Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số loài thực vật thủy sinh trên mô hình đất ngập nước lai hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.57 MB, 87 trang )
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Mai Quang Tuyến
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI SAU BIOGAS CỦA MỘT SỐ LỒI THỰC VẬT THỦY
SINH TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP
LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC
Thành phố Hồ Chí Minh - năm 2020
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Mai Quang Tuyến
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
SAU BIOGAS CỦA MỘT SỐ LỒI THỰC VẬT THỦY SINH
TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP
Chuyên ngành
Mã số
: Sinh học thực nghiệm
: 8420114
LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Bùi Quang Minh
Thành phố Hồ Chí Minh - 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những thông tin được viết trong luận văn này là do tôi thực
hiện và sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS. Nguyễn Văn Thành Nam và TS. Bùi Quang
Minh. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng, cùng với các thông tin nghiên cứu
khác được trích dẫn rõ ràng, cụ thể trong luận văn.
Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào
trước đây, do đó khơng có sự sao chép của bất kì luận văn nào. Nội dung của
luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên
cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn. Trong luận văn có sử
dụng một số số liệu thực nghiệm từ đề tài cấp tỉnh Bình Phước năm 2018 “Ứng
dụng thực vật thủy sinh để xây dựng mơ hình xử lý nước thải sau biogas của
các cơ sở chăn ni trên địa bàn tỉnh Bình Phước” do Chi nhánh phía Nam,
Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga chủ trì thực hiện và ThS. Nguyễn Văn Thành
Nam là Chủ nhiệm đề tài và tôi là người tham gia thực hiện.
Nếu xảy ra vấn đề gì với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm theo quy định./.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020
Người cam đoan
Mai Quang Tuyến
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành nhờ vào sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS.
Nguyễn Văn Thành Nam và TS. Bùi Quang Minh. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn
chân thành tới các thầy, cảm ơn các thầy đã giúp tơi hồn thành luận văn này.
Cảm ơn Đảng ủy, Ban giám đốc và các đồng nghiệp Trung tâm Nhiệt đới
Việt - Nga, Chi nhánh phía Nam đã tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi hồn
thành khóa học. Tơi xin cảm ơn các thầy cô của Học Viện Khoa Học và Công
Nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. Cảm ơn tập thể lớp
Cao học Sinh học thực nghiệm 2017A đã hỗ trợ, chia sẽ tài liệu, kiến thức cho
tơi trong q trình học tập.
Vì những kinh nghiệm và kiến thức của bản thân còn hạn chế, luận văn
được hồn thành trong thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Tơi mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ cùng toàn thể
các bạn đọc để luận văn tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn nữa.
Tp. HCM, tháng 12 năm 2020
Học viên
Mai Quang Tuyến
iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí tự
Tiếng Anh
Tiếng Việt
BB
Typha orientalis
Bồn bồn
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
BTN&MT
Ministry of Natural Resources &
Environment
Bộ Tài ngun và Mơi trường
Bt
Normal
Bình thường
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
DO
Dissolved Oxygen
Oxy hịa tan
ĐC
Đối chứng
ĐNN
Wetland
Đất ngập nước
HRT
Hydraulic retention time
Thời gian lưu nước
MH
Paradigm
Mơ hình
NN&PTNT
Ministry of Agriculture & Rural
Development
Nông Nghiệp và Phát triển
nông thôn
NT
Nước thải đầu vào
Nghiệm thức
QCVN
Vietnamese standard
Quy chuẩn Việt Nam
TBB
Tổng Bồn bồn lai hợp
TN
Total nitrogen
Tổng nitơ
TSS
Total Suspended Solids
Hàm lượng chất rắn lơ lửng
TT
Cyperus alternifolius
Thủy trúc
TTT
Tổng Thủy trúc lai hợp
TVTS
Aquatic plants
Thực vật thủy sinh
UASB
Upflow anaerobic sludge blanket
Bể xử lý sinh học dòng chảy
ngược qua tầng bùn kỵ khí
VSV
Microorganism
Vi sinh vật
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của phân lợn ................................................... 6
Bảng 1. 2. Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas
........................................................................................................................... 7
Bảng 1. 3. Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước.................. 19
Bảng 3. 1. Chất lượng nước thải đầu vào hầm biogas của một số cơ sở chăn
nuôi đã khảo sát ............................................................................................... 34
Bảng 3. 2. Chất lượng nước thải (đầu ra) sau quá trình xử lý biogas tại một số
cơ sở chăn nuôi đã khảo sát............................................................................. 35
Bảng 3. 3. Kết quả theo dõi khả năng thích nghi của Bồn bồn và Thủy trúc đối
với nước thải chăn nuôi sau biogas ................................................................. 38
Bảng 3. 4. Kết quả đánh giá khả năng xử lý COD trên mơ hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dịng chảy ngang .............................................................. 40
Bảng 3. 5. Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mơ hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dòng chảy ngang .............................................................. 41
Bảng 3. 6. Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitơ trên mơ hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dịng chảy ngang .............................................................. 43
Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trên mơ hình đất ngập
nước dịng chảy đứng và dòng chảy ngang ..................................................... 44
Bảng 3. 8. Kết quả theo dõi hàm lượng nitrat trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dịng chảy đứng và dịng chảy ngang ............................................ 46
Bảng 3. 9. Kết quả đánh giá theo dõi hàm lượng phốt pho trong nước thải trên
mô hình đất ngập nước dịng chảy đứng và dịng chảy ngang ........................ 48
Bảng 3. 10. Kết quả theo dõi hàm lượng kẽm trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang ............................................ 50
Bảng 3. 11. Kết quả theo dõi hàm lượng coliform trên mô hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dịng chảy ngang .............................................................. 50
v
Bảng 3. 12. Sự thay đổi của pH trong các mơ hình dịng chảy đứng và dịng
chảy ngang....................................................................................................... 52
Bảng 3. 13. Kết quả nhiệt độ của nước thải .................................................... 52
Bảng 3. 14. Kết quả hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dịng chảy đứng và dòng chảy ngang ............................................ 53
Bảng 3. 15. Kết quả xử lý COD trên mơ hình đất ngập nước lai hợp ............ 54
Bảng 3. 16. Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mơ hình đất ngập
nước lai hợp ..................................................................................................... 55
Bảng 3. 17. Sự thay đổi của pH nước thải trong các bể xử lý ........................ 57
Bảng 3. 18. Kết quả theo dõi hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải xử lý
bằng mơ hình đất ngập nước lai hợp ............................................................... 57
Bảng 3. 19. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 58
Bảng 3. 20. Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitrat trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 59
Bảng 3. 21. Kết quả đánh giá khả năng xử lý tổng nitơ trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 60
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018 .............. 4
Hình 1. 2. Sơ đồ hệ thống đất ngập nước ........................................................ 12
Hình 1. 3. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang.
