Nghiên cứu ứng dụng rong để xử lý nitơ, photpho trong nước thải sinh họat chợ đầu mối nông sản Thủ Đức

thải sinh hoạt còn có quá trình chuyển hóa lưu huỳnh. Chất này ảnh hưởng mạnh đến sự hình thành sulfua- chất gây mùi thối, khó chịu và ức chế hoạt động của những sinh vật khác. Hàm lượng này thường chứa khoảng 5- 8mg/l. III. Các phương pháp xử lý nước thải Nước thải trong chợ là hỗn hợp nhiều chất có hàm lượng ô nhiễm cao, nhất thiết phải xử lý trước khi thải ra môi trường. Việc xử lý nhằm loại bỏ hàm lượng chất rắn và khoáng hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Hiện nay có một số phương pháp xử lý như sau: III.1. Phương pháp sinh học Thực chất biện pháp sinh học là sử dụng khả năng hoạt động của VSV để phân hủy các hợp chất bền hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, phương pháp này chỉ sử dụng khi đã loại bỏ những chất rắn thô ra khỏi nước thải. Phương pháp này có thể khử được các hợp chất sunfit, muối amonitrat ( các chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn). Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh hóa các chất ô nhiễm này sẽ là CO2, H2O, N2, SO4 -2… Quá trình phân hủy có thể diễn ra theo sơ đồ sau: 28 Sơ đồ 2.5 Sự chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy VSV có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ thiên nhiên và các chất tổng hợp nhân tạo, chủ yếu là do vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo của các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước, và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Các VSV thường tham gia vào quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học như: Vi khuẩn Nitrosomonas tham gia chuyển hoá NH4 + thành axit nitric. Chúng có dạng hình cầu hay hình bầu dục ngắn. Chúng thuộc dạng vi khuẩn gram (-), không sinh bào tử. Chúng có tiêm mao dài nên chuyển động được. Vi khuẩn Nitrosospira có vai trò tương tự như Nitrosomonas. Chúng có hình thái thay đổi rất mạnh tùy thuộc vào điều kiện môi trường chúng tồn tại. Nhìn chung, đa số chúng có hình dấu phẩy. Vi khuẩn Nitrobacter trong quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat. Chúng thuộc vi khuẩn gram (-) và không tạo bào tử. Chúng cũng có thể sử dụng được CO2 làm nguồn carbon và không cần các hợp chất hữu cơ trong quá trình phát triển của mình. Vi khuẩn hiếu khí C H N P S Vi khuẩn kỵ khí CH4 NH3 hợp chất photpho hữu cơ H2S CO2 H2O -NO2 -NO3 -PO4 -SO4 Các hợp chất hữu cơ Oxy không khí 29 Đặc biệt trong quá trình phản nitrat hóa tập hợp rất nhiều VSV khác nhau để thực hiện quá trình này như: - Chromobacterium denitrificans: loài này không tạo bào tử, chúng thuộc loài yếm khí tùy tiện, có khả năng khử nitrat thành N2 tự do. - Achromobacter stutzeri: loài này thường tạo thành chuỗi dài. Chúng có khả năng làm đông tụ sữa và có khả năng lên men một số đường tạo thành chất khí. - Pseudomonas fluorescens: loài trực khuẩn có khả năng chuyển động. Trong thiên nhiên chúng tạo thành chuỗi. - Bacterium pyocyaneum: loài này có khả năng oxy hóa nitrat thành N2. Trong môi trường chúng thường tạo sắc tố màu xanh. Ngoài ra trong nước thải còn có vi khuẩn Bacillus và Pseudomonas. Chúng là những VSV đóng vai trò chủ yếu trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong nước. Trong loài Bacillus còn có nhiều giống như Bacillus mycoides và Bacillus megatherium var photphotium có khả năng chuyển hóa mạnh. Các giống như Bacillus cereus và Bacillus asterosporus cũng có khả năng chuyển hóa tốt. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu bao gồm các quá trình sau: Quá trình hiếu khí Quá trình kị khí Quá trình thiếu khí Quá trình tùy tiện 30 Ngoài ra, các quá trình phụ có thể được kết hợp cùng với các quá trình trên để nâng cao hiệu quả xử lý như: Quá trình sinh trưởng lơ lửng Quá trình sinh trưởng dính bám Xử lý cùng với bùn hoạt tính Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất, khối lượng chất thải, khí hậu, mặt bằng nơi cần xử lý, và kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau để xử lý đạt hiệu quả cao nhất. Ưu điểm của phương pháp sinh học:  Có thể xử lý nước thải ô nhiễm ở các mức độ khác nhau.  Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo từng chất nhiễm bẩn và nồng độ của chúng  Thiết kế và trang thiết bị đơn giản Nhược điểm của phương pháp sinh học:  Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém.  Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.  Các chất hữu cơ khó phân hủy và chất vô cơ có độc tính đều ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất có độc tính còn tác động lên cả quần thể sinh vật, làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình.  Để xử lý nước thải, ta có thể pha loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao. Điều này sẽ làm gia tăng lượng chất thải và cần nhiều diện tích mặt bằng hơn để xử lý. Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy. III.2. Phương pháp hóa lý 31 Phương pháp này được ứng dụng trong trường hợp các chất ô nhiễm là các chất hữu cơ. Nếu chất bẩn có nguồn gốc vô cơ thì phương pháp này không phù hợp. Các phương pháp bao gồm lọc, đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược…để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng ( rắn và lỏng), các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan. Ưu điểm của phương pháp hóa lý sau: Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxi hóa sinh học Hiệu quả xử lý cao hơn Kích thước hệ thống xử lý nhỏ hơn Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn Có thể tự động hóa hoàn toàn Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật Có thể thu hồi những chất khác nhau Khuyết điểm Thiết kế và trang thiết bị phức tạp Đòi hỏi hiểu biết về kỹ thuật khá cao Chi phí đầu tư và bảo quản thiết bị rất tốn kém III.3. Các phương pháp hóa học Thực chất phương pháp này là đưa vào nước thải những chất phản ứng để gây tác động với các chất tạp bẩn, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng đối với các chất hòa tan không độc hoặc không gây ô nhiễm môi trường. Các