KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO CỦA MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC TRỒNG CÂY BỒN BỒN (Typha orientalis)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO
CỦA MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC
TRỒNG CÂY BỒN BỒN
(Typha orientalis)

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: LÝ SƠN TÙNG

Niên khóa

: 2006 - 2010

Tháng 07/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO

CỦA MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC
TRỒNG CÂY BỒN BỒN
(Typha orientalis)

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

PGS.TS. BÙI XUÂN AN

LÝ SƠN TÙNG

Tháng 07/2010


LỜI CẢM ƠN
Sau gần 6 tháng thực hiện, với sự giúp đỡ nhiệt tình của gia đình, thầy cô và bạn
bè, tôi cuối cùng cùng hoàn thành đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến
tất cả mọi người đã cùng đồng hành trong suốt thời gian qua.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Bùi Xuân An, giáo viên hướng dẫn
đề tài, người đã chỉ bảo tận tình những chi tiết, nội dung đề tài, đồng thời luôn nhắc
nhở, động viên và giúp đỡ tôi mỗi khi gặp khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn TS. Lê Đình Đôn và các anh tại trại thực nghiệm, bộ môn
Công nghệ sinh học, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi
nhiều mặt về mặt bằng, quá trình xây dựng mô hình và trong suốt thời gian thực hiện
đề tài tại đây.
Các thầy cô và bạn bè trong bộ môn Công nghệ sinh học là những người luôn
đồng hành, chia sẻ buồn vui cùng tôi trong suốt 4 năm học vừa qua. Tôi xin chân thành
cảm ơn quí thầy cô và các bạn.
Tiếp đến, tôi xin cảm ơn các anh chị của trại chăn nuôi thí nghiệm, khoa chăn

nuôi - thú y, trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ
tôi trong quá trình thu thập nguồn chất thải chăn nuôi. Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn
viện công nghệ sinh học và công nghệ môi trường, trung tâm môi trường, trường Đại
Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh trong quá trình phân tích mẫu.
Các bạn Trần Thị Hồng Linh, Trần Thị Thanh Phấn, Đặng Thành Sang, Phan
Minh Tiến và Trương Thị Huyền Trang là những bạn cùng tham gia thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn các bạn vì những ý kiến đóng góp quí báu, những giúp đỡ nhiệt tình
trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn mẹ và em trai đã luôn động viên, tạo điều kiện tốt nhất
cho tôi hoàn thành đề tài này.
Sinh viên thực hiện
Lý Sơn Tùng

i


TÓM TẮT
Hiện nay, chăn nuôi phát triển kéo theo sự ô nhiễm lớn về nước thải chăn nuôi.
Trước tình hình này, chúng ta cần một biện pháp hiệu quả xử lý sự ô nhiễm này. Đề tài
“Khả năng xử lý nước thải phân heo của mô hình đất ngập nước trồng cây bồn bồn
(Typha orientalis)” được thực hiện nhằm nghiên cứu về hướng xử lý nguồn ô nhiễm
này bằng phương pháp sinh học.
Các mô hình trồng cây được xây dựng với kích thước dài x rộng x cao là 2 x 0,5
x 0,6 (m) theo hai dạng là mô hình ngầm có dòng chảy đứng (VFS) và mô hình dòng
chảy bề mặt (FWS). Nước thải đầu vào được đưa vào các mô hình hàng ngày với tải
trọng COD là 125,9gO2/ngày. Thí nghiệm kéo dài 8 tuần, nước đầu ra được theo dõi
hàng ngày và thu mẫu nước để phân tích vào ngày cuối mỗi tuần thí nghiệm. Các chỉ
tiêu phân tích bao gồm COD, BOD5, Nitơ tổng số, Photpho tổng số và kim loại nặng
(Fe, Cu, Zn).
Các kết quả thu được trên hai mô hình VFS và FWS trồng cây bồn bồn về hiệu

suất xử lý trung bình lần lượt là 90% và 88% chỉ tiêu COD, 91% và 89% chỉ tiêu
BOD5, 49% và 47% chỉ tiêu N tổng số, 83% và 45% chỉ tiêu P tổng số, chỉ tiêu kim
loại đầu ra đều ở mức cho phép xả thải. Từ những kết quả trên, chúng ta kết luận rằng
hiệu quả xử lý của mô hình trồng cây bồn bồn là rất tốt, mô hình VFS mang lại hiệu
quả cao hơn FWS nhưng không đáng kể. Cây bồn bồn là một loại thực vật thủy sinh
thích hợp áp dụng cho các loại mô hình đất ngập nước trồng cây ở Việt Nam.
Hy vọng các kết quả đạt được trong đề tài này sẽ là tài liệu cho các nghiên cứu
tiếp theo về thực vật thủy sinh xử lý ô nhiễm nước thải không chỉ riêng trong chăn
nuôi mà trong nhiều lĩnh vực khác như nước thải sông hồ, nước thải công nghiệp và
nước thải sinh hoạt.