(Vymazal, 1997) .............................................................................................. 13
Hình 1. 4. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầng theo phương đứng.
(Cooper, 1996) ................................................................................................ 14
Hình 2. 1. Cây Thủy trúc (trái) và cây Bồn bồn (phải) ................................... 25
Hình 2. 2. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và
nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dịng chảy ngang .................................. 28
Hình 2. 3. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và
nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dịng chảy đứng.................................... 29
Hình 2. 4. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng
......................................................................................................................... 31
Hình 2. 5. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình ĐNN dịng chảy đứng............ 31
Hình 2. 6. Sơ đồ bố trí mơ hình đất ngập nước lai hợp................................... 31
Hình 3. 1. Một số loại hầm biogas tại các cơ sở chăn ni heo tỉnh Bình
Phước............................................................................................................... 34
Hình 3. 2. Đặc điểm nước thải nuôi lợn trước và sau biogas.......................... 37
Hình 3. 3. Đánh giá khả năng thích nghi của cây Bồn bồn với nước thải chăn
nuôi sau biogas ................................................................................................ 39
Hình 3. 4. Đánh giá khả năng thích nghi của cây Thủy trúc với nước thải chăn
nuôi sau biogas ................................................................................................ 39
Hình 3. 5. Sự thay đổi hàm lượng COD trong các mơ hình .......................... 41
Hình 3. 6. So sánh hiệu suất loại bỏ COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng ............................................................... 41
Hình 3. 7. Sự thay đổi của hàm lượng BOD5 trong các mơ hình ................... 42
vii
Hình 3. 8. So sánh hiệu suất loại bỏ BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng ............................................................... 42
Hình 3. 9. Sự thay đổi hàm lượng tổng nitơ trong các mơ hình xử lý ............ 44
Hình 3. 10. So sánh hiệu suất loại bỏ tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên
mô hình đất ngập nước dịng chảy đứng ......................................................... 44
Hình 3. 11. Sự thay đổi hàm lượng amoni trong các mô hình đất ngập nước 45
Hình 3. 12. So sánh hiệu suất xử lý amoni của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng ............................................................... 46
Hình 3. 13. Sự thay đổi hàm lượng nitrat trong các mơ hình ......................... 47
Hình 3. 14. Sự thay đổi hàm lượng phốt pho tổng trong các mơ hình xử lý .. 49
Hình 3. 15. Sự biến thiên của hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải sau khi
đi qua các mơ hình xử lý ................................................................................. 53
Hình 3. 16. So sánh hiệu xuất xử lý COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 55
Hình 3. 17. So sánh hiệu xuất xử lý BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 56
Hình 3. 18. Sự biến thiên của hàm lượng oxy hịa tan trong nước thải trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp .............................................................................. 58
Hình 3. 19. Hàm lượng amoni trong nước thải sau khi xử lý trên mơ hình đất
ngập nước lai hợp sự dụng Bồn bồn và Thủy trúc .......................................... 59
Hình 3. 20. Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong nước thải tại các bể xử lý
trong mơ hình đất ngập nước lai hợp .............................................................. 60
Hình 3. 21. Hiệu suất xử lý tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ hình
đất ngập nước lai hợp ...................................................................................... 61
viii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ..................................... 3
1.2. HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM ....................................... 3
1.3. NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI .................................................................. 4
1.3.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi ...................................................... 4
1.3.2. Ảnh hưởng của chất thải chăn ni đến mơi trường........................... 9
1.4. CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NI. .............. 10
1.4.1. Cơng nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi. ........ 10
1.4.2. Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong mơ hình đất ngập nước........ 15
1.4.3. Vai trị của thực vật thủy sinh trong hệ thống đất ngập nước ........... 17
1.4.4. Tình hình nghiên cứu về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước
thải chăn nuôi .................................................................................................. 20
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.24
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ......................................................................... 24
2.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU..................................... 25
2.3. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ..................................... 26
