Luận văn Thạc sĩ Nghiên cứu lựa chọn thực vật tối ưu cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.47 MB, 102 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
PHẠM THƯƠNG GIANG
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THỰC VẬT TỐI ƯU CHO
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
THÁI NGUYÊN - 2020
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
PHẠM THƯƠNG GIANG
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THỰC VẬT TỐI ƯU CHO
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS
Ngành: Sinh thái học
Mã số: 8.42.01.20
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Bùi Thị Kim Anh
2. TS. Lương Thị Thúy Vân
THÁI NGUYÊN - 2020
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn thực vật tối
ưu cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas” là do em thực hiện với sự hướng dẫn của
PGS.TS. Bùi Thị Kim Anh - Phịng Thủy sinh học mơi trường - Viện Công nghệ môi trường
- Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và TS. Lương Thị Thúy Vân- Khoa
Sinh Học- Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
Các số liệu kết quả thu được trong luận văn là do quá trình nghiên cứu và thực
hiện của em tại phịng thí nghiệm thuộc Phịng Thủy sinh học môi trường - Viện Công
nghệ môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các kết quả trong
luận văn tốt nghiệp này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới
bất kỳ mọi hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích
dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.
Em xin chịu trách nhiệm về những nội dung mà em trình bày trong luận văn này.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2020
Tác Giả
Phạm Thương Giang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn em nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các
tổ chức, cá nhân trong và ngoài trường.
Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Thị Kim Anh,
phịng Thủy sinh học mơi trường, Viện Cơng nghệ môi trường, Viện Hàn Lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam và TS. Lương Thị Thúy Vân, Khoa Sinh Học, Trường
Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên đã chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em trong thời
gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Sinh học, Trường Đại
học sư phạm Thái Nguyên đã truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học
tập tại trường.
Em cũng xin cảm ơn CN. Nguyễn Văn Thành phịng Thủy sinh học mơi trường
- Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, đã
ln tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hồn thành các thí
nghiệm.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè ln ủng hộ và động viên trong
q trình học tập cũng như hồn thành luận văn.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2020
Tác Giả
Phạm Thương Giang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
MỤC LỤC
Lời cam đoan ..................................................................................................................i
Lời cảm ơn .....................................................................................................................ii
Mục lục ........................................................................................................................ iii
Danh mục chữ viết tắt .................................................................................................... v
Danh mục các bảng .......................................................................................................vi
Danh mục các hình .................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................3
1.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn ...................................................................3
1.1.1. Đặc tính nước thải chăn ni lợn .........................................................................3
1.1.2. Tác động của nước thải chăn nuôi lên môi trường ..............................................6
1.1.3. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay ...................................................8
1.1.4. Hiện trạng chất lượng nước thải tại các trang trại chăn nuôi lợn tại Việt Nam ..........9
1.2. Tổng quan về công nghệ sinh thái trong xử lý ô nhiễm môi trường nước ...........11
1.2.1. Khái niệm ...........................................................................................................12
1.2.2. Thực vật thủy sinh được sử dụng trong công nghệ sinh thái .............................12
1.3. Tổng quan về một số loài thực vật thủy sinh trong nghiên cứu ...........................16
1.3.1. Cây Sậy (Phragmites australis) .........................................................................16
1.3.2. Rau muống (Ipomoea aquatica) ........................................................................17
1.3.3. Thủy Trúc (Cyperus alternifolius) .....................................................................19
1.3.4. Cỏ Nến (Typha orientalis) .................................................................................20
1.3.5. Cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides) .....................................................................22
1.3.6. Khoai nước (Colocasia esculenta) ....................................................................23
1.4. Ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn .......................25
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................................................25
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................................26
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...28
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................28
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN
2.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................28
2.3. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................29
2.4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................29
2.4.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu ........................................................29
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu ........................................29
2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..........................................................................30
2.4.4. Phương pháp phân tích ......................................................................................32
2.4.5. Phương pháp xử lý, so sánh số liệu ...................................................................33
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .....................................................................34
3.1. Kết quả đánh giá khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của thực vật thủy
sinh ..............................................................................................................................34
3.1.1. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cây Sậy .......................................34
3.1.2. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cây Rau muống ...........................37
3.1.3. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cây Thủy trúc ..............................40
3.1.4. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cỏ Vetiver ...................................44
3.1.5. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cỏ Nến.........................................47
3.1.6. Khả năng chống chịu (COD, NH4+, pH) của cây Khoai nước...........................51
3.2. Đánh giá hiệu suất loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải chăn ni lợn sau
biogas của các lồi thực vật thủy sinh .........................................................................54
3.2.1. Khả năng xử lý pH của các loài thực vật thủy sinh ...........................................54
3.2.2. Khả năng xử lý TSS của các loài thực vật thủy sinh .........................................55
3.2.3. Khả năng xử lý COD của các loài thực vật thủy sinh .......................................58
3.2.4. Khả năng xử lý Nitơ của các loài thực vật thủy sinh .........................................61
3.2.5. Khả năng xử lý Phốt pho (T-P) của các loài thực vật thủy sinh ........................66
3.3. Lựa chọn loài thực vật phù hợp để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas .....69
3.3.1. So sánh khả năng chống chịu của các loài TVTS ..............................................69
3.3.2. So sánh khả năng xử lý chất ơ nhiễm của các lồi TVTS .................................71
3.3.3. Lựa chọn loài TVTS phù hợp cho hệ thống xử lý .............................................72
3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý của mơ hình thực tế .......................................................74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................78
PHỤ LỤC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CT
: Công thức
CS
: Cộng sự
ĐC
: Đối chứng
ĐV
: Đầu vào
QCVN
: Quy chuẩn Việt Nam
TCVN
: Tiêu chuẩn Việt Nam
TVTS
: Thực vật thủy sinh
VSV
: Vi sinh vật
BIOGAS (Biological Gas)
: Khí sinh học
COD (Chemical oxygen demand)
: Nhu cầu oxy sinh hóa
T-N
: Tổng nitơ (mg/l)
T-P
: Tổng phốtpho (mg/l)
TSS (Total suspended solids)
: Tổng chất rắn lơ lửng
WHO
: Tổ chức y tế Thế giới
ppt
: đơn vị đô độ mặn phần ngàn
SS (Suspended solid)
: Hàm lượng chất rắn lơ lửng
BOD (Biochemical oxygen demand)
: Nhu cầu oxi sinh hóa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày .............................................. 3
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của phân và nước tiểu .............................................. 4
Bảng 1.3. Các bệnh liên quan đến nước thải chăn nuôi ............................................. 5
Bảng 1.4. Thành phần và mức độ ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn trước và sau
xử lý biogas ............................................................................................. 10
Bảng 1.5. Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải ................ 14
Bảng 2.1. Thông số chất lượng nước thải đầu vào .................................................. 28
Bảng 2.2. Thành phần môi trường thủy canh cho cây ............................................. 30
Bảng 2.3. Các cơng thức thí nghiệm khả năng chống chịu...................................... 31
Bảng 3.1. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ pH .................................... 34
Bảng 3.2. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ COD ................................. 35
Bảng 3.3. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ NH4+................................. 36
Bảng 3.4. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ pH ........................ 37
Bảng 3.5. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ COD .................... 38
Bảng 3.6. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ NH4+ .................... 39
Bảng 3.7. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ pH ........................... 41
Bảng 3.8. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ COD ....................... 42
Bảng 3.9. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ NH4+ ....................... 43
Bảng 3.10. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ pH ......................... 44
Bảng 3.11. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ COD ...................... 45
Bảng 3.12. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ NH4+ ...................... 46
Bảng 3.13. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ ..................................... 47
Bảng 3.14. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ COD ........................... 49
Bảng 3.15. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ NH4+ ........................... 50
Bảng 3.16. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ pH ....................... 51
Bảng 3.17. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ COD .................... 52
Bảng 3.18. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ NH4+ .................... 53
Bảng 3.19. Giá trị pH trong nước thải đầu vào và đầu ra tại các thí nghiệm ............ 55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN
Bảng 3.20. Kết quả quan trắc nồng độ TSS trong nước thải theo thời gian tại các
thí nghiệm ................................................................................................ 56
Bảng 3.21. Kết quả quan trắc nồng độ COD trong nước thải theo thời gian tại các
thí nghiệm ................................................................................................ 59
Bảng 3.22. Kết quả quan trắc nồng độ NH4+ trong nước thải theo thời gian tại các
thí nghiệm ................................................................................................ 62
Bảng 3.23. Kết quả quan trắc nồng độ T-N trong nước thải theo thời gian tại các
thí nghiệm ................................................................................................ 64
Bảng 3.24. Kết quả quan trắc nồng độ T-P trong nước thải theo thời gian tại các
thí nghiệm ................................................................................................ 67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cây sậy (Phragmites australis) .................................................................. 16
Hình 1.2. Cây Rau muống (Ipomoea aquatica) .......................................................... 18
Hình 1.3. Cây Thủy Trúc (Cyperus alternifolius) ...................................................... 20
Hình 1.4. Cỏ nến (Typha orientalis) ........................................................................... 21
Hình 1.5. Cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.) ......................................................... 22
Hình 1.6. Khoai nước (Colocasia esculenta) ............................................................. 24
Hình 3.1. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ pH ....................................... 34
Hình 3.2. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ COD .................................... 36
Hình 3.3. Sự biến động sinh khối của Sậy với nồng độ NH4+ .................................... 37
Hình 3.4. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ pH ........................... 38
Hình 3.5. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ COD ....................... 39
Hình 3.6. Sự biến động sinh khối của Rau muống với nồng độ NH4+ ....................... 40
Hình 3.7. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ pH .............................. 41
Hình 3.8. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ COD .......................... 42
Hình 3.9. Sự biến động sinh khối của Thủy trúc với nồng độ NH4+ .......................... 43
Hình 3.10. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ pH ........................... 45
Hình 3.11. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ COD ....................... 46
Hình 3.12. Sự biến động sinh khối của cỏ Vetiver với nồng độ NH4+ ....................... 47
Hình 3.13. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ pH ................................ 48
Hình 3.14. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ COD ............................ 49
Hình 3.15. Sự biến động sinh khối của cỏ Nến với nồng độ NH4+ ............................ 50
Hình 3.16. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ pH......................... 52
Hình 3.17. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ COD ..................... 53
Hình 3.18. Sự biến động sinh khối của Khoai nước với nồng độ NH4+ ..................... 54
Hình 3. 19. Khả năng xử lý TSS của các lồi TVTS .................................................. 57
Hình 3.20. Khả năng xử lý COD của các lồi TVTS ................................................. 60
Hình 3.21. Khả năng xử lý NH4+ của các loài TVTS ................................................. 63
Hình 3.22. Khả năng xử lý T-N của các lồi TVTS ................................................... 65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Hình 3.23. Khả năng xử lý T-P của các lồi TVTS .................................................... 68
Hình 3.24. Sự thay đổi sinh khối của các loài TVTS ở các giá trị pH khác nhau ...... 70
Hình 3.25. Sự thay đổi sinh khối của các loài TVTS ở các giá trị COD khác nhau .. 70
Hình 3.26. Sự thay đổi sinh khối của các lồi TVTS ở các giá trị NH4+ khác nhau .. 71
Hình 3.27. Khả năng chống chịu và hiệu quả xử lý của các lồi TVTS .................... 73
Hình 3.28. Chất lượng nước thải đầu vào, đầu ra của hệ thống xử lý (A.pH; B.TSS;
C.COD; D.T-N; E.NH4+; F.T-P).............................................................. 74
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chăn nuôi là lĩnh vực nông nghiệp gắn liền với Việt Nam từ xưa đến nay, trong
đó chăn ni lợn được coi là thế mạnh của ngành nông nghiệp nên rất được quan tâm
đầu tư. Hiện nay chăn nuôi quy mô công nghiệp tăng nhanh và tạo được khả năng cạnh
tranh trên thị trường. Tuy nhiên cùng với hiệu quả kinh tế mang lại, nguồn chất thải
phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn gây ô nhiễm môi trường hiện đang là vấn đề lo
lắng của các nhà quản lý.