ii


SUMMARY
Nowadays, the development of animal husbandry causes the wastewater
pollution. In this situation, we need an effective treatment method for this pollution. So
the study, "The efficiency of swine wastewater treatment by using constructed wetland
with Typha orientalis", was conducted to consider this source of pollution treatment by
biological method.
The constructed wetland model dimension with length x width x height is 2 x 0.5
x 0.6 (m). This study was performed with two types of constructed wetland: free water
surface (FWS) wetland and vertical – flow systems (VFS) wetland. Wastewater input
is 125.9 g COD/day/model. The study lasted 8 weeks, the output water is monitored
daily and collected for analysis on the final day of each week. The analysis standards
consist of COD, BOD5, total N, total P and heavy metals (Fe, Cu, Zn).
The results obtained on the two models FWS and VFS using Typha orientalis
about average treatment efficiency are 90% and 88% of COD, 91% and 89% of BOD5,
49% and 47% of total N, 83% and 45% of total P, and heavy metals in the output
water are allowed to discharge into the enviroment. From the above results, we can

conclude that the treatment efficiency of constructed wetland models are good, the
VFS efficiency is higher than the FWS efficiency but the difference is not
significantly. Typha orientalis, which is a kind of aquatic plants, is suitable for various
application on constructed wetland models in Vietnam.
The hope that the achieved results in this study will be the document source for
further researchs on aquatic plants that can reduce wastewater pollution not only in
animal husbandry but also in many other areas such as wastewater of lakes, industrial
wastewater and domestic wastewater.
Key word: swine wastewater, constructed wetland, Typha orientalis, aquatic plants,
free water surface FWS, vertical – flow systems VFS.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... i
TÓM TẮT........................................................................................................................ii
SUMMARY................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..........................................................................vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................. ix
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1
1.2.Mục đích, yêu cầu...................................................................................................... 1
1.3.Nội dung thực hiện .................................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................... 3
2.1. Ô nhiễm nước và một số chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm nước ........................................ 3
2.1.1. Độ pH .................................................................................................................... 3

2.1.2. Nhu cầu oxy hóa học COD.................................................................................... 3
2.1.3. Nhu cầu oxy hóa sinh BOD ................................................................................... 3
2.1.4. Chỉ số Nitơ............................................................................................................. 4
2.1.5. Chỉ số Photpho ...................................................................................................... 4
2.2. Tổng quan nước thải chăn nuôi heo ......................................................................... 4
2.2.1. Thành phần nước thải chăn nuôi ........................................................................... 4
2.2.2. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi ......................................................... 5
2.2.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học........................................ 6
2.2.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học ..................................... 7
2.2.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lí ......................................... 7
2.3. Tổng quan về đất ngập nước trồng cây (Constructed wetland)................................ 7
2.3.1. Phân loại đất ngập nước trồng cây ........................................................................ 8
2.3.1.1. Đất ngập nước trồng cây dòng chảy bề mặt (FWS) ........................................... 9
2.3.1.2. Đất ngập nước trồng cây dòng chảy ngầm (VSB) ........................................... 10
iv


2.3.2. Thực vật đất ngập nước trồng cây ....................................................................... 11
2.3.3. Cơ chế làm sạch nước thải trong mô hình Đất ngập nước trồng cây .................. 12
2.4. Tổng quan về cây bồn bồn...................................................................................... 12
2.4.1. Các đặc điểm của cây bồn bồn ............................................................................ 14
2.4.2. Khả năng xử lý nước thải của cây bồn bồn ......................................................... 14
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 16
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu .......................................................................... 16
3.2. Vật liệu nghiên cứu................................................................................................. 16
3.2.1. Chuẩn bị cây bồn bồn .......................................................................................... 16
3.2.2. Chuẩn bị mô hình đất ngập nước......................................................................... 16
3.2.3. Chuẩn bị nguồn phân heo .................................................................................... 17
3.3. Phương pháp thí nghiệm......................................................................................... 18
3.3.1. Bố trí thí nghiệm .................................................................................................. 18

3.3.2. Các giai đoạn thực hiện ....................................................................................... 18
3.3.2.1. Giai đoạn ổn định cây ....................................................................................... 18
3.3.2.2. Giai đoạn thích nghi cây vào mô hình .............................................................. 18
3.3.2.3. Giai đoạn thí nghiệm ........................................................................................ 19
3.3.2.4. Giai đoạn sau thí nghiệm .................................................................................. 19
3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .................................................................... 19
3.4.4. Các công thức tính toán trong thí nghiệm ........................................................... 20
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 21
4.1. Kết quả .................................................................................................................... 21
4.1.1. Nguồn nước phân heo đầu vào ............................................................................ 21
4.1.2. Sự cân bằng nước ................................................................................................ 21
4.1.3. Sự phát triển của cây ........................................................................................... 22
4.1.4. Sinh khối sau thu hoạch của cây.......................................................................... 24
4.1.5. Chỉ tiêu COD trên các mô hình ........................................................................... 25
4.1.6. Chỉ tiêu BOD5 trên các mô hình ......................................................................... 26
4.1.7. Chỉ tiêu Nitơ trên các mô hình ............................................................................ 27
4.1.8. Chỉ tiêu Photpho trên các mô hình ...................................................................... 29
4.1.9. Khảo sát chỉ tiêu kim loại nặng trong nước thải phân heo .................................. 30
4.2. Thảo luận ................................................................................................................ 31
v