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 26
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 32
3.1. KHẢO SÁT SƠ BỘ HIỆN TRẠNG MỘT SỐ CƠ SỞ CHĂN NUÔI.
......................................................................................................................... 32
3.1.1. Quản lý chuồng trại. .......................................................................... 32
3.1.2 Hiện trạng các biện pháp xử lý chất thải và nước thải chăn nuôi. ..... 32
3.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÍCH NGHI CỦA THỰC VẬT THỦY
SINH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS........................ 37
ix
3.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI CỦA
THỰC VẬT THỦY SINH TRÊN MỘT SỐ MƠ HÌNH ĐNN ...................... 40
3.3.1. Đánh giá khả năng xử lý COD. ........................................................ 40
3.3.2. Đánh giá khả năng xử lý BOD5 ........................................................ 41
3.3.3. Đánh giá khả năng xử lý tổng Nitơ. .................................................. 43
3.3.4. Hiệu quả xử lý amoni ........................................................................ 44
3.3.5. Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong các mơ hình. .......................... 46
3.3.6. Khả năng xử lý Phốt pho................................................................... 48
3.3.7. Khả năng xử lý Cu, Zn ...................................................................... 50
3.3.8. Khả năng loại bỏ coliform ................................................................ 50
3.3.9. Sự thay đổi của pH, nhiệt độ và hàm lượng oxy hịa tan trong các mơ
hình đất ngập nước .......................................................................................... 52
3.4. THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI
TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP. ........................................ 54
3.4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý COD của mơ hình ĐNN lai hợp. ............... 54
3.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý BOD5 của mơ hình ĐNN lai hợp............... 55
3.4.3. Sự thay đổi pH và hàm lượng oxy hòa tan của nước thải trong mơ
hình đất ngập nước lai hợp. ............................................................................. 57
3.4.4. Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ của mơ hình ĐNN lai hợp. ................. 58
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 63
4.1. KẾT LUẬN .......................................................................................... 63
4.2. KIẾN NGHỊ. ........................................................................................ 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 64
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 73
1
MỞ ĐẦU
➢ Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi tại Việt Nam đang tăng
trưởng và phát triển mạnh, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của
đất nước. Bên cạnh những lợi ích về kinh tế thì ngành chăn ni cũng đã tạo ra
một khối lượng lớn chất thải chưa được xử lý triệt để, gây ra những ảnh hưởng
tiêu cực tác động lên hệ sinh thái tự nhiên và môi trường sống. Một số cơ sở
chăn nuôi đã sử dụng nước thải sau biogas chưa qua xử lý làm nước tưới tiêu
trực tiếp cho cây trồng, gây ảnh hưởng đến an tồn thực phẩm, gây ơ nhiễm
nguồn mơi trường. Theo cục chăn ni 2015, có khoảng 40% nước thải chăn
ni đã qua hoặc chưa qua xử lý biogas, được xả thải trực tiếp ra mơi trường.
Có rất nhiều phương pháp để xử lý nguồn nước thải ô nhiễm sau chăn
nuôi, như: phương pháp cơ học, hóa lý, hóa sinh, sinh học,… các phương pháp
này thường địi hỏi chi phí đầu tư trang thiết bị cũng như yêu cầu về kỹ thuật,
chi phí vận hành cao, do đó sẽ gặp nhiều khó khăn khi áp dụng cho các cơ sở
chăn nuôi, đặc biệt đối với các cơ sở chăn ni có qui mô không lớn, nguồn
vốn đầu tư thấp. Từ những thập niên 60 của thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu, nhà
khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng bãi lọc trồng cây, đất ngập
nước trong việc xử lý ơ nhiễm mơi trường nước trong đó có nước thải chăn
ni đạt hiệu quả cao, có tính bền vững và thân thiện với môi trường [1], [2],
[3], [4], [5].
Phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật thủy sinh (bãi lọc
trồng cây – đất ngập nước) còn gọi là công nghệ sinh thái, gần đây được nghiên
cứu và ứng dụng nhiều trên thế giới như là một giải pháp công nghệ xử lý nước
thải cấp 2 trong điều kiện tự nhiên, đạt hiệu quả cao, chi phí thấp đồng thời góp
phần cải tạo cảnh quan mơi trường [6], [7]. Vì vậy tơi đề xuất thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số loài
thực vật thủy sinh trên mơ hình đất ngập nước lai hợp”.
2
➢ Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá được khả năng thích nghi và xử lý nước thải chăn nuôi sau
biogas của 2 loài thực vật thủy sinh là Bồn bồn và Thủy trúc.
Đánh giá được hiệu quả của mơ hình đất ngập nước lai hợp sử dụng thực
vật thủy sinh (Bồn bồn, Thủy trúc) trong xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas.
➢ Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu hiện trạng nước thải tại một số cơ sở chăn nuôi trên địa
bàn tỉnh Bình Phước.
- Nghiên cứu khả năng thích nghi của cây Bồn bồn và Thủy trúc với
nước thải chăn nuôi lợn sau biogas.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn ni lợn sau biogas trên
mơ hình đất ngập nước.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải ni lợn sau biogas trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp.
➢ Ý nghĩa khoa học
Cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng thực vật thủy sinh (Bồn bồn
và Thủy trúc) để xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng mơ hình đất ngập
nước lai hợp.
