NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG CÔNG NGHỆ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


ĐỖ VĂN TUYỆN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
BẰNG CÔNG NGHỆ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 07/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


ĐỖ VĂN TUYỆN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
BẰNG CÔNG NGHỆ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Kỹ thuật môi trường

Người hướng dẫn: TS. PHAN VĂN MINH

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 07/2010


LỜI CẢM ƠN

Luận Văn “Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải chăn nuôi heo bằng Công Nghệ
Constructed Wetland” được hoàn thành bên cạnh sự cố gắng và nỗ lực của bản thân
còn có sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình, và bạn bè. Vì vậy, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến:
 Các thầy cô khoa Môi trường và Tài nguyên đã giảng dạy và truyền đạt kiến
thức giúp em vững vàng hòan thành luận văn này.
 Thầy TS. Phan Văn Minh, KS. Nguyễn Công Mạnh đã hướng dẫn tận tình
giúp em hoàn thành đề tài này.
 Anh Phan Thái Sơn và gia đình đã giúp đỡ em trong quá trình vận hành mô
hình.
 Các thầy cô, anh chị trong Trung Tâm Công Nghệ Và Quản Lý Môi Trường
& Tài Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình phân
tích.
 Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè luôn động viên, ủng hộ trong suốt
thời gian học tập và thực hiện luận văn.
 Con xin chân thành cảm ơn ba mẹ và gia đình luôn là chỗ dựa vững chãi, ủng
hộ con trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn!
TP.Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2010
Sinh Viên thực hiện

Đỗ Văn Tuyện

-I-


TÓM TẮT KHOÁ LUẬN
Đề tài “Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất
Ngập Nước nhân tạo” được tiến hành tại ấp Hoà Lân, xã Thuận Giao, huyện Thuận
An, Bình Dương , thời gian từ 31/05 đến 05/07/2010.
 Hiệu suất xử lý COD cuả hệ thống là 90.7% đối với hệ thống sậy, lục
bình; 89.1 % đối với hệ thống vetiver, lục bình
 Hiệu suất xử lý BOD5 cuả hệ thống là 93.6% đối với hệ thống sậy, lục
bình; 92.8 % đối với hệ thống vetiver, lục bình
 Hiệu suất xử lý SS cuả hệ thống là 98 % đối với hệ thống sậy, lục bình;
96,5 % đối với hệ thống vetiver, lục bình
 Hiệu suất xử lý Ptổng cuả hệ thống là 88.5% đối với hệ thống sậy, lục
bình; 82.2 % đối với hệ thống vetiver, lục bình
 Hiệu suất xử lý Ntổng cuả hệ thống là 83% đối với hệ thống sậy, lục bình;
68.2 % đối với hệ thống vetiver, lục bình
 pH thay đổi không đáng kể khi đi qua hệ thống.
 Hiệu suất xử lý Coliform cuả hệ thống là 96.1% đối với hệ thống sậy, lục
bình; 98.2 % đối với hệ thống vetiver, lục bình. Hiệu suất xử lý Feacal coliform cuả
hệ thống là 97 % đối với hệ thống sậy, lục bình; 95.1 % đối với hệ thống vetiver,
lục bình
=> Hiệu suất xử lý cuả hệ thống sậy, lục bình cao hơn hiệu suất xử lý cuả
vetiver, lục bình.

- II -


TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
---o0o---

---o0o---

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN

Họ và tên sinh viên: Đỗ Văn Tuyện

MSSV: 06127149

Lớp: DH06MT

Niên khóa: 2006-2010

Khoa: Môi Trường và Tài Nguyên

Ngành: Kỹ thuật môi trường

1. Tên đề tài:
Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước
nhân tạo.
2. Nội dung của khóa luận:


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình Đất ngập nước

dòng chảy ngang.


So sánh hiệu quả xử lý cuả 2 nghiệm thức: nghiệm thức 1 (Sậy, lục bình) và

nghiệm thức 2 (Vectiver, lục bình).
3.Thời gian thực hiện: từ 31/05 đến 05/07/2010.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. Phan Văn Minh, KS. Nguyễn Công Mạnh.
Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp được thông qua Khoa và Bộ môn.
Ngày …. tháng .… năm ……

Ngày …. tháng …. năm …..

