2.ngày, 5,3 g TN/m2.ngày, 0,64 g
TP/m2.ngày và lượng loại bỏ khỏi hệ thống tưng ứng là 6,89 g COD/m2.ngày,
4,2 g TN/m2.ngày, 0,45 g TP/m2.ngày. Như vậy, sự phối hợp giữa hệ thống
dòng mặt (Sậy), hệ thống thực vật nổi (Thủy trúc, cỏ Vetiver và Bèo tây), hệ
thống dòng chảy ngẩm (cỏ Vetiver) hoạt động với hiệu quả khá tốt, hiệu quả xử
lý COD, TN và TP chiếm ưu thế nhất so với các hệ thống xử lý đã nghiên cứu.

Hình 3.28. Hiệu quả xử lý
COD của hệ thống phối hợp

Hình 3.29. Hiệu quả xử lý
TN của hệ thống phối hợp

Hình 3.30. Hiệu quả xử lý
TP của hệ thống phối hợp

3.2.5. So sánh hiệu quả xử lý TN, TP và COD của các loại hình công nghệ
So sánh các loại hình công nghệ được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.8. So sánh hiệu quả xử lý TN, TP và COD của các loại hình công nghệ
Loại hình
công nghệ
Dòng mặt

Thực vật nổi
Phối hợp
Dòng ngầm

TVTS
Rau Mống
Sậy
Bèo tây
Bèo tây-Sậy
Sậy-Thủy
trúc-Bèo tâycỏ Vetiver
cỏ Vetiver
Sậy

Hiệu quả xử lý
TP
%
g/m2.ng
28,6
0,22
42,8
0,34
55,2
0,43
68,8
0,42

%
35,5
72,9

84,9
69,8

%
25,7
53,5
65,8
76,8

TN
g/m2.ng
1,15
2,40
2,95
4,13

COD
g/m2.ng
1,8
3,7
4,4
5,4

79,3

4,20

69,7

0,45

71,7

6,9

63,5
56,0

3,24
2,85

39,6
42,6

0,21
0,23

64,8
62,2

6,8
6,6

Từ bảng 3.8 khi so sánh các loại hình công nghệ cả về tỷ lệ phần trăm và
tải trọng loại bỏ có thể nhận xét như sau:
+ Ba loại hình có ưu thế rõ nhất trong loại bỏ TN, TP và COD là hệ
thống phối hợp, hệ thống thực vật nổi – Bèo tây và hệ thống dòng ngầm trồng
cỏ Vetiver.
+ Hệ thống dòng mặt sử dụng Rau muống tỏ ra kém hiệu quả khi ứng
dụng trong xử lý nước thải ô nhiễm cao về TN và TP.

17
+ Với mục tiêu xử lý bổ sung TN, TP và COD trong nước thải chăn nuôi
lợn sau công đoạn xử lý vi sinh vật một cách hiệu quả và kinh tế nhất tác giả đề
xuất ứng dụng hệ phối hợp giữa công nghệ dòng măt, hệ thực vật nổi và hệ
dòng ngầm với Sậy, Thủy trúc, Bèo tây và cỏ Vetiver.
3.3. Xây dựng, vận hành và đánh giá hiệu quả giảm thiểu COD, N và P
trong mô hình sinh thái
3.3.1. Xây dựng mô hình
- Thiết kế hệ thống: Một số thông số thiết kế chính của MHST xử lý nước thải
chăn nuôi lợn sau công đoạn xử lý hiếu khí – thiếu khí nêu trong bảng…..Mô
hình có tổng diện tích 600 m2, công suất 30 m3/ngày đêm được xây dựng tại
trang trại Hòa Binh Xanh, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình.
Bảng 3.9: Các thông số thiết kế chính
Tiêu chuẩn thiết kế
≤ 450 mg/l - 4500 kg/ha/ngày

3

Chỉ số
Tải lượng COD
Tải lượng TN
Trong đó tải lượng NNH4
Công suất xử lý

4

Thời gian lưu nươc

9 ngày

5

Thực vật
Độ sâu cột nước
- Vùng trồng Sậy
- Vùng thực vật nổi
- Vùng dòng ngầm

Sậy, Bèo tây ,cỏ Vetiver, Thủy trúc,

TT
1
2

6

≤ 200 mg/l – 2000 kg/ha/ ngày
≤150 mg/l - 1500 kg/ha/ngày 30 m3/ngày

0,35 m
0,60 m
0,60 m

- Vận hành mô hình: Cây giống được chuẩn bị trước, trồng vào mùa xuân. Sau
khi trồng cần khoảng 1 tháng để cây bén rễ, ổn định sinh trưởng thì chạy hệ
thống với lưu lượng tăng dần dần: 0,3-0,6-0,9-1,3 m3/giờ.
3.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý
3.3.2.1. Hiệu quả xử lý COD

Sau thời gian khởi động hệ thống khoảng 2 tháng, MHST được vận hành
nâng công suất từ 0,6 m3/giờ lên 0,9 – 1,3 m3/giờ để đánh giá hiệu quả xử lý,
tính ổn định và hiệu quả kinh tế mô hình.
- Tải lượng 0,6 m3/giờ: Hiệu suất xử lý COD của MHST trong giai đoạn này
chưa ổn định, trung bình đạt 52,1% (dao động từ 42,7% đến 58,5%). Tính trên
đơn vị diện tích trung bình tải trọng COD đưa vào hệ thống là 5,5 g/m2.ngày và
lượng loại bỏ tương ứng là 2,87 g/m2.ngày.
- Tải lượng 0,9 m3/giờ: Hiệu suất xử lý COD của MHST trung bình đạt 55,8%
(dao động từ 49,34% đến 68,2%). Tính trên đơn vị diện tích trung bình tải trọng


18
COD đưa vào hệ thống là 6,3 g/m2.ngày và lượng loại bỏ tương ứng là 3,5
g/m2.ngày.
-Tải lượng 1,3 m3/giờ: Hiệu suất xử lý COD của MHST giai đoạn này trung
bình đạt 59,3% (dao động từ 53,6% đến 65,7%). Tính trên đơn vị diện tích
trung bình tải trọng COD đưa vào hệ thống là 14,7 g/m2.ngày và lượng loại bỏ
tương ứng là 8,7 g/m2.ngày.

Hình 3.33. Hiệu quả loại bỏ COD của MHST tại Lương Sơn, Hòa Bình
Như vậy qua hình 3.33 ta thấy, sau thời gian chạy khởi động, ở giai đoạn
chạy với lưu lượng 1,3 m3/giờ, hiệu suất xử lý COD của MHST tương đối ổn
định, ổn đinh hơn giai đoạn chạy khởi động. Tính trên đơn vị diện tích thì khi
tăng tải lượng thì tải trọng loại bỏ COD của MHST cũng tăng, MHST đã loại bỏ
COD trong khoảng từ 2,8 – 8,7 g COD/m2.ngày. Kết quả nghiên cứu này phù
hợp với các nghiên cưu trước đó như Poach (2004), Erkar Kalipci (2011),
Vymazal và Kröpfelová (2011), Lưu Huy Mạnh và cs (2014), Nguyễn Thành
Lộc và cs (2015).
3.3.2.2. Hiệu quả xử lý nitơ
- Lưu lượng 0,6 m3/giờ: Hiệu suất xử lý TN, NO3- và NH4+ lần lượt là 73,8%,

73,8% và 44,6%. Tải trọng trung bình TN đưa vào hệ thống là 4,1 g
TN/m2.ngày, tải trọng loại bỏ tương ứng của MHST là 3,02 g TN/m2.ngày.
- Lưu lượng 0,9 m3/giờ: Hiệu suất xử lý trung bình đạt 67,8%. Với N dạng
Nitrat amôn, MHST đã loại bỏ 74,1% nitrat và 59,2% NH4+. MHST loại bỏ khá
hiệu quả cả TN và nitơ dạng nitrat và amôn. Tải trọng trung bình TN đưa vào hệ
thống là 2,4 g TN/m2.ngày và tải trọng TN loại bỏ tương ứng của MHST là 1,62
g TN/m2.ngày.


19

Hình 3.34. Hiệu quả loại bỏ TN của MHST tại Lương Sơn, Hòa Bình
- Lưu lượng 1,3 m3/giờ: Hiệu suất xử lý TN, NO3- và NH4+ lần lượt là
66,2%, 68,5% và 51,8%. Tải trọng trung bình TN đưa vào hệ thống là 5,5 g
TN/m2.ngày và tại trọng TN loại bỏ tương ứng của MHST là 3,6 g TN/m2.ngày.
Ở giai đoạn này, khi vận hành mô hình pilot tuy có biến động lớn về TN đầu
vào nhưng hiệu quả xử lý và tính ổn định của hệ thống vẫn đạt rất cao. Điều này
chứng tỏ rằng hệ thống trong nghiên cứu này có khả năng đáp ứng rất tốt với sự
thay đổi lớn về tải lượng và hàm lượng đầu vào.
Như vậy tính trên đơn vị diện tích tải trọng TN đưa vào hệ thống là 2,4 –
5,5 g TN/m2.ngày và lượng TN loại bỏ khỏi MHST tương ứng là 1,6 – 3,6 g
TN/m2.ngày. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với các nghiên cưu trước của
Prapa Sohsalam và cs (2008), Zhang (2016), Lê Tuấn Anh (2013).
Mặt khác hiệu quả loại bỏ TN của mô hình sinh thái cao hơn so với các
hệ thống xử lý chỉ sử dụng 1 loại TVTS của López và cs (2016) và Lưu Huy
Mạnh và cs (2014). Kết quả nhận được như trên là do trong hệ xử lý việc kết
hợp các loại TVTS khác làm tăng cường hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm hơn
hệ thống xử lý chỉ sử dụng 1 loại TVTS. Đa dạng thực vật trong hệ thống có thể
làm tăng khả năng chịu đựng các điều kiện thay đổi cũng như sự ổn định trong
quá trình sinh hóa (Eviner và Chapin, 2003), hạn chế tác động của yếu tố mùa

vụ, sâu bệnh...
3.3.2.3. Hiệu quả xử lý phôtpho
- Lưu lượng 0,6 m3/giờ: Hiệu quả xử lý T-P đạt 50,7% (dao động từ 47,9% đến
54,4%). Tính trên đợn vị diện tích, tải trọng TP đưa vào hệ thống là 0,8 g
TP/m2.ngày và lượng loại bỏ tương ứng là 0,41 g TP/m2.ngày.
- Lưu lượng 0,9 m3/giờ: Hiệu quả xử lý T-P đạt 48,8% (dao động từ 47,4% đến
51,7%). Tải trọng TP đưa vào hệ thống là 1,4 g TP/m2.ngày và lượng loại bỏ
tương ứng là 0,68 g TP/m2.ngày.


20
- Lưu lượng 1,3 m3/giờ: Hiệu quả xử lý TP đạt 45,3% (dao động từ 41,9% đến
48,8%). Từ hình 3.41 ta thấy hiệu quả xử lý TP ở tải lượng này của MHST
tương đối ổn định. Tải trọng TP đưa vào hệ thống là 1,9 g TP/m2.ngày và lượng
loại bỏ tương ứng là 0,86 g TP/m2.ngày.

Hình 3.35. Hiệu quả loại bỏ TP của MHST tại Lương Sơn, Hòa Bình
Như vậy tải trọng TP đưa vào hệ thống dao động trong khoảng 0,8 – 1,9
g TP/m2.ngày và lượng loại bỏ khỏi hệ thống dao động trong khoảng 0,41 -0,86
g TP/m2.ngày. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của González
(2009), Zhang và cs (2016). Giống như N, hiệu quả xử lý TP của MHST cao
hơn so với các hệ thống xử lý chỉ sử dụng 1 loại TVTS của Zheng và cs (2016),
Valipour và cs (2015) và Phạm Khánh Huy (2012).
3.3.2.4. Sự biến đổi các yếu tố thủy lý của mô hình sinh thái
Nhìn chung kết quả các thông số thủy lý của nước thải có ít khác biệt
giữa 4 điểm đầu vào, đầu ra Sậy, đầu ra Bè nổi và đầu ra cuối mô hình, ngoại trừ
nhân tố EC, pH và nhiệt độ. Ở thông số DO do nước thải đã qua công đoạn xử
lý sục khí gián đoạn nên nồng độ oxy hòa tan đạt ở mức trung bình trong
khoảng 2,99±1,29, khi qua ngăn trồng Sậy, bè nổi đạt ở mức trung bình trong
khoảng 2,10±0,93, 2,70±0,91.