➢ Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở thực tiễn, một số dữ liệu
cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng công nghệ
sinh thái, giảm và ngăn chặn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường (đất, nguồn nước
mặt, nước ngầm,...). Qua đó phát triển ngành chăn ni một cách bền vững,
thân thiện với môi trường. Cung cấp số liệu, nguồn tài liệu tham khảo cho
những nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy
sinh trên mơ hình đất ngập nước.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MƠI TRƯỜNG
Theo quan niệm thơng thường, ơ nhiễm mơi trường là sự thay đổi các
tính chất tự nhiên (về sinh học, vật lý và hóa học) của mơi trường, mà sự thay
đổi ấy thường có hại cho sức khỏe và hoạt động của con người cũng như có hại
cho các lồi sinh vật khác. Sự thay đổi tính chất hóa học của mơi trường có thể
được biểu hiện bằng sự xuất hiện hay gia tăng của một hay nhiều chất độc hại
được gọi là chất gây ô nhiễm và những biểu hiện khác nữa [8], [9], [10].
Theo quan niệm sinh thái học, môi trường gồm các kho vật chất có kích
thước (lượng vật chất) nhất định của mỗi ngun tố hóa học; và sự ơ nhiễm mơi
trường là sự mất khả năng tự điều chỉnh kích thước của các kho ấy. Ví dụ,
nguyên tố cacbon được chứa trong rất nhiều kho như kho CO 2 và rất nhiều kho
chất hữu cơ và vô cơ ; hiện nay kho CO2 đã vượt q rất nhiều so với kích thước
vốn có của nó trong điều kiện tự nhiên nhiều thế kỷ trước đây, và vẫn gia tăng
không ngừng, tức là mất đi khả năng tự điều chỉnh về mức cũ; đó chỉ là một
biểu hiện của sự ô nhiễm môi trường theo quan điểm sinh thái học.
Ơ nhiễm mơi trường có thể do các nguyên nhân tự nhiên (hoạt động của
núi lửa, động đất, bão, lụt, v..v..) hoặc do các hoạt động của con người (công
nghiệp, nông nghiệp, giao thông, v..v..).
1.2. HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM
Hiện nay ngành chăn ni đang đóng một vai trị quan trọng trong việc
cung cấp thực phẩm cho thị trường tiêu dùng Việt Nam. Chăn ni ln chiếm
vị trí quan trọng trong ngành nơng nghiệp ở Việt Nam. Trong đó, chăn ni lợn
giữ vị trí đứng đầu trong việc cung cấp sản lượng thịt của ngành chăn nuôi.
Chăn nuôi lợn đã và đang tạo ra công ăn việc làm, mang lại thu nhập và góp
phần ổn định sinh kế của phần lớn cộng đồng dân cư khu vực nơng thơn trên
tồn quốc. Hầu hết các vùng của Việt Nam đều phát triển chăn nuôi heo. Giá
trị sản xuất của ngành chăn nuôi năm 2010 là 135.137,1 tỷ đồng; năm 2011 là
4
199.171,8 tỷ đồng; năm 2012 là 200.849,8 tỷ đồng; năm 2013 là 196.955,1 tỷ
đồng [11], [12], [13], [14].
Theo Cục chăn ni năm 2018, hiện nước ta có đàn lợn 29 triệu con,
đứng đầu ASEAN, đứng thứ 2 ở châu Á, nằm trong top 15 nước có đàn lợn lớn
nhất thế giới. Tốc độ tăng trưởng đàn lợn giai đoạn 1997-2007 đạt 5,06%; giai
đoạn 2007-2017 đạt 0,91%. Sản lượng thịt lợn trong năm 2016 đã đạt mức kỷ
lục với 3,36 triệu tấn thịt lợn hơi, tăng 5% so với năm 2015 và đứng thứ 7 trên
thế giới sau Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Braxin và Nga. Ngành chăn
nuôi tại Việt Nam đóng một vai trị quan trọng trong nơng nghiệp. Nó chiếm
28% giá trị sản xuất nơng nghiệp. Trong năm 2014, đã có 4,58 triệu tấn thịt lợn
được giết mổ tại Việt Nam, thịt lợn chiếm ưu thế trong sản xuất thịt tại Việt
Nam (72,6%).
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
ĐB sông Hồng
TD và MN phía bắc
BTB và DHMT
Tây ngun
Đơng Nam bộ
ĐB sơng C.Long
Hình 1. 1. Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018
(Nguồn: Tổng cục thống kê năm 2018)
1.3. NƯỚC THẢI CHĂN NI
1.3.1. Tổng quan về nước thải chăn ni
Chăn nuôi là một trong những phân ngành phát triển nhanh chóng nhất
của sản xuất nơng nghiệp tại Việt Nam. Trong 10 năm qua, sản xuất chăn ni
đã có sự thay đổi lớn, số lượng vật nuôi tăng lên trong khi số hộ chăn nuôi giảm
xuống. Chăn nuôi thâm canh tại những cơ sở chăn nuôi lớn thường tạo nhiều
chất thải hơn so với khả năng tái chế sử dụng làm phân bón hay khí đốt sinh
học. Kết quả là việc xả thải khơng hợp lý và thiếu sót trong q trình xử lý chất
5
thải trước khi xả thải vào môi trường xung quanh đã gây ra những cấp độ ô
nhiễm cục bộ khác nhau đối với mơi trường nước, đất và khơng khí, đồng thời
ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của cư dân xung quanh và đến hệ sinh
thái khu vực [15], [16].
Nguồn nước thải chăn nuôi chủ yếu được phát sinh từ chăn ni lợn,
nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, tổng nitơ, tổng phốt
pho và các vi sinh vật cao. Trung bình, 1 con lợn ni thành phẩm phát sinh
khoảng 30 lít nước thải trên một ngày đêm. Nước thải do quá trình tắm, rửa
chuồng trại cho lợn, nước phân, nước tiểu của lợn. Đây được xem là một trong
những loại gây ô nhiễm nặng nhất trong các loại nước thải vì chứa nhiều tạp
chất như vơ cơ, hữu cơ, khống chất...[17], [18]. Đặc biệt nguy hại hơn đó là
trong nước thải chăn ni có chứa các vi khuẩn gây bệnh dịch như: E.coli,
streptococcussp, salmonellasp, shigellasp, proteus, clostridiumsp,... là các vi
khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong
nước thải như: coronavirus, poliovirus, aphthovirus... và ký sinh trùng trong
nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân,
nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước. Chất thải chăn nuôi được phát
sinh chủ yếu từ: chất thải từ bản thân gia súc như phân, nước tiểu, lông...; nước
thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết bị chăn nuôi,
nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi, thức ăn thừa,..[19], [20].
Theo thống kê của tác giả Nguyễn Thế Hinh (2017), mỗi năm khối lượng nguồn
thải ra từ chăn nuôi ra môi trường là một con số khổng lồ - khoảng 84,5 triệu
tấn/năm. Trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả thành các nhiên
liệu và vật liệu tái tạo như khí sinh học, ủ phân, ni trùn, cho cá ăn,…, cịn lại
khoảng 80% lượng chất thải chăn ni đã bị lãng phí và phần lớn thải ra mơi
trường gây ô nhiễm [17], [21].
Chất thải trong chăn nuôi được chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải
lỏng và chất thải khí. Trong chất thải chăn ni có nhiều hỗn hợp hữu cơ, vô
cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con
người. Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác súc vật chết, thức ăn dư thừa
của vật ni, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 56% - 83% và
6
tỷ lệ NPK cao. Lượng chất thải rắn rất khác nhau tùy theo lồi số lượng vật
ni và phương thức chăn nuôi. Thông thường, chăn nuôi theo phương thức
quảng canh lượng phân thải ra của gia súc, gia cầm thường lớn hơn phương
thức chăn ni thâm canh, ni có chất đệm lót cũng sẽ tạo ra lượng chất thải
lớn hơn nuôi trên sàn. Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm
1,6-5% khối lượng cơ thể của gia súc [22], [23]. Ước tính lượng phân thải ra là
15kg/con/ngày đối với bò, 1,5-2,5 kg/con/ngày đối với lợn [13], 15], [24]. Đặc
trưng thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100kg được nêu trong bảng sau:
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của phân lợn
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị tính
Giá trị
1
Vật chất khơ
g/kg
213 – 342
2
NH4-N
g/kg
0,66- 0,76
3
N tổng
g/kg
7,99 – 9,32
4
Tro
g/kg
32,5 – 93,3
5
Chất xơ
g/kg
151 – 261
6
Carbonat
g/kg
0,23 – 0,41
7
Các axit mạch ngắn
g/kg
3,83 – 4,47
8
pH
-
6,47 – 6,95
(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn và cộng sự, 2011)
Chất thải lỏng có độ ẩm cao hơn, trung bình khoảng 93% - 98% gồm
phần lớn là nước thải của vật ni, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hịa tan.
Trong các dạng của chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có
khối lượng lớn nhất. Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung
với nước tiểu, nước tắm, phân của gia súc. Đây cũng là loại chất thải khó quản
lý, khó sử dụng một cách tối ưu. Tùy thuộc vào đặc điểm của các hệ thống chăn
nuôi khác nhau mà nước thải từ khu vực chăn ni có thể bao gồm cả chất thải
rắn của vật ni hoặc khơng. Do đó, hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước
nước thải phát sinh từ các khu vực chuồng, trại chăn ni có thể rất khác nhau.
7
Chính vì vậy, đây là yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống xử
lý nước thải chăn ni. Mặt khác, nước thải chăn ni có ảnh hưởng rất lớn đến
môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử lý nó.
Tùy vào chủng loại, độ tuổi của vật nuôi, qui mô sản xuất, cách vận
hành, quản lý lưu lượng và chất lượng nước thải của các cơ sở chăn nuôi thường
dao động khá nhiều. Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải phát sinh từ các trang
trại chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn: hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng
được biểu thị qua các thông số như: COD, BOD5, tổng nitơ, tổng phốt pho,
TSS…những thông số này là nguyên nhân gây ơ nhiễm mơi trường chính. Đây là
những thành phần dễ phân hủy, gây mùi hôi thối, phát sinh khí độc, làm sụt giảm
lượng ơxy hịa tan trong nước và đặc biệt nếu không được xử lý khi thải ra nguồn tiếp
nhận sẽ gây ô nhiễm môi trường, gây phì dưỡng hệ sinh thái, làm ảnh hưởng đến cây
trồng và là nguồn dinh dưỡng quan trọng để các vi khuẩn gây hại phát triển. Ngoài
ra trong nước thải của trang trại chăn ni có chứa hàm lượng lớn các vi khuẩn gây
bệnh dịch, đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người cũng như
động vật trong khu vực. Kết quả điều tra của Trần Thị Dân và cộng sự. tại một
số vực phía Nam Việt Nam cho thấy, chỉ tiêu COD trong nước thải chăn nuôi
lợn dao động từ 4.373 – 12.852 mg/l vào mùa khô và 827 – 32.750 mg/l vào
mùa mưa, và lượng nước sử dụng là 100 lít/con/ngày đối với lợn [16], [25].