4.2.1. Khả năng xử lý ô nhiễm nước thải phân heo của cây bồn bồn ........................... 31
4.2.2. Khả năng xử lý ô nhiễm nước thải của hai loại mô hình VFS và FWS .............. 32
4.2.3. Tiêu chuẩn xả thải nước đầu ra ........................................................................... 34
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................... 35
5.1. Kết luận................................................................................................................... 35
5.2. Đề nghị ................................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 37
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD5

:

Nhu cầu oxy hóa sinh ở 200C trong 5 ngày

COD

:

Nhu cầu oxy hóa học

ĐC1

:

Mô hình VFS đối chứng

ĐC2

:

Mô hình FWS đối chứng

ĐV

:

Đầu vào

FWS

:

Free water surface (Mô hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt)

KLTN

:

Khóa luận tốt nghiệp

MH1

:

Mô hình VFS trồng cây

MH2

:

Mô hình FWS trồng cây

N

:

Nitơ

P

:

Photpho

TB

:

Trung bình

TCVN

:

Tiêu chuẩn Việt Nam

VFS

:

vertical flow - systems (Mô hình ngầm dòng chảy đứng)

*

:

Sự khác biệt có ý nghĩa

**

:

Sự khác biệt rất có ý nghĩa

ns

:

Sự khác biệt không có ý nghĩa

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Khối lượng và thành phần hóa học của phân nước thải .................................. 5
Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo .................................................................. 5
Bảng 2.3 Tổng quan về công nghệ và phương pháp xử lý nước thải ............................. 6
Bảng 2.4 Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải ................................... 7
Bảng 2.5 Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại đất ngập nước kiến tạo ................ 12
Bảng 2.6 Hiệu quả xử lý nước thải phân heo của cây bồn bồn..................................... 14
Bảng 4.1 Hàm lượng trung bình các chỉ tiêu phân tích nước thải đầu vào ................... 21
Bảng 4.2 Lượng nước ra trung bình (L/m2/ngày) hàng tuần của các mô hình ............. 22

Bảng 4.3 Chiều cao tăng trưởng trung bình qua các tuần của hai mô hình .................. 23
Bảng 4.4 Năng suất sinh khối tươi và khô (g) của cây bồn bồn sau thu hoạch ............ 24
Bảng 4.5 Hiệu suất xử lý COD (%) trên các mô hình .................................................. 25
Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý BOD5 trên các mô hình ........................................................ 27
Bảng 4.7 Hiệu suất xử lý Nitơ trên các mô hình........................................................... 28
Bảng 4.8 Hiệu suất xử lý Photpho trên các mô hình..................................................... 30
Bảng 4.9 Hàm lượng Fe và hiệu quả xử lý trên các mô hình ....................................... 31
Bảng 4.10 Trọng lượng chất khô của một số loại cây thủy sinh................................... 32

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Các loại đất ngập nước kiến tạo ....................................................................... 8
Hình 2.2 Các loại mô hình FWS ..................................................................................... 9
Hình 2.3 Sơ đồ Đất ngập nước dòng chảy ngang ......................................................... 10
Hình 2.4 sơ đồ Đất ngập nước dòng chảy đứng ........................................................... 10
Hình 2.5 Các loại thực vật thủy sinh ............................................................................ 11
Hình 2.6 Các bộ phận của cây bồn bồn ........................................................................ 13
Hình 2.7 Hình ảnh khác về cây bồn bồn ....................................................................... 13
Hình 3.1 Mặt cắt ngang mô hình VFS .......................................................................... 17
Hình 3.2 Mặt cắt ngang mô hình FWS ......................................................................... 17
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí các mô hình trong thí nghiệm .................................................... 18
Hình 4.1 Đồ thị chiều cao cây trung bình của hai mô hình .......................................... 23
Hình 4.2 Hình ảnh cây thí nghiệm ................................................................................ 23
Hình 4.3 Đồ thị hàm lượng COD (mg/L) qua các tuần trên các mô hình .................... 25
Hình 4.4 Đồ thị hàm lượng BOD5 (mg/L) qua các tuần trên các mô hình ................... 26
Hình 4.5 Đồ thị hàm lượng Nitơ tổng số (mg/L) qua các tuần trên các mô hình ......... 28
Hình 4.6 Đồ thị hàm lượng Photpho tổng số (mg/L) qua các tuần trên các mô hình ... 29