Ban chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

- III -


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ I
TÓM TẮT KHOÁ LUẬN ............................................................................ II
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN ................................................ III
MỤC LỤC ................................................................................................... IV
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... V
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC .................................................................... VI
DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................... VII

1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu khoá luận .............................................................................................. 2
1.3. Nội dung khoá luận ............................................................................................. 2
1.4. Phương pháp thực hiện........................................................................................ 2
1.5. Đối tượng và phạm vi đề tài ................................................................................ 2
1.6. Ý nghĩa nghiên cứu ............................................................................................. 3
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................................4
2.1. Tính chất nước thải chăn nuôi heo và một số quy trình xử lý. ........................... 4
2.1.1 Nước thải chăn nuôi heo ....................................................................................4
2.1.2 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo ..............................5
2.2. Tổng quan Constructed Wetland (Đất ngập nước nhân tạo)............................... 7
2.2.1. Khái niệm ..........................................................................................................7
2.2.2. Phân loại ............................................................................................................7
2.2.3 Cơ chế xử lý nước thải trong Constructed Wetland.........................................10
2.2.4. Ưu - nhược điểm: ............................................................................................10
2.2.5. Tình hình nghiên cứu - ứng dụng ĐNN nhân tạo trên thế giới và Việt Nam .11
2.3. Thực vật sử dụng trong Constructed Wetland: ................................................. 14
2.3.1. Tổng quan về Sậy: ...........................................................................................14
2.3.2. Tổng quan về Vectiver: ...................................................................................16
2.3.3. Lục bình ..........................................................................................................19

- IV -


2.4. Quá trình chuyển hoá nitơ, phospho trong Constructed wetland:..................... 19
2.4.1. Quá trình chuyển hóa Nitơ: .............................................................................19
2.4.2. Quá trình chuyển hóa phosphore: ...................................................................22
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................24
3.1. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 24

3.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 24
3.2.1. Vật liệu thí nghiệm ..........................................................................................24
3.2.2.Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................24
3.2.3. Phương pháp thu mẫu và phân tích mẫu .........................................................27
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................29
4.1. Kết quả xử lý COD ........................................................................................... 29
4.2. Kết quả xử lý BOD ........................................................................................... 30
4.3. Kết quả xử lý SS ............................................................................................... 32
4.4. Kết quả xử lý Phospho tổng .............................................................................. 32
4.5. Kết quả xử lý Nitơ tổng: ................................................................................... 33
4.6 Sự thay đổi pH trước và sau xử lý: .................................................................... 34
4.7. Sự loại bỏ vi khuẩn gây bệnh ............................................................................ 35
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................36
5.1. Kết luận ............................................................................................................. 36
5.2. Kiến nghị ........................................................................................................... 36
PHỤ LỤC .................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56

-V-


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ĐNN

Đất ngập nước

CW

Constructed wetland (Đất ngập nước nhân tạo)

COD

Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxi hóa học)

BOD5

Biological oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh học)

DO

Dissolved oxygen demand (lượng oxy hoà tan)

FWS

Free water surface (Đất ngập nước có dòng chảy tự do
trên bề mặt )

SSF

Subsurface Flow Constructed wetland (Đất ngập nước
có dòng chảy ngầm)

HSF

Horizontal subsurface flow (ĐNN với dòng chảy ngang
dưới mặt đất)

VSF

Vertical subsurface flow (ĐNN dòng chảy thẳng đứng)

XLNT

Xử lý nước thải

SL

Hệ thống bể sậy kết hợp với bể trồng lục bình

VL

Hệ thống bể vetiver kết hợp với bể trồng lục bình

KL

Hệ thống bể đối chứng (không trồng cây) kết hợp với bể
trồng lục bình

SS

Chất rắn lơ lửng

VSV

Vi sinh vật

- VI -


DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 1 HÌNH ẢNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ....................................................38
Phụ lục 2 HSF XLNT CHĂN NUÔI HEO ...............................................................39
Phụ lục 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BOD .......................................................40
Phụ lục 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD.........................................................43
Phụ lục 5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SS.............................................................47
Phụ lục 6 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITƠ TỔNG ...........................................49
Phụ lục 7 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOSPHATE ..........................................51
Phụ lục 8 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOSPHO TỔNG...................................54

- VII -


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nuôi heo hộ gia đình .................................5
Hình 2.2 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nuôi heo công nghiệp ...............................6
Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại Xí nghiệp lợn giống Đông Á - Dĩ An
- Bình Dương...............................................................................................................6
Hình 2.4 Mô hình Constructed Wetland chảy trên bề mặt. ........................................8
Hình 2.5 Mô hình Constructed Wetland dòng chảy ngang. .......................................9
Hình 2.6 Mô hình Constructed Wetland dòng chảy đứng........................................10
Hình 2.7 Hình ảnh cây sậy .......................................................................................14
Hình 2.8 Bụi cỏ Vetiver............................................................................................16
Hình 2.9 Quá trình ANAMMOX .............................................................................22
Hình 3.1 Cấu taọ hệ thống ĐNN dòng chảy ngang ..................................................26
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm.........................................................................27
Hình 4.1 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD của mô hình................................................29
Hình 4.2 Biểu đồ hiệu suất xử lý BOD của mô hình................................................31
Hình 4.3 Biểu đồ hiệu suất xử lý SS của mô hình....................................................32
Hình 4.4 Biểu đồ hiệu suất xử lý PTổng của mô hình ................................................33

Hình 4.5 Biểu đồ hiệu suất xử lý NTổng của mô hình................................................34