Vũ Đình Tôn và cộng sự, khảo sát tại các cơ sở chăn nuôi tại các tỉnh Hải
Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh đã đưa ra kết quả về chất lượng nước thải chăn
nuôi trước và sau khi xử lý bằng hầm biogas như sau [23].
Bảng 1. 2. Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị tính
Giá trị
Trước biogas
Sau biogas
1
BOD5
mg/l
799,8 – 1250,7
161,8 – 290,7
2
COD
mg/l
1.472,7 – 2.527,7
445,8 – 849,3
3
Sunfur
mg/l
25,5 – 50,4
3,63 – 7,25
4
Cu2+
mg/l
0,6 – 16
0,3 – 11,5
8
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị tính
Giá trị
Trước biogas
Sau biogas
5
Zn2+
mg/l
0,04 – 1,2
0,01 – 0,7
6
Cl-
mg/l
1.260 – 1.880
1.120 – 1.524
7
NH4-N
mg/l
21,22 – 31,31
26,51 – 32,78
8
TN
mg/l
150,8 – 241,6
135,6 – 187,6
(Nguồn: Vũ Đình Tôn và cộng sự, 2008)
Các vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng, thời gian tồn tại của
chúng trong nước thải khá lâu. Theo các số liệu nghiên cứu cho thấy:
Erysipelothrise insidiosa 92 - 157 ngày, brucella 105 - 171 ngày,
mycobacterium 475 ngày, virus lở mồm long móng 190 ngày, leptospira 21
ngày, trứng ký sinh trùng đường ruột 12 - 15 tháng. Đây là nguồn truyền bệnh
dịch rất nguy hiểm [13], [17], [26]. Khi lượng chất thải chăn nuôi không được
xử lý đúng cách thải vào môi trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu
cơ và vô cơ trong nước. Chúng làm giảm quá mức lượng oxy hòa tan, giảm
chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước, và là nguyên nhân tạo
nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh hưởng
đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái. Hai chất dinh dưỡng
trong nước thải dễ gây nên vấn đề ơ nhiễm nguồn nước đó là nitơ (nhất là ở
dạng nitrat) và phốt pho.
Hiện nay, việc sử dụng nước thải hầm biogas trong canh tác và sản xuất
nông nghiệp là rất phổ biến và mang lại nhiều lợi ích. Các thông số ô nhiễm
trước và sau biogas đã giảm tương đối nhiều. Tuy nhiên, nồng độ các chất ô
nhiễm trong nước thải đầu ra của hầm biogas còn khá cao và vượt tiêu chuẩn
cho phép nhiều lần (theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT), đặc biệt là chất dinh
dưỡng. Quá trình xử lý chất thải bằng hầm biogas đã giảm đáng kể các vi sinh
vật và một số chỉ số hóa học trong chất thải. Nhưng, quá trình xử lý này chưa
triệt để, các tác nhân gây bệnh như Salmonella, Giardia, Cryptosporidium vẫn
9
hiện diện trong nước thải hầm biogas [5], [6], [27], [28]. Để đủ điều kiện xả
thải ra môi trường, nước thải đầu ra sau biogas cần được tiếp tục xử lý.
1.3.2. Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường
Ngành chăn nuôi đang tăng trưởng, phát triển mạnh, cùng với đó thì tình
trạng ơ nhiễm mơi trường do chất thải thải ra trong q trình chăn ni cũng
gia tăng. Nguồn chất thải vượt quá khả năng chịu tải của môi trường tự nhiên
đã làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, cảnh quan môi sinh, đe dọa tác
động trực tiếp tới cuộc sống của người dân [3], [29], [30], [31].
Thành phần chất thải chủ yếu của trang trại chăn ni gồm có: phân, nước
tiểu vật ni, thức ăn chăn nuôi dư thừa; xác gia súc, gia cầm chết; các hoá chất
thất thoát (hoá chất tiêu độc, khử trùng); các phụ phẩm nông nghiệp (thân cây,
cành, lá, vỏ, hạt); ... Trong đó, nước thải chăn ni chiếm phần lớn thành phần
chất thải nêu trên. Nước tắm rửa, nước phân, nước tiểu,… Trung bình, cứ 1kg
chất thải chăn ni do lợn thải ra được pha thêm 20 – 40kg nước. Tính trung
bình lượng nước thải trên đầu lợn khoảng 30 lít/ ngày đêm thì lượng nước thải
của ngành chăn ni lơn trên cả nước là 7,2 triệu m3/ngày đêm [13], [18], [32].
Thành phần N, P và các VSV gây hại có trong chất thải chăn ni gây ơ
nhiễm mơi trường khơng khí, mơi trường đất, nước mặt và cả nguồn nước
ngầm. Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong phân gia súc (nhất là
protein trong điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra các chất khí có mùi hơi thối
(indol, H2S, NH3) gây ơ nhiễm khơng khí. Trong nước thải chăn nuôi, hàm
lượng N, P cao khi xả ra môi trường gây hiện tượng phú dưỡng môi trường
nước các thuỷ vực tiếp nhận dẫn đến hiện tượng “nở hoa nước” do vi tảo bao
gồm vi khuẩn lam độc phát triển mạnh, làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm
chất lượng nước, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng
(Đặng Đình Kim và cs, 2005). Bên cạnh đó, do nước thải cũng chứa hàm lượng
chất hữu cơ cao nên làm giảm nồng độ ôxy hoà tan cho nguồn nước tiếp nhận,
ảnh hưởng đến hệ sinh thái thuỷ sinh vật nguồn nước tiếp nhận. Ngoài ra, trong
trường hợp gia súc mắc các bệnh truyền nhiễm hoặc ký sinh trùng, côn trùng
10
sẽ đóng vai trị trung gian truyền bệnh cho dịch lây lan rộng, đồng thời làm tăng
nguy cơ mắc các bệnh giun sán,… [14], [16], [33], [34], [35].