ix


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong hơn 20 năm qua, ngành chăn nuôi nước ta phát triển khá ổn định và có
xu hướng tăng dần, tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 2,7%/năm, cao hơn ngành trồng
trọt và dịch vụ (Viện kinh tế nông nghiệp, 2005). Đặc biệt, hình thức chăn nuôi trang
trại qui mô lớn đang được mở rộng kéo theo sự tăng mạnh số lượng thú nuôi và vấn đề
ô nhiễm trong ngành này.
Chất thải chăn nuôi thường được đưa ra ngoài môi trường dưới dạng nước thải
có thể gây ô nhiễm đất, nước, không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc
xử lý nguồn ô nhiễm này là mối quan tâm hàng đầu hiện nay trên thế giới. Nhiều biện
pháp xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được thực hiện rộng rãi mang lại những
hiệu quả cụ thể, nhưng đáng quan tâm nhất là các biện pháp sinh học xử lý trong chăn
nuôi như biogas, chế phẩm sinh học hay các dạng mô hình đất ngập nước. Với sự đầu
tư và phát triển nhanh chóng như hiện nay, công nghệ sinh học được hi vọng sẽ là
phương pháp xử lý ô nhiễm triệt để nhất.
Đất ngập nước trồng cây (constructed wetland) là biện pháp thuần sinh học,
mang lại hiệu quả xử lý cao. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới
trong việc xử lý ô nhiễm không chỉ trong chăn nuôi, mà còn trong nhiều lĩnh vực khác.
Tuy nhiên, ở Việt Nam, đây vẫn là một hướng đi mới cần được quan tâm và đầu tư
hơn nữa.
Trong phạm vi đề tài này, chúng ta sẽ xem xét khả năng xử lý nước thải chăn
nuôi trên mô hình đất ngập nước trồng cây bồn bồn (Typha orientalis), một loại cây
thường dùng trong mô hình và được đánh giá tốt về khả năng xử lý ô nhiễm của nó.
1.2. Mục đích, yêu cầu
- Mục đích: xem xét khả năng xử lý của cây bồn bồn đối với nước thải phân heo ở
nồng độ 1,5% dựa trên mô hình đất ngập nước trồng cây chảy bề mặt và chảy ngầm

(theo mô hình dòng chảy đứng) thông qua các chỉ tiêu thông thường của nước thải
(COD, BOD5, N tổng, P tổng, kim loại nặng).
- Yêu cầu: So sánh hiệu quả xử lý của hai mô hình chảy ngầm và chảy bề mặt, so
sánh hiệu quả xứ lý của cây qua các tuần tuổi.
1


- Đối tượng nghiên cứu: cây bồn bồn, nước phân heo và 2 mô hình đất ngập nước
(chảy ngầm và chảy bề mặt).
1.3. Nội dung thực hiện
Các nội dung thực hiện trong phạm vi đề tài này bao gồm:
- Tìm hiểu tài liệu.
- Xây dựng mô hình.
- Chạy mô hình, xác định các chỉ tiêu nước thải trong quá trình xử lý của cây.
- Tổng hợp kết quả, hoàn thành khóa luận.
Việc nghiên cứu sử dụng bồn bồn trong xử lý nước thải đã từng được nghiên
cứu ở Việt Nam. So với các đề tài trước đây, tính mới của đề tài này bao gồm:
- Tiến hành đồng thời 2 mô hình đất ngập nước chảy bề mặt (FWS) và chảy ngầm
(VFS) ở cùng một nồng độ phân và tải trọng nước thải đầu vào. Từ đó so sánh hiệu
quả xử lý của 2 mô hình.
- Khảo sát chỉ tiêu kim loại nặng trong nước.
Phần phạm vi của đề tài bao gồm các nội dung sau:
- Xây dựng mô hình ở quy mô thí nghiệm.
- Thời gian thí nghiệm trong mùa khô, kéo dài trong 2 tháng.
- Theo dõi các chỉ tiêu COD, BOD5, P tổng, N tổng và kim loại nặng (Cu, Fe, Zn)
trong nước.

2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Ô nhiễm nước và một số chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm nước
Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và tính chất nước, có hại cho hoạt động
sống bình thường của sinh vật và con người, bởi sự có mặt của một hay nhiều chất lạ
vượt qua ngưỡng chịu đựng của sinh vật (Lê Văn Thăng, 2004).
Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên do mưa, tuyết tan, gió, bão, lũ lụt còn
được gọi là ô nhiễm không xác định được nguồn gốc. Ô nhiễm nước có nguồn gốc
nhân tạo là sự thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng (chủ yếu là do xả nước thải
từ các vùng dân cư, khu công nghiệp, giao thông vận tải, trại chăn nuôi, thuốc trừ sâu,
diệt cỏ, phân bón trong nông nghiệp).
Có nhiều chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm nước nhưng các chỉ tiêu thông thường nhất
bao gồm pH, nhu cầu oxy hóa học (COD – chemical oxygen demand), nhu cầu oxy
hóa sinh (BOD – Biochemical oxygen demand), chỉ số Nitơ tổng số và chỉ số Photpho
tổng số.
2.1.1. Độ pH
pH là thước đo tính acid hoặc base của dung dịch nước. Sự sống tồn tại và phát
triển tốt trong điều kiện môi trường nước trung tính có pH = 7. Tuy nhiên, sự sống vẫn
chấp nhận một khoảng nhất định từ 6 – 8,5, chỉ cá biệt một số vi sinh vật sống được
trong các pH cực tiểu (0 – 1) và cực đại pH = 14.
2.1.2. Nhu cầu oxy hóa học COD
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong
một thể tích nước.
Chỉ số này được dùng để đánh giá một cách tương đối tổng hàm lượng của các
chất hữu cơ hòa tan trong nước thải. Chỉ số COD càng cao, mức ô nhiễm càng nặng và
ngược lại.
2.1.3. Nhu cầu oxy hóa sinh BOD
BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có khả năng thoái
biến sinh học trong mẫu nước thải bằng sự chuyển hóa hóa sinh hiếu khí. BOD5 là chỉ
số BOD đo ở 200C trong 5 ngày.

