Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ Wetland trồng cây chuối hoa (Canna Generalis) đối với dòng chảy đứng

Số 59 - Tháng 7/2018

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản
bằng cơng nghệ Wetland trồng cây chuối hoa
(Canna Generalis) đối với dòng chảy đứng
Treatment of Seafood Processing Wastewater by Canna Generalis in a Vertical
Flow Constructed Wetlands
Sinh viên Nguyễn Bửu Lộc, Trường Đại học Sài Gòn
Nguyen Buu Loc, Student, Saigon University
PGS.TS. Phạm Nguyễn Kim Tuyến, Trường Đại học Sài Gòn
Pham Nguyen Kim Tuyen, Assoc. Prof., Ph.D., Saigon University
ThS. Dương Thị Giáng Hương, Trường Đại học Sài Gòn
Duong Thi Giang Huong, M.Sc., Saigon University
Tóm tắt
Nghiên cứu này xác định hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng cơng nghệ đất ngập nước kiến
tạo (wetland) đối với dòng chảy đứng, thực vật sử dụng trong đó là cây chuối hoa (Canna generalis).
Thí nghiệm thực hiện trên ba thời gian lưu (HRT) khác nhau: HRT1= 12 giờ; HRT2= 24 giờ; HRT3= 36
giờ; tương ứng với tải lượng thủy lực (HLR): HLR1= 20 mm/ngày, HLR2 = 12 mm/ngày, HLR3 = 8
mm/ngày. Kết quả xử lý TSS đạt trên 80%, COD trên 75% ở cả ba thời gian lưu khảo sát. Hiệu quả xử
lý TP tăng từ 33,3% đến 57,6% khi tăng thời gian lưu từ 12 giờ đến 36 giờ. Hiệu suất xử lý NH4+ khá ổn
định ở khoảng 50,5 – 57,9%, trong khi hiệu quả xử lý tổng N tăng đáng kể từ 68 – 80,4%. Điều này cho
thấy hiệu suất xử lý khá cao, có thể áp dụng vào thực tế nhưng cần kết hợp với các lồi thực vật khác để
xử lý tối ưu hơn.
Từ khóa: Wetland, xử lý nước thải, nước thải chế biến thủy sản, cây chuối hoa.
Abstact
To determine the efficiency of seafood processing wastewater treatment by constructed wetland with
vertical flow, the plant used in the study is Canna generalis. The experiment was conducted on three
hydraulic retention times (HRT): HRT1 = 12 hours; HRT2 = 24 hours; HRT3 = 36 hours; corresponding
to hydraulic loading rates (HLR): HLR1 = 20mm d-1, HLR2 = 12mm d-1, HLR3 = 8mm d-1. TSS mass

removal rates were very high with efficiencies >80%, COD >75% in all three survey periods. The TP
removal increased from 33.3% to 57.6% when the retention time increased from 12 hours to 36 hours.
The NH4+ removal was quite stable at 50.5 - 57.9%, while total N removal increased significantly from
68 - 80.4%. This showed that the processing efficiency is quite high and it can be applied in practice but
the process needs to be combined with other plants for optimal processing.
Keywords: Wetland, wastewater treatment, seafood processing wastewater, Canna Generalis.

19


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…

1. Giới thiệu
Theo khảo sát của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn năm 2012, có khoảng
4,33% doanh nghiệp và cơ sở chế biến thủy
sản chưa thực hiện báo cáo đánh giá tác
động môi trường, gần 16% doanh nghiệp
chưa xây dựng hệ thống xử lý nước thải mà
thải vào hệ thống cống chung hoặc ra sông
hồ gây ô nhiễm môi trường nước [2]. Xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học là
phương án tối ưu được nhiều doanh nghiệp
ưa chuộng trong đó phải kể đến công nghệ
Wetland.
Công nghệ Wetland xử lý nước thải đã
được nghiên cứu và ứng dụng từ năm 1950
ở Đức, ở Hoa Kỳ những năm 1970 [5] và
hiện nay đã được sử dụng phổ biến để xử
lý các loại nước thải khác nhau một cách

hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Trong đó, nước
thải đô thị đã được nghiên cứu khá phổ
biến ở Mount Pleasant (Utah), được Yue
Zang thiết kế hệ thống xử lý nước thải đô
thị và đạt hiệu suất xử lý BOD hơn 90%,
TSS là 87,2%. Maurizio Borin đã thiết kế
xử lý nước thải từ một trang trại nuôi heo ở
Italy bằng công nghệ wetland với công suất
5 m3/ngày, kết quả xử lý khá tốt với hiệu

suất loại bỏ COD là 79%, TN là 64%,
Photpho là 61% [1] [10].
Hiện nay, nước ta đã có một số nghiên
cứu về công nghệ Wetland trồng cây chuối
hoa (Canna generalis) như ứng dụng của
Nguyễn Xuân Cường để xử lý nước thải
sinh hoạt của thành phố Đông Hà, xử lý
83,7% BOD và 75,5% TSS ở HLR = 5
cm/ngày [4]. Tuy nhiên, đối với nước thải
chế biến thủy sản thì hiện nay vẫn chưa
được nghiên cứu xử lý bằng công nghệ
Wetland trồng cây chuối hoa.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước
thải chế biến thủy sản bằng công nghệ
Wetland trồng cây chuối hoa (Canna
generalis) đối với dòng chảy đứng” sẽ
đóng góp rất nhiều trong các nghiên cứu và
ứng dụng các quá trình xử lý nước thải chế
biến thủy sản.
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Bố trí thí nghiệm
a. Mô hình Wetland
Mô hình được đặt tại phòng thí nghiệm
Khoa Khoa học Môi trường, Trường Đại
học Sài Gòn, bao gồm một bể chứa có kích
thước 100 x 100 x 100 (cm) với độ dốc
là 1%.

Hình 1. Chi tiết mô hình thí nghiệm
20


NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG

Hình 2. Mô hình thí nghiệm thực tế
trong bể là 25 cây/m2 vận hành với nước
thải chế biến thủy sản trong 10 ngày để
thực vật và vi sinh vật phát triển trước khi
đưa vào xử lý chính thức.
d. Nước thải đầu vào
Nước thải chế biến thủy sản được lấy 3
ngày/lần tại bể thu gom của công ty chế
biến thủy sản Agrex Sài Gòn (Số 10
Đường Bến Nghé, phường Tân Thuận
Đông, quận 7, Tp. Hồ Chí Minh). Kết quả
thể hiện trên Bảng 1.

b. Giá thể
Giá thể được chứa trong bể và được
xếp thành 3 lớp, trong đó các loại giá thể

và chiều cao từng lớp từ dưới lên như sau:
 Đá 4 x 6 (cm) có chiều cao 30 cm
 Đá 1 x 2 (cm) có chiều cao 30 cm
 Sỏi 0,5 x 1 (cm) có chiều cao 10 cm
c. Cây trồng
Cây trồng dùng trong thí nghiệm là
cây chuối hoa (Canna generalis) có kích
thước trung bình từ 30 – 40 cm. Mật độ cây