Qua các khảo sát thực tế và tài liệu tham khảo trong các cơ sở chăn nuôi lợn chủ
yếu là lắp đặt hệ thống xử lý biogas. Theo kết quả điều tra của Bộ NN&PTNT năm
2013 tại 54 tỉnh thành trên cả nước, hiện có 3.950 trang trại trên tổng số 12.427 trang
trại được điều tra có xây dựng hầm biogas, chiếm 31,79%, trong đó có 196 trang trại
xây dựng cơng trình có thể tích trên 300 m3, còn đa phần các hầm biogas được xây
dựng với quy mơ nhỏ [24]. Hệ thống này có thể xử lý được chất thải và cịn góp phần
giải quyết các bài toán năng lượng phục vụ sản xuất nhờ việc thu hồi nhiên liệu khí
sinh. Tuy nhiên, chất lượng nước sau xử lý bằng hầm biogas vẫn chưa đạt yêu cầu xả
thải, hàm lượng COD, T-N, T-P và lượng coliform trong nước thải vẫn vượt quá quy
chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Nếu nước thải này không được xử lý mà thải ra
môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh
vật.
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, việc kết hợp các phương pháp xử lý nước
thải chăn nuôi với công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh (TVTS) đã được
nhiều tác giả nghiên cứu, áp dụng và thu được kết quả khả quan. Nghiên cứu của Stone
và cs (2002) sử dụng cỏ Bắc, cây Cói, cỏ Nến để xử lý nước thải chăn nuôi lợn [64];
Xindi và cs (2003) sử dụng cỏ Vetiver và Thủy trúc (Cyperus alternifolius) để xử lý
nước thải chăn ni lợn [76]. Ở Việt Nam đã có một số cơng trình của các nhà khoa
học nghiên cứu như Trần Văn Tựa và cs (2010) sử dụng 4 loại TVTS Bèo tây, Rau
muống, Ngổ trâu, Cải xoong để xử lý nước phú dưỡng [28]; Trương Thị Nga và cs
(2010) nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây Rau ngổ và Bèo tây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
[13]... Các nghiên cứu đều cho rằng công nghệ sinh thái sử dụng TVTS có nhiều ưu
diểm như thân thiện mơi trường, chi phí rẻ, dễ dàng vận hành và hiệu suất xử lý cao
đối với nước thải chăn nuôi.
Theo GS.TS. Nguyễn Nghĩa Thìn (Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc
gia Hà Nội), ở Việt Nam có nhiều loại cây có thể sử dụng để làm sạch mơi trường nước,
rất dễ tìm ngồi tự nhiên và chúng có sức sống khá mạnh mẽ. Các lồi thực vật thủy
sinh như cây Sậy (Phragmites australis), cây Rau muống (Ipomoea aquatica), cây
Thủy trúc (Cyperus alternifolius), Cỏ nến (Typha orientalis), cỏ Vetiver (Vetiveria
zizanioides), Khoai nước (Colocasia esculenta) đã được ứng dụng nhiều trong xử lý ô
nhiễm tại Việt Nam và trên thế giới [3],[6],[9]. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu đánh giá
chi tiết, so sánh hiệu quả giữa các loài thực vật để tìm ra lồi thực vật tối ưu trong xử
lý được nước thải. Đồng thời việc nghiên cứu và ứng dụng sử dụng TVTS trong xử lý
ô nhiễm nước thải chăn ni lợn vẫn cịn ít được quan tâm và thiếu tính hệ thống.
Xuất phát từ những tồn tại nêu trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài "Nghiên
cứu lựa chọn thực vật tối ưu cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas" để đánh
giá lựa chọn được loại TVTS tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau
biogas cũng như tăng khả năng ứng dụng được các loài thực vật này trong thực tiễn
nhằm góp phần giải quyết các vấn đề mơi trường .
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chọn lọc được loại cây thủy sinh phù hợp trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn
sau biogas nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng cơng nghệ có chi phí thấp,
phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
Áp dụng được các loài thực vật lựa chọn vào thực tế để xử lý nước thải chăn
nuôi lợn tại 01 trang trại cụ thể.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về nước thải chăn ni lợn
1.1.1. Đặc tính nước thải chăn ni lợn
Hiện nay trong việc cung cấp thực phẩm cho thị trường tiêu dùng Việt Nam thì
ngành chăn ni đang đóng một vai trò quan trọng. Tuy nhiên, các chất thải phát sinh
trong hoạt động sản xuất chăn nuôi là vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết. Khơng
khí phát sinh từ chuồng trại có nồng độ các khí H2S, NH3 cao. Nước thải chứa nồng độ
ô nhiễm chất hữu cơ nghiêm trọng. Xử lý chất thải trong q trình chăn ni luôn là
một trong những trở ngại cần phải giải quyết ngay lúc này.
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa
chuồng, thức ăn, ổ lót, và phân gia súc, gia cầm thải ra. Khối lượng chất thải sinh ra từ
vật nuôi phụ thuộc vào chủng loại, giống, giai đoạn sinh trưởng, chế dộ dinh dưỡng và
phương thức vệ sinh chuồng trại. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất
trong hoạt động chăn nuôi. Trương Thanh Cảnh và các cộng tác viên (2010) đã khảo
sát hơn 1.000 trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía Nam và
nhận thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc.
Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước. Lượng
lớn nước này phát sinh từ hoạt động tắm cho gia súc hay vệ sinh chuồng trại hàng ngày, điều
này làm tăng đáng kể lượng nước thải, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước thải
sau này [7]. Ngồi ra khi chăn ni tập trung và mật độ chăn nuôi cao dẫn đến tải lượng và
nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao.
Bảng 1.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày
Trọng lượng gia súc
Lượng phân (kg/ngày)
Lượng nước tiểu (l/ ngày)
Dưới 10kg
0,5 - 1,0
0,3 - 0,7
Từ 15- 45 kg
1,0 - 3,0
0,7 - 2,0
Từ 45-100 kg
3,0 - 5,0
2,0 - 4,0
Từ 100 trở lên
5,0 - 7,0
4,0 - 5,0
(Nguồn: Đào Thị Huyền Trang, 2016) [26]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Như vậy, qua bảng có thể thấy rằng một đầu lợn ni kiểu cơng nghiệp trung
bình hàng ngày thải ra lượng phân và nước tiểu 6-8% khối lượng của nó. Nếu không
được xử lý phù hợp, nước thải chăn nuôi sẽ là một trong các nguồn chất thải lớn có
nguy cơ gây ô nhiễm môi trường ở nước ta.
Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải phát sinh trong chăn nuôi, đặc biệt là
chăn nuôi lợn là hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng. Nước thải chăn nuôi
biến động rất lớn, đặc tính nước thải bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi sự pha loãng, lưu trữ
và cách tách loại rắn lỏng .
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của phân và nước tiểu
Đặc tính
Đơn vị
Phân
Nước tiểu
pH
-
6,47 - 6, 95
6,77 - 8,19
Vật chất khô
g/kg
213 - 342
30,9 - 35,9
NH4 - N
g/kg
0,66 - 0,76
0,13 - 0,40
N
g/kg
7,99 - 9,32
4,90 - 6,63
Tro
g/kg
32,5 - 93,3
8,5 - 16,3
Chất xơ
g/kg
151 - 261
-
Carbonate
g/kg
0,23 - 2,11
0,11 - 0,19
Các axit béo mạch ngắn
g/kg
3,83 - 4,47
-
ure
mol/l
-
123 - 196
(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn 2011) [10]
Trong nước thải hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protit, hidrat
carbon, acid amin, chất béo, và các dẫn xuất của chúng có trong phân, nước tiểu và
thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm
cát, đất, muối, urê, amonium, muối, chlorua, SO42-…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Số liệu trong bảng 1.2 cho thấy hàm lượng N và P trong phân và nước tiểu cao
vì khả năng hấp thụ N và P của các loại gia súc, gia cầm kém nên khi ăn thức ăn có
chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngồi theo đường phân và nước tiểu. Nếu trong
điều kiện thiếu oxy, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ theo con đường yếm khí tạo ra
các sản phẩm CH4, N2, NH3… các chất khí này tạo nên mùi hơi thối trong khu vực chăn
nuôi làm ảnh hưởng xấu tới môi trường khơng khí.
Ngồi ra, nước thải chăn ni chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng
giun sán gây bệnh E.coli, Shigella, Samonella, Vibrio comma,… [19]. Theo nghiên cứu
của nhiều tác giả (A. Kigirov, 1982; G. Rheiheinmer, 1985…) Samonella có thể tồn tại
trong phân 6 - 7 tháng, virus lở mồm long móng trong nước thải là 100 - 120 ngày.
Trứng giun sán với các loại điển hình như Fasciola hepatica, Fasciola gigantica,
Fasciola buski, Ascarisum, Oesphagostomum sp, Trichocephalus dentatus có thể phát
triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 8 ngày và tồn tại 5 - 6 tháng [9].
Bảng 1.3. Các bệnh liên quan đến nước thải chăn nuôi
Gây bệnh
Tên mầm
bệnh
Loại
Đường ô nhiễm
E.coli
Vi trùng
Salmonella
Vật
nuôi
Người
Nước, thức ăn
+
+
Vi trùng
Nước, thức ăn
+
+
leptospira
Vi trùng
Nước, thức ăn
+
+
Dịch tả lợn
Virut
Nước, thức ăn
+
-
Ascarissuum
Kí sinh trùng
Nước, thức ăn
+
+
Bệnh ngồi da
Nấm, kí sinh
trùng
Nước, thức ăn,
+
+
Kí sinh trùng
Nước, thức ăn
+
+
C. parium
da niêm mạc
(Nguồn: Viện chăn ni 2006)[30]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Qua đó ta thấy rằng phân và nước thải chăn ni nếu khơng được thu gom xử lý
hợp lý có thể gây ảnh hưởng đến năng suất vật nuôi, ô nhiễm môi trường và sức khỏe
của con người.
1.1.2. Tác động của nước thải chăn nuôi lên môi trường
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi nước ta phát triển nhanh chóng cả
về số lượng vật ni cũng như quy mơ trang trại. Tốc độ tăng trưởng ngành chăn ni
tuy có nhiều biến động do dịch bệnh nhưng luôn giữ mức cao trong nhiều năm qua,
trung bình 5 - 6%/năm, góp phần trong việc duy trì mức tăng trưởng chung của ngành
nông nghiệp, đáp ứng cơ bản nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng trong nước. Bên cạnh
đó, nhà nước đã khuyến khích hình thành nhiều chuỗi liên kết trong sản xuất chăn ni,
dưới nhiều hình thức khác nhau như chăn nuôi gia công, hợp tác xã chăn nuôi, doanh
nghiệp và nông dân cùng làm… Cụ thể theo Tổng cục thống kê đầu năm 2019 cả nước
có hơn 23.500 trang trại chăn nuôi tập trung. Tuy nhiên cũng phải thừa nhận ngành
chăn nuôi sản xuất tốt nhưng dịch bệnh, vệ sinh an tồn thực phẩm, cơng nghiệp chế
biến cịn yếu. Đặc biệt chất thải chăn nuôi không được xử lý triệt để khi xả ra môi
trường gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, mơi trường đất, khơng khí và
các sản phẩm nông nghiệp.
Hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng được biểu thị qua thông số như:
COD, BOD, T-N, T-P, TSS… những thông số này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi
trường và có hàm lượng cao trong chất thải chăn nuôi. Đây là những thành phần dễ
phân hủy, phát sinh khí độc, gây mùi hơi thối, làm sụt giảm lượng oxy hòa tan trong
nước và đặc biệt nếu không được xử lý khi thải ra nguồn tiếp nhận sẽ làm ảnh hưởng
đến mơi trường xung quanh, gây phì dưỡng hệ sinh thái, làm ảnh hưởng đến cây trồng
và là nguồn sinh dưỡng quan trọng để các vi khuẩn gây hại phát triển. Ơ nhiễm mơi
trường khơng những làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh dẫn đến năng
suất chăn nuôi bị giảm, các chi phí phịng trị bệnh gia tăng, hiệu quả kinh tế khơng cao
mà cịn ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người. Sức đề kháng của vật nuôi giảm
sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh. Tính riêng năm 2019 ngành chăn nuôi
thải ra môi trường một lượng lớn chất thải - khoảng gần 85 triệu tấn/năm trong đó chỉ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
khoảng 1/5 trong số đó được sử dụng có hiệu quả như làm khí sinh học, ủ phân, làm
thức ăn cho cá, số cịn lại hầu như bị lãng phí và thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm
trọng [25]. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã khuyến cáo: cần có các biện pháp thu gom
và xử lý chất thải chăn ni một cách thích hợp để tăng cường được sức khỏe cho vật
ni, đảm bảo an tồn sinh học và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các chất thải chăn
nuôi gây ô nhiễm môi trường từ vi sinh vật rất nguy hiểm, đặc biệt là các virus biến thể
từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh, dịch tả lợn Châu Phi có
thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người.
Ơ nhiễm mơi trường khơng khí trong chăn ni chủ yếu do các khí như H2S,
NH3,... phát sinh từ sự phân hủy và bốc hơi của chất thải vật ni. Sự tích lũy NH 3
trong khơng khí kích thích sự phát triển của tảo độc dẫn đến giảm nhiều lồi thủy sinh,
có thể gây ra sự phì nhiêu nước mặt. Đặc biệt, sự tích tụ NH3 trong các chuồng trại kém
thơng thống có thể ảnh hưởng đến sức khỏe vật ni. Trong điều kiện kỵ khí cộng với
sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion sunphat
(SO42-) thành sunphua (S2-). Trong điều kiện bình thường thì H2S là một trong những
nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi [9].
Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng N và P cao nếu không được loại bỏ thì
có thể tích tụ trong đất gây ra hiện tượng phú dưỡng làm cho nồng độ nitrat tăng cao
trong đất, sẽ gây độc cho hệ sinh vật đất cũng như cây trồng. Đồng thời, tạo điều kiện
thuận lợi cho các vi sinh vật ưa nito, photpho phát triển, ức chế sự sinh trưởng của các
chủng vi sinh vật khác, gây mất cân bằng hệ sinh thái đất.
Bên cạnh đó trong phân tươi của vật nuôi chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, chúng
có thể tồn tại và phát triển trong đất dẫn đến nguy cơ phát tán đi khắp nơi gây nhiễm
bệnh cho người và động vật nuôi. Trong môi trường đất photpho có khả năng kết hợp
với các nguyên tố Cu, Al…tạo thành các hợp chất phức tạp, khó phân hủy được làm
cho đất cằn cỗi, ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật. Trong khi chất thải chăn ni
có chứa các chất hữu cơ, kim loại... được thải trực tiếp ra đất theo mưa, nước chảy tràn
thấm qua đất vào nước ngầm gây ơ nhiễm nước ngầm.
Ngồi ra, nước thải chăn nuôi khi chưa được xử lý hay đã qua xử lý nhưng vẫn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
chưa đạt yêu cầu được thải ra môi trường sẽ ơ nhiễm hết sức nghiêm trọng. Bên cạnh
đó, q trình vệ sinh chuồng trại và tắm cho vật nuôi cũng thải ra môi trường một lượng
lớn nước thải gây ô nhiễm nguồn nước và suy giảm nguồn tài nguyên nước.
1.1.3. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay
Do nước thải chăn ni có tính chất đặc thù nên phương pháp xử lý chủ yếu là
dung kết hợp các phương pháp sinh học hóa lý nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm
đến nồng độ cho phép theo quy chuẩn của nhà nước để có thể xả ra mơi trường.
- Phương pháp xử lý yếm khí: Nước thải chăn ni thuộc loại giàu COD, N, P,
SS vì vậy để xử lý phương pháp yếm khí ln được lựa chọn đầu tiên. Vi khuẩn là tác
nhân phát triển và là động lực chính. Đây là một q trình sinh hóa phức tạp với hàng
trăm phản ứng và hợp chất trung gian và cho ra sản phẩm cuối là biogas - thành phần
khí (là biogas khí sinh học). Phương pháp này hiện nay được nghiên cứu và áp dụng
rộng rãi. Có thể nói xử lý yếm khí có thể xử lý tới khoảng 70% ơ nhiễm hữu cơ nhưng
sau yếu khí vẫn phải xử lý hiếu khí. Phương pháp này là phương pháp khó có thể thay
thế khi xử lý nước thải bao gồm cả phân, do hàm lượng chất khô cao và hàm lượng
chất hữu cơ lớn do đó nếu sử dụng biện pháp khác có thể sẽ quá tải và khơng hiệu quả.
