Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải làng bún tiền ngoài xã khắc niệm thành phố bắc ninh tỉnh bắc ninh phục vụ sản xuất nông nghiệp

Luận văn Thạc sĩ 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lê Hồng Sơn

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG BÚN TIỀN
NGOÀI, XÃ KHẮC NIỆM, THÀNH PHỐ BẮC NINH, TỈNH BẮC
NINH PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012

1


Luận văn Thạc sĩ 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lê Hồng Sơn

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG BÚN TIỀN
NGOÀI, XÃ KHẮC NIỆM, THÀNH PHỐ BẮC NINH, TỈNH BẮC
NINH PHỤC VỤ SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP

Chun ngành: Khoa học mơi trường
Mã số:608502

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN THỊ LOAN

Hà Nội – 2012
2


Luận văn Thạc sĩ 2012

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VSV

:Vi sinh vật

TVTS

:Thực vật thủy sinh

CPSH

:Chế phẩm sinh học

KT – XH

:Kinh tế - xã hội

NXB

:Nhà Xuất bản

HTTV

Hệ thống thực vật

CT

:Công thức

3


Luận văn Thạc sĩ 2012
DANH MỤC HÌNH
Tên hình

Trang

Hình 1.1: Bãi lọc ngập nước dịng chảy ngang

9

Hình1.2: Bãi lọc trồng cây dịng chảy đứng

9

Hình 1.3: Sơ đồ chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ khi oxi hóa sinh hóa
nước thải

11

Hình 1.4: Chuyển hóa các hợp chất nito trong xử lý sinh học

13

Hình 1.5: Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí

14

Hình 2.1: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của chế phẩm
sinh học

34

Hình 2.2: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của TVTS

34

Hình 2.3: Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống 2
bậc, kết hợp chế phẩm sinh học và TVTS

35

Hình 3.1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất bún tươi

38

Hình 3.2: Chỉ tiêu COD, BOD5, TSS trong nước thải sau 5 ngày xử lý

chế phẩm

42

Hình 3.3 : Chỉ tiêu COD, BOD5, TSS trong nước thải sau 10 ngày xử
lý chế phẩm

44

Hình 3.4: Diễn biến TSS, COD, BOD5, NH4+, PO43- theo thời gian thí
nghiệm

54

Hình 3.5: Đồ thị so sánh hiệu quả xử lý của hai công thức Bèo tây –
Sậy và Bèo tây – Sậy – Chế phẩm sinh học

56

Hình 3.6: Mơ hình khuyến cáo để xử lý nước thải làng bún Tiền
Ngoài, Bắc Ninh

57

4


Luận văn Thạc sĩ 2012
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Tên bảng biểu

Trang

Bảng 1.1: Các nhóm làng nghề Việt Nam

4

Bảng 1.2: Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số
làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm.

5

Bảng 1.3: Khối lượng nước thải từ sản xuất bún tại làng nghề (định
mức cho 1 tấn sản phẩm)

6

Bảng 1.4: Vi sinh vật sinh axit hữu cơ

15

Bảng 1.5: Vi khuẩn sinh metan

15

Bảng 1.6: Sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải

16

Bảng 1.7: Một số loài thực vật thủy sinh phổ biến dùng xử lý nước thải

17

Bảng 2.1. Các thông số theo dõi và phương pháp xác định

32

Bảng 3.1 : Lượng nguyên, vật liệu sử dụng của các hộ trong một ngày

37

Bảng 3.2 : Mức độ ô nhiễm nguồn nước tại các vị trí lấy mẫu

39

Bảng 3.3: Khả năng xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún của chế
phẩm EM và Bio - S sau 5 ngày xử lý

41

Bảng 3.4 : Khả năng xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún của chế
phẩm EM và Bio - S sau 10 ngày xử lý

43

5


Luận văn Thạc sĩ 2012

Tên bảng biểu

Trang

Bảng 3.5: Hiệu quả xử lý nước thải bằng TVTS sau 10 ngày

45

Bảng 3.6: Hiệu quả xử lý nước thải bằng TVTS sau 15 ngày

46

Bảng 3.7: Hiệu quả xử lý pH ở các công thức thí nghiệm

47

Bảng 3.8: Hiệu quả xử lý TSS ở các cơng thức thí nghiệm

48

Bảng 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các cơng thức thí nghiệm