phương pháp hóa học trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử ví dụ như phương pháp trung hòa, phương pháp keo tụ, phương pháp điện hóa học. Người ta thường sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan trong hệ thống khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là phương pháp xử lý lần cuối để thải vào nguồn nước. 32 Ưu điểm Dùng để xử lý chất thải độc hại hay nước thải công nghiệp rất hiệu quả. Có khả năng thu hồi được những chất cần thiết trong nước thải. Khuyết điểm Phương pháp đắt tiền do tất cả các phương pháp đều dùng tác nhân hóa học III.4. Phương pháp hóa sinh Phương pháp này xử lý nước thải dựa trên khả năng hoạt động của vi sinh. Phương pháp được ứng dụng để loại các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ ra khỏi nước thải. Khi tiếp xúc với các chất hữu cơ, vi sinh vật phân hủy chúng một phần thành nước, khí CO2, ion nitric, và ion sulphat...Phần khác tạo thành khí sinh học. Sự phân hủy này gọi là oxy hóa sinh học. Có hai phương pháp xử lý sinh hóa là hiếu khí và yếm khí. Phương pháp hiếu khí dựa vào việc sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí. Hoạt động của chúng cần có oxy và nhiệt độ khoảng 20 – 400C. Khi thay đổi nồng độ oxy và nhiệt độ thì thành phần và khối lượng vi sinh thay đổi. Trong xử lý hiếu khí, các vi sinh được cất trong bùn hoạt tính hoặc trong màng sinh học. Các phương pháp yếm khí diễn ra không cần oxy, chúng được ứng dụng chủ yếu để khử chất cặn độc. Ưu điểm Đơn giản và dễ thiết kế Dễ dàng ứng dụng vào trong thực tiễn Có giá trị kinh tế cao Khuyết điểm Hiệu quả vẫn chưa cao 33 Do quá trình xử lý dựa vào vi sinh nên khi hệ thống VSV kém phát triển sẽ dẫn đến hiệu quả xử lý kém Các chất cặn bã rất độc nên tốn thêm khoảng chi phí để xử lý cặn III.5. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm chất thải III.5.1. Độ pH pH của các loại nước có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh học xảy ra trong nước bao gồm quá trình trao đổi chất, quá trình sinh sản và phát triển của VSV động vật và thực vật. Nó còn ảnh hưởng đến quá trình vật lý xảy ra trong môi trường nước như quá trình chuyển màu, quá trình chuyển trạng thái rắn,lỏng, khí của vật chất, quá trình hòa tan, kết lắng của vật chất. Ngoài ra, pH còn ảnh hưởng rất mạnh đến tất cả phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước. Vì thế, việc đo pH rất cần thiết để điều khiển quá trình lý học, hóa học, và sinh học như đã trình bày. Đồng thời giá trị pH còn cho ta biết thực trạng trước và sau khi bị tác động của nước tự nhiên và nước bị ô nhiễm, hoặc dùng thông số này để so sánh các loại nước với nhau. Thông số pH được đo bằng máy đo pH III.5.2. Hàm lượng chất rắn Chất rắn là thành phần không hòa tan trong nước. Gồm 2 dạng là chất rắn vô cơ và chất rắn hữu cơ. Chất rắn vô cơ có dạng muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù hay lơ lửng. Chất rắn hữu cơ như xác VSV, tảo, động vật nguyên sinh, động vật phù du… Tùy vào kích thước ta có thể xác định được mức độ ô nhiễm Để đo hàm lượng chất rắn lơ lửng ta cân phần cặn trên giấy lọc đã được sấy đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103oC-105oC (mg/L) 34 III.5.3. Màu Màu là chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan trong nước (màu thực tế) và sự có mặt của các chất màu lơ lửng trong nước (màu biểu kiến). Bản chất của nước là không màu. Nước có màu là do các chất bẩn gây nên. Màu sắc làm giảm giá trị cảm quan của nước, giá trị thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến sản phẩm khi nước có màu trong sản xuất. Ngoài ra, màu nước giúp ta nhận biết mức độ ô nhiễm, thậm chí mức độ độc hại của nước. Có nhiều phương pháp xác định sự ô nhiễm màu, trong đó phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Cioraphantinat cob. III.5.4. Lượng oxy hòa tan Oxy là nguyên liệu rất quan trọng cần thiết cho những sinh vật hiếu khí. Thiếu oxy thì mọi quá trình trao đổi sẽ bị ngưng trệ và sinh vật sẽ chết. Trong điều kiên tự nhiên oxy hòa tan trong nước khoảng 8- 10mg/lít. Các chất gây ô nhiễm trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy. Để xác định lượng oxy hòa tan người ta thường dùng phương pháp iot (hay còn gọi là phương pháp Winkle). Phương pháp này dựa vào quá trình oxi hóa Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm. Mn4+ có khả năng oxi hóa I- thành I2 trong môi trường acid. Như vậy lượng I2 được giải phóng tương đương với lượng oxi hòa tan trong nước. Lượng I2 sẽ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 Oxy là một yếu tố cần thiết cho sự sống nên nó được coi như là một thông số rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước, mức oxy hóa hay mức ô nhiễm nước. Ngoài ra oxy còn là yếu tố quan trọng trong kiểm soát ăn mòn sắt thép, đặc biệt là đường ống phân phối nước. 35 Hiện nay người ta thường dùng hai phương pháp xác định lượng oxy hòa tan trong nước là IOF và phương pháp đo trực tiếp bằng điện cực oxy với màng nhạy cảm bằng máy đo. III.5.5. Chỉ số BOD (nhu cầu oxy sinh hóa –Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước nhờ VSV. Quá trình này gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Quá trình chuyển hóa này phụ thuộc vào rất nhiều những yếu tố sau: Bản chất các chất hữu cơ Số lượng các chất hữu cơ Số lượng và loài sinh vật tham gia Các chất độc, các chất kiềm hãm sinh vật Mục đích của việc xác định hàm lượng oxy hòa tan là: Dùng để tính toán lượng oxy cần thiết oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải Làm cơ sở cho việc tính toán các công trình xử lý ô nhiễm nước và nước thải Đánh giá chất lượng nước trước và sau khi xử lý Đánh giá hiệu suất xử lý của một số quá trình Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước). Chỉ số này được gọi là BOD5. Và phương pháp thường dùng là phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào một số chất khoáng và làm bão hòa oxy hòa tan. Sau đó đem đi chuẩn độ lượng oxy này. Hạn chế của phương pháp phân tích BOD  Mật độ VSV trong mẫu phân tích cần phải lớn 36  Cần xử lý sơ bộ những chất độc hại trước khi phân tích  Chỉ đo được hàm lượng các chất hữu cơ bị phân hủy bằng con đường sinh học  Thời gian phân tích khá dài (5 ngày) III.5.6. Chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa hóa học –Chemical Oxygen Demand) Chỉ số này được sử dụng rộng rãi như là tiêu chuẩn cho hàm lượng chất hữu cơ trong xử lý chất thải. COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, được xác định khi sử dụng một tác nhân hóa học mạnh trong môi trường axit. Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bricromate. III.5.7. Hàm lượng nitơ Hàm lượng nitơ trong môi trường giúp ta xác định khả năng sử dụng phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước, và mức độ ô nhiễm nước. Vì thế, thông số nitơ là thông số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước. Nitơ thường tồn tại trong ở các dạng hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy như amôn, nitrit, nitrat…Đặc biệt trong nước thải tỉ lệ BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý nước thải ô nhiễm. Người ta thường sử dụng nitơ tổng số để xác định mức độ ô nhiễm. Phương pháp thường dùng là Kjeldahl, nitơ amoniac được xác định bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ. Và nitơ nitrit xác định bằng phương pháp so màu. III.5.8. Hàm lượng photpho Trong môi trường nước, photpho tồn tại ở dạng: H2PO4 - , HPO4 - , PO4 3-, dạng polyphotphat, và photpho hữu cơ. Chỉ tiêu photpho có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ, ăn mòn và khả năng xử lý bằng sinh học. 37 Photpho trong môi trường nước sẽ thúc đẩy các loài sinh vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển mạnh. Sau đó, tảo và các VSV tự phân, thối rửa và làm ô nhiễm thứ cấp. Việc thiếu oxy hòa tan dẫn đến gây hại ngược lại thực vật thủy sinh. Như đã nói tỉ số BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý. Vì thế người ta thường xác định tổng photpho để chọn phương pháp xử lý thích hợp cho đạt hiệu quả cao nhất. Tổng photpho được đo bằng cách chuyển tất cả về dạng photphat và sau đó sẽ phản ứng với amoniummolydate tạo phức màu xanh và đo ở bước sóng 670nm. III.5.9. Một số thông số khác Ngoài ra để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải, người ta có thể căn cứ vào những thông số sau: Độ đục Hàm lượng Sulphat Thông số sinh học Các kim loại nặng Tuy nhiên, do tính giới hạn của đề tài cho nên chúng tôi không thực hiện kiểm tra hết tất cả các thông số này. III.6. Một số tiêu chuẩn chất lượng nước- TCVN 6984:2001 Thông số TCVN 6984:2001 pH BOD5 (20 o C) COD Chất rắn lơ lửng Tổng Nitơ 6- 8,5 ≤45 mg/l ≤90 mg/l ≤100 mg/l ≤60 mg/l 38 Tổng Photpho ≤8 mg/l Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN 6984-2001 (Nguồn: Viện sinh học nhiệt đới TPHCM) IV. Đặc tính của rong Ceratophyllum demersum (hornwort) IV.1. Hình dạng Là loài rong giòn, dễ gãy, mọc thành từng chùm dày đặc, sống ngập nước. Ngoài ra, rong còn một số đặc điểm sau: Không có rễ thực sự, nhưng có lá và sợi đóng vai trò giống như rễ bám vào trầm tích cát hay phù sa. Thân phân nhánh, dài, mềm dẽo, có thể dài lên đến 6m. Lá màu xanh, dài từ 15- 40mm, phân nhánh và có răng cưa. Ra bông từ khoảng tháng mười một đến tháng ba hằng năm. Hình 2.1 Rong thực tế Hình 2.2 Rong nuôi trong bể xử lý IV.2. Môi trường sống của rong - Rong phát triển ở những vùng cống, rãnh, ao hồ, sông có tốc độ dòng chảy chậm hoặc ở những vùng nước đọng. - Phát triển tốt ở vùng khí hậu nhiệt đới, và ở độ sâu 2- 10m. 39 - Phát triển tốt trong môi trường nuớc có độ kiềm nhẹ, giàu Nitơ và những chất dinh dưỡng khác. - Ngoài ra, rong có thể phát triển tốt trong điều kiện ánh sáng yếu nhưng không thể tồn tại ở môi trường quá lạnh giá hay khô hạn. IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rong - Ánh sáng: ảnh hưởng đến sự nảy mầm, sinh sản bào tử, và phát triển của rong. - Nhiệt độ: ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp đến sự phân bố và đặc tính của rong. - Các nhân tố hóa học trong môi trường nước: những nơi giàu chất dinh dưỡng thì rong phát triển tốt và ngược lại. - Độ pH của nước: rong phát triển tốt ở pH 7.5- 9. - Dòng nước: sự di chuyển mang những chất dinh dưỡng từ nơi khác đến. IV.4. Năng suất sinh khối của thực vật Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh khá cao. Ở đó, thực vật sẽ không bị tác động xấu bởi các nhân tố vật lý, hóa học hay sinh học. Các kết quả nghiên cứu cho thấy các loài thủy sinh ngập nước có năng suất sinh khối thường đạt khoảng 3- 18 tấn khô/ ha.năm. Để đánh giá khả năng tạo sinh khối của thực vật thủy sinh, người ta còn đưa ra công thức tính toán sau: Nt = No. X t Trong đó Nt: số lượng cây sau một thời gian kiểm tra No: số lượng cây ban đầu T: khoảng thời gian trong ngày X: hệ số tăng hằng ngày 40 Ngoài ra, người ta có thể xác định khả năng tăng trưởng bằng cách đo chiều cao cây, nhánh cây được tạo ra. Một phương pháp chính xác nhất là người ta thu thập toàn bộ sinh khối thực vật ở thời phát triển cao nhất trong chu trình phát triển cao nhất của chúng, phơi khô, hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi và cân trọng lượng của sinh khối đó. Từ đó, ta tính được năng suất sinh khối thu được trên diện tích cây trong một khoảng thời gian phát triển của chúng. Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta: So sánh năng suất giữa các loài thực vật với nhau. Dự đoán chính xác hay tính toán khả năng xử lý ô nhiễm. Sử dụng sinh khối này cho mục đích làm phân bón, thức ăn gia súc. Đánh giá khả năng bền vững sinh thái hay sự thay đổi sinh thái do chúng gây ra. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường và khả năng xử lý môi trường. IV.5. Những nghiên cứu ứng dụng rong trong xử lý nước thải Trước tình hình ô nhiễm ngày càng cao do dân số tăng nhanh cùng với sự phát triển của xã hội và lợi ích lâu dài của việc phát triển bền vững môi trường, các nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật ngày càng được các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới quan tâm. - Tác giả Merezhko etal tại Nhật đã nghiên cứu hiệu quả tác động của Ceratophyllum demersum lên sự di chuyển của nitrate và pH của môi trường đó. Kết quả cho thấy tác dụng của rong này lên nitrate rất nhanh chóng. Từ nồng độ nitrate ban đầu là 350 ppm, giảm phân nửa từ 4 đến 5 ngày. Và giảm chỉ còn 75 ppm sau 8 đến 9 ngày. Tỉ lệ giảm nitrate rất cao. Khả năng xử lý của thực vật thủy sinh này còn có khả năng cao hơn nếu nồng độ nitrate ban đầu thấp. - Và thí nghiệm này được tác giả Toetz, DW thực hiện tiếp 1971 dựa trên cơ sở đó phát triển rộng hơn và sâu hơn. Ví dụ như tác giả nghiên cứu thêm tác động của ánh sáng lên rong Ceratophyllum demersum và các loài thực vật thủy sinh khác. 41 IV.6. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy sinh Ưu điểm Ngày nay ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới đã sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và nước ô nhiễm. Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng lại rất ổn định đối với những loại nước có hàm lượng COD, BOD thấp và không chứa độc tố. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản sau: Chi phí cho xử lý dạng này thường không cao Quá trình công nghệ không đòi hỏi phức tạp Hiệu quả xử lý ổn định với nhiều loại nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý có thể ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như:  Làm thức ăn cho gia súc  Làm thức ăn cho thủy hải sản  Dùng sản xuất năng lượng tái sinh  Làm phân xanh, phân bón sau khi xử lý Bộ rễ ngập nước, trôi nổi được xem như là giá thể rất tốt (giống như chất mang) đối với VSV. VSV sẽ bám vào bộ rễ hay thân cây ngập nước nhờ đó sẽ trôi theo cùng thực vật thủy sinh. Chúng sẽ di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước cũng như hiệu quả xử lý nước thải. Ở đây chúng ta cần xem mối quan hệ của vi sinh vật và thực vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh. Mối quan hệ này đem lại sức sống tốt hơn cho cả hai và tăng hiệu quả xử lý. 42 Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng. Do đó, việc ứng dụng để xử lý tương đối dễ dàng. Sử dụng TVTS vào trong xử lý môi trường có ý nghĩa rất lớn trong việc điều hòa môi trường không khí, tạo ra thảm thực vật xanh. Nhược điểm Thực vật thường tiến hành quá trình quang hợp nên cần thiết phải có ánh sáng. Trong điều kiện có đầy đủ chất dinh dưỡng thì quá trình chuyển hóa xảy ra tốt hơn. Để có thể hấp thụ ánh sáng hoàn toàn cần phải có diện tích tiếp xúc lớn. Điều này khó tiến hành xử lý trong khu vực đô thị nhưng lại thích hợp ở những vùng sâu, vùng xa. Bộ rễ của thực vật thủy sinh là giá bám của nhiều loài VSV, trong đó có cả VSV gây bệnh. Thảm thực vật khi phát triển rất dày, sẽ phủ kín bề mặt nước. Thảm này sẽ là vật cản hữu hiệu đối với tia tử ngoại và hồng ngoại của ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện cho cả sinh vật gây bệnh và không gây bệnh phát triển. Thời gian xử lý kéo dài hơn so với xử lý VSV. So với VSV thì các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản của thực vật thường chậm hơn rất nhiều. Do đó việc chuyển hóa vật chất trong nước thải thường tiến hành rất chậm và hiệu suất chuyển hóa cũng thấp hơn so với VSV. Sinh khối phát triển quá mức sẽ khó kiểm soát và gây khó khăn cho những vùng lân cận, giao thông đường thủy và hệ thống cống rãnh. 43 IV.7. Hiện tượng phú dưỡng ở thực vật thủy sinh Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng phát triển mạnh của loài rong, tảo trong môi trường chứa nhiều nitơ và photpho. Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng sẽ làm thay đổi rất lớn đến hệ sinh thái nước và thường làm ảnh hưởng xấu đến môi trường nước. Khi đó nước sẽ nghèo oxy và các dưỡng khí khác, làm đảo lộn hệ sinh thái nước. Có hai dạng là phú dưỡng tự nhiên và phú dưỡng nhân tạo. Phú dưỡng tự nhiên là quá trình tích lũy các chất dinh dưỡng, các trầm tích hữu cơ trong nước trong một khoảng thời gian dài. Phú dưỡng tự nhiên không gây hại đến ô nhiễm nước nhưng phú dưỡng nhân tạo gây ra hậu quả khá nghiêm trọng. Phú dưỡng nhân tạo gây ra bởi con người. Trong quá trình sống, con người thải vào môi trường nước gồm cả hữu cơ và vô cơ. Các chất này tăng nhanh làm tích tụ vật chất và vào thời điểm nào đó sẽ làm tăng nhanh quá trình phát triển của rong, tảo, và thực vật thủy sinh. Hiện tượng này xảy ra rất nhanh và sẽ làm tăng sinh khối nhanh chóng. Điều này đồng nghĩa với giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước, và giảm khả năng làm sạch nước của VSV. Kết quả là tăng mùi của nước, pH giảm. Do đó khi trong môi trường nước xuất hiện hiện tượng phú dưỡng là báo hiệu của ô nhiễm nước nặng. IV.8. Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, và nồng độ các chất hữu cơ cao. Do đó trong nước thải chứa nhiều độc tố thì pH sẽ quá kiềm tính hay quá axit đều ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng. Sự phát triển của loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưng lại chậm hơn VSV rất nhiều. Tuy nhiên các loài thực vật thủy sinh lại có những khả năng hơn hẳn VSV. Đó là khả năng hấp thụ các kim loại nặng, khả năng ổn định sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức 44 độ thu nhận sinh khối dễ dàng cũng như sử dụng sinh khối này cho nhiều mục đích khác nhau. IV.8.1. Khả năng chuyển hóa BOD5 Trong môi trường nước, BOD5 không chỉ được chuyển hóa bởi VSV mà còn có thể được chuyển hóa bởi thực vât thủy sinh. Sự biến động này phụ thuộc nhiều vào thời gian phát triển của thực vật này. Khả năng chuyển hóa của TVTS là do: Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng của chúng. Lượng BOD5 được tạo ra là 3- 10mg/L Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình tự phân hủy, thối rửa. BOD5 có thể tạo ra l- 20mg/L thậm chí còn có thể lên tới 30mg/L. IV.8.2. Chất rắn Thực vật thủy sinh có thời gian tồn tại trong nước rất lâu, do đó các chất rắn dạng keo được chuyển hóa nhờ VSV bám vào đó trong môi trường nước. Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi là do va chạm với thực vật thủy sinh, ao, hồ trong môi trường nước. Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa bởi sự thối rửa yếm khí hoặc hiếu khí.Hàm lượng chất rắn lơ lửng thường ≤10mg/L. IV.8.3. Chuyển hóa nitơ Ở những vùng nước thải mới, thực vật dễ nhận nitơ hơn vùng nước thải tồn tại lâu dài trong thiên nhiên. Nguyên nhân là do nước thải tồn tại lâu trong điều kiện tự nhiên thường chứa nhiều NO3 , ít nitơ vô cơ trong nước thải. Trong khi đó, ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH4 -. Nitơ được chuyển hóa trong môi trường là nhờ: 45 - Thực vật hấp thụ các hợp chất có chứa nitơ trong môi trường để tạo sinh khối, sinh trưởng và phát triển. - Bị mất theo dạng ammoniac. Do một số VSV tham gia vào quá trình chuyển hóa của nitơ. IV.8.4. Chuyển hóa Photpho Photpho trong môi trường nước tham gia vào thành phần AND, ARN, ATP, ADP, AMP. Ngoài ra photpho còn có trong những dạng khác và thành phần các enzym oxy hóa trong tế bào. Tất cả những hợp chất và các dạng photpho đó đều được thực vật hấp thụ. Khi thu hoạch sinh khối tức là ta đã tách photpho ra khỏi môi trường nước. 46 Chƣơng III: Vật Liệu Và Phƣơng Pháp Nghiên Cứu I.Thời gian và địa điểm nghiên cứu Thời gian - Bắt đầu từ 15-3-2006 - Thời gian kết thúc là 30-06-2006 Địa điểm - Chợ đầu mối nông sản Thủ Đức - Phòng Công nghệ Vi sinh của khoa Môi Trường. -Trung tâm Công nghệ và quản lý Môi trường và Tài nguyên, ĐH Nông Lâm TpHCM. II. Vật liệu nghiên cứu - Nước thải lấy từ hầm bơm của trạm xử lý nước thải của chợ đầu mối nông sản Thủ Đức - Bùn hoạt tính được lấy từ bể lắng của trạm xử lý nước thải của chợ đầu mối nông sản Thủ Đức. - Rong Ceratophyllum demersum. III.Dụng cụ nghiên cứu Các xô 25l, các thùng 80l, máy sục khí, ống dẫn khí…. Các dụng cụ dùng trong phòng vi sinh và đo các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm… IV. Phương pháp nghiên cứu 47 Để đánh giá khả năng hấp thụ các hợp chất Nitơ, photpho và khả năng ứng dụng rong Ceratophyllum demersum cho việc xử lý nước thải ở chợ. Quá trình nghiên cứu được chia làm 3 giai đoạn: 1. Nghiên cứu cơ bản Mục đích: đánh giá khả năng hấp thụ các dạng hợp chất Nitơ và Photpho của rong Ceratophyllum demersum. Rong Ceratophyllum được nuôi trong môi trường BG11 pha loãng 4 lần (BG11/4) và trong hệ thống tuần hoàn nước dưới ánh sáng của đèn neon. Hàm lượng NH4 +, và PO4 3- , NO3 - được xác định theo phương pháp chuẩn. – Nuôi 10g rong tươi trong 1 lít môi trường BG11/4 (không ammonium) với các hàm lượng NH4 +, NO3 - , PO4 3- ở nhiệt độ khoảng 28-300C dưới ánh sáng có cường độ 4000 lux. – Sau 24 giờ nuôi (12 giờ chiếu sáng, 12 không có ánh sáng ban đêm), tiến hành xác định hàm lượng NH4 + , NO3 - , PO4 3- còn lại trong dịch nuôi. 2. Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sinh hoạt Mục đích: đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt từ chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức của rong Ceratophyllum demersum trong thực tế Rong Ceratophyllum demersum được nuôi trong nước thải lấy từ chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức. Các chỉ tiêu COD, BOD5, Nitơ tổng, Photpho tổng, và SS được xác định theo phương pháp chuẩn. 48 Hình 3.1 Rong xử lý trực tiếp nước thải Bố trí thí nghiệm - Nuôi rong tươi trong môi trường nước thải được lấy từ hầm bơm của trạm xử lý nước thải chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức. Ta lấy theo tỉ lệ cứ 10g rong trên 1 lít nước thải. - Xác định hàm lượng COD, BOD5, Nitơ tổng, Photpho tổng, và SS bằng cách lấy mẫu sau 24h phân tích 1 lần, và tiến hành phân tích trong thời gian 3 ngày liên tiếp. 3. Nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp Mô hình tự thiết kế là dạng mô hình hóa của quá trình A2/O. Đây là quá trình kết hợp 3 giai đoạn xử lý yếm khí (anaerobic), thiếu khí (anoxic), và hiếu khí (aerobic (Oxic)). Quá trình này khử nitơ và photpho kết hợp với nuôi rong để đạt hiệu quả cao nhất trong xử lý nước thải sinh hoạt. Các giai đoạn xử lý được mô hình hóa như sau: 49 Sơ đồ 3.1 Mô hình hóa của quá trình A2/O - Nước thải ô nhiễm được lấy từ hầm bơm sẽ được cho vào bể xử lý yếm khí. Từ bể này, nước sẽ đi qua các bể thiếu khí và cuối cùng là bể sục khí. Sau đó, nước thải sẽ đi vào bể lắng một thời gian sẽ dẫn ra bể nuôi rong để đánh giá hiệu quả xử lý của rong Trong quá trình xử lý có thể bổ sung thêm bùn hoạt tính. Bùn này được nuôi hiếu khí. Thời gian lưu của nước tại các bể được dựa vào các thông số thiết kế cho quá trình khử nitơ và photpho kết hợp với dung tích các bể là từ 80- 120m3. Bảng 3.1 Thời gian các vùng xử lý của mô hình A2/O Thông số Thời gian (giờ) Vùng kị khí Vùng thiếu khí Vùng hiếu khí 0.5- 1.5 0.5- 1 3.5- 6 Xử lý yếm khí Xử lý thiếu khí Xử lý hiếu khí Bể lắng Bể thực vật thủy sinh 50 Sau đây là mô hình xử lý nước thải được thiết lập trong thực tế Hình 3.2 Mô hình xử lý nước thải thiết lập trong thực tế Các chỉ tiêu theo dõi Trong nghiên cứu thí nghiệm khi chạy mô hình, do còn một số hạn chế bất cập nên chúng tôi chỉ tiến hành xác định hiệu quả xử lý đề tài bằng các chỉ tiêu như pH, COD, BOD5, tổng nitơ, tổng photpho, rắn lơ lửng theo tiêu chuẩn Việt Nam. V. Phương pháp xác định Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải sinh hoạt theo tiêu chuẩn “standard methods for examination of waste and waste water” (WPHA, 1992) Chỉ tiêu pH - pH bằng máy đo pH. Đầu tiên rửa điện cực bằng nước cất, lau khô, cho mẫu vào để đo. 51 - Đọc kết quả trên máy khi tín hiệu ổn định sau 30 giây. Chỉ tiêu COD COD xác định theo phương pháp bicromat trong môi trường acid sunfuric với xúc tác là bạc sunfat.Ta dùng phương pháp đun hoàn lưu kín với mẫu COD >50mgO2/L.  Đầu tiên rửa sạch ống nghiêm có nút vặn với H2SO4 20% trước khi sử dụng. Chọn thể tích mẫu như sau: 5ml mẫu, 3ml K2Cr2O7 0.016M và 7ml acid reagent.  Đậy nút vặn, lắc kỹ bằng máy votex (chú ý phản ứng sinh nhiệt).  Đặt ống nghiệm vào giá inox, cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 1500C trong 2giờ. Sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng.  Đổ dung dịch vào bình tam giác 100ml, thêm 1- 2 giọt ferroin và định phân bằng FAS 0.1M. Ngừng lại khi mẫu chuyển từ màu xanh lá cây sang màu nâu đỏ.  Làm hai mẫu trắng với nước cất (mẫu O và B). Tính toán kết quả M(FAS) = VK2Cr2O7/ VFAS dùng chuẩn độ*0.1 COD (mgO2/L) = v 8000*M*B)-(A Với AVFAS dùng định phân mẫu trắng B (mL) BVFAS dùng định phân mẫu (mL) M nồng độ mole của FAS v thể tích mẫu (mL) 52 Chỉ tiêu BOD5  Chuẩn bị nước pha loãng bằng cách thêm 1ml các dung dịch đệm photphat, MgSO4, CaCl2, FeCl3 cho mỗi l nước cất bão hòa O2 và sục khí hơn 2giờ.  Chiết nước pha loãng vào 2 chai, pha loãng theo tỉ lệ thích hợp. Một chai đậy kín để ủ 5 ngày (DO5) và 1 chai định phân tức thì (DO0). Chai ủ trong 20 0C đậy kĩ, niêm bằng 1 lớp mỏng trên chỗ loe của miệng chai.  Định phân lượng O2 hòa tan.  Cho lần lượt 2ml MnSO4 và 2ml iodide- azide kiềm.  Đậy nút chai và đảo ngược lên xuống trong vài phút.  Để yên cho kết tủa lắng hoàn toàn, cẩn thận mở nút chai, thêm 2ml H2SO4 đậm đặc.  Đậy nút, rửa chai dưới vòi, đảo ngược chai, làm tan kết tủa hoàn toàn.  Rót bỏ 97ml dung dịch, định phân mẫu còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0.025M. Cho đến khi có màu vàng rơm nhạt. Thêm vài giọt chỉ thị hồ tinh bột, tiếp tục định phân cho đến khi mất màu xanh  Làm tương tự với chai ủ 5 ngày Tính toán kết quả BOD5 (mgO2/L) = (DO0- DO5)*f Với DOo: là hàm lượng oxy hòa tan đo ở ngày đầu tiên DO5: là hàm lượng oxy hòa tan đo ở ngày thứ 5 f: là hệ số pha loãng mẫu Chỉ tiêu Nitơ hữu cơ Xác định bằng phương pháp Kjehdahn.  Chọn thể tích mẫu thích hợp- 100ml mẫu ứng với hàm lượng nitơ hữu cơ là 20mg/L. 53  Công phá mẫu: phần còn lại trong bình để nguội, thêm 25ml dung dịch phá mẫu. Đun sôi mạnh đến khi có khói trắng xuất hiện, dung dịch có màu xanh nhạt, trong. Để nguội thêm 1 ít nước cất, lắc nhẹ để hòa tan hoàn toàn dung dịch công phá  Chuyển qua bình chưng cất  Chuẩn bị dung dịch thuốc thử gồm dung dịch acid boric và dung dịch chỉ thị hỗn hợp cho quá trình chưng cất.  Tiến hành chưng cất, hấp thu mẫu cho đến khi dung dịch có màu xanh lá cây thì ngừng hẳn.  Đem dung dịch thu được chuẩn độ bằng HCl 0.02N Tính toán kết quả MgN- hữu cơ/L = v NBA 1000**14*)( Trong đó A: VHCl chuẩn độ mẫu (ml) B: VHCl chuẩn độ mẫu trắng (ml) N: Nồng độ đương lượng HCl 0.02N v: Số ml mẫu (ml) Chỉ tiêu NO3 -  Chuẩn bị cột Cd bằng cách rửa cột với 200ml dung dịch NH4Cl-EDTA loãng, chỉnh tốc độ chảy khoảng 7-10ml/1 phút  Loại cặn trong mẫu qua giấy lọc.  Đưa pH của mẫu về mức 7-9  Lấy 25ml mẫu nước và thêm vào 75ml NH4Cl- EDTA trộn đều.  Rót dung dịch vào cột Cd- Cu đã chuẩn bị sẵn.  Hứng dịch lọc vào bình chứa mẫu ban đầu để xác định hàm lượng nitrate 54  Lấy 10ml mẫu cho vào bình định mức 50ml, tiếp tục cho 2ml thuốc thử và đo ở bước sóng 543nm.  Song song ta tiến hành lập dãy chuẩn NO2  Phương pháp xác định dung dịch chuẩn NO2 - gốc  Lấy 50ml dung dịch chuẩn KMnO4 0.05N, thêm 5ml H2SO4 đđ và 50ml dung dịch chuẩn NO2  Lắc nhẹ và giữ ấm ở nhiệt độ 70- 800C trên bếp điện  Thêm một lượng dư Na2C2O4 (0.025M) để làm mất màu KMnO4  Chuẩn độ lượng dư Na2C2O4 bằng KMnO4 0.05N (0.01M) cho đến khi xuất hiện màu hồng. Công thức tính dung dịch chuẩn NO2 - gốc A= F EDCB 7*)*()*( Trong đó A: nồng độ dung dịch NO2 (mg/ml) B: thể tích KMnO4 (ml) C: nồng độ đương lượng dng dịch KMnO4 D: thể tích Na2C2O4 E: nồng độ đương lượng Na2C2O4 F: thể tích NO2 lấy chuẩn độ Sau đó tiến hành lập dãy chuẩn NO2 theo bảng 0 1 2 3 4 5 VNO2 - 0 2 4 6 8 10 Vthuốc thử 2 2 2 2 2 2 Nước cất Định mức bằng nước cất đến 50ml Tính toán kết quả 55 Vẽ đồ thị a=f(C) lập phương trình tuyến tính y=ax nhờ vào đường chuẩn NO2 - như sau: Dựa vào đường chuẩn, dùng phần mềm Excel tính toán kết quả Chỉ tiêu NH4 + Cũng tương tự như chỉ tiêu Nitơ hữu cơ nhưng khác là không có giai đoạn phá mẫu. Các bước chưng cất và tính toán thì giống hoàn toàn. Chỉ tiêu photpho Xác định bằng phương pháp so màu ở bước sóng 670nm  Đầu tiên, lấy 50ml cho vào 2 giọt chỉ thị phenolphthalein  Tiếp tục thêm 1ml H2SO4đđ và 0.5 (NH4)2S2O8  Đun trên bếp đến khi xuất hiện khói trắng.  Để nguội thêm 2 giọt phenolphthalein và trung hòa bằng NaOH cho đến khi có màu hồng nhạt xuất hiện.  Định mức 50ml bằng nước cất  Cho tiếp 10ml mẫu cho vào bình định mức 50ml  Thêm 4ml thuốc thử, trộn đều, để yên 10phút để lên màu hoàn toàn  Đem so màu trên máy spectrophotometer tại bước sóng 670nm Tính toán kết quả Vẽ đồ thị a=f(C) lập phương trình tuyến tính y=ax nhờ vào đường chuẩn photpho như sau: 0 1 2 3 4 5 VPO4 3- 0 2 4 6 8 10 Vthuốc thử 4 4 4 4 4 4 Nước cất Định mức bằng nước cất đến 50ml 56 - Dựa vào đường chuẩn, dùng phần mềm Excel tính toán kết quả. Chỉ tiêu SS  Đầu tiên sấy giấy lọc GF/C trong tủ sấy ở nhiệt độ 103- 1050C khoảng 1giờ.  Lấy để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30phút  Cân trọng lượng giấy lọc A (mg)  Để giấy lọc trên hệ thống lọc chân không  Lấy 50 ml nước lọc qua hệ thống giấy lọc trên  Sấy giấy lọc đã lọc trong tủ sấy ở nhiệt độ 103- 1050C, trong 1giờ  Lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30phút  Cân trọng lượng giấy lọc B (mg) Tính toán kết quả Chất rắn lơ lửng (mg/L) = v AB 1000*)( Với: A: khối lượng giấy lọc (mg) B: khối lượng giấy lọc và mẫu sau khi sấy (mg) v: thể tích mẫu (ml) VI. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được xử lý và vẽ đồ thị trên phần mềm Excel 2003. 57 Chƣơng IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Sau đây là kết quả xử lý của quá trình nghiên cứu bằng rong Ceratophyllum demersum 1. Kết quả của quá trình nghiên cứu cơ bản Bảng 4.1 Kết quả hàm lượng NO3-N đo được Bảng 4.2 Kết quả của hàm lượng NH4 + -N Hàm lượng NO3 - N (mg/l) Hàm lượng NO3 - được loại bỏ Hiệu suất (%) Trước thí nghiệm Sau thí nghiệm 0 15 30 60 90 0 8.87 18.43 43.41 66.21 0 6.13 11.57 16.59 18.23 0 40.86 38.56 27.65 20.25 Hàm lượng NH4+-N (mg/l) Hàm lượng NH4 + - được loại bỏ Hiệu suất (%) Trước thí nghiệm Sau thí nghiệm 0 15 30 60 90 0 9.17 21.53 44.23 68.83 0 5.83 10.22 15.48 21.17 0 38.86 30.06 25.80 23.52 58 Bảng 4.3 Kết quả của hàm lượng PO4 3- -P Nhận xét sau quá trình nghiên cứu cơ bản Trong môi trường BG11/4 vô đạm có bổ sung NH4 + , NO3 - (đến 90mg N/l) và PO4 3- (đến 30 mg/l), rong đuôi chồn với mật độ 10g/l trong 24 giờ có thể loại bỏ được 20mg/l NH4 + -N; 18 mg/l NO3 - -N ; 10mg/l PO4 3- -P. Như vậy qua nghiên cứu sơ bộ ta thấy rong Ceratophyllum demersum có khả năng làm giảm đáng kể hàm lượng NH4 + , NO3 - và PO4 3- Qua đó cho thấy chúng có triển vọng sử dụng trong xử lý làm sạch nước bị ô nhiễm. 2. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng rong Bảng 4.4 Kết quả chỉ tiêu COD Hàm lượng PO4 3- -P (mg/l) Hàm lượng PO4 3- -P được loại bỏ Hiệu suất (%) Trước thí nghiệm Sau thí nghiệm 0 5 10 20 30 0 2.66 6.53 13.64 21.76 0 2.34 3.47 6.54 8.24 0 46.80 34.70 32.70 27.46 59 Ngày Hàm lượng COD trong nước thải (mg/l) Hàm lượng COD được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 993 890 780 629 0 103 213 364 0 10.37 21.45 36.65 Bảng 4.5 Kết quả chỉ tiêu BOD5 Ngày Hàm lượng BOD5 trong nước thải (mg/l) Hàm lượng BOD5 được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 510 474 468 434 0 36 42 76 0 7.06 8.24 14.9 Bảng 4.6 Kết quả chỉ tiêu Nitơ tổng Ngày Hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải (mg/l) Hàm lượng Nitơ tổng được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 98 85.4 81.6 78.12 0 12.6 16.4 19.88 0 12.86 16.7 20.3 60 Bảng 4.7 Kết quả chỉ tiêu Photpho tổng Ngày Hàm lượng Photpho tổng trong nước thải (mg/l) Hàm lượng Photpho tổng được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 7.92 6.87 5.96 5.01 0 1.05 1.96 2.91 0 13.26 24.74 36.74 Bảng 4.8 Kết quả chỉ tiêu SS Ngày Hàm lượng SS trong nước thải (mg/l) Hàm lượng SS được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 540 492.5 474 423 0 47.5 66 117 0 8.8 12.2 21.67 Nhận xét chung Các chỉ tiêu giảm trong 3 ngày xử lý. Ta thấy hàm lượng COD sau 3 ngày xử lý đã giảm được 364 mg/l, đạt hiệu suất 36.65%. Hàm lượng BOD5 giảm 76 mg/l, đạt hiệu suất 14.9%. Nitơ tổng giảm 19.88 mg/l, đạt hiệu suất 20.3%. Photpho tổng giảm 2.91 mg/l, đạt hiệu suất 36.74%. Và cuối cùng là SS giảm 117mg/l, đạt hiêu suất 21.67%. Tuy nhiên, khả năng xử lý chỉ ở mức độ chậm và không đáng kể so với hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải. Hàm lượng này chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài theo TCVN 6984:2001. Nguyên nhân là do hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải quá lớn so với khả năng hấp thụ của rong, do vậy rong chỉ làm giảm 61 một lượng nhỏ hàm lượng các thành phần trên. Vấn đề quan trọng được đặt ra trước mắt là làm sao xây dựng mô hình kết hợp với rong để đạt hiệu quả xử lý cao nhất 3. Kết quả của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp Trong thời gian thí nghiệm, nhiệt độ không khí trung bình là 28- 320C, độ ẩm là 65- 80% Đầu vào nƣớc thải ở chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức Đây là chỉ số đầu vào được lấy và xử lý ngay trong mùa khô, có mức độ ô nhiễm cao nhất: Bảng 4.9 Giá trị các thông số của nước thải chưa qua xử lý Chỉ tiêu Hàm lượng (mg/l) pH COD BOD5 ∑N ∑P SS 6.7 993 510 98 7.92 540 Tính chất của nƣớc thải So sánh các chỉ tiêu ở bảng trên ta thấy: -Nước thải ở chợ đầu mối chỉ bị ô nhiễm ở mức trung bình, tuy nhiên hàm lượng các chất gây ô nhiễm đều vượt qua mức cho phép của TCVN 6984:2001 nên cần thiết phải xử lý. -Chỉ tiêu BOD/COD phù hợp cho xử lý sinh học. -Hàm lượng chất lơ lửng tương đối thấp, pH chỉ gần ở mức trung tính. 62 -Theo kết quả phân tích cho thấy mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt trong chợ thay đổi ở các thời điểm khác nhau, đặc biệt vào các thời điểm sinh hoạt trong mùa khô, mức độ ô nhiễm lớn. Đối chứng với bảng giới hạn giá trị của các thông số theo (TCVN 6984: 2001) là kết quả nồng độ các chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt sau xử lý kết hợp: Bảng 4.10 Kết quả chỉ tiêu COD Ngày Hàm lượng COD trong nước thải (mg/l) Hàm lượng COD được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 993 740 587 417 0 253 406 576 0 25.49 40.8 58 Bảng 4.11 Kết quả chỉ tiêu BOD5 Ngày Hàm lượng BOD5 trong nước thải(mg/l) Hàm lượng BOD5 được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 510 403 318 216 0 107 192 294 0 20.98 37.64 57.64 63 Bảng 4.12 Kết quả chỉ tiêu Nitơ tổng Ngày Hàm lượng Nitơ trong nước thải (mg/l) Hàm lượng Nitơ được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 98 79 61 51.52 0 19 37 46.48 0 19.38 37.7 47.43 Bảng 4.13 Kết quả chỉ tiêu Photpho tổng Ngày Hàm lượng trong nước thải Photpho (mg/l) Hàm lượng Photpho được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 7.92 5.53 3.17 1.07 0 2.39 4.75 6.85 0 30.18 60 86.49 Bảng 4.14 Kết quả của chỉ tiêu SS Ngày Hàm lượng SS trong nước thải (mg/l) Hàm lượng SS được loại bỏ (mg/l) Hiệu suất (%) 0 1 2 3 540 387 327.5 256.5 0 153 212.5 283.5 0 28.3 39.35 52.5 64 Nhận xét tổng quát So với quá trình dùng rong xử lý trực tiếp thì mô hình kết hợp với rong đạt hiệu quả cao hơn. Trong 3 ngày xử lý, hàm lượng COD đã giảm được 576 mg/l, đạt hiệu suất 58%. Hàm lượng BOD5 giảm 294 mg/l, đạt hiệu suất 57.64%. Nitơ tổng giảm 46.48 mg/l, đạt hiệu suất 47.43%. Photpho tổng giảm 6.85 mg/l, đạt hiệu suất 86.49%. Và cuối cùng là SS giảm 283.5 mg/l, đạt hiệu suất 52.5%. Ngoại trừ Photpho đạt tiêu chuẩn xả thải theo TCVN 6984:2001, các chỉ tiêu khác vẫn còn khá cao so với tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, ta thấy các chỉ tiêu này còn có khả năng giảm đến mức thấp nhất trong thời gian tới. Điều này cho thấy tính khả thi trong việc ứng dụng mô hình kết hợp với rong trong thực tế. IV.4. Kết quả năng suất sinh khối của rong Ceratophyllum demersum Như đã đề cập nếu được nuôi trong điều kiện môi trường thuận lợi, năng suất sinh khối của thực vật sẽ tăng. Tuy nhiên do còn nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã không thể tiến hành thu sinh khối để xác định chính xác khả năng tăng trưởng của rong. Quan sát hình thái bên ngoài, ta nhận thấy chúng phát triển rất tốt và xanh tươi. 65 Chƣơng 5: Kết luận và Kiến nghị I. Kết luận Thử nghiệm nghiên cứu và nuôi rong Ceratophyllum Demersum trong những điều kiện khác nhau. Qua theo dõi sự sinh trưởng và hiệu quả phát triển của rong trong việc xử lý một số chất ô nhiễm. Bước đầu ta có thể kết luận như sau: Rong có khả năng khử Nitơ và Photpho mạnh. Bên cạnh đó, rong còn có khả năng làm giảm các chỉ tiêu COD và BOD5. Rong xử lý trực tiếp hay kết hợp với mô hình đều làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải. Tuy nhiên, rong kết hợp với mô hình giảm mạnh và đạt hiệu suất khá cao với COD là 58%, BOD5 là 57.64%, Nitơ tổng là 47.49%, photpho tổng là 86.49% và SS là 52.5%. Trong khi đó rong xử lý trực tiếp khá thấp với COD là 36.65%, BOD5 là 14.9%, Nitơ tổng là 20.3%, Photpho tổng là 36.74%,và SS là 21.67%. Nhìn chung, khả năng xử lý của rong kết hợp với mô hình A2/O là khá tốt và ổn định. Chúng ta có thể dụng rong như là một giải pháp sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt vì kinh phí xử lý thấp, dễ kiểm soát, và rất hiệu quả trong việc làm sạch nước thải và bảo vệ môi trường. II. Kiến nghị Rong được biết như là 1 loài TVTS trong việc xử lý chất thải ô nhiễm ở nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới. Loài thực vật này tuy rất quen thuộc với người dân Việt nam trong việc trang trí, làm thức ăn cho thủy hải sản nhưng lại khá mới mẻ trong tiềm năng và ứng dụng vào lĩnh vực bảo vệ môi trường. Trên cơ sở thực tế có thể thừa nhận rong có khả năng làm sạch nước thải, nhưng kết quả ghi nhận trong đề tài chỉ là bước đầu cho những nghiên cứu sâu hơn về rong trong việc xử lý các chất độc và các chất gây ô nhiễm môi trường nước 66 Sau đây là những đề nghị cho những nghiên cứu hoặc những ứng dụng rong trong xử lý nước thải bảo vệ môi trường: - Xác định hiệu quả xử lý tối đa của rong bằng cách tăng thời gian lưu nước - Xác định mật độ thích hợp của rong trong bể để đạt hiệu quả xử lý cao. - Thiết kế thêm bể lắng hay bể keo tụ ngay đầu vào mô hình để tăng hiệu quả khử ô nhiễm. - Xác định các VSV gây bệnh như E.coli, Coliform… - Kiểm soát các yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, ẩm độ, điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của rong trong xử lý. - Kiểm soát đầu vào của nước thải , xác định tỉ số tương quan giữa BOD/COD và N/P sao cho hợp lý để rong có thể xử lý đạt kết quả tốt nhất - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, lưu bùn tại mỗi bể trong mô hình A 2/O. Ngoài ra cần nghiên cứu thêm thời gian lưu tốt nhất trong bể lắng mô hình xử lý. - Cần nghiên cứu thêm chiều sâu của bể nuôi thực vật thích hợp cho rong phát triển và sinh trưởng tốt. - Ngoài những chỉ tiêu trên cần kiểm tra các thông số khác để xem khả năng xử lý của rong đối với các loại ô nhiễm khác hay làm giảm những chất độc khác. 67 Tài liệu tham khảo 1. Hồ Đắc Tuấn Anh (Luận văn tốt nghiệp 2005). Khảo sát mức độ ô nhiễm và thử nghiệm cỏ Vetiver trong xử lý nước thải sinh hoạt ở KTX An Giang. Khoa Công Nghệ Môi Trường. Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. 2. Lê Quốc Tuấn (2003). Vi Sinh Môi Trường. Khoa Công Nghệ Môi Trường. Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh 3. Lương Nhất Phẩm (2002). Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Biện Pháp Sinh Học. Nxb Giáo dục. 4. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương (2003). Công Nghệ Sinh Học Môi Trường, tập 1 công Nghệ Xử Lý nước Thải. Nxb Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. 5. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2003). Lý Thuyết và Mô Hình Hóa Quá Trình Xử Lý Nước Thải bằng Biện Pháp Sinh Học. Nxb Khoa Học Kỹ Thuật. 6. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1999). Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước Thải. Nxb Khoa Học và kĩ Thuật. 7. Ala scragg (1999). Environmental Biotechnology. Addison Wesley Longman Singapore (pre) Ltd, Printed in Singapore. 8. Richard Larson , Gerald Sims, Karen Marley, Marina M ontez-Ellis, Tias Pau l, and Michelle Crum (2002). Nitrate Management Using Terrestrial and Aquatic Plant Species. 68 9. Merezhko, A. I., T. I. Shorodko, and A. N. Lyashenko. 1986. The influence of hydrogen ion concentration on the assimilation of ammonium and nitrate nitrogen by hornwort and thorowort pondweed. Gidrobiol. Zh. 22:56-60. 10. Shihww Sung, Ph.D.PE (2000). Biological Nutrients (N&P) Removal: Application to high strength wastewater. Iowa State University. 69 PHỤ LỤC 1: MÔI TRƢỜNG BG11 Môi trường BG11 (Blue Green 11) là môi trường dành cho việc nuôi tảo và thực vật thủy sinh. Cách pha dung dịch Stocks (1) NaNO3 15.0 g/1L (2) K2HPO4 2.0 g/500ml (3) MgSO4.7H2O 3.75 g/500ml (4) CaCl2.2H2O 1.80 g/500ml (5) Citric acid 0.30 g/500ml (6) Ammonium ferric citrate green 0.30 g/500ml (7) EDTANa2 0.05 g/500ml (8) Na2CO3 1.00 g/500ml (9) Thành phần dung dịch kim loại vi lượng pha trong 1L dung dịch H3BO3 2.86 g MnCl2.4H2O 1.81 g ZnSO4.7H2O 0.22 g Na2MoO4.2H2O 0.39 g CuSO4.5H2O 0.08 g Co(NO3)2.6H2O 0.05 g Môi trƣờng dùng để nuôi rong pha trong 1L nƣớc Dung dịch 1 100ml Dung dịch 2 cho đến 8 10ml cho mỗi dung dịch Dung dịch 9 1ml Điều chỉnh pH về khoảng thích hợp là 7.1 để nuôi rong (bằng NaOH hay HCl) 70 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU Hình P2.1: Mẫu nước thải trong hầm bơm Hình P2.2: Mô hình kết hợp xử lý nước thải 71 Hình P2.3: Mẫu nước thải trong bể yếm khí Hình P2.4: Mẫu nước thải trong bể thiếu khí 72 Hình P2.5: Mẫu nước thải trong bể rong xử lý trực tiếp Hình P2.6: Mẫu nước thải sau 3 ngày xử lý trong bể xử lý trực tiếp 73 . Hình P2.7: Nước thải trong bể lắng mô hình kết hợp Hình P2.8: Nước thải trong bể hiếu khí mô hình kết hợp 74 Hình P2.9: Rong phát triển trong bể TVTS của mô hình kết hợp Hình P2.10: Rong phát triển tốt trong bể TVTS của mô hình kết hợp sau 3 ngày 75 Hình P2.11: Mẫu nước thải sau 3 ngày xử lý mô hình kết hợp so với xử lý trực tiếp a:Mẫu nước thải của mô hình kết hợp b:Mẫu nước thải của rong xử lý trực tiếp Hình P2.12: Mẫu nước thải sau 3 ngày xử lý mô hình kết hợp so với xử lý trực tiếp a:Mẫu nước thải của mô hình kết hợp b:Mẫu nước thải của rong xử lý trực tiếp a a b b