3


BOD được dùng rộng rãi trong đánh giá mức ô nhiễm nước và nước thải cũng
như đánh giá hiệu quả các công trình xử lý nước thải.
2.1.4. Chỉ số Nitơ
Nitơ là nguyên tố gắn liền với sự sống, một lượng nitơ thích hợp trong nước là
rất cần thiết. Tuy nhiên, một lượng lớn Nitơ tồn tại trong nước sẽ gây ảnh hưởng đặc
biệt đến hệ sinh thái nước (do gây sự thiếu hụt oxy dẫn đến quá trình lên men và thối
rữa làm ô nhiễm nước).
Các chỉ số về Nitơ chủ yếu được thể hiện qua hàm lượng của toàn bộ dạng khử
(Nitơ hữu cơ, Nitơ amoniac N-NH3), dạng oxy hóa (nitrit N-NO2-, nitrat N-NO3-) và
tổng Nitơ (toàn bộ Nitơ có trong các hợp chất hữu cơ nói chung).
2.1.5. Chỉ số photpho
Trong nước, photpho hiện diện duy nhất dưới dạng photphate. Photphate trong
nước có nguồn gốc từ sự phân giải các chất thải động thực vật, hay phân bón nông
nghiệp trong nước, photphate là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật quang hợp nhưng
nếu nguồn nước có chứa nhiều photphate thì dễ sinh ra hiện tượng phú dưỡng hóa
(Eutrophication) làm giảm chất lượng nước. Đây là một chỉ tiêu đánh giá quan trọng
trong xử lý nước thải.
2.2. Tổng quan nước thải chăn nuôi heo
2.2.1. Thành phần nước thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi bao gồm phân, nước tiểu, nước rửa chuồng trại. Lượng
phân và nước tiểu gia súc thải ra mỗi ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu
phần thức ăn và trọng lượng gia súc. Tùy vào phương thức gom chất thải và hình thức
xử lí mà thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải cũng khác nhau.
Phân heo là dạng phân lỏng, hàm lượng nước chiếm từ 56 – 83%, phần còn lại
là chất khô. Nước tiểu của heo có thành phần chủ yếu là nước, ngoài ra có lượng nitơ
tổng số cao dùng để bổ sung đạm cho đất và cây trồng. Thành phần của phân, nước
tiểu và hỗn hợp chất thải sau khi bài tiết ra và sau một tuần dự trữ của heo có trọng

lượng từ 70 – 100 kg được trình bày ở bảng 2.1.

4


Bảng 2.1 Khối lượng và thành phần hóa học của phân, nước tiểu và hỗn hợp nước thải
lợn có trọng lượng từ 70 – 100 kg
Đơn vị

Phân

Nước tiểu

Vật chất khô

g/kg

213 – 342

30,9 – 35,9

Nước thải
tươi
65,5 – 86,5

NH3-N (Amoniac)

g/kg

0,66 – 0,76

0,13 – 0,4

0,56 – 1,13

Nt (Nitơ tổng số)

g/kg

7,99 – 9,32

4,9 – 6,63

6,22 – 7,37

Tro

g/kg

32,5 – 93,3

8,5 – 16,3

15,6 – 24,1

Chất xơ

g/kg

151 – 261

Carbonates

g/kg

0,23 – 2,11

0,11 – 0,19

0,99 – 2,19

Thành phần

Trương Thanh Cảnh và ctv, 1998 (trích dẫn bởi Dương Nguyên Khang, 2008).

Thành phần nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn chất gây ô nhiễm ở nồng
độ cao cùng với nhiều loại virus, vi trùng, trứng giun sán có thể gây ô nhiễm môi
trường đất và nước, đồng thời gây hại cho sức khỏe con người và vật nuôi. Vì vậy,
chúng ta cần xử lí trước khi thải ra nguồn tiếp nhận để tránh hoặc hạn chế đến mức tối
đa ô nhiễm đến môi trường. Các chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi heo được cho trong
bảng 2.2.
Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo
Chỉ tiêu
pH

Đơn vị

Giá trị

-

4,5 - 8,0

BOD5

mg/L

3500 - 8900

COD

mg/L

5000 - 12000

Tổng N

mg/L

220 – 460

Tổng P

mg/L

36 - 72

Phạm Thị Thu Lan, 2000 (trích dẫn bởi Phan Thị Thúy Phương, 2008).

2.2.2. Các phương pháp xử lí nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi tạo ra CO2, CH4, NH3, H2S, là các khí tạo nên mùi hôi thối
trong các trại chăn nuôi, gây ảnh hưởng tới sinh trưởng và kháng bệnh của động vật,
ngoài ra còn làm ô nhiễm không khí môi trường khu vực xung quanh. Bên cạnh đó,
việc đưa nước thải chăn nuôi vào đất với nồng độ cao và nhiều có thể gây tích tụ lại
trong đất làm chết cây và ô nhiễm đất, nguồn nước mặt và nước ngầm. Ô nhiễm đang
5


tác động nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống của con người, vì vậy cần phải có
biện pháp xử lý các tác nhân gây ô nhiễm này trước khi được thải vào môi trường.
Nước thải chăn nuôi có thể được xử lí bớt ô nhiễm bằng các phương pháp cơ
học, hóa lý, hóa học và sinh học. Các phương pháp này thường được sử dụng kết hợp
với nhau để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất.
Bảng 2.3 Tổng quan về công nghệ và phương pháp xử lý nước thải
Công nghệ Phương pháp
xử lý
xử lý

Công trình xử lý

Mục tiêu xử lý

Hấp thụ
Keo tụ

Tách các chất lơ lửng và
khử màu.