49

Bảng 3.10: Hiệu quả xử lý BOD5 ở các cơng thức thí nghiệm

50

Bảng 3.11: Hiệu quả xử lý NH4+ ở các cơng thức thí nghiệm

51

Bảng 3.12: Hiệu quả xử lý PO43- ở các công thức thí nghiệm

52

Bảng 3.13: Hiệu quả xử lý coliform ở các cơng thức thí nghiệm

53

Bảng 3.14: Khả năng xử lý nước thải của hệ thống kết hợp CPSH và
TVTS

55

6


Luận văn Thạc sĩ 2012
MỞ ĐẦU
Bắc Ninh là một trong những tỉnh có nhiều làng nghề nhất trong cả nước.
Tồn tỉnh Bắc Ninh hiện có 62 làng nghề trong đó có 30 làng nghề truyền thống, 32
làng nghề mới với những sản phẩm nổi tiếng như gỗ mỹ nghệ Đồng Kỵ, sắt thép
(Đa Hội, Châu Khê), giấy (Phong Khê, Phú Lâm), rượu (Tam Đa, Đại Lâm), tái chế
nhôm (Văn Môn). Trong đó, có 8 làng nghề chế biến thực phẩm như làng nấu rượu
Đại Lâm (Yên Phong), làng Đông Nguyên (Từ Sơn), làng bún thơn Đồi (thành phố
Bắc Ninh), mỳ sợi Lộ Bao (Tiên Du)...
Mức độ ô nhiễm nước thải làng nghề đang ở mức báo động: nước thải làng
nghề nấu rượu Đại Lâm (Yên Phong) cao gấp 5 - 10 lần tiêu chuẩn cho phép. Nước

mặt, nước ngầm đều có dấu hiệu ơ nhiễm, nhất là nước tại các làng nghề chế biến
nông sản thực phẩm, dệt nhuộm. Nước thải của hầu hết các nguồn khác nhau đều
không được xử lý hoặc xử lý không hiệu quả, không triệt để, đổ trực tiếp vào
ao hồ, kênh rạch, sơng ngịi, ruộng đồng, làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn
nước mặt. Xử lý nguồn nước mặt bị ô nhiễm hiện nay là vấn đề cấp bách ở
khắp các nơi trên cả nước.
Nghiên cứu sử dụng các loài thực vật và VSV trong xử lý ô nhiễm nước đã
được biết đến và việc ứng dụng nó đã mang lại nhiều hiệu quả tích cực, đặc biệt với
nguồn nước ô nhiễm cao và chứa nhiều chất dinh dưỡng. Nhờ các quá trình tự
nhiên, nước có khả năng tự làm sạch cùng với sự phối hợp trồng thực vật và bổ
sung VSV có lợi để chúng hút thu các chất hữu cơ, dinh dưỡng N và P có trong
nước để phát triển, nhờ đó nước được làm sạch. Chi phí áp dụng biện pháp sinh học
trong xử lý nguồn nước ô nhiễm ở vùng nông thôn không lớn, cùng với việc vận
hành hệ thống dễ dàng nên việc áp dụng công nghệ xử lý trong điều kiện tự nhiên
hay công nghệ sinh thái đối với các vùng dân cư nông thôn được cho là một trong
những giải pháp phù hợp.
Để có được đầy đủ cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng các mơ
hình xử lý nước thải ở các làng nghề trong điều kiện tự nhiên một cách hiệu quả,

7


Luận văn Thạc sĩ 2012
chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải làng
bún Tiền Ngoài, xã Khắc Niệm, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh phục vụ
cho sản xuất nông nghiệp”
Mục tiêu của đề tài:
- Xác định được mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt tại làng bún Tiền Ngoài, xã
Khắc Niệm, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh.
- Xác định được một số biện pháp kỹ thuật để xử lý nguồn nước thải làng nghề.

- Xây dựng được mơ hình xử lý nước thải cho thơn Tiền Ngồi, xã Khắc Niệm,
thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh.
Nội dung nghiên cứu:
- Đánh giá hiện trạng sản xuất, kinh doanh và môi trường làng nghề chế biến
bún Tiền Ngồi và thơn Đồi
- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải của chế phẩm sinh học với các nồng
độ và liều lượng khác nhau
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng hệ thống xử lý 2 bậc khi trồng
các đối tượng: Sậy và Bèo tây
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng hệ thống kết hợp sử dụng chế
phẩm sinh học và trồng thực vật thủy sinh
Từ các kết quả thu được, đề tài sẽ lựa chọn giải pháp hiệu quả nhất để
khuyến cáo cho việc xử lý nước thải của làng nghề chế biến thực phẩm.

8


Luận văn Thạc sĩ 2012
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Một số vấn đề môi trường làng nghề Việt Nam
Làng nghề là một trong những đặc thù của nông thôn Việt Nam. Nhiều sản
phẩm được làm ra trực tiếp từ các làng nghề đã trở thành thương phẩm trao đổi, góp
phần cải thiện đời sống gia đình và tận dụng những lao động nhàn rỗi lúc nông
nhàn. Đa số các làng nghề đã trãi qua lịch sử phát triển hàng trăm năm song song
với quá trình phát triển KT - XH, văn hóa và nơng nghiệp của đất nước. Làng đúc
đồng Đại Bái – Bắc Ninh với hơn 900 năm phát triển, làng nghề gốm Bát Tràng có
gần 500 năm tồn tại...
Trong vài năm gần đây, làng nghề đang thay đổi nhanh chóng theo nền kinh
tế thị trường, các hoạt động sản xuất tiểu thủ công phục vụ tiêu dùng trong nước và
xuất khẩu được tạo điều kiện phát triển. Được hỗ trợ về chính sách, các làng nghề

mới và cụm làng nghề khơng ngừng được khuyến khích phát triển nhằm đạt được
sự tăng trưởng, tạo công ăn việc làm và thu nhập ổn định ở khu vực nông thôn. Do
ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên của vùng
miền, truyền thống lịch sử, sự phân bố và phát triển của các làng nghề giữa các
vùng trong cả nước là không đồng đều, đồng bằng Sông Hồng (chiếm khoảng 60%
tổng số làng nghề trên cả nước), miền Trung (chiếm khoảng 30%), còn lại miền
Nam (chiếm khoảng 10%) [6].
Dựa theo các yếu tố tương đồng về ngành sản xuất, sản phẩm, thị trường
nguyên vật liệu và tiêu thụ sản phẩm có thể chia hoạt động làng nghề nước ta thành
6 nhóm ngành chính như bảng 1.1 sau:

