Đang tải... (xem toàn văn)
Bên cạnh các công nghệ xử lý nước thải truyền thống phương pháp xử lý sinh học bằng thực vật là một trong những hướng xử lý bền vững, ít tốn năng lượng. Với mục tiêu thử nghiệm và so sánh đánh giá hiệu quả xử lý nước kênh Văn Thánh và loại bỏ thành phần ô nhiễm COD, P-PO4 3- , N-NH4 + bằng mô hình trồng cỏ Vetiver (Chrysopogon Zizanioides) trên các nền vật liệu giá thể sỏi-cát trong điều kiện xử lý tĩnh trong thời gian lưu 7 ngày và tuần hoàn nước chảy trong thời gian 15 ngày.
Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 ĐÁNH GIÁ SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC KÊNH VĂN THÁNH BẰNG MƠ HÌNH KẾT HỢP TRỒNG CỎ VETIVER (CHRYSOPOGON ZIZANIOIDES) TRÊN GIÁ THỂ SỎI – CÁT TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH VÀ TUẦN HOÀN Vũ Lê Phước Quỳnh1, Lê Đức Anh2, Lâm Văn Giang1, Trần Thành1,2* Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP Hồ Chí Minh Viện Kỹ thuật Cơng nghệ cao NTT – Trường Đại học Nguyễn Tất Thành *Tác giả liên lạc: thanhtran2710@gmail.com (Ngày nhận bài: 05/8/2020; Ngày duyệt đăng: 28/9/2020) TĨM TẮT Bên cạnh cơng nghệ xử lý nước thải truyền thống phương pháp xử lý sinh học thực vật hướng xử lý bền vững, tốn lượng Với mục tiêu thử nghiệm so sánh đánh giá hiệu xử lý nước kênh Văn Thánh loại bỏ thành phần ô nhiễm COD, P-PO43-, N-NH4+ mơ hình trồng cỏ Vetiver (Chrysopogon Zizanioides) vật liệu giá thể sỏi-cát điều kiện xử lý tĩnh thời gian lưu ngày tuần hoàn nước chảy thời gian 15 ngày Kết nghiên cứu ban đầu cho thấy, với công suất xử lý nước thải nhỏ 12 L/thùng lặp lần, cỏ Vetiver cho thấy có khả sinh trưởng tốt môi trường nước kênh Văn Thánh giá thể thí nghiệm Cả hai hệ mơ hình đồng thời kiểm soát tốt chất lượng nước, hiệu suất xử lý tiêu COD, P-PO43-, N-NH4+ 80% so với đầu vào, hầu hết sau thời gian xử lý đạt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT Từ khóa: Nước thải, chế độ tĩnh, vật liệu lọc, sỏi, cát, kênh Văn Thánh COMPARISON OF THE EFFICIENCY OF WATER TREATMENT OF VAN THANH CANAL BY VETIVER COMBINATION MODEL (CHRYSOPOGON ZIZANIOIDES) ON FIBER PRICE – SAND IN STATIC AND CYCLIC CONDITIONS Vu Le Phuoc Quynh , Le Duc Anh2, Lam Van Giang1, Tran Thanh1,2* University of Technology – VNU Ho Chi Minh City NTT Institute of Hi-Technology – Nguyen Tat Thanh University *Corresponding Author: thanhtran2710@gmail.com ABSTRACT In addition to traditional wastewater treatment technologies, the biological treatment method by plants is one of the sustainable treatment methods, which uses less energy With the objective of testing and comparing evaluating the effectiveness of Van Thanh canal water treatment and removing COD, P-PO43-, N-NH4+ pollutants with vetiver (Chrysopogon Zizanioides) on the substrates Data on gravel-sand media under static treatment for days and circulating water for 15 days Initial research results show that, with a small wastewater treatment capacity of 12 L/bin times, vetiver showed