Oxy hóa
Trung hòa

Song chắn rác
Bể chắn rác

Trung hòa và khử độc nước
thải.
Tách các tạp chất rắn và
cặn lơ lửng.

Sinh học

Hồ sinh học
Cánh đồng tưới, bãi lọc
Aerotank

Tách các chất hữu cơ dạng
lơ lửng và hòa tan.

Khử trùng

Trạm trộn Clor
Bể tiếp xúc

Khử trùng trước khi xả ra
nguồn.

Xử lý sơ bộ Hóa lý
Cơ học

Xử lý tập
trung

Xử lý bùn cặn Trạm xử lý cơ học bùn Ổn định và làm khô nguồn
cặn.
cặn
Bể metan
Cơ học
Bể lọc cát
Tách các chất lơ lửng.
Sinh học

Aerotank
Hồ lọc sinh học
Hồ sinh vật

Khử nitơ và photpho.

Hóa học

Bể oxy hóa

Khử nitơ, photpho và các
chất khác.

Xử lý triệt
để

Lâm Vĩnh Sơn, 2008.

2.2.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học thường xử lý không triệt để, được dùng làm giai đoạn đầu

của quá trình làm sạch bằng phương pháp sinh học và hóa lý. Phương pháp này dùng
để loại bỏ các chất không hòa tan và một phần hỗn hợp keo kích thước lớn ra khỏi
nước.

6


Các công trình cơ học bao gồm song chắn rác, bể lắng cát, các loại bể lắng, bể
lọc, bể điều hòa hay bể sục khí.
Bảng 2.4 Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải
Các công trình
Lưới chắn rác
Bể điều hòa
Lắng
Lọc
Màng lọc

Ứng dụng
Tách các chất rắn thô và có thể lắng
Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD
Tách các cặn lắng và nén bùn
Tách các hạt cặn lơ lửng sót lại sau xử lý sinh học và hóa
học
Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định

Lâm Vĩnh Sơn, 2008.

2.2.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt
động của vi sinh vật để phân hóa những hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này được

phân hóa trở thành nước, các chất vô cơ hay khí đơn giản.
Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học bao
gồm công trình cánh đồng tưới, Đất ngập nước, hồ sinh học, bể aerotank, biện pháp ủ
phân hiếu khí, dùng chế phẩm sinh học khử mùi hôi hay xử lý yếm khí bằng biogas.
2.2.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý
Khối xử lý hóa lý thường được đặt sau khối cơ học và trước khối sinh học.
Chúng đạt hiệu quả cao khi nước thải có chứa các chất vô cơ độc hại (kim loại nặng,
acid, base).
Các phương pháp hóa lý thường dùng là keo tụ và lắng, trung hòa, hấp phụ, oxy
hóa và clor hóa.
2.3. Tổng quan về đất ngập nước trồng cây (Constructed wetland)
Đất ngập nước (wetland) theo định nghĩa là vùng trung gian giữa hệ sinh thái
đất và nước. Chúng được hiểu là vùng đất ngập nước bão hòa hoặc cận bão hòa,
thường là các đầm lầy, kênh rạch, ruộng nước, rừng ngập nước hay các cửa sông tiếp
giáp biển.
Theo công ước Ramsar (1971), đất ngập nước là các vùng đầm lầy, đầm lầy đất
trũng, vùng đất than bùn hoặc nước, tự nhiên hay nhân tạo, thường xuyên hay tạm
thời, có nước đứng hay chảy, nước ngọt, lợ hay mặn, kể cả những vùng nước biển với
độ sâu không quá 6 m khi mức triều thấp. Đất ngập nước đóng một vài trò quan trọng
7


đối với sự phát triển kinh tế xã hội, bảo vệ đất nước, xoá đói giảm nghèo, hạn chế tác
động của thiên tai, duy trì và phát triển văn hoá, bảo vệ môi trường và bảo tồn đa dạng
sinh học (Cục bảo vệ môi trường, 2006).
Đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) là phương pháp xử lý nhân tạo
bằng cách làm giả tiến trình tự nhiên để làm sạch nước (Caigan McKenzie, 2004).
Trên thế giới hiện nay, đất ngập nước trồng cây đã được biết đến là một 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, bùn phân hủy và nước thải sau
khi xử lý còn có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn mới mẻ ở Việt Nam
(Nguyễn Việt Anh, 2006).
2.3.1. Phân loại đất ngập nước trồng cây
Theo Lê Anh Tuấn (2003), đất ngập nước kiến tạo được chia thành các loại như
sau:

Hình 2.1 Các loại đất ngập nước kiến tạo.
8


2.3.1.1. Đất ngập nước trồng cây dòng chảy bề mặt (FWS)
Free water surface (FWS) gồm lớp nước trên mặt và thực vật thủy sinh. Hệ
thống này thường có dạng dài và hẹp (kênh), đáy được lót chống thấm bằng đất sét
hoặc bằng vật liệu nhân tạo như HDPE hay LD, phía trên phủ một lớp vật liệu lọc như
sỏi, cái hay đất. Dòng nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc với vận tốc
chậm và được xử lý thông qua các quá trình lắng, lọc, oxy hóa, khử, hấp phụ, lắng tụ.

Hình 2.2 Các loại mô hình FWS. Vẽ lại của Lê Anh Tuấn,2003.
Hệ thống FWS xây dựng ít tốn kém, tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn
dòng chảy ngầm, nhưng hiệu quả xử lý kém hơn, tốn diện tích đất và côn trùng phát
triển nhiều hơn.
9


2.3.1.2. Đất ngập nước trồng cây dòng chảy ngầm (VSB)
Cấu tạo vegetated submerged beb (VSB) hay soil and gravel based subsurface
flow (SSF) về cơ bản cũng giống với FWS, nhưng khác nhau ở dạng dòng chảy. Nước
thải được phân phối thành dòng chảy ngầm bên trong lớp vật liệu lọc, dòng chảy có
dạng thẳng đứng từ trên xuống (vertical-flow, VF) hoặc dạng chảy theo phương nằm

ngang (horizontal-flow, HSSF). Kiểu dòng chảy phổ biến thường là kiểu chảy ngang.
Lớp vật liệu lọc của hệ thống bao gồm các lớp đá, sỏi, cát, đất được xếp theo thứ tự từ
dưới lên trên, là nơi cho thực vật phát triển và có tác dụng giữ cặn, hấp phụ các chất
các chất gây ô nhiễm trong quá trình xử lý.
Hệ thống này có chi phí đầu tư và vận hành thấp, thường sử dụng cho các gia
đình đơn lẻ hoặc cụm dân sư nhỏ.

Hình 2.3 Sơ đồ Đất ngập nước dòng chảy ngang. Theo Lê Anh Tuấn, 2007.
Vẽ lại theo Vymazal, 1997.

Hình 2.4 Sơ đồ Đất ngập nước dòng chảy đứng. Theo Lê Anh Tuấn, 2007.
Vẽ lại theo Cooper, 1996.
10


2.3.2. Thực vật đất ngập nước trồng cây
Thực vật trong mô hình thường là các loài thực vật thủy sinh lưu niên, thân
thảo, xốp mềm, rễ phát triển như sậy, cỏ lác, cỏ vetiver, hoa súng, lục bình, bèo, cỏ
nến,….

Hình 2.5 Các loại thực vật thủy sinh. Vẽ lại từ www.hurthwaterscapes.com.
Các loài thực vật thủy sinh chính được cho ở hình 2.5. Chúng bao gồm thực vật
thủy sinh chìm trong nước (submerged plants), thực vật nửa ngập nước (emegent
plants) và thực vật nổi (floating plants).
Nhóm thực vật chìm trong nước bao gồm các loài rong. Chúng thường phân bố
ở tầng sâu nhất định khoảng 500 mm trở lại và sống trong môi trường ánh sáng yếu,
đồng thời thiếu CO2.
Nhóm thực vật nổi sống trôi trên mặt nước, bao gồm bèo lục bình, bèo tấm, rau
diếp. Nhóm này có khả năng xử lý ô nhiễm cao do bộ rễ làm giá thể cho các vi sinh vật
bám vào tạo thành màng sinh học có thể chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và cung cấp

các chất dinh dưỡng hòa tan cho cây sử dụng.
Nhóm thực vật nửa ngập nước có rễ bám vào đất, một phần thân ngập trong
nước, một phần nhô lên khỏi mặt nước. Chúng bao gồm các loài cỏ nước và lúa nước
như sậy, cỏ nến. Đây là nhóm cỏ được nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực xử lý nước
thải.
11


2.3.3. Cơ chế làm sạch nước thải trong mô hình đất ngập nước trồng cây
Cơ chế này được trình bày trong bảng 2.5.
Bảng 2.5 Cơ chế làm sạch nước thải trong các loại đất ngập nước kiến tạo
Chỉ tiêu

Mô hình dòng chảy mặt FWS

Các chất hữu cơ

Hấp thụ bởi thực vật, phân hủy
sinh học.
Chất hữu cơ Phân hủy sinh học do vi khuẩn
phân hủy được, hiếu khí, tùy tiện và kị khí ở lớp
nước trên mặt, vi khuẩn trên rễ
BOD
thực vật, trên bề mặt các hạt, hấp
phụ, lắng và lọc đối với BOD hạt
keo.
Chất rắn lơ lửng Lắng, lọc, hấp phụ bề mặt
Nitơ
Nitrat hóa, khử Nitơ và thực vật
hấp phụ.

Photpho

Kết tủa, lắng, lọc, thực vật hấp
thụ.
Các chất hữu cơ Bay hơi, thực vật hấp thụ và phân
tổng hợp
hủy sinh học.
Kim loại nặng
Kết tủa, lắng, lọc, thực vật hấp
thụ.
Vi sinh vật gây Chết đi do thời gian lưu lớn, bức
bệnh
xạ mặt trời (UV), lắng, lọc.

Mô hình dòng chảy ngầm
VSB
Hấp thụ bởi thực vật, phân hủy
sinh học.
Phân hủy sinh học do vi khuẩn
hiếu khí, tùy tiện và kị khí ở
lớp nước trên mặt, vi khuẩn
trên rễ thực vật, trên bề mặt các
hạt vật liệu đỡ (màng vi sinh
vật).
Lọc qua lớp vật liệu và bộ rễ
Nitrat hóa, nitrate/nitrite bị khử
do vi sinh dị dưỡng trong vùng
kị khí, thực vật hấp thụ, bay
hơi.

Kết tủa và lọc, thực vật hấp
thụ.
Hấp thụ bởi rễ và vật liệu đỡ.
Lắng, lọc, hấp thụ trên bề mặt
hạt vật liệu, thực vật hấp thụ.
Chết do thời gian lưu lớn, lắng,
hấp phụ, lọc, sự bài tiết các
chất kháng sinh từ rễ cây.

Nguyễn Việt Anh, 2006 (trích dẫn bởi Đỗ Hồng Lan Chi và Nguyễn Phước Dân, 2010).

2.4. Tổng quan về cây bồn bồn
Cây bồn bồn có tên khoa học là Typha orientalis, ở Việt Nam còn có tên gọi
khác là cỏ nến, thủy hương bồ hay hương bồ thảo. Loại cây này còn có nhiều tên gọi
như bulrush hoặc reedmace (ở Anh), cattail, punks, hay corndog grass (ở Mỹ) và raupo
(New Zealand).
Đây là loài cây thuộc bộ Poales, họ Typhaceae (họ Hương bồ), là thực vật thủy
sinh nửa ngập nước, có mặt ở nhiều nước trên thế giới.

12


Hình 2.6 Các bộ phận của cây bồn bồn. Österreich und
der Schweiz, 1885 (Trích từ www.biolid.de). Các bộ phận
bao gồm cụm hoa (A) với hoa cái ở dưới (B3), hoa đực ở trên
(B1, B2) và rễ.

Hình 2.7 Hình ảnh khác về cây bồn bồn. Richard
Wettstein, 1924 (Trích từ www.biolid.de). Rễ và căn hành (1a),
thân và cụm hoa (1b), mặt cắt hoa đực (2), mặt cắt hoa cái (3)

và mầm cây (4).
13


2.4.1. Các đặc điểm của cây bồn bồn
Bồn bồn là hệ thực vật đa niên, có căn hành bò, thân đứng. Lá đứng, dẹp dài,
cứng, đáy có bẹ ôm thân. Hoa đơn tính, nằm trên cùng một trục, hoa cái có lông mảnh
trên thư đài dài, hoa đực có phiến hoa như sợi, thường có ba tiểu nhụy. Bế quả nhỏ và
dài. (Phạm Hoàng Hộ, 2003). Chiều cao cây thường từ 1 – 2 m, ở Việt Nam có thể cao
đến 3 m.
Môi trường sống của cây thường là các vùng rìa đầm lầy nước ngọt hoặc nước
lợ, ít phèn và sống tập trung. Đây là loài cây ưa ánh sáng nhưng cũng có thể phát triển
tốt trong bóng râm. Cây có dạng thân ngầm, mọc đan xen thành cụm và có xu hướng
loại bỏ các loài thực vật khác nên những khu vực có chúng thường ít thấy các loài
khác.
Các ứng dụng chủ yếu của cây bồn bồn bao gồm làm thực phẩm cho con người,
đan chiếu, làm giấy, làm dầu ăn, bông nhồi gối, làm thuốc, và xử lý môi trường.
2.4.2. Khả năng xử lý nước thải của cây bồn bồn
Bồn bồn là loại thực vật sử dụng phổ biến trong các mô hình đất ngập nước do
đây là loại thực vật dễ thích nghi, phát triển nhanh và khả năng xử lý ô nhiễm tốt.
Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy Trang (2008), kết quả ban đầu thu được về
hiệu quả xử lý của cây bồn bồn có nhiều khả quan. Kết quả được trình bày ở bảng 2.6.

Bảng 2.6 Hiệu quả xử lý nước thải phân heo của cây bồn bồn
Chỉ tiêu nước thải
COD
BOD5
N tổng
P tổng

Hiệu quả xử lý
67 – 78%
57 – 81%
92 – 94%
59 – 67%

Nguyễn Thị Thùy Trang, 2008.

Cũng trong năm 2008, Tian Ziquiang và ctv (Trung Quốc) đã nghiên cứu khả
năng xử lý của hai loài thực vật là sậy (Phragmites australis) và bồn bồn (Typha
orientalis) trên sỏi và trên cát tại sông Taihu (Thái Hồ). Kết quả thu được là làm sạch
83 – 86% và 45 – 62% đối với bồn bồn lần lượt trên sỏi và trên cát. Như kết quả thu
được lần lượt ở trên sỏi và trên cát, cây bồn bồn đạt hiệu quả xử lý 83 – 86% và 45 –
62% với hàm lượng chất hữu cơ, 44 – 61% và 25 – 61% với hàm lượng N, 37 – 41%
và 12 – 47% với hàm lượng P.

14