Bảng 1: Thông số nước thải đầu vào mô hình thí nghiệm (số mẫu = 45)
Đơn vị

Trung
bình

QCVN 11MT:2015
/BTNMT cột B

Độ lệch
chuẩn

-

5,7

5,5 - 9

0,5

5,1

6,8

Độ màu

Pt- Co

153,9

-

95

80,6

490

TSS

mg/L

303,6

100

211,4

110

956,7

NH4+

mg/L

25,5

20

11,7

15,5

62,5

COD

mg/L

1822,5

150

393,6

1010,5

256

TN

mg/L

71,3

60

46,4

46,4

95,5

TP

mg/L

50,6

20

21

21

90

Thông số
pH

21

Nhỏ nhất Lớn nhất


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…

30/10), lưu lượng Q2 = 0,012 m3/ngày, ứng
với tải lượng thủy lực HLR2 = 12 mm/ngày.
 HRT3 = 36 giờ (từ ngày 31/10 đến
21/11), lưu lượng Q3 = 0,008 m3/ngày, ứng
với tải lượng thủy lực HLR3 = 8 mm/ngày.
2.2.3. Phân tích nước thải đầu ra
Nước thải đầu ra sẽ được phân tích các
chỉ tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+,
tổng N, tổng P và so sánh kết quả với
QCVN 11 – MT: 2015/BTNMT cột B từ
đó đánh giá, nhận xét khả năng xử lý của
mô hình thí nghiệm. Thí nghiệm được lặp
lại 3 lần, 1 ngày/lần từ ngày 1/10/2017 đến
21/11/2017.
3. Kết quả
3.1. Biến động hiệu quả xử lý

2.2. Tiến hành thí nghiệm
2.2.1. Phân tích nước thải đầu vào
Nước thải đầu vào được phân tích các
chỉ tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+,
tổng N, tổng P, rồi so sánh với QCVN 11 –
MT: 2015/BTNMT cột B. Thí nghiệm

được lặp lại 3 lần, 3 ngày/lần từ 1/10/2017
đến 21/11/2017.
2.2.2. Vận hành mô hình
Nước được cấp liên tục vào mô hình
và vận hành ở ba thời gian lưu:
 HRT1 = 12 giờ (từ ngày 1/10 đến
15/10), lưu lượng Q1 = 0,025 m3/ngày, ứng
với tải lượng thủy lực HLR1 = 25
mm/ngày.
 HRT2 = 24 giờ (từ ngày 16/10 đến
Bảng 2. Hiệu quả xử lý của HRT1 = 12 giờ
Thông số

Đơn vị

HRT1 = 12 giờ
Đầu vào

Đầu ra

5,9

6,7

E (%)

QCVN 11-MT:2015/BTNMT
cột B

pH

-

5,5 - 9

Độ màu

Pt- Co

198,8

54,2

75,3

-

TSS

mg/L

518,2

80,5

83,9

100

+

mg/L

27,9

14,3

50,5

20

COD

mg/L

1466,8

367

75,1

150

TN

mg/L

67,1

20,5

68

60

TP

mg/L

47,1

31,4

33,3

20

E (%)

QCVN 11-MT:2015/BTNMT
cột B

NH4

Bảng 3. Hiệu quả xử lý của HRT2 = 24 giờ
Thông số

Đơn vị

HRT2 = 24 giờ

Đầu vào

Đầu ra

5,7

6,9

pH

-

5,5 - 9

Độ màu

Pt- Co

127,1

17,2

86,1

-

TSS

mg/L

178,6

19

88,6

100

+

mg/L

27,1

12,1

53,8

20

COD

mg/L

1924,2

197,9

89,5

150

N

mg/L

68,4

13,7

80,2

60

TP

mg/L

45,9

25,9

42,6

20

NH4

22

NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG

Bảng 4. Hiệu quả xử lý của HRT3 = 36 giờ
Thông số

Đơn vị

HRT3 = 36 giờ
Đầu vào

Đầu ra

5.7

6,8

E (%)

QCVN 11-MT:2015/BTNMT
cột B

pH

-

5,5 - 9

Độ màu

Pt- Co

135,7

20,1

84,9

-

TSS

mg/L

214

17,1

92

100

NH4+

mg/L

21,5

9

57,9

20

COD

mg/L

2076,3

163,6

91,9

150

TN

mg/L

83,7

16,5

80,4

60

TP

mg/L

58,9

24,2

57,6

20

Hình 3. Hiệu suất xử lý ở HRT1, HRT2 và HRT3
Bảng 2 - 4 và hình 3 thể hiện hiệu suất
của mô hình ở HRT1 = 12 giờ, HRT2 = 24
giờ và HRT3 = 36 giờ. Khi tăng thời gian

lưu thì hiệu suất (E) của COD, TSS, NH4+,
TN, TP tăng. Nồng độ đầu ra của COD và
TP vẫn còn vượt quy chuẩn khoảng 2 lần.