9


Luận văn Thạc sĩ 2012
Bảng 1.1: Các nhóm làng nghề Việt Nam
STT

Làng nghề

Tỉ lệ (%)

1

Làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và
giết mổ

20

2

Làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ, thuộc da

17

3

Làng nghề sản xuất vật liệu xây dựng và khai thác đá

5

4

Làng nghề tái chế phế liệu

4

5

Làng nghề thủ cơng mỹ nghệ

39

6

Các nhóm ngành khác (chế tạo nơng cụ thơ sơ như cày,
15
bừa, cuốc, xẻng, liềm hái, đan lát...)
(Nguồn: Tổng cục Môi trường Việt Nam, 2008)
Khối lượng và đặc trưng nước thải sản xuất ở các làng nghề phụ thuộc chủ

yếu vào công nghệ và nguyên liệu dùng trong sản xuất. Chế biến lương thực, thực
phẩm, chăn nuôi, giết mổ gia súc, gia cầm, ươm tơ, dệt nhuộm... là những ngành
sản xuất có nhu cầu nước rất lớn và cũng xả một lượng lớn nước thải với mức ô
nhiễm hữu cơ ở mức rất cao. Tái chế, chế tác kim loại, đúc đồng, nhôm ... nhu cầu
nước không lớn nhưng nước thải nhiễm các chất rất độc hại như axit, muối kim loại,
xyanua và các kim loại nặng như Hg, Cu, Pb, Zn ... Kết quả khảo sát chất lượng
nước thải của các làng nghề những năm gần đây cho thấy mức độ ô nhiễm hầu như
không giảm, thậm chí cịn tăng cao hơn trước [6].
Các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ có
lượng nước thải rất lớn, có nơi lên tới 7000 m3/ngày (Cát Quế và Dương Liễu). Thải
lượng các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất của các làng nghề thuộc
nhóm này cũng khá cao. Các số liệu cho thấy, các làng nghề tinh bột có thải lượng
các chất ô nhiễm lớn nhất.

10


Luận văn Thạc sĩ 2012
Bảng 1.2: Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề
chế biến lương thực, thực phẩm
Sản phẩm
(tấn/năm)

COD
(tấn/năm)

BOD5
(tấn/năm)

SS
(tấn/năm)

1. Bún Phú Đô

10 200

76,90

53,14

9,38

2. Bún Vũ Hội

3100

22,62

15,3

2,76

3. Bún bánh Ninh
Hồng

4 380

15,08

10,42

1,84

4. Rượu Tân Độ

450 000 lit

2 250

13,01

11,55

52 000

13 050

934

2 133

Làng nghề

5. Tinh bột Dương
Liễu

(Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, 2005)
Đáng chú ý là thông số coliform trong nước thải của các làng nghề chế biến
lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ rất cao. Đây là vấn đề cần được quan

tâm đúng mức vì nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cộng đồng.
Theo số liệu điều tra của đề tài KC 08 – 09, 2005, trên cả nước có khoảng 98
làng nghề chế biến nơng sản thực phẩm, trong đó có 43 làng nghề chế biến bún,
bánh, 30 làng nghề chế biến nơng sản và cịn lại là làng nghề chế biến hoa quả và
thủy sản. Quá trình chế biến bún, bánh tạo ra lượng phế liệu lớn, người dân thường
sử dụng nguồn phế liệu này cho chăn ni. Vì vậy, nước thải cũng như phân rác từ
chăn nuôi là nguồn gây ô nhiễm môi trường đáng kể.
Ở các làng nghề chế biến bún, bánh, lượng nước sử dụng trong tồn bộ q
trình sản xuất khơng được tuần hoàn, tái sử dụng, tất cả các loại nước thải đều thải
thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. Để sản xuất được
1 tấn bún tươi cần sử dụng 10 m3 nước, tuy nhu cầu sử dụng nước không lớn nhưng
với sản lượng khá lớn (hàng chục nghìn tấn/năm) thì lượng nước thải ra mơi trường
cũng không nhỏ. Sản xuất bún không phát sinh nhiều chất thải rắn (ngồi xỉ than),
rất ít khí thải mà chất thải chủ yếu là nước. Nước thải từ sản xuất bún có chứa hàm