- VIII -


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngành chăn nuôi nói chung và chăn nuôi heo nói riêng là ngành sản sinh ra
khối lượng chất thải (rắn và lỏng) rất lớn. Nếu không được xử lý tốt thì nước thải
của ngành chăn nuôi heo sẽ là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường
nước. Ngược lại sẽ góp phần rất lớn cho ngành chăn nuôi heo phát triển bền vững.
Một trong những giải pháp giúp xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp và có
hiệu quả là ứng dụng phương pháp sinh học kỵ khí. Trong quá trình sinh học kỵ khí
hoạt động phân hủy các hợp chất cao phân tử như protein, glucid, lipid… của vi
khuẩn kỵ khí sẽ tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí sinh học với thành phần chủ yếu là
khí methane (60-70%) và khí carbonic (20-30%) có thể sử dụng làm nhiên liệu.
Tuy nhiên, nước thải chăn nuôi heo sau xử lý kỵ khí còn chứa một lượng
COD, BOD, Nitơ, phosphore khá lớn. Nếu không được xử lý tiếp mà xả thải trực
tiếp vào thủy vực thì nó sẽ tác động xấu đến môi trường nước (gây ra hiện tượng
phú dưỡng hóa, làm chết động vật, thực vật thủy sinh…). Ngoài ra, trong nước thải
chăn nuôi heo còn phát hiện thấy có nhiều loại ký sinh trùng, vi trùng có khả năng
gây bệnh cho người như. Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis,
Buski, Brucella… Do đó, để bảo vệ nguồn nước, cần phải có thêm một hệ thống xử
lý bậc cao hơn trước khi xả thải ra các nguồn nước tiếp nhận.
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ xử
lý nước thải bậc cao. Đất ngập nước nhân tạo được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi
trong lĩnh vực xử lý nước thải ở các nước trên thế giới như một giải pháp thân thiện

với môi trường bằng công nghệ sinh thái, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp; đồng thời
góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường. Tại Việt
Nam, phương pháp này còn khá mới mẻ, chưa được ứng dụng phổ biến. Việc sử
dụng các loài thực vật thuỷ sinh (vectiver, sậy, lục bình) góp phần làm tăng hiệu
quả xử lý nitơ, phospho-nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng hoá. Xuất phát

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

1


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
từ những cơ sở trên, sinh viên chọn đề tài: “Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải chăn
nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo”
1.2. Mục tiêu khoá luận


Xác định hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng công nghệ đất ngập

nước nhân tạo dòng chảy ngang tương ứng với thời gian lưu nước 4 ngày.


Xác định loài thực vật thuỷ sinh phù hợp với hệ thống, có khả năng xử lý tốt

các chất gây ô nhiễm môi trường.
1.3. Nội dung khoá luận


Khảo sát nước thải chăn nuôi.



Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình đất ngập nước

dòng chảy ngang. Theo dõi các chỉ tiêu pH, COD, BOD, SS, nitơ tổng, phospho
tổng, Coliform, Feacal Coliform.


So sánh hiệu quả xử lý của Sậy và Vectiver.

1.4. Phương pháp thực hiện


Thu thập tài liệu từ nhiều nguồn (sách, internet).



Xây dựng và vận hành mô hình để thu thập các thông số kỹ thuật nhằm giải

quyết các mục tiêu đã đặt ra trong luận văn.


Các số liệu thu thập được tổng hợp và xử lý số liệu bằng phần mềm

Microsoft Office Excel 2003.
1.5. Đối tượng và phạm vi đề tài
1.5.1. Đối tượng:


Mô hình đất ngập nước.



Thực vật sử dụng: sậy, vectiver, lục bình.



Mẫu nước thải chăn nuôi heo.

1.5.2. Phạm vi đề tài:


Loại nước thải: Nước thải chăn nuôi heo đã qua xử lý kỵ khí (hầm biogas).



Quy mô: Đề tài thực hiện trên mô hình thí nghiệm. Nghiên cứu hiệu quả xử

lý pH, COD, BOD, SS, N tổng , P tổng, Coliform, Feacal Coliform.

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

2


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
1.6. Ý nghĩa nghiên cứu
1.6.1. Ý nghĩa khoa học
Công nghệ này đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới, góp phần xử lý ô
nhiễm môi trường. Tuy nhiên ở Việt Nam, công nghệ này còn khá mới mẻ.

Constructed wetland là một công nghệ thuộc loại công nghệ sinh thái (ecology), do
đó với những khu vực có điều kiện khí hậu khác nhau sẽ cho ra những kết quả có
tính đối chiếu; góp phần làm tăng thêm hiểu biết về công nghệ này.
1.5.2. Ý nghĩa kinh tế – xã hội
Đây là công nghệ sinh thái, đạt hiệu suất cao, chi phí xử lý thấp; đồng thời góp
phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường. Nó phù hợp
với vùng nông thôn có diện tích đất rộng, góp phần bảo vệ môi trường và cuộc
sống.