1.4. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NUÔI.
Hiện nay, đa số các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi đều sử dụng cơng
trình xử lý chất thải rắn, lỏng bằng hầm biogas nhằm phân hủy các chất hữu cơ
và tạo khí sinh học phục vụ sinh hoạt, sản xuất. Nước thải sau khi qua công
đoạn xử lý tạo biogas thường được đưa vào các hồ sinh học nhằm tiếp tục loại
bỏ các chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường hoặc phục vụ tưới tiêu. Quá
trình xử lý bằng các hồ sinh học thường không được vận hành hợp lý, nên nước
thải đầu ra khó có thể đạt được tiêu chuẩn xả thải hoặc tưới tiêu. Một số cơ sở
chăn ni có điều kiện về mặt kinh tế thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn
ni hồn chỉnh bao gồm các bể sinh học hiếu khí, bể anoxic nhằm loại bỏ hàm
lượng nitơ cao trong nước thải sau biogas, sau đó tiếp tục khử trùng trước khi
thải ra ngồi mơi trường. Đa số các cơ sở chăn ni đều đã sử dụng hệ thống
hầm biogas để xử lý chất thải rắn, lỏng phát sinh trong quá trình chăn nuôi.
Nước thải sau biogas được xử lý bằng bể hiếu khí hoặc các hồ sinh học, hoặc
có đơn vị đã thiết kế hệ thống bể anoxic kết hợp aerotank với mục tiêu loại bỏ
hàm lượng nitơ cao trong nước thải.
1.4.1. Công nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi.
a) Đất ngập nước
Đất ngập nước rất đa dạng, có mặt khắp mọi nơi và là cấu thành quan
trọng của các cảnh quan trên mọi miền của thế giới. Hàng thế kỷ nay, con người
và các nền văn hố nhân loại được hình thành và phát triển dọc theo các triền
sông hoặc ngay trên các vùng đất ngập nước [36], [37], [38], [39].
Theo Công ước RAMSAR, ĐNN là: "Các vùng đầm lầy, than bùn hoặc
vùng nước tự nhiên hay nhân tạo, có nước thường xuyên hay tạm thời, nước
đứng hay nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả các vùng nước
11
ven biển có độ sâu khơng q 6m khi thuỷ triều thấp đều là các vùng đất ngập
nước" (Điều 1.1 Cơng ước Ramsar, 1971).
Đất ngập nước có nhiều vai trị, chức năng và giá trị quan trọng trong hệ
sinh thái liên quan đến các đặc điểm về chu trình thủy văn, địa chất, sinh học
và hóa học. ĐNN là những hệ sinh thái có giá trị năng suất cao, cung cấp nguồn
nước, nguồn lương thực, nguồn cá, nguồn gen thực vật, động vật hoang dại.
Vai trò, chức năng và giá trị của ĐNN liên kết và bổ sung cho nhau (Donald,
2000; Mitsch và Gosselink, 2000).
Vùng ĐNN có vai trị rất quan trọng cho sự sống còn của con người.
Vùng đất ngập nước là cái nôi của sự đa dạng sinh học, cung cấp nước và mơi
trường sống vơ số lồi động thực vật và cả con người [5], [30], [36], [40], [41],
[42].
Vùng ĐNN đảm bảo nguồn cấp nước cho thế giới; đảm bảo nguồn cung
cấp thức ăn; tạo nên các nguồn sinh kế. ĐNN là vùng đảm bảo đa dạng sinh
học. các vùng ĐNN được xem là có sự đa dạng sinh học cao nhất trong tất cả
các hệ sinh thái; là nơi lưu trữ carbon; là vùng dự phòng giảm thiểu thiên tai.
Những vùng ĐNN có thể lọc các chất độc hại [1], [7], [24].
b) Đất ngập nước kiến tạo
ĐNN kiến tạo được định nghĩa là một hệ thống cơng trình xử lý nước
thải được kiến thiết và tạo dựng mơ phỏng có điều chỉnh theo tính chất của
ĐNN tự nhiên với cây trồng chọn lọc [35], [43].
ĐNN kiến tạo là một hệ thống bao gồm đất, nước, thực vật, vi sinh vật
và có nhiều tương tác giữa các thành phần này. ĐNN kiến tạo được xây dựng
cho mục đích chính là xử lý nước thải, các mục tiêu khác như điều tiết lũ, bổ
cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác ngun liệu thơ, tạo mơi trường tự
nhiên cho các động vật hoang dã chỉ là các mục tiêu phụ. Quá trình xử lý nước
thải trong hệ thống ĐNN kiến tạo là một quá trình phức tạp. Tại đây, một số
lượng lớn các quá trình cơ học, hóa lý (lọc, hấp thụ, khử trùng…), sinh học
12
(thực vật hấp thụ, phân hủy bởi vi sinh…) diễn ra đồng thời và có tác động
tương hỗ lẫn nhau [3], [44], [45].