11


Luận văn Thạc sĩ 2012
lượng chất ô nhiễm cao, chủ yếu là tinh bột, dễ phân hủy sinh học, gây mùi hôi thối.
Hơn nữa, đi kèm với sản xuất bún các hộ gia đình cịn kết hợp chăn ni lợn để tận
dụng các chất thải, nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi đang là nguồn gây ô
nhiễm nghiêm trọng nhất đối với mơi trường làng nghề. Ước tính lượng nước thải
khi sản xuất 1 tấn sản phẩm như bảng 1.3 sau:
Bảng 1.3: Khối lượng nước thải từ sản xuất bún tại làng nghề (định mức cho
1 tấn sản phẩm)
STT

Lượng nước thải (m3)

Loại nước thải

1

Nước thải đãi gạo

3,0

2

Nước thải ngâm gạo

0,9

3

Nước tách bột sau ủ chua

2,6

4

Nước làm chín bún

0,5

5

Nước rửa bún

1,5

6

Nước vệ sinh dụng cụ

1,0
(Nguồn: đề tài KC 08 – 09, 2005)

Các làng nghề chế biến bún, bánh cũng có chất thải giàu chất hữu cơ dễ bị
phân hủy sinh học. Chất thải rắn của làng bún giàu chất hữu cơ dễ gây mùi xú uế,
khó chịu. Do sản xuất phân tán nên việc thống kê khối lượng chất thải rắn gặp nhiều
khó khăn, nhưng hầu hết chất thải rắn của các làng nghề chưa được quan tâm xử lý,
phần khơng được tận thu thì thải bừa bãi ra mơi trường. Các làng nghề chế biến tinh
bột, dong giềng là những làng tạo ra khối lượng lớn chất thải rắn dễ bị phân hủy
sinh học, như làng nghề Dương Liễu mỗi năm tạo ra khoảng 105 nghìn tấn bã thải,
một phần được tận thu làm thức ăn và một phần cuốn theo nước thải làm tắc nghẽn
hệ thống thu gom cũng như ao hồ trong khu vực và gây ô nhiễm nghiêm trọng nước
mặt. Hàm lượng các chât ô nhiễm trong nước thải sản xuất của những làng nghề này
thường rất cao, đặc biệt COD, BOD5, TSS, tổng N, tổng P vượt QCVN 14:
2008/BTNMT hàng chục lần. Hiện nay, hầu hết các làng nghề đang phải chịu cảnh
sống chung với ô nhiễm vì nước thải sản xuất bún chưa được xử lý; ở một số làng
12


Luận văn Thạc sĩ 2012
nghề đang triển khai xây dựng các hệ thống xử lý nước thải nhưng cho đến nay, rất
ít cơng trình đi vào hoạt động [6].
1.2. Cơng nghệ sinh học trong xử lý nguồn nước ô nhiễm
1.2.1. Một số phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên

Thực chất là sử dụng khu hệ sinh vật tự nhiên có sẵn trong nước để làm sạch
nước, vì vốn đầu tư ít nên loại hồ này được áp dụng khá rộng rãi. Ngoài chức năng
xử lý nước thải, hồ cịn mang lại những lợi ích khác như: ni trồng thuỷ sản, chứa
và điều hịa lưu lượng nước mưa và cải thiện vi khí hậu vùng.
Căn cứ vào nguyên tắc hoạt động của hồ sinh học, có thể chia thành ba loại
là hồ hiếu khí, hồ yếm khí và hồ tùy tiện.
a. Hồ hiếu khí
Là hồ ở đó các chất ơ nhiễm được oxy hố nhờ các vi sinh vật (VSV) hiếu
khí. Hồ hiếu khí lại được chia thành hai loại khác nhau tùy vào phương thức cấp
khí:
Hồ hiếu khí làm thống tự nhiên
Oxy cung cấp cho q trình oxy hố chủ yếu do sự khuếch tán khơng khí qua
mặt nước và q trình quang hợp của các thuỷ thực vật như Rong, Tảo, Sậy, Thủy
trúc, Bèo tây,…Để q trình oxy hố diễn ra tốt nhất cần đảm bảo chiều sâu của hồ
từ 0,6– 1,0 m, tải trọng loại bỏ BOD đạt 250 - 300 kg/ha, ngày và thời gian lưu của
nước trong hồ 3 - 12 ngày.
Hồ hiếu khí làm thống nhân tạo
Nguồn ơxy cung cấp cho q trình sinh hố chủ yếu bằng các thiết bị bơm
khí hoặc khuấy cơ học. Vì được cấp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 2,5m. Tải trọng BOD5 400 kg/ha,ngày.

13


Luận văn Thạc sĩ 2012
b. Hồ kị khí
Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng dựa trên hoạt động sống của các VSV
yếm khí. Hồ thường dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít
dùng để xử lý nước thải sinh hoạt. Khi quy hoạch và thiết kế một hồ kị khí cần đảm
bảo yêu cầu yếm khí cao, giữ nhiệt vào mùa đơng, thường các hồ yếm khí có độ sâu
lớn từ 2,5 – 4,5m.