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

3


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo

Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tính chất nước thải chăn nuôi heo và một số quy trình xử lý.
2.1.1 Nước thải chăn nuôi heo
Nước thải chăn nuôi heo bao gồm phân và nước tiểu. Đó là những chất còn
lại từ thức ăn sau khi heo sử dụng trong quá trình đồng hóa. Khối lượng phân và
nước tiểu thải ra mỗi ngày phụ thuộc vào độ tuổi, khẩu phần và trọng lượng của mỗi
heo nuôi. Khối lượng nước thải và nồng độ các hợp phần trong nước thải chăn nuôi
heo sẽ rất khác nhau, tùy thuộc quy mô đàn heo nuôi, lượng nước dùng để tắm heo,
vệ sinh chuồng trại và cách thức thu dọn chất thải…
Bảng 2.1 Thành phần, tính chất hóa lý, vi sinh của nước thải nuôi heo
Số tt

Các chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

1

pH

6,8 - 8,5

2

COD

mg/l

1.800 - 3.200

3

BOD5

mg/l

1.000 - 1.800

4

DO

mg/l

5

SS

mg/l

1.500 - 4.200

6

Tổng nitơ

mg/l

220 - 860

7

Tổng P

mg/l

30 - 80

8

Escherichia coli

MPN/ 100ml

1,5x106 - 6,8x108

9

Steptococcus faecalis

MPN/ 100ml

3x102 - 3,5x103

0 - 0,2

Nguồn: Huỳnh Tấn Long, 2010

Hợp phần của nước thải chăn nuôi heo gồm protit, lipid và hydratecarbon
cùng các dẫn xuất của chúng, hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân huỷ (chiếm khoảng
70-80%), còn lại là chất hòa tan khác như urea, ammonium, phospho và nhiều loại
muối vô cơ khác… được heo thải ra qua phân và nước tiểu. Hàm lượng N, P trong
phân và nước tiểu của heo cao. Do đó, nước thải chăn nuôi heo được đánh giá là
một trong những loại nước thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường khá nghiêm
trọng. Hàm lượng các hợp chất nitơ, phospho và lưu huỳnh cao trong nước thải

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

4

Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
thường gây ra hiện tượng phú dưỡng thủy vực khi tiếp nhận trực tiếp nước thải chăn
nuôi heo không qua xử lý hoặc đã qua xử lý mà chưa đạt tiêu chẩn xả thải.
STT

Các chỉ tiêu

1

pH

2

COD

3

Đơn vị

Nồng độ
7.19

mgO2/l

1464.4

SS

mg/l

890

4

N-NO2-

mg/l

0.02

5

N-NO3-

mg/l

0.11

6

Tổng nitơ

mg/l

299

7

Tổng P

mg/l

130.2

8

PO43-

mg/l

26.9

9

Coliform

MPN/ 100ml

2.4x106

10

Faecal coliform

MPN/ 100ml

4.3x103

Nguồn: Trung tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường, ĐH Nông Lâm
Bảng 2.2 Một số chỉ tiêu nước thải chăn nuôi heo sau khi qua hầm biogas.

2.1.2 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo
2.1.2.1 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo quy mô hộ gia đình
Quy trình sử dụng các thiết bị xử lý kỵ khí tốc độ thấp như bể lên men tạo
khí biogas kiểu Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, hoặc dùng túi nhựa PE. Phương
pháp này nhằm xây dựng kỹ thuật xử lý kỵ khí nước thải chăn nuôi heo trong hộ gia
đình với số đầu heo không nhiều, nhỏ hơn 400 con.
Khí biogas

Nước thải

Bể biogas

Sử dụng trong
gia đình

Hồ thực vật

Nguồn tiếp nhận

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nuôi heo hộ gia đình
2.1.3.2 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo quy mô công nghiệp
Quy trình này được xây dựng với thiết bị tương đối hoàn chỉnh, đồng bộ
nhằm áp dụng trong các xí nghiệp nuôi heo mang tính chất công nghiệp.
Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi công nghiệp có quy trình như sau:
SVTH: Đỗ Văn Tuyện

5


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo

a) Xử lý cơ học: Lắng tách chất rắn.
b) Xử lý sinh học: Bắt đầu bằng sinh học kỵ khí UASB, tiếp theo là sinh học hiếu
khí (aeroten) hoặc hồ thực vật thủy sinh với lục bình, bèo cái, bèo cám, rong...
c) Khử trùng trước khi thải ra môi trường.
Khí biogas – Sử dụng khí biogas

Ủ phân sinh học

Nước thải

Bộ tách phân

Nguồn tiếp nhận

Bể UASB

Bể hiếu khí

Bể lắng

Hồ thực vật thủy sinh

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nuôi heo công nghiệp
 Công nghệ xử lý nước thải nuôi heo ở Xí nghiệp lợn giống Đông Á - Dĩ An Bình Dương với công suất hoạt động 150 m3/ngày.
Các ô ủ Compost

Khí biogas

Cấp khí

Các bể điều
hòa tách phân

Các bể kỵ
khí (UASB)

Các bể
hiếu khí

Nước thải

Hồ thực vật thủy sinh

Bể lắng

Bùn hoàn lưu

Nguồn tiếp nhận

Nguồn: Ngô Kế Sương, Lê Công Nhất Phương, 2005
Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại Xí nghiệp lợn giống Đông Á - Dĩ An
- Bình Dương
Hệ thống hoạt động tốt, tương đối ổn định với kết quả đạt được như sau: COD
= 82,4 mg/L, BOD5 = 43,9 mg/L, N-NH4 = 8,4 mg/L; SS= 47,3 mg/L, tổng P = 3,7
mg/L. Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo cần qua 3 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn I: Tách chất thải rắn (phân) bằng phương pháp cơ học, đây là nguồn

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

6

Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
nguyên liệu để sản xuất phân vi sinh (compost) rất tốt.
+ Giai đoạn II: Xử lý các hợp chất hữu cơ (COD, BOD, tổng photpho và một phần
tổng nitơ…) bằng phương pháp sinh học kỵ khí và thiếu khí (có hoặc không có
giá thể). Trong giai đoạn này thu được sản phẩm biogas là nguồn nguyên liệu có
thể dùng vào nhiều mục đích khác nhau trong cuộc sống và bùn hữu cơ dùng
cho sản xuất phân vi sinh.
+ Giai đoạn III: Là công đoạn xử lý N-NH4, tổng photpho.
2.2. Tổng quan Đất Ngập Nước nhân tạo (Constructed Wetland)
2.2.1. Khái niệm
Theo Công ước RAMSAR thì "Đất ngập nước bao gồm: những vùng đầm lầy,
đầm lầy than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay nhân tạo, những vùng
ngập nước tạm thời hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, là nước
ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả những vực nước biển có độ sâu không quá 6m
khi triều thấp".
Đất ngập nước nhân tạo là công nghệ xử lý sinh thái (ecology), được xây dựng
nhằm khắc phục những nhược điểm của đất ngập nước tự nhiên mà vẫn có được
những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên.
Constructed Wetland (Đất ngập nước nhân taọ) là một thủy vực nông với một
số loại vật liệu lọc (chất nền), thường là cát, đá hoặc sỏi, và trồng thực vật thủy sinh
chịu được điều kiện môi trường bão hòa. Nước thải cần xử lý được đưa vào thủy
vực chảy trên bề mặt hoặc thông qua các lớp giá thể, và được đưa ra khỏi thủy vực
thông qua hệ thống thu nước.
Constructed Wetland bao gồm năm thành phần chính: Thủy vực, lớp giá thể,
thực vật, lớp lót, hệ thống đường ống vào/ra.
2.2.2. Phân loại
a. Đất ngập nước có dòng chảy tự do trên bề mặt (Free water surface FWS): Những hệ thống này thường là thủy vực chứa nước hoặc các kênh dẫn nước,
với lớp lót bên dưới để ngăn sự rò rỉ nước, đất hoặc các lớp vật liệu lọc thích hợp

khác hỗ trợ cho thực vật nổi lên. Lớp nước nông, tốc độ dòng chảy chậm, sự có mặt
của thân cây quyết định dòng chảy và đặc biệt trong các mương dài và hẹp, bảo đảm
điều kiện dòng chảy nhỏ .

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

7


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
Trong hệ thống đất ngập nước có dòng chảy tự do trên bề mặt, chất hữu cơ
được loại bỏ do dòng chảy chậm, lắng, lọc, oxy hoá, hấp phụ (Kadlec và Knight,
1996). Nitơ được loại bỏ bởi sự hấp thu của cây trồng, quá trình nitrat hoá/phản
nitrat, bay hơi và trao đổi ion, nhưng loại bỏ hiệu quả nhất là bằng quá trình nitrat
hoá/phản nitrat (Vymazal, 2001; US EPA, 2000). Phospho được loại bỏ nhờ sự hấp
thụ, hấp phụ, kết tuả và lắng cùng các ion Al3+, Fe3+ và Ca2+ (Vymazal et al.,
1998).

Hình 2.4 Mô hình Constructed Wetland chảy trên bề mặt.
b. Đất ngập nước có dòng chảy ngầm (Subsurface Flow Constructed wetland –
SSF)
Hệ thống này có cấu tạo khá đơn giản: ngăn phân phối nước, hệ thống phân
phối nước và hệ thống thu nước. Dưới đáy có lớp chống thấm là lớp đất sét tự nhiên
hay nhân tạo, hoặc một lớp vải nhựa chống thấm… Bên trên là lớp vật liệu lọc,
chiều cao phụ thuộc vào loại rễ cây trồng.
Phân hủy chất thải xảy ra trong lớp vật liệu, do các VSV bám trên bề mặt
vật liệu và rễ cây. Nước thải sau khi phân phối vào sẽ thấm qua lớp vật liệu lọc và
vùng rễ của thực vật trồng trong đó, qua đó các vi sinh vật sống trong vật liệu lọc và
sống bám vào hệ thống rễ của cây trồng thì các chất hữu cơ sẽ được tiêu thụ phục
vụ cho hoạt động sống của chúng và đồng thời cũng được cây hấp thụ một phần. Hệ

thống rễ của thực vật thuỷ sinh cũng đóng vai trò qua trọng trong xử lí nước thải
qua việc hấp thụ chất dinh dưỡng trong nước thải cũng như chất giữ lại trong quá
trình lọc, cung cấp oxy tạo ra các quá trình phân huỷ hiếu khí bên trong vật liệu.

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

8


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo

Đất ngập nước có dòng chảy ngầm bao gồm 2 hệ thống:


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 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
các vùng hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các vùng hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ,
nơi lọc O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua rễ, nó được làm sạch bởi sự
phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh.

Hình 2.5 Mô hình Constructed Wetland dòng chảy ngang. (Vymazal, 1997)


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 bậc 2 cho nước thải
đã qua xử lý bậc 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. Hệ thống này có nhiều ưu điểm như có chế độ oxy trong
lớp vật liệu tốt hơn, cho phép nâng cao hiệu suất quá trình phân huỷ sinh học các
chất hữu cơ, xử lý được chất dinh dưỡng như Nitơ nhờ quá trình nitrat – khử nitrat,
loại bỏ vi sinh, tốn ít diện tích nhất trong các loại bãi lọc, hiệu suất xử lý cao… Tuy
nhiên nhược điểm của loại này là cần có chênh lệch về gradient dòng chảy từ sau bể
tự hoại đến nguồn tiếp nhận, nếu không phải dùng bơm cưỡng bức, do vậy phải lựa
chọn điều kiện địa hình thích hợp mới có thể áp dụng được.
SVTH: Đỗ Văn Tuyện

9


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo

Hình 2.6 Mô hình Constructed Wetland dòng chảy đứng. (Cooper, 1996)
2.2.3 Cơ chế xử lý nước thải trong Constructed Wetland
Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm:
các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và các vi sinh vật
gây bệnh. Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua
các quá trình vật lý, hóa học và sinh học.
 Vật lý: Lắng do trọng lực: Các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp
lọc, qua tầng rễ; Lực hấp dẫn giữa các phần tử; Sự bay hơi NH3 từ nước thải.
 Hóa học: Tạo thành các hợp chất; Hấp phụ trên bề mặt lớp lọc và bề mặt
thực vật; phân hủy hoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi các tác nhân như tia
tử ngoại, oxy hóa ...
 Sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy và
vi sinh vật bám dính trên thực vật. Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động

của vi sinh vật; Dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô
nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ trong
môi trường.
2.2.4. Ưu - nhược điểm:
a.Ưu điểm:


Nhu cầu năng lượng thấp (thực vật sử dụng năng lượng mặt trời)



Dễ xây dựng và bảo dưỡng, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp.



Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương (đá, cát …).

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

10


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo


Chịu được thay đổi tải trọng.



Có giá trị thẩm mỹ và sinh học, ít gây mùi hôi làm ảnh hưởng đến môi

trường.
Sinh khối thực vật có thể ứng dụng vào nhiều mục đích: làm phân bón cải tạo



đất; nguyên liệu sản xuất giấy và bột giấy, làm hương liệu…
b. Nhược điểm:


Yêu cầu diện tích lớn hơn so với hệ thống thông thường.



Thời gian xử lý chậm, hiệu quả xử lý không ổn định khi gặp điều kiện bất



Thành phần sinh học trong hệ thống nhạy cảm với các chất độc hóa học như

lợi.
thuốc trừ sâu, hoá chất …
2.2.5. Tình hình nghiên cứu - ứng dụng ĐNN nhân tạo trên thế giới và Việt
Nam
2.2.5.1. Thế giới:


Người mở đầu cho việc sử dụng công nghệ đất ngập nước trong xử lý nước

thải là Kathe Seidel vào đầu những năm 1950 tại Đức. Công trình này được mở

rộng vào những năm 1960 cho các dòng thải khác nhau, bao gồm nước thải phenol
(Seidel,1965, 1966), nước thải nhà máy sữa (Seidel, 1976), và nước thải chăn nuôi
(Seidel, 1961)…


Năm 1968, đất ngập nước dòng chảy bề mặt đã được xây dựng ở Hungary

gần Keszthely để bảo vệ chất lượng nước của hồ Balaton và xử lý nước thải của thị
xã (Lakatos, 1998).


Năm 1973, Hệ thống FWS được xây dựng với diện tích 8.5 ha tại Martinez,

California tạo môi trường sống cho động vật hoang dã và cho mục đích xả thải
(James và Bogart, 1989).


Xây dựng những vùng đất ngập nước được chú ý nhiều hơn ở Châu Âu:

Trong những năm 1980, ĐNN dòng chảy ngang và trong những năm 1990 với dòng
chảy thẳng đứng và sự kết hợp các dòng chảy (Cooper et al., 1996; Vymazal et al.,
1998).


Tại Bắc Mỹ, từ giữa năm 1967, nghiên cứu sử dụng đầm phá ven biển để tái

chế và tái sử dụng nước thải đô thị (Odum, 1985). Sau đó là các nghiên cứu chuyên

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

11


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
sâu sử dụng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải tại một vùng khí hậu lạnh
(Kadlec et al., 1975; Kadlec và Tilton, 1979). Sau đó đất ngập nước nhân tạo đã
được sử dụng tại Bắc Mỹ với nhiều loại nước thải bao gồm nước thải đô thị, công
nghiệp và nông nghiệp (Kadlec và Knight, 1996; Kadlec, 2003).


Taị Châu Á, trong thập niên 1970 và thập niên 1980 nhiều thí nghiệm với

lục bình đã được tiến hành để xử lý các loại nước thải, như: nước thải nhà máy sữa,
sản xuất dầu cọ, chưng cất, sản xuất cao su tự nhiên, thuộc da, dệt may, điện, bột
giấy, sản xuất giấy, sản xuất thuốc trừ sâu và nước thải chứa kim loại nặng (Abassi,
1987).


Đến nay đất ngập nước nhân tạo được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Đã có

một số quốc gia ban hành hướng dẫn xây dựng đất ngập nước: ở Châu Âu, hướng
dẫn quốc gia đầu tiên được xuất bản ở Đức vào năm 1989 (ATV H 262, 1989),
hướng dẫn ở châu Âu (Cooper, 1990). Ở một số nước, như Đan Mạch, các hướng
dẫn đã được ban hành cho các loại đất ngập nước nhân tạo (dòng chảy ngang, dòng
chảy thẳng đứng) (Bộ môi trường và năng lượng, 1999, 2003a, 2003b; Brix và
Johansen, 2004). Tại Hoa Kỳ, sách hướng dẫn thiết kế xây dựng đất ngập nước để
xử lý nước thải đô thị được ban hành bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ năm
1988 (US EPA, 1988), năm 2000 (US EPA, 2000). Tại Úc, Hướng dẫn xây dựng
vùng đất ngập nước dòng chảy bề mặt xử lý nước thải đô thị được ban hành trong
năm 2000 (QDNR, 2000).

Năm

Nghiên cứu, ứng dụng

1952

Nghiên cứu XL nước thải phenol (Seidel, 1955, 1965a, 1966)

1956

Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi (Seidel, 1961)

1956

Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy sữa (Seidel, 1976)

1973

Nghiên cứu xử lý nước thải ngành dệt (Widyanto, 1975)

1975

Xây dựng XLNT nhà máy lọc dầu (Litchfield và Schatz, 1989)

1978

Xây dựng xử lý nước thải nhà máy dệt (Kickuth, 1982a)

1981

Nghiên cứu loại bỏ kim loại nặng (Gersberg et al., 1984)

1981

Nghiên cứu nước thải thuộc da (Prasad et al., 1983)

1982

Nghiên cứu XLNT nhà máy đường (Yeoh, 1983)

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

12


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
1982

Nghiên cứu XLNT công nghiệp chế biến cao su (John, 1984)

1983

Xây dựng XLNT công nghiệp chế biến cao su (John, 1984)

1983

Nghiên cứu nước thải nhà máy giấy (Allender, 1984; Thut, 1989, 1990a)

1985

Xây dựng xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa (Brix và Schierup, 1989a)

1985

Nghiên cứu XLNT chế biến hải sản (Guida và Kugelman, 1989)

1986

Nghiên cứu nước thải ngành công nghiệp tinh bột khoai tây (De Zeeuw et
al., 1990)

1988

Xây dựng xử lý nước thải chăn nuôi (Hammer, 1989b; Hammer, 1992)

1992

Xây dựng XLNT chế biến củ cải đường nước thải chế biến (Anderson,
1993)

1994

Xây dựng xử lý nước thải giết mổ (Vymazal, 1998)

1998

Xây dựng xử lý nước thải nuôi cá hồi (Comeau et al, 2001)

2000

Nghiên cứu XLNT nhà máy chế biến thép (Yang et al, 2002)

2001

Nghiên cứu xử lý nước thải Nhà máy bia (Kalibbala et al, 2002)

Nguồn: Vymazal, 2008: Wastewater Treatment in Constructed Wetlands with
Horizontal Sub-Surface Flow
Bảng 2.2 Một số nghiên cứu và ứng dụng ĐNN xử lý nước thải trên thế giới
2.2.5.2. Việt Nam:


Nghiên cứu khả năng xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải từ các ao nuôi cá

nước ngọt bằng đất ngập nước kiến tạo (Lê Anh Tuấn). Nghiên cứu trong ba năm
của Khoa Công nghệ, trường Đại học Cần thơ cho thấy đất ngập nước kiến tạo chảy
ngầm đã loại trừ hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt và ao nuôi cá.
Chất lượng nước đầu ra xuống mức cho phép thải trở lại nguồn theo tiêu chuẩn Việt
Nam hoặc có thể tái sử dụng trong nuôi cá và sinh hoạt


Hệ thống đất ngập nước để xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê ở

Khe Sanh, hệ thống đất ngập nước ở Thành phố Việt Trì.