Các thí nghiệm đầu tiên về việc sử dụng các hệ thống ĐNN sử dụng thực
vật để xử lý nước thải được tiến hành vào đầu những năm 1950 ở Đức và các
hệ thống đầu tiên được đưa vào hoạt động vào cuối những năm 1960. Kể từ đó,
các hệ thống dạng chảy ngầm đã được sử dụng phổ biến ở châu Âu trong khi
các hệ thống chảy bề mặt phổ biến hơn ở Bắc Mỹ và Úc. Việc phân loại các hệ
thống ĐNN có thể căn cứ vào mục tiêu của hệ thống xử lý, vị trí của hệ thống
xử lý… Tùy theo chế độ thủy lực, dòng chảy, hệ thống ĐNN được phân chia
thành 2 dạng:
- Hệ thống đất ngập nước dòng chảy mặt.
- Hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm. Theo hướng dòng chảy, hệ
thống chảy ngầm được chia thành hai dạng: chảy đứng và chảy ngang.
Hình 1. 2. Sơ đồ hệ thống đất ngập nước
Hệ thống ĐNN kiến tạo dòng chảy mặt rất hiệu quả trong việc loại bỏ
các chất hữu cơ thông qua quá trình phân hủy vi sinh vật và loại bỏ các chất rắn
lơ lửng thơng qua q trình lọc và lắng đọng [6]. Việc loại bỏ nitơ không ổn
định và mức độ giảm phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm nồng độ đầu vào,
dạng hóa học của nitơ, nhiệt độ nước, yếu tố mùa, lượng cacbon hữu cơ và nồng
độ oxy hòa tan [5]. Amoniac được loại bỏ hiệu quả nhất thơng qua q trình
nitrat hóa trong các khu hiếu khí của hệ thống, sau đó khử nitơ trong các khu
kỵ khí trong lớp vật liệu ở đáy. Tuy nhiên, các hệ thống dòng chảy mặt thường
13
là nơi khu trú của một số sinh vật gây bệnh như ruồi, muỗi…cũng như tạo ra
nguy cơ mất an tồn đối với người, gia súc nếu như khơng có các biện pháp
bảo vệ phù hợp.
Trong hệ thống ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang, nước
thải được đưa vào đầu của hệ thống và trong quá trình di chuyển trong hệ thống,
nước thải tiếp xúc với một mạng lưới các khu hiếu khí, anoxic và kỵ khí. Các
vùng hiếu khí tập trung ở xung quanh rễ và thân rễ. Hệ thống dòng chảy ngang
rất hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, ô nhiễm vi sinh
vật, và kim loại nặng. Các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi khuẩn trong điều
kiện hiếu khí và yếm khí. Do khả năng cung cấp khơng khí khơng cao, nên các
hệ thống dịng chảy ngang khơng được thiết kế để loại bỏ nitơ-amoni.
Hình 1. 3. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang. (vẽ
lại theo Vymazal, 1997)
Trong hệ thống ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng, nước
thải được tưới trên toàn bộ bề mặt của hệ thống và có thể di chuyển trong hệ
thống theo chiều từ trên xuống hoặc dưới lên. Hệ thống dịng chảy đứng cũng
có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng…
Với cách vận hành như trên, hệ thống dòng chảy đứng tăng khả năng tiếp xúc
của nước thải với khơng khí, do đó có hiệu quả trong q trình oxy hóa nitơ amoni. Tuy nhiên, quá trình khử nitrat lại kém hiệu quả. Nước thải trước khi
đưa vào hệ thống dòng chảy ngầm cần được xử lý loại bỏ một phần chất rắn lơ
lửng, để tránh dẫn đến tình trạng tắc nghẽn hệ thống.
14
Để thiết kế hệ thống đất ngập nước kiến tạo, cần quan tâm đến rất nhiều
yếu tố: chủng loại nước thải, lưu lượng nước thải, vị trí của hệ thống (sơ cấp và
thứ cấp), các thông số ô nhiễm đầu vào, yêu cầu về chất lượng nước thải đầu
ra, các thông số về thời tiết, chế độ thủy văn, địa hình, địa chất tại khu vực bố
trí hệ thống…Việc thiết kế hệ thống đất ngập nước kiến tạo cần tính tốn được
kích thước của hệ thống và đặc điểm của các thành phần vật lý (loại cây, độ sâu
của hệ thống, các vật liệu đệm trong hệ thống….).
Hình 1. 4. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầng theo phương đứng. (vẽ
lại theo Cooper, 1996)
c) Đất ngập nước lai hợp
Do nhu cầu loại bỏ amoniac và nitơ tổng hiệu quả, trong những năm 1990
và 2000, các hệ thống đất ngập nước được xây dựng kết hợp giữa các mô hình
khác nhau (được gọi là hệ thống đất ngập nước lai hợp - hybrid constructed
wetlands) như: dòng chảy đứng - dòng chảy ngang hoặc kết hợp giữa các hệ
thống dòng chảy ngầm và dòng chảy bề mặt để bổ sung các ưu điểm cho nhau
nhằm đạt hiệu quả xử lý cao hơn. Mục đích của việc xây dựng kết hợp này làm
gia tăng khả năng xử lý, loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, loại bỏ nitơ trong
nước thải đạt hiệu quả cao [4], [5].
ĐNN lai hợp là ĐNN kiến tao, thiết kế và xây dựng kết hợp giữa 2 hay
nhiều hệ thống lại với nhau. Trong xử lý ô nhiễm môi trường thì sự kết hợp 2
hay nhiều hệ thống xử lý với nhau, nhằm mục đích đạt hiệu quả cao trong quá