Giá trị pH tại các điểm nghiên cứu của MHST có sự khác biệt (P< 0,05),
dao động trong khoảng 7,96 – 8,42. Tại điểm đầu vào pH kiềm, cao trung binh
khoảng 8,42±0,31, sau đó giảm xuống còn 7,96±0,52 ở đầu ra. Như vậy pH của
nước sau quá trình xử lý của hệ thống gần như trung tính. Độ dẫn điện (EC) tại
các điểm nghiên cứu của MHST có sự khác biệt (P< 0,05). Tại điểm đầu vào
EC trung bình khoảng 3,47±1,94 mS/cm, sau đo giảm xuống còn (1,77±0,99
mS/cm) ở đầu ra. Nhiệt độ có sự thay đổi trong nước thải đầu vào và đầu ra


21
(p<0,05). Tại điểm đầu vào nhiệt độ trung bình khoảng 23,41±3,93, sau đo giảm
xuống còn (22,93±3,78) ở đầu ra.
Bảng 3.9. Các thông số thủy lý của mô hình sinh thái
Các thông số

Đầu vào

Sậy

Bè nổi

Đầu ra

P-value

EC (mS/cm)

3,47±1,94

2,79±1,57

2,11±1,07

1,77±0,99

0,03

Sal (‰)

1,83±1,09

1,51±0,96

1,19±0,83

0,94±0,59

0,09

TDS (m/L)

2,16±1,17

1,78±0,99

1,38±0,75

1,14±0,62

0,98

pH

8,42±0,31

8,31±0,3

8,10±0,36

7,96±0,52

0,04

Nhiệt độ

23,4±3,93

23,2±4,2

22,8±3,89

22,9±3,78

0,02

DO (mg/l)

2,99±1,29

2,1±0,93

2,70±0,91

2,40±0,68

0,14

Độ đục (NTU)

109±112

99±90

94±142

57±112

0,75

Như vậy, khi MHST hoạt động đủ công suất thiết kế (1,3 m3/giờ hay 30
m3/ngày), với giá trị đầu vào của COD, TN và TP là 323,7 mg/l; 102,7 mg/l và
31,46 mg/l tương ứng, nước thải sau xử lý chứa 123,69 mg/l COD; 32,54 mg/l
TN và 17,03 mg/l TP, hiệu suất xử lý COD, TN và TP là 59,3%; 66,2% và
45,3% tương ứng. Với hiệu suất xử lý này, hệ thống đã loại bỏ lượng đáng kể
COD, TN và TP, nước sau xử lý của MHST đạt tiêu chuẩn thải loại A cho nước
thải chăn nuôi theo QCVN 62-MT: 2016-BTNMT về COD và TN.
3.3.2.5. Bước đầu tính toán hiệu quả kinh tế
CNST sử dụng TVTS là công nghệ có chi phí thấp, công nghệ đơn giản,
dễ vận hành và có thể sử dụng các nguồn tài nguyên ở địa phương. Chi phí đầu
tư bao gồm chi phí thiết kế, xây dựng và mua nguyên vật liệu. Chi phí ban đầu

cho MHST (qui mô 600 m2, công suất 30 m3 nước thải mỗi ngày) là 201,5 triệu
đồng. Với chi phí trên, suất đầu tư là 6,7 tr.đ/m3 nước thải.
Chi phí vận hành, quản lý: Chi phí vận hành bao gồm chi phí kiểm soát chất
lượng dòng chảy, bảo dưỡng hệ thống, làm cỏ, thu cây,...Vận hành MHST
không cần điện, không cân máy móc, bình quân mỗi ngày cần 1 giờ công lao
động cho việc kiểm tra, điều chỉnh dòng, chăn sóc và thu hoạch sinh khối. Tính
ra, chi phí vận hành cho xử lý 1 m3 nước thải là:
150.000 đ (ngày công): 8 giờ : 30 m3 = 625 đ/m3
Như vậy việc áp dụng CNST để xử lý bổ sung nước thải chăn nuôi sau
quá trình xử lý vi sinh là phù hợp với điều kiện kinh tế, trình độ ở hầu hết
các trang trại chăn nuôi hiện nay. Thực tế mô hình xử lý 600 m2 tại trang
trại Hòa Bình Xanh đã chứng minh hiệu quả xử lý của công nghệ khi loại bỏ
được khoảng 66,2% TN; 45,3% TP và 59,3% COD trong nước thải đầu vào.
3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý của MHST tích hợp trong mô hình tổng thể xử
lý nước thải chăn nuôi lợn tại Lương Sơn, Hòa Bình


22
Mô hình tổng thể xử lý chất thải chăn nuôi lợn (nước thải, chất thải rắn
và mùi) xây dựng trên diện tích 1.300 m2 nằm ngoài khu chăn nuôi (hình 3.36).
MHST là giai đoạn cuối cùng của mô hình tổng thể, để xử lý bổ sung COD, N
và P đến mức chấp nhận về mặt môi trường. Các bước xử lý nhiệm vụ riêng
không thay thế nhưng hỗ trợ lẫn nhau. Dưới đây trình bày vai trò của MHST
trong mô hình tổng thể.