Năm 2005, mô hình đất ngập nước nhân tạo đã được xây dựng tại xã Minh

Nông_ Bến Giót_Tp Việt Trì, để nghiên cứu khả năng xử lí đối với nước thải sinh
hoạt pha nước thải công nghiệp.

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

13


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
Xử lí nước thải sinh hoạt bằng wetland dòng chảy thẳng đứng trong điều



kiện của Việt Nam của Trung Tâm Kĩ Thuật Môi Trường và Khu Công Nghiệp,
trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội.


Xử lí phân bùn bằng wetland, ĐH Xây Dựng Hà Nội.



Nghiên cứu ứng dụng công nghệ wetland để xử lí nước thải ở làng giấy

Phong Khê của ĐH Khoa Học Tự Nhiên_ ĐH Quốc Gia Hà Nội (Nguyễn Thị Loan,
2007).
2.3. Thực vật sử dụng trong Constructed Wetland:
Theo Gs.TSKH. Nguyễn Nghĩa Thìn (Bộ môn Thực vật, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) thì Việt Nam có đến 34 loại cây có
thể sử dụng để làm sạch môi trường nước. Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm
ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ. Thực vật trồng trong bãi
lọc thường là các loại thực vật thuỷ sinh lưu niên, thân thảo, thân xốp, rễ chùm,
sống nổi trên mặt nước, ngập hẳn trong nước, hay trồng trong nước nhưng thân cây

nhô lên trên mặt nước như: cỏ nến, sậy, thuỷ trúc, mai nước, vectiver, phát lộc,
Cói, Bấc, Lách....
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu các loài thực vật thủy sinh là sậy, vectiver,
và lục bình.
2.3.1. Tổng quan về Sậy:
2.3.1.1. Giới thiệu:

Hình 2.7 Hình ảnh cây sậy
SVTH: Đỗ Văn Tuyện

14


Nghiên Cứu XLNT chăn nuôi heo bằng Công Nghệ Đất Ngập Nước nhân tạo
Sậy là một loài cây lớn thuộc họ Poacea, chi Phragmites . Sậy có nguồn gốc
ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới. Sậy được tìm
thấy ở Bắc Mĩ từ 3000 năm trước.
2.3.1.2. Phân loại:
Phổ biến gồm 4 loại:


Cây sậy thông thường (danh pháp khoa học: Phragmites australis Cav.)



Cây sậy núi (danh pháp khoa học: Arundo donax L.).



Cây sậy Miến Điện (danh pháp khoa học: Neyraudia reynaudiana)



Cây sậy gai (danh pháp khoa học: Sparganium eurycarpum)
Loại Phragmites australis được tìm thấy khá phổ biến ở Việt Nam. Do vậy,

trong phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu loại này.
2.3.1.3. Một số đặc điểm của sậy:
a. Đặc điểm hình thái:


Thân: Thân mọc thẳng, khỏe, rỗng, thân cây mọc đứng cao từ 2-6 m.



Lá: Cứng , dài từ 20-50 cm và bản rộng 2-3 cm.



Rễ: Rễ dài, chắc khỏe, xếp như vảy cá, có đốt, rễ lan rộng trên bề mặt.



Hoa: Hoa có dạng chùy có màu tía sẫm mọc dày dặc, dài 20-50 cm

b. Đặc điểm sinh lý
Loài này chịu được pH khá cao, chịu được lạnh và cỏ dại.
Thành phần hóa học của cây sậy gồm: 11,4% protein; 2,3% chất béo; 42,1%
Hydrat cacbon; 31,1% chất xơ;10,8% tro và còn lại là chất khô (Duke, J.A. 1998).
c. Đặc điểm sinh thái

Sậy phát triển mạnh ở môi trường ngập nước và có nhiều ánh sáng. Mọc ở
ven rừng, ven sông suối, rừng thưa. Cây có khả năng hấp thụ kim loại nặng như
crôm, niken, đồng, kẽm.
 Hình thức sinh sản


Từ hạt: từ hạt sậy được nảy mầm và phát triển.



Từ thân: chúng có thể phát triển thành cây mới từ một đoạn thân hoặc rễ.

Nó phát triển theo chiều ngang từ gốc lên.
2.3.1.4. Ứng dụng của sậy:


Sậy được phát hiện ứng dụng xử lý nước thải từ những năm 60.

SVTH: Đỗ Văn Tuyện

15