Thời gian lưu nước trong hồ kị khí biến động từ 5 - 50 ngày, tải trọng BOD
có thể đạt tới 280 - 1500 kg/ha,ngày. Tuy nhiên, hiệu suất thông thường chỉ đạt 50 80%. Đáy hồ nên gia cố để tránh thấm, ngấm.
c. Hồ tuỳ tiện (hay hồ tùy nghi)
Hồ tuỳ tiện còn được gọi là hồ hiếu – kỵ khí. Phần lớn các ao, hồ ở nước ta là
những hồ hiếu kị khí. Hồ tùy tiện thường có độ sâu trung bình từ 1,5 đến 2m, có
khu hệ sinh vật nước rất đa dạng như các vi khuẩn yếm khí, hiếu khí, thuỷ nấm, tảo
và nguyên sinh vật.
Khả năng khử BOD được tính theo cơng thức
E = S/So = 1/(1 + KT.t) ; KT = K20. A(T – 20)
Trong đó:
E: hiệu suất xử lý (%)
So: BOD5 của nước thải đầu vào hồ (mg/L)
S: BOD5 của nước thải đầu ra đã xử lý (mg/L)
KT: là hệ số phụ thuộc vào kiểu hồ tự nhiên, nhiệt độ
K20: là hệ số trong khoảng 0.3 – 2.5
A: là hằng số trong khoảng 1.035 – 1.074
T: nhiệt độ của nước trong hồ (0C)
Thời gian lưu nước trong hồ được tính theo cơng thức:
t = (So – S)/S.KT

14


Luận văn Thạc sĩ 2012
d. Cánh đồng tưới và bãi lọc
Việc xử lý nước thải được thực hiện trên những cánh đồng tưới và bãi lọc là
dựa vào khả năng giữ cặn trong nước trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua
lọc, nhờ có oxi trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí
hoạt động phân hủy các chất hữu cơ. Càng xuống sâu, lượng oxi càng ít và q trình
oxi hóa các chất hữu cơ giảm dần. Khi độ sâu >1,5m thì ở đó chỉ xảy ra q trình

khử nitrat. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc nên xây dựng ở những nơi có mực
nước nguồn thấp hơn 1,5m so với mặt đất.
1. Vùng phân phối
nước vào
2. Lớp không thấm
nước
3. Vật liệu lọc
4. Cây thủy sinh
5. Mức nước của bãi
lọc
6. Vùng nước ra
7. Ống dẫn nước
Hình 1.1: Bãi lọc ngập nước dịng chảy ngang

Hình1.2: Bãi lọc trồng cây dịng chảy đứng

15


Luận văn Thạc sĩ 2012
Khi thiết kế cánh đồng tưới cần quan tâm đến các yêu cầu sau:
- Lưu lượng nước thải có thể xử lý trên 1 ha phụ thuộc vào:
+ Tiêu chuẩn nước tưới cho mỗi loại cây trồng
+ Tiêu chuẩn tưới 1 lần
- Khả năng lọc được xác định bằng cơng thức:
Q= a.q.T/t
Trong đó:
Q: khả năng lọc (m3/ha/ngày)
a: hệ số thấm thoát do thoát nước (0,3 – 0,5)
q: tiêu chuẩn tưới (m3/ha/ngày)

T: thời gian giữa các lần tưới (giờ)
t: thời gian tiêu nước từ các ơ (giờ)
Khó khăn lớn nhất trong việc áp dụng kỹ thuật tưới là diện tích tưới cố
định phải lớn và nhu cầu tưới đều đặn trong năm. Với cây trồng thường chỉ
tưới 3 – 6 tháng/năm, với đồng cỏ thì khơng được tưới trong mùa mưa [10].
1.2.2. Cơ sở khoa học của phương pháp sinh học để xử lý nước thải
a. Hoạt động sống của VSV trong nước thải
Quần thể vi sinh vật trong các loại nước thải khác nhau là không giống nhau.
Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật thích ứng đặc thù. Nhưng về cơ bản, VSV trong
nước thải đều là VSV hoại sinh và dị dưỡng. Chúng không tự tổng hợp được các
chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng tế bào mới cho mình, trong mơi trường sống của
chúng cần có mặt các chất hữu cơ để chúng phân hủy, chuyển hóa thành vật liệu
xây dựng tế bào; đồng thời chúng cũng phân hủy các hợp chất nhiễm bẩn trong
nước đến sản phẩm cuối cùng là CO2 hoặc tạo thành các khí khác như CH4, H2S.
Trong nước thải, các chất nhiễm bẩn chủ yếu là hữu cơ hòa tan, hữu cơ dạng
keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi

16


Luận văn Thạc sĩ 2012
khuẩn bằng cách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình đồng hóa
và dị hóa. Q trình dị hóa là q trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có khối lượng
phân tử lớn, mạch dài thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ, mạch ngắn hoặc
các phần tử vật chất nhỏ khác có thể di chuyển qua màng tế bào để tham gia q
trình đồng hóa hoặc q trình phân hủy nội bào.
Quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn chính:
- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV
- Khuếch tán và hấp thu các chất ô nhiễm qua màng bán thấm vào trong tế
bào VSV

- Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra nằng lượng và tổng hợp
các vật liệu mới cho tế bào VSV
Trong quá trình phân hủy hay q trình oxi hóa khử khơng phải tất cả các
chất đều bị oxi hóa hồn tồn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, một số sản
phẩm trung gian được tham gia vào quá trình đồng hóa. Đồng thời, trong q trình
đồng hóa cũng diễn ra q trình dị hóa các chất liệu tế bào khi đã già tạo ra năng
lượng và vật liệu mới phục vụ cho q trình đồng hóa.
Q trình đồng hóa và dị hóa ở tế bào VSV trong nước có thể tóm tắt như hình 1.3
sau:

7

6

3

1

Hình 1.3: Sơ đồ chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ khi oxi hóa sinh hóa nước thải
17


Luận văn Thạc sĩ 2012
1- Chất bẩn khi xử lý
2- Chất bẩn bị giữ lại trên bề mặt tế bào
3- Chất bẩn còn lại trong nước thải sau khi xử lý
4- Các chất bẩn bị oxi hóa thành năng lượng, CO2 và nước
5 - Các chất bị đồng hóa được tổng hợp để tăng sinh khối
6 – Tự oxi hóa của VSV thành CO2, nước do mem hô hấp nội bào
7 - Phần dư của VSV

Q trình chuyển hóa vật chất trong tế bào VSV gồm hàng loạt các phản
ứng sinh hóa với hai q trình đồng hóa và dị hóa mà chủ yếu là các phản ứng
oxi hóa – khử.
b. Quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước thải
Q trình phân hủy hiếu khí
Theo Eckenfelder W.W và Conon D.J (1961) quá trình phân hủy các chất trong
nước thải gồm 3 giai đoạn:
- Oxi hóa các chất hữu cơ
CxHyOz + O  CO2 + H2O + năng lượng
- Tổng hợp và xây dựng tế bào
CxHyOz + O2  tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 – năng lượng
- Tự oxi hóa chất liệu tế bào
C5H7NO2 + O2  CO2 + H2O + NH3
Các VSV hoại sinh có trong nước thải hầu hết là các VSV hiếu khí, kị khí
hoặc kị khí tùy tiện; gồm các giống: Pseudomonas, Bacillus, Cytophaga,
Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium. Trong
số này, giống Pseudomonas thường gặp ở hầu hết các loại nước thải, sau đó là
Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium. Pseudomonas hầu như có thể đồng hóa được

18


Luận văn Thạc sĩ 2012
hầu hết các chất hữu cơ, kể cả hợp chất hữu cơ tổng hợp và sống khá lâu trong mơi
trường nước. Vì vậy, đây là giống được lựa chọn đầu tiên trong các quá trình phân
hủy hữu cơ trong nước thải. Giống vi khuẩn Bacillus cũng tồn tại khá lâu trong
nước thải và phân hủy được nhiều dạng chất hữu cơ, đặc biệt là Protein và tinh bột.
Quá trình phân hủy các chất trong nước được chia làm 2 pha: pha phân hủy
các hợp chất hydratcacbon và pha phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ giải
phóng ra NH3 hay NH4+ là nguồn nitơ dinh dưỡng được VSV sử dụng trực tiếp cho

việc xây dựng tế bào.
Q trình chuyển hóa nitơ do VSV được trình bày trong hình 1.4 sau:

Tự phân

N hữu cơ
(protein)
Thủy
phân

N trong TB Vi
N-NH4

Oxi

Nitrosomo

TB vi khuẩn

Đồng
hóa

nội

NO2Nitrobac

NO3-

Khử Nitrat
N2

Cacbon hữu cơ

Hình 1.4: Chuyển hóa các hợp chất nitơ trong xử lý sinh học

19


Luận văn Thạc sĩ 2012
NH4+ được tạo thành trong quá trình amon hóa nhờ rất nhiều lồi vi sinh vật,
được các loài VSV sử dụng làm nguồn N dinh dưỡng, đồng hóa để xây dựng tế bào
mới. NH4+ được vi khuẩn nitrat chuyển hóa thành NO2, NO3- hoặc bị vi khuẩn phản
nitrat chuyển hóa thành Nitơ phân tử bay vào khơng khí.
Q trình phân hủy kị khí
Phân hủy kị khí là những quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và vơ cơ
trong điều kiện khơng có oxi khơng khí bởi các VSV kị khí. Q trình này gồm hai
giai đoạn:
- Giai đoạn thủy phân: dưới tác dụng của emzim thủy phân do VSV tiết ra,
các hợp chất hữu cơ phức tạp bị thủy phân thành các đường đơn giản, pepton, axit
amin, chất béo,...
- Giai đoạn tạo khí: sản phẩm thủy phân sẽ tiếp tục bị phân giải và tạo thành
sản phẩm cuối cùng là các khí CO2, CH4 và một số khí khác như H2, N2, H2S

Chất

hữu

cơ

phức

tạp

Chất hữu cơ đơn
giản,
Đường,

peptit,

Axit bay hơi,
Propionic,
butyric...