- Phương pháp xử lý hiếu khí: Nước thải được tách ra sau quá trình phân hủy
yếm khí được xử lý bằng phương pháp này vì khi xử lý bằng phương pháp yếm khí thì
nước thải sau hệ thống vẫn chưa thể đạt được tiêu chuẩn xả. Hiếu khí là q trình tiêu
thụ năng lượng thuần tuy nhiên có khả năng oxi hóa các hợp chất hữu cơ và các hợp
chất gây ô nhiễm khác. Phương pháp này có thể áp dụng theo nhiều dạng khác nhau
như: lọc sinh học qua lớp vật liệu, bùn hoạt tính lơ lửng, mương oxy hóa.
- Phương pháp xử lý bằng hồ sinh học: Các cơ sở chăn ni có diện tích lớn
thường áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải sau cơng đoạn xử lý yếm khí sau biogas.
Ưu điểm phương pháp này là có thể kết hợp vừa xử lý nước thải vừa có thể ni trồng thủy
sản. Nhược điểm hiệu quả xử lý còn chưa cao và có thể gây ơ nhiễm mơi trường hồ do thừa
dinh dưỡng là tảo và các thực vật thủy sinh phát triển mạnh.
- Phương pháp xử lý bằng bãi lọc trồng cây: Đây có thể coi là phương pháp mới
ở Việt Nam tuy nhiên nó đã được áp dụng khá nhiều trên thê giới. Được áp dụng ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
công đoạn sau cùng loại bỏ triệt để các chất dinh dưỡng, vi sinh vật, cặn … Thực vật
thủy sinh chịu nước được dùng chủ yếu trong phương pháp này tạo ra hệ sinh vật hấp
thụ các chất dinh dưỡng cịn lại trong nước thải đã xử lý trước đó
- Phương pháp hóa - lý: Áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ các chất hữu
cơ. Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn kết hợp với
polyme trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ. Phương pháp này loại bỏ được hầu hết
các chất bẩn có trong nước thải chăn ni tuy nhiên nhược điểm là chi phí xử lý
cao, khơng hiệu quả về mặt kinh tế. Ngoài ra tuyển nổi cũng là một phương pháp
để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi
lên, tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao cũng không hiệu
quả về mặt kinh tế.
Thơng qua khảo sát thì hiện tại có bốn loại hình cơng nghệ điển hình được các
trang trại áp dụng xử lý nước thải chăn nuôi:
- Nước thải chăn ni (có thể lẫn phân hoặc tách phân) được xử lý bằng hồ kị khí
có phủ bạt sau đó qua ao sinh thái rồi thải ra mơi trường, có khoảng 8,3 % trang trại sử
dụng biện pháp này
- Nước thải chăn ni được xử lý qua hầm biogas, sau đó được thải ra kênh
mương, chiếm 50% số trang trại khảo sát
- Nước thải chăn ni được xử lý kỵ khí, sau đó bằng phương pháp lọc sinh học
kị khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải ra ngồi mơi trường
chiếm 8,3%
- Cịn lại 8,4% khơng qua xử lý mà thải trực tiếp ra kênh mương hoặc ao hồ làm
ô nhiễm môi trường xung quanh một cách nghiêm trọng [15]
Ngồi ra cịn rất nhiều các giải pháp khác tùy thuộc vào điều kiện của trang trại,
lượng nước thải, yêu cầu về công nghệ vệ sinh nước để lựa chọn được phương pháp
làm sạch phù hợp và đem lại hiệu quả xử lý tốt đối với chủ chăn nuôi.
1.1.4. Hiện trạng chất lượng nước thải tại các trang trại chăn ni lợn tại Việt Nam
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Tại Việt Nam, công tác xử lý nước thải tại các trang trại chăn ni lợn là vấn đề
được chính quyền và cộng đồng quan tâm. Hiện nay, nước thải chăn nuôi lợn từ các hộ
chăn nuôi cũng như trang trại chủ yếu được xử lý bằng hầm phân hủy yếm khí (hầm
biogas). Tuy nhiên, qua thực tế vận hành nước thải sau khi qua xử lý biogas chưa đạt
QCVN 62- MT: 2016/BTNMT do nhà nước quy định.
Bảng 1.4. Thành phần và mức độ ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn trước
và sau xử lý biogas
Trước biogas
Sau biogas
QCVN 62MT:2016/BTNMT
Thơng số
Trung
bình
Min-Max
Trung
Min-
bình
Max
Cột A
Cột B
pH
7,56
7,30- 7,87
7,76
7,19-7,90
6,0-9,0
5,5-9,0
T0(0C)
30,35
29-32
30,35
28,2-32,6
-
-
DO
0,00
0-0
0,08
0-0,60
-
-
COD
3587
860-4590
800
391-1792
100
300
T-N
343
167-907
307
115- 531
50
150
N- NH+4
315
130-870
289
110-506
-
-
T-P
92,2
250-295
62,1
19-127
-
-
TSS
2248
520-9520
1431
360-3280
50
150
Coliform
372.104
-
226.104
-
3000
5000
Ecoli
169.104
-
135.104
-
-
-
(Nguồn: Trần Văn Tựa, 2014)[27]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Qua bảng 1.4 có thể nhận thấy rằng nước thải sau quá trình xử lý bằng hầm
biogas chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao hàm lượng COD, coliform, DO, tổng P, N
… có chỉ số lớn hơn nhiều so với quy chuẩn loại B (QCVN40: 2011- BTNMT). Nếu
thải trực tiếp ra môi trường vẫn sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến sức
khỏe và đời sống con người cũng như sinh vật khác.
Trịnh Quang Tuyên (2010) và nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát hiện trạng
ơ nhiễm nước thải trong chăn nuôi lợn tập trung cho thấy COD trong nước thải sau
biogas vẫn vượt 2,5 lần đến 3,3 lần so vơi quy chuẩn loại B, nước thải ra ngồi mơi
trường cịn vượt tiêu chuẩn 1,6 đến 2,0 lần. Chỉ tiêu BOD5 của nước thải sau biogas và
sau ao chứa nước thải vượt 2,8 lần đến 3,5 lần, nước thải ra ngoài đều vượt chuẩn cho
phép từ 1,3 đến 2,2 lần. Các chỉ tiêu NO3-, tổng P, coliform của nước thải tại các tỉnh
điều tra đều vượt mức cho phép nhiều lần. [29]
Trần Văn Tựa (2014) đã tiến hành khảo sát một số cơ sở chăn nuôi thuộc các
tỉnh Hưng n, Thái Bình, Vĩnh Phúc, Hịa Bình và Hà Nội: Tại hầu hết các trang trại
khảo sát, lượng COD, T-N và T-P của nước thải sau khi xử lý bằng hầm biogas đều
còn rất cao, dao động từ 714 đến 4590 mg/L với COD, từ 531 - 1131 mg/L với T-N và
127 - 146 mg/L với T-P. Mặc dù một số trang trại đã có hệ thống xử lý cấp 2 (xử lý
hiếu khí hoặc ao sinh học) nhưng lượng COD, T-N và T-P sau khi thải ra môi trường
vẫn vượt tiêu chuẩn thải loại B (QCVN40: 2011- BTNMT) nhiều lần (COD 117 - 1030
mg/L; TN: 2,5 - 270 mg/L). Đáng chú ý là lượng NH4+ sau xử lý bằng biogas cịn tương
đối lớn, trung bình dao động trong khoảng 500 - 1000 mg/L. Đây là một trong những
nhân tố chính gây phú dưỡng cho mơi trường tiếp nhận nếu khơng được xử lý tốt [27]
Do đó, việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là
rất cần thiết. Trên thế giới và ở Việt Nam đã có một số cơng trình nghiên cứu về xử lý
nước thải chăn ni nhưng đem lại hiệu quả chưa thực sự cao, vì vậy cần phải tiến hành
nghiên cứu một hệ thống hay cách thức xử lý nước thải chăn nuôi sau bể biogas vừa
đạt hiệu quả môi trường, vừa đạt hiệu quả kinh tế và tận dụng được nguồn dinh dưỡng
dồi dào cung cấp cho sinh vật phát triển.
1.2. Tổng quan về công nghệ sinh thái trong xử lý ô nhiễm môi trường nước
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN
1.2.1. Khái niệm
Từ những năm 1960, công nghệ sinh thái bắt đầu được quan tâm, xuất phát từ
việc nghiên cứu các q trình làm sạch mơi trường. Đặc biệt là việc ứng dụng các sinh
vật như thực vật thủy sinh hay vi sinh vật trong xử lý nước thải, chất thải và phục hồi
các nguồn tài nguyên đất và tài nguyên nước. Trên thế giới, HT Odum là người đi đầu trong
lĩnh vực nghiên cứu về công nghệ sinh thái. Ông tiến hành thiết kế các hệ sinh thái lớn tại
Port Aranasa, Texa (HT Odum, 1963), thành phố Morehead, Bắc Carolina (HT Odum, 1985,
1989) và Gainesville, Florida (Ewel và HT Odum, 1984).
Barrett (1999) đưa ra: Thiết kế, xây dựng, hoạt động và quản lý (đó là kỹ nghệ)
các cơng trình về nước/cảnh quan và liên kết quần xã động vật và thực vật (đó là hệ sinh
thái) để làm lợi cho nhân loại và tự nhiên. Đây là định nghĩa sát nghĩa hơn về thuật ngữ,
ngoài ra các thuật ngữ khác với nghĩa tương tự bao gồm công nghệ sinh thái
(ecotechnology), kỹ nghệ sinh học đất (soil bioengineering) và kỹ thuật sinh học [32].
Công nghệ sinh thái trong nghiên cứu này là công nghệ sinh thái sử dụng TVTS
trong xử lý ô nhiễm nước và cũng được hiểu là công nghệ đất ngập nước nhân tạo
(Constructed wetlands) hay bãi lọc trồng cây nhân tạo… Công nghệ sinh thái sử dụng
TVTS thân thiện mơi trường có nhiều ưu điểm, rất được quan tâm ở nhiều nước trên
thế giới.
1.2.2. Thực vật thủy sinh được sử dụng trong công nghệ sinh thái
1.2.2.1. Phân loại các loài thực vật thủy sinh
Thực vật thủy sinh là những sinh vật sống trong nước cụ thể là quá trình sinh
trưởng và phát triển của chúng gắn liền với môi trường nước (nước ngọt hay mặn).
Trong công nghệ sinh thái, thực vật thủy sinh đóng vai trị quan trọng trong xử lý nước
thải. Những thực vật thủy sinh sử dụng ở đây bao gồm thực vật có mạch, rêu và một số
tảo lớn trong đó thực vật hạt kín chiếm ưu thế.
Thực vật thủy sinh có những đặc điểm hình thái và giải phẫu thích nghi với việc
sống mơi trường nước. Thường thì thực vật thủy sinh là các lồi có lá và bộ rễ rất lớn.