Hệ thống
yếm khí

Hình 3.36. Sơ đồ trang trại Hòa bình xanh và vị trí xây dựng mô hình xử lý chất thải
Hiệu quả xử lý COD, TN và TP của mô hình tổng thể xử lý nước thải

trình bày ở bảng 3.11.
Hiệu quả xử lý COD đạt rất cao, trung bình hiệu suất xử lý COD đạt
98,1%. Công đoạn sinh thái đã có hiệu suất xử lý COD là 62,3% với nước thải
đầu vào có lượng COD là 316 mg/l và đầu ra còn 119 mg/l, đạt tiêu chuẩn thải
loại B cho nước thải chăn nuôi của QCVN 62-MT: 2016/BTNMT xét theo nồng
độ COD.
Về xử lý TN, mặc dù TN trong nước thải đầu vào rất cao đến 1041,7
mg/l, hệ thống chung đã loại bỏ trung bình 96,8% TN. Riêng MHST đã xử lý
TN đạt hiệu suất 66,8%, nước thải ra khỏi hệ thống còn 33 mg TN/l, thấp hơn
tiêu chuẩn thải loại A (50 mgTN/l) cho nước thải chăn nuôi của QCVN 62-MT:
2016/BTNMT xét theo nồng độ TN.
TP trung bình đầu vào hệ thống chung là 149,2 mg TP/l, hệ thống chung
đã loại bỏ đến 88,9% TP. Riêng công đoạn sinh thái, với đầu vào là 31,4 mg
TP/l và đầu ra là 16,6 mg TP/l, MHST đạt hiệu suất loại bỏ TP là 47%.


23
Bảng 3.11. Hiệu quả xử lý COD, TN và TP của mô hình xử lý nước thải
Đầu
vào

Ra
yếm
khí

Ra hiếu
khí, thiếu
khí

Ra toàn

hệ thống
(MHST)

Hiệu suất
chung
(%)

COD (mg/l)

6339

1958

316

119

98,1

±

1309

1359

82

23

0,34

69,1

83,9

62,3

STT

1

Chỉ số

Hiệu suất của từng
công đoạn (%)

2

TN (mg/l)

1042

875

99,27

32,97

96,8

±

129,3

102,3

52,47

14,4

1,36

16,03

88,7

66,8

Hiệu suất của từng
công đoạn (%)

3

TP (mg/l)

149,2

67,4

31,4

16,63

88,9

±
Hiệu suất của từng
công đoạn (%)

27,8

27,0

5,71

5,6

3,03

54,83

53,41

47,04

Cần thấy rằng, khi tải lượng COD, TN và TP đã thấp nhưng chưa đạt tiêu
chuẩn thải, nếu sử dụng công nghệ hóa lý hay công nghệ vi sinh sẽ đòi hỏi đầu
tư cao, vận hành phức tạp. Công nghệ sinh thái sử dụng TVTS ở đây đã chứng
minh tính khả thi cả về kinh tế và kỹ thuật.
Một số đóng góp mang ý nghĩa khoa học công nghệ nữa là chi phí cho

mô hình sinh thái thấp, vận hành không phức tạp đối với trình độ của người
chăn nuôi. Vì vậy công nghệ mang tính lan tỏa và bền vững, đây là con đường
đi khả thi trong phát triển chăn nuôi bền vững gắn với bảo vệ môi trường và
nâng cao chất lượng sống của người dân.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. Khả năng chống chịu COD, NH4+, NO3- và pH của 8 loại TVTS tuyển
chọn cho thấy Bèo tây là cây chống chịu tốt nhất, tiếp đến là cỏ Vetiver, Ngổ
trâu, Sậy và Thủy trúc, nhóm kém nhất là Bèo cái, Rau muống và Cải xoong.
Bèo tây chống chịu COD đến 1000 mg/l; Ngổ trâu, Sậy, Vetiver chống chịu
COD đến 750 mg/l; Bèo cái, Thủy trúc, Rau muống chống chịu COD đến 500
mg/l; Cải xoong chống chịu COD < 500 mg/l; Bèo tây chống chịu NH4+ trên
250 mg/l, Sậy, cỏ Vetiver, Thủy trúc chống chịu được NH4+ đến 250 mg/l; Bèo
cái, Cải xoong chống chịu NH4+ đến 150 mg/l; Rau muống, Ngổ trâu chống chịu
NH4+ đến 100 mg/l; Bèo tây chống chịu được NO3- trên 300 mg/l, Ngổ trâu,