H2, CO2

CH4, CO2

Axetat

Hình 1.5: Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí
20


Luận văn Thạc sĩ 2012
Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí sinh ra sản
phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí, trong đó metan chiếm 60 - 75%. Vì vậy, q trình
này cịn được gọi là lên men metan. VSV tham gia vào quá trình này gồm 2 nhóm
là: nhóm vi khuẩn sinh metan và nhóm vi khuẩn khơng sinh metan.
Bảng 1.4: Vi sinh vật sinh axit hữu cơ
pH

Nhiệt độ
0
C

Sản phẩm

5,2

25-35

Acetic, lactic

Bacillus knolfekampi

5,2-8,0

25-35

Acetic, lactic

Bacillus megaterium

5,2-7,2

28-35

Acetic, lactic

Bacteroides succinigenes

5,2-7,5

25-35

Acetic, sucxinic

Clostridium cellobinharus

5,0-8,5

25-37

Fomic, axetic

Clostridium dissolvens

5,0-8,5

36-38

Lactic, ethanol,
CO2

Clostridium dissolvens

5,0-8,5

35-51

Fomic, axit acetic

Clostridium
thermocellulaseum

5,0-8.5

Pseudomonas

5.0-8.5

Ruminococcus sp

5.0-8,5

Tên vi khuẩn
Bacillus cereus

Lactic, etanol,
sucxinic
Fomic, acetic,
3-42
sucxinic, etanol
Fomic, axetic,
33-48
sucxinic
(Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2002)
55-65

Bảng 1.5: Vi khuẩn sinh metan

Tên vi khuẩn
Methanobacterium
omelianskii

pH

Nhiệt độ
0
C

Sản phẩm

6,5-8

37-40

CO2, H2

Methanopropionicum

Axit propionic

Methanoformicum

H2, CO2, fomic
axit

21

Luận văn Thạc sĩ 2012

Tên vi khuẩn

Nhiệt độ
0
C

pH

Sản phẩm

Methanosochngenii

Axit acetic

Methanosuboxydans

Axit butyric,
valeric, caprionic

Methanorummianticum

Axit fomic, H2

Methanococcus vanirielli

1,4-9,0

Axit fomic, H2

Axit acetic, axit
butyric
Axit axetic,
35-37
butyric
Metanol, axit
30
acetic, CO2, H2
(Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2002)

Methanococcus mazei

30-37

Methanosarcina methanica
Methanosarcina barkerli

7,0

Tổng hợp sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng bảng 1.6 sau:
Bảng 1.6: Sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải
Chất bị phân hủy

Enzi

Protein

Proteinaza

Hydrat cacbon

Amilaza
Xenluloaza
Zima
Dehidrogenaza

Lipit

Lpaza

Sản phẩm phân hủy
Hiếu khí
Kị khí
Axit amin, amon
Hidro sulfua
Amon, nitrit, nitrat
Metan
Hidro sulfua
Cacbon dioxit,
Axit sulfuric
hidro
Rượu, axit hữu cơ
Rượu
Nước
Axit hữu cơ
Phenol
Indol
Rượu
Cacbon dioxit
Axit hữu cơ

Hidro
Cacbon dioxit
Rượu
Nước
Axit hữu cơ
Rượu
Axit hữu cơ
Axit hữu cơ
Cacbon dioxit
Cacbon dioxit
Hidro
Nước
Rượu
(Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2002)

22


Luận văn Thạc sĩ 2012
c. Các loài thực vật thủy sinh thường sử dụng trong xử lý nước thải
Các loài thực vật thủy sinh sử dụng trong xử lý nước thải thuộc một trong
các nhóm sau: sống trơi nổi, sống nổi và sống chìm.
Bảng 1.7: Một số lồi thực vật thủy sinh phổ biến dùng xử lý nước thải

STT

Tên
thực
vật

Tên khoa học

1
Bèo
tây

2

3

4

5

6

Bèo
cái

Eichhornia
crassipes

Pistia straiotes

Bèo
cám
Nhật
Bản

Lemna

japonica

Bèo
tấm

Lemna
perpusilla

Cỏ
Vertiv
er

Vertiveria
zizanioides L

Rong

Ceratophyllum

Phân bố

Khả năng ứng dụng

- Có nguồn
gốc từ
Venezuala,
Nam Mỹ
- Thích nghi
với những nơi
ao tù ẩm ướt;

phân bố rộng
khắp Việt Nam

- Làm sạch nước, phân
giải chất độc
- Đồng hóa cả amôn và
nitrat trong khi phần lớn
các TVTS khác đồng hóa
amơn cao hơn so với nitrat
- Giảm nhiệt độ nước,
giảm khuấy động mặt
nước, hạn chế phát triển
tảo, ổn định pH và ơxy hịa
tan vào ban ngày.

Ở các nước
nhiệt đới
và cận nhiệt
đới
Phân bố phổ
biến ở
miền Bắc
Việt Nam,
Nhật Bản.
Sống trôi nổi
trên mặt
nước ao, hồ,
đầm ruộng.
Nguồn gốc chủ
yếu từ

Philippine,
Thái Lan
hoặc thuộc
dòng Nam
Các nước
nhiệt đới,

23

Sự kết hợp giữa vi khuẩn
và bộ rễ của Bèo cái là
yếu tố quan trọng loại bỏ
các chất dinh dưỡng trong
nước.
Sử dụng phổ biến để xử lý
nước ô nhiễm hữu cơ và kim
loại nặng.
Sử dụng để xử lý nước ô
nhiễm hữu cơ và kim loại
nặng (Cu2+, Al3+, Fe3+...)
Hệ rễ phát triển mạnh tạo
thành chùm lớn, có thể hấp
thụ hầu hết N, P hoà tan
sau 3 đến 5 tuần.


Luận văn Thạc sĩ 2012

STT

7

8

9

Tên
thực
vật
đi
chó

Rong
đi
chồn

Trang
Ấn
Độ

Thủy
trúc

10
Sậy

Tên khoa học

Phân bố

demersum L

cận nhiệt đới;
ở Việt Nam
phân bố
khắp nơi.

Hydrilla
verricillata
(L.f) Royle

Nymphoides
indicum

Cyperus flabe
lliformis Rorrb

Phragmites
karka

Sống chìm
trong các ao
hồ ,đầm, sống
lâu trong điều
kiện thiếu ánh
sáng
Phổ biến ở
Việt Nam, Ấn
Độ, Srilanca,
Thái Bình

Dương
Bộ rễ rất phát
triển, chịu
được mơi
truờng nước có
mức độ ô
nhiễm hữu cơ
cao.
Chịu được
nồng độ các
chất ô nhiễm
cao trong
nước, có tốc
độ phát triển
cực nhanh

Khả năng ứng dụng

Cây trang là một trong
những lồi có khả năng
sinh oxy mạnh và giải
phóng oxy vùng rễ.

Được sử dụng phổ biến
trong các cơng trình xử lý
nước, trong các bãi lọc
trồng cây.

Khả năng vận chuyển oxy
vùng rễ cao, có thể xử lý

nước thải cơng nghiệp đạt
hiệu quả lớn.

(Nguồn: Lê Văn Nhạ, 2010)
d. Cơ sở khoa học của phương pháp dùng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải
TVTS có khả năng xử lý ơ nhiễm nước là nhờ hai cơ chế chính là cơ chế
vùng rễ và cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật:
- Cơ chế vùng rễ: hệ rễ của TVTS có vai trị là giá thể để VSV bám vào, oxy
được lấy từ khơng khí hoặc từ q trình quang hợp vận chuyển qua thân xuống rễ
và giải phóng ra mơi trường nước xung quanh hệ rễ. Nhờ có oxy, các VSV hiếu khí

24


Luận văn Thạc sĩ 2012
trong vùng rễ phân hủy chất hữu cơ và các q trình nitrat hóa diễn ra do vậy nước
được làm sạch.
- Cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng: Các muối khống hịa tan có sẵn trong
nước hoặc sinh ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng
của TVTS, được cây hấp thụ qua hệ rễ, nên nước cũng sẽ được làm sạch.
Bèo tây có khả năng chống chịu rất cao với nguồn nước ô nhiễm đặc biệt là ô
nhiễm hữu cơ, Bèo tây vẫn có thể tồn tại và sinh trưởng ở dải nồng độ NH4+-N từ
110 đến 141mg/L. Mặt khác, Bèo tây là một trong mười lồi cây có tốc độ sinh
trưởng mạnh nhất thế giới. Tốc độ tăng trưởng của Bèo tây khoảng 10,33 - 19,15
kg/ha/ngày. Bèo tây có khả năng tăng gấp đơi sinh khối trong vịng 14 ngày và sinh
khối trung bình lớn nhất của Bèo 49,6 kg/m2. Ngồi ra, Bèo tây có khả năng đồng
hóa cả amôn lẫn nitrat trong khi phần lớn các TVTS khác đồng hóa amơn cao hơn
so với nitrat. Ngồi ra, Bèo tây cịn góp phần hạ thấp nhiệt độ nước, giảm sự khuấy
động mặt nước của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế sự phát triển của tảo,
qua đó giảm sự dao động lớn của nồng độ pH và ơxy hịa tan vào ban ngày.

Mặc dù Bèo tây và Sậy là hai loài sinh trưởng nhanh và có khả năng
chịu được ở nồng độ ơ nhiễm rất cao, tuy nhiên chúng cũng có giới hạn chịu
đựng nhất định, do vậy khi sử dụng chúng để xử lý nước cần chú ý nồng độ
BOD và amoniac thích hợp. Chính tốc độ sinh trưởng nhanh, dễ trồng và khả
năng chống chịu cao với nguồn nước ô nhiễm mà Sậy và Bèo tây có nhiều ưu
thế trong việc xử lý nước thải.
1.2.3. Một số cơng trình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải ô nhiễm
hữu cơ, nhưng đều thuộc các phương pháp sau đây: phương pháp hóa học, cơ – lý –
hóa học, sinh học và kết hợp các phương pháp với nhau. Trong các phương pháp
trên, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao đối với nguồn
nước có nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy.

25