3.2. Kết quả xử lý COD, TSS, độ màu

Hình 4. Kết quả nồng độ COD ở HRT1, HRT2, HRT3
23


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…

Hình 5. Kết quả nồng độ TSS ở HRT1, HRT2, HRT3
lượng thấp HLR = 15 mm/ngày, hiệu suất
COD là 82,3%, nồng độ COD ra là 143,3

mg/L [8].
Hiệu quả xử lý trung bình TSS tăng
đều từ HRT1 – HRT3 và có hiệu suất trên
80%; trong đó HRT1 có hiệu suất khá cao
là 83,9%, hiệu suất xử lý TSS ở HRT2 cao
hơn so với HRT1 là 88,6% tương đối hiệu
quả so với báo cáo của Jerry Coleman ở
HLR = 12,6 mm/ngày, hiệu suất xử lý TSS
trung bình 70% [3] và HRT3 có hiệu suất
cao nhất là 92%.

Kết quả hiệu suất và nồng độ COD,
TSS, độ màu, NH4+, TN, TP được thể hiện
ở Bảng 2 - 4 và Hình 4 - 9. Hiệu suất xử lý
COD trên 75% ở cả ba HRT, tăng dần từ
HRT1 – HRT3. Trong đó, ở HRT1 là 75,1%
tương đối cao, HRT2 có hiệu suất tăng
mạnh so với HRT1 là 89,5% và HRT3 có
hiệu suất cao nhất là 91,9%. Tại HRT1 (với
tải lượng thủy lực HLR1 = 25 mm/ngày) có
hiệu suất trung bình 75,1%, nồng độ COD
ra là 367 mg/L, khá đáng kể so với báo cáo
của Hanna Obarska-Pemkowiak ở tải

Hình 6. Kết quả giá trị độ màu ở HRT1, HRT2, HRT3
24


NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG

Độ màu có hiệu suất xử lý trên 75% ở
cả ba HRT nghiên cứu, tương đối hiệu quả
so với hiệu suất xử lý 43,6% trong báo cáo
của Oladejo, O. Seun (2015) ở thời gian
lưu 10 ngày [7]. Hiệu quả xử lý độ màu ở

cuối giai đoạn vận hành giảm nhẹ, có thể
do ảnh hưởng của sự thoái hóa thực vật,
làm tăng độ màu trong nước thải đầu ra.
Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để đánh
giá chính xác hơn.

3.3. Kết quả xử lý NH4+, TN, TP

Hình 7. Kết quả nồng độ NH4+ ở HRT1, HRT2, HRT3
Khi tăng thời gian lưu thì hiệu suất xử
lý NH4+ vẫn ổn định từ 50,5 – 57,9%.
Trong đó, ở HRT1 có hiệu suất xử lý NH4+
thấp nhất là 50,5%, HRT2 là 53,8% và
HRT3 có hiệu suất cao nhất là 57,9%.
Tương tự như nghiên cứu của Hanna
Obarska-Pemkowiak có hiệu suất xử lý

NH4+ từ 48 – 59% với HLR = 15 mm/ngày
[8]. Hiện tượng này xảy ra vì trong quá
trình vận hành không có sự sục khí nên quá
trình nitrat hóa diễn ra chậm. Do đó nghiên
cứu thêm các quá trình thông khí anh
hưởng lên hiệu quả xử lý amoni (NH4+)
trong nước thải.

Hình 8. Kết quả nồng độ TN ở HRT1, HRT2, HRT25


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…

Hình 9. Kết quả nồng độ TP ở HRT1, HRT2, HRT3
Hiệu quả xử lý TN từ 68 – 80,4% khi
tăng thời gian lưu (HRT) từ 12 – 36 giờ,
tương tự như báo cáo của Prapa Sohsalam
(2007) ở HRT từ 1 – 5 ngày với hiệu suất
xử lý TN từ 78 – 87% được nghiên cứu với
mô hình tương tự sử dụng thực vật T.
deabata J. Fraser [9].
Hiệu quả xử lý TP khá thấp, dao động
từ 33,3 – 57,6% , cũng tương đồng với báo
cáo của Xianqiang Tang (2011) với hiệu
suất TP trung bình 60% ở tải lượng thủy
lực (HLR) là 19,6 mm/ngày. Kết quả tương
tự được Dennis Konnerup báo cáo trong
nghiên cứu xử lý nước thải đô thị sử dụng
cây chuối hoa với hiệu suất xử lý TP là
35% ở tải lượng HLR = 55 mm/ngày [6].
Do thực vật chỉ hấp thụ một phần TP
và sự ảnh hưởng của hàm lượng TP trong
phần lắng đến nước thải đầu ra, nên hiệu
suất xử lý vẫn còn khá thấp.
4. Kết luận
Kết quả cho thấy mô hình thí nghiệm ở
thời gian lưu từ 12 – 36 giờ có khả năng xử

lý hiệu quả cao, hầu hết chỉ tiêu đạt quy
chuẩn; riêng TP và COD vẫn còn vượt
QCVN 11-MT:2015/BTMT cột B đến 2
lần, nên cần tiếp tục nghiên cứu ở những
mô hình tương tự đối với các loại thực vật

khác để đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy
chuẩn hiện hành. Tuy nhiên, hiệu suất xử
lý COD, TSS. TN là khá cao do, đó có thể
áp dụng mô hình vào thực tế đối với nước
thải cần xử lý các thông số trên để tiết kiệm
chi phí tối ưu hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Borin, M. et al (2012), Performance of a hybrid
constructed wetland treating piggery wastewate,
University of Padova, Viale Dell’Università 16,
35020 Legnaro (Padova), Italy.
2. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
(2012), Hội thảo thực trạng môi trường các
cơ sở chế biến thủy sản.
3. Coleman, J. (2001), Treatment of Domestic
Wastewater by Three Plant Species in
Constructed Wetlands, Water Air and Soil
Pollution.
4. Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Thị Loan
(2015), Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt
của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích
hợp, Đại Học Huế.
5. Nguyễn Thị Thanh Huệ (2012), Nghiên cứu và
đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực

vật thủy sinh, Đại Học Khoa học Tự nhiên.
6. Konnerup, D. et al (2008), Treatment of
domestic wastewater in tropical, subsurface
flow constructed wetlands planted with Canna
and Heliconia, ecological engineering 35

26


NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG

(2009) 248–257.
7. Oladejo, O. Seun et al (2015), Kitchen
Wastewater Treatment with Constructed
Wetland Using Water Hyacinth, International
Journal of Scientific & Engineering Research.
8. Pemkowiak, H.O et al (2010), Application of
Vertical Flow Constructed Wetlands for
Highly Contaminated Wastewater Treatment:
Preliminary Result, Springer Science

Ngày nhận bài: 04/10/2017

+Business Media B.V. 2010.
9. Sohsalam, P. et al (2007), Seafood wastewater
treatment in constructed wetland: Tropical
case, Bioresource Technology 99 (2008)
1218–1224.
10. Zang, Y. (2012), Design of a Constructed
Wetland for Wastewater Treatment and Reuse

in Mount Pleasant, Utah, Utah State
University.

Biên tập xong: 15/7/2018

27

Duyệt đăng: 20/7/2018