Đặc biệt bộ rễ đây chính là bộ phận để hấp thụ các chất hữu cơ cũng như kim loại nặng
có trong nước thải. Sau khi được rễ hấp thụ sẽ được truyền lên lá do đó lá của thực vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
thủy sinh có màu xanh rất đặc trưng. Bản chất thực vật thủy sinh là thực vật làm sạch
không gây hiện tượng tái nhiễm hay thôi nhiễm khi đem đi trồng để xử lý nước thải ô
nhiễm. Đây là thực vật thích hợp nhất để lựa chọn xử lý nước thải tạo nên một hệ sinh
thái có năng suất sơ cấp cao nhất có sự dồi dào về ảnh sáng nước và chất dinh dưỡng.
TVTS trong công nghệ sinh thái có thể phân chia thành cách nhóm chính sau:
- Thực vật thủy sinh ngoi lên mặt nước (nửa ngập nước): là những lồi thực vật
có rễ mọc trong bùn đấy và một phần cơ thể vươn lên khỏi mặt nước. Vì thích nghi với
việc mọc trong nơi ngập nước nên có số lượng lỗ khí nhiều hơn so với cây ở cạn. So
với cây ở cạn có khoảng 100-300 lỗ khí/ mm2 thì riêng mặt lá của thực vật thủy sinh
có 400-600 lỗ khí /mm2 để dễ dàng vận chuyển ôxy đến rễ, còn các cơ quan sinh dưỡng
ở trên mặt nước thì mang đặc tính của cây ưa ẩm. Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu
trong nhóm này là Sậy (Phragmites spp.), Cattails (Typha spp.), Bulrush (Scirpus spp.)
hay Lưỡi đồng (Iris spp.)…
- Thực vật thủy sinh sống trôi nổi (có lá nổi): đây là những lồi thực vật có rễ
chìm trong bùn và có lá trải nổi trên mặt nước. Trong tế bào biểu bì của lá và cuống có
các tế bào đặc biệt khác với tế bào biểu bì và có vách dễ thấm nước hơn được gọi là tế
bào “chân nước”. Trong thân và lá có các tế bào phân nhánh làm nhiệm vụ nâng đỡ,
ngoài ra trong thân của nhóm thực vật thủy sinh này có chứa các mơ khí phát triển,
khoang gian bào lớn để thu nhận khơng khí trên mặt nước để truyền đến rễ. Các lồi
thực vật thủy sinh trong nhóm này là Lục bình (Eichhornia crassipes), Bèo tấm (Wolfia
arhiga), Bèo tai tượng (Pistia stratiotes), Salvinia (Salvinis spp.)…
− Thực vật thủy sinh sống chìm trong nước: Cây sống chìm có đặc điểm thân
dài, mảnh, lá mỏng nhỏ hoặc dài, phiến hẹp. Vì cơ thể thực vật ở nhóm này được nâng
đỡ trong môi trường nước nên mô cơ phát triển yếu và thường tập trung ở phần trung
tâm để chịu được sự uốn lượn của dòng chảy. Độ dày của lá mỏng vì mơ giậu của lá
khơng phân hóa hoặc phân hóa kém do ánh sáng yếu. Ngoài ra một số loài có các sắc
tố phụ đặc biệt để có thể hấp thu được những ánh sáng chiếu xuống sâu dưới nước ví
dụ như tia vàng, lục, hồng ngoại… Thực vật sống chìm sinh trưởng phía dưới mặt nước
suốt cả vịng đời của nó, tất cả các bộ phận chịu trách nhiệm quang hợp đều nằm dưới
mặt nước. Thực vật sống chìm hấp thu oxy hòa tan trong nước (ban đêm - cho q trình
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
hô hấp) và carbonic trong nước (ban ngày - cho q trình quang hợp) và nhiều lồi cịn
có thể sử dụng các bicarbonate hịa tan cho q trình quang hợp. Thực vật thủy sinh
tiêu biểu thường thấy ở nhóm này là Hydrilla (Hydrilla verticillata), Water milfoil
(Myriophyllum spicatum), Blyxa (Blyxa aubertii), rong Đi chó (Myriophyllum
spp.)...
1.2.2.2. Vai trị của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải
Trong việc xử lý nước thải và làm sạch nước bằng biện pháp tự nhiên khơng thể
khơng kể đến vai trị của thực vật thủy sinh. Do đặc điểm về hình thái và giải phẫu của
thực vật thủy sinh đặc biệt thích nghi với mơi trường nước nên từng bộ phận đều có
những vai trị riêng biệt góp phần trong việc xử lý nước thải đạt hiệu quả và đã được
kiểm chứng trong các điều kiện thí nghiệm và thu được kết quả xử lý tốt.
Bảng 1.5. Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải
Phần cơ thể
Nhiệm vụ
Là giá bám cho vi khuẩn phát triển
Lọc và hấp thụ chất rắn
Rễ/ Thân
Cung cấp lớp đất và trầm tích mới
Ảnh hưởng vật lý
Tạo điều kiện cho q trình nitrat hóa và phản
ứng nitrat hóa
Hấp thu ánh mặt trời, nguồn che sáng, cản trở
sự phát triển của tảo
Thân/ lá ở mặt nước hoặc phía
trên mặt nước
Giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý, giảm
tốc độ dòng chảy
Giảm sự trao đổi nước và khí quyển, lắng- lọc
Chuyển oxy từ lá xuống rễ
(Nguồn: Đào Thị Huyền Trang, 2016) [26]
Qua bảng 1.5 ta nhận thấy rằng nhờ có bộ rễ đặc biệt nên dễ dàng vận chuyển
oxy từ khơng khí vào nước, oxy chuyển từ phần thân và lá khí sinh xuống bộ rễ và giải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