good growth ability in Van Thanh canal water environment on experimental stands Both model systems simultaneously control water quality at the same time, the efficiency of handling indicators such as COD, P-PO43-, N-NH4+ are over 80% compared to the input, most after the treatment time are the standard QCVN 08-MT:2015/BTNMT Keywords: Wastewater, static mode, filter materials, gravel, sand, Van Thanh canal khu vực thuộc Vùng kinh tế trọng điểm Nam phát triển rõ rệt GIỚI THIỆU Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), 19 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 khoảng 10 năm gần Đi kèm với phát triển kinh tế, vấn đề ô nhiễm nguồn nước cho hoạt động sử dụng mối quan tâm lớn Thành phố vốn có nhiều kênh rạch, sơng ngịi không nhận quan tâm bảo vệ mức nên kênh rạch, sơng ngịi ngày ô nhiễm nghiêm trọng gây vẻ mỹ quan làm tổn thất lớn tài nguyên nước ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Tuyến đường cầu Văn Thánh – Điện Biên Phủ qua rạch Văn Thánh tuyến đường chủ chốt đà phát triển mạnh khu vực quận Bình Thạnh Rạch Văn Thánh nằm hệ thống kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, rạch ô nhiễm nặng nề dần khả tự làm Nhận thấy vấn đề cấp bách trên, thành phố lập nhiều dự án chi hàng chục nghìn tỷ đồng để giải tỏa dân cư ven kênh, khắc phục ô nhiễm nguồn nước lưu vực – cải tạo hệ thông kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè gần 4,000 tỷ đồng, dự án làm chống ngập kênh Bến Nghé – Tàu Hũ có chi phí khoảng 8,000 tỷ đồng (Thẩm & Quý, 2010) Đã có số dự án nhằm cải tạo rạch Văn Thánh chưa giải vấn đề Do đó, cần có giải pháp dài lâu nhằm hỗ trợ giúp loại bỏ bớt thành phần ô nhiễm nước rạch, đưa rạch trạng thái bình thường.Thơng qua nghiên cứu nước quốc tế cho thấy cỏ Vetiver có khả đặc biệt việc thích nghi tốt với nhiều điều Giai đoạn kiện mơi trường bất lợi, khắc nghiệt; khả hấp thu, tích lũy chất ô nhiễm, kim loại nặng với nồng độ cao Mơ hình đem lại hiệu xử lý chất ô nhiễm đạt hiệu suất cao (từ 50-99,9%) Phương pháp đất ngập nước nhân tạo áp dụng nước phát triển phát triển nhờ ưu điểm như: giải pháp bảo vệ môi trường tự nhiên cách hiệu với chi phí vận hành đầu tư thấp, không yêu cầu công nghệ phức tạp kèm theo thân thiện với môi trường, khôi phục hệ sinh thái dòng kênh, rạch, cải thiện thêm mảng xanh thành phố, điều tiết khí hậu VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thiết kế thí nghiệm Trồng thử nghiệm thích nghi (giai đoạn 1) thực vịng 2-3 tuần với mục đích ổn định cá thể cỏ Vetiver sau q trình dài trước sống môi trường đất chuyển sang môi trường đất ngập nước phát triển bình thường Sự phát triển đánh giá qua bảng tổng hợp tiêu phát triển sinh khối Giai đoạn chạy thử nghiệm (giai đoạn 2): Mỗi nghiệm thức mơ hình lấy mẫu ứng với thời gian thích hợp ngày riêng tải Kết phân tích từ mẫu lấy ngày cần phân tích kịp thời để hỗ trợ cho trình giám sát liên tục Mỗi giai đoạn ứng với thời gian lưu HRT ngày Bảng Thời gian thực giai đoạn Nội dung Thời gian thực Giai đoạn Thí nghiệm đánh giá khả thích nghi cỏ Vetiver với môi trường ngày Giai đoạn Thí nghiệm đánh giá khả loại bỏ COD, N-NH4+, P-PO43- nước thải đầu vào cỏ Vetiver trường 15 ngày 20 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 Hai giai đoạn nghiên cứu thích nghi giai đoạn vận hành thử nghiệm Hình Tiến trình tổng quát thực nghiên cứu Thực vật xử lý cỏ Vetiver (Vetiver zizanioides) trưởng thành trồng KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN trực tiếp lên lớp vật liệu Cỏ lựa Chất lượng mẫu nước đầu vào – tính chọn tép cỏ tương đương chất nước kênh Văn Thánh kích thước, hình dạng, chiều dài Nước đầu vào mô lấy điểm Mỗi chậu trồng với số lượng 75 quan trắc mực nước rạch Văn Thánh vào tép cỏ, phân bố thành 15 cụm, cụm có thời điểm mực triều khoảng 1,8 tép cỏ Mỗi cụm cách 10cm Trong – 2,5 ngày Ứng với thời điểm giai đoạn thích nghi, cỏ quan sát đa phần việc lấy mẫu phân tích thời gian ngày để đánh giá sinh diễn vào mùa khơ lượng khối, tình trạng sinh trưởng Khi thay đổi nước tự nhiên lưu vực phù hợp sang giai đoạn khác, trì vận hành Tính chất nước đo thể ngày để thích nghi bắt đầu chạy mơ giá trị trung bình bảng sau: hình phân tích Bảng Chỉ tiêu phân tích chất lượng nước rạch Văn Thánh STT Thông số Đơn vị Kết QCVN 08MT:2015/BTNMT (Cột B1) COD mg/l 161 – 186 30 BOD5 mg/l 148 - 154 15 pH - 6,99 – 7,4 5,5-9 mg/l 6,73 – 7,28 0,9 mg/l 1,96 – 2,17 0,3 + Amoni (N-NH4 ) Phốt phát (P-PO43-) Chất rắn hòa tan TDS mg/l 317 - Tổng chất rắn lơ lửng TSS mg/l 142 50 Kết cho thấy hai thông số NNH4+ P-PO43- vượt QCVN 08- MT:2015/BTNMT (Cột B1) 81 lần 7,2 lần, số lần vượt ngưỡng cao 21 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 sau ngày cỏ Vetiver mơ hình tĩnh có phát triển tốt chiều dài thân lá, độ dài rễ mới, đặc biệt gia tăng chồi non khối lượng Còn mơ hình tuần hồn, khoảng - ngày đầu, cỏ có xu hướng chậm phát triển, vàng nước ngập không sinh trưởng nhiều Sau tuần đầu tiến quan sát, sinh khối bắt đầu phát triển Giai đoạn ghi nhận tỷ lệ sống cỏ so với số lượng trồng ban đầu từ 95 đến 98% Từ ngày đến ngày 10, cung cấp nước – nước pha lỗng lần từ mơ hình – cỏ có dấu hiệu chuyển đổi màu sắc trở nên xanh hơn, phiến từ vàng dần chuyển sang xanh tươi Ngày thứ 10 tiến hành thay nước lấy trực tiếp từ lưu vực vào mơ hình để đánh giá thích nghi với mơi trường thực tế Quan sát ngày thứ 15, cỏ có thay đổi rõ rệt, phần thân cứng cáp hơn, phần phát triển thêm dài nhanh hơn, màu cỏ xanh hơn, có xuất thêm chồi non Ghi nhận phát triển sinh khối cỏ đến ngày thứ 35, chiều cao lớn cỏ đạt 0.65m Q trình thích nghi ghi nhận cỏ mơ hình có vật liệu sỏi phát triển phần mơ hình cịn lại, mơ hình có vật liệu kết hợp mơ hình có cỏ đạt chiều cao lớn Tỷ lệ sống cỏ sau 35 ngày quan sát mơ hình sỏi, cát, kết hợp cát sỏi theo thứ tự 93%, 96%, 93% Tỷ lệ không chết không phát triển thêm mơ hình sỏi, cát, kết hợp 9%, 13% 6% Từ sau ngày 15, nghiên cứu thích nghi cho thấy cỏ Vetiver thích nghi tốt với mơi trường thông số Nội dung nghiên cứu tập trung phân tích đánh giá khả xử lý hai tiêu Ngoài ra, từ nồng độ BOD5 COD đo nước mẫu suy được: BOD5/COD = 148/161 = 0,92 Đánh giá khả thích nghi cỏ Vetiver nước kênh Văn Thánh Trước tiên, ta tiến hành trồng thủy canh cỏ Vetiver để đánh giá liệu cỏ Vetiver có khả thích ứng với mơi trường nước rạch Văn Thánh hay khơng chúng chịu thay đổi chuyển từ môi trường đất trồng sang môi trường ngập nước hay không Ở mơ hình tĩnh, sau ngày thích nghi trồng môi trường thủy canh tĩnh sử dụng nước rạch Văn Thánh (với nước thải pha loãng lần), tỷ lệ sống cỏ Vetiver ba mẫu thí nghiệm đạt tỷ lệ cao (trên 90%), tỷ lệ mẫu đối chứng 80% Chiều dài thân cỏ Vetiver có phát triển tốt, cao so với nghiệm thức đối chứng từ – 3cm Chiều cao trung bình cỏ tăng thêm mẫu nghiệm thức nước thải 30,59 ± 0,82cm đối chứng 28,75cm Sự khác biệt không lớn chứng minh thích nghi phát triển cỏ Vetiver điều kiện Sau ngày, phần rễ trắng phát triển thêm đạt kích thước 5,24cm, 5,07cm 5,33cm ba mẫu thí nghiệm, cao so với mẫu đối chứng đạt 4,67cm Ở nghiệm thức nước thải, khối lượng cỏ (5 cây/cụm) tăng trung bình từ 50,41g lên 61,82g (tăng 1, 23 lần) Ở mẫu đối chứng, khối lượng cỏ tăng từ 50,14g lên 54,19g (tăng 1,08 lần) Như nhận thấy, Hình (A) Cỏ Vetiver quan sát ngày thứ mơ hình tĩnh (B) Cỏ ngày mơ hình tuần hồn (C) cỏ quan sát ngày thứ 15 22 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 Đánh giá hiệu xử lý chất dinh dưỡng Phốt (PO43-) ammonia (NH4+) Nhìn chung, thấy cỏ Vertiver thích nghi tốt với mơ hình sau trình thử nghiệm Hình Khả xử lý (A) N-NH4+ (B) P-PO43- cỏ Vetiver hai nghiệm thức sỏi thủy canh mơ hình tĩnh + Đối với tiêu N-NH4 , nồng độ số chết mơ hình làm ảnh N-NH4+ có nước thải đầu vào hưởng đến nồng độ Mơ hình sỏi có hiệu 6,63mg/l, sau 15 ngày, hiệu suất xử lý suất xử lý tốt, hiệu suất đạt 30,4% hai mơ hình đạt chuẩn QCVN 08- (1,86±0,039mg/l) sau ngày, bắt MT:2015/BTNMT (cột B1, 0,9mg/l) Mô đầu ngày thứ hai đến ngày thứ tư, khả hình sỏi có hiệu suất xử lý tương đối ổn xử lý có xu hướng giảm đạt định, hiệu suất đạt 41,6% (3.9±0,98mg/l) mức cao (trung bình 15% ngày) Mơ sau ngày 96,8% (0,28±0,07mg/l) sau hình thủy canh có hiệu suất tốt 15 ngày Mơ hình thủy canh có hiệu suất khơng ổn định, đạt 47,1% (1,4±0,008mg/l) xử lý tốt hơn, đạt 43,7% (3,73±0,44mg/l) sau ngày đạt 94,8% sau 07 ngày 96,8% (0,21±0,005 mg/l) (0,14±0,064mg/l) sau 15 ngày Nồng độ có sau 15 ngày Nồng độ có ổn định ổn định suốt giai đoạn đầu suốt giai đoạn đầu khơng bị ảnh hưởng lại có biến động nhẹ vào giai đoạn gần lớp vật liệu lại có biến động cuối (ngày – ngày 12) nhẹ vào ngày cuối, nguyên nhân Hình Hiệu xử lý (A) PO43- (B) NH4+ nghiệm thức mơ hình P-PO43- trung bình đầu vào 2,67mg/l, hình sỏi 0,1846±0,024mg/l, mơ hình cát qua trình xử lý tuần cho thấy ba 0,1638±0,003mg/l, mơ hình kết hợp mơ hình ĐNNNT có khả xử lý 0,1266±0,008mg/l Trong ghi nhận nước đầu vào lấy từ lưu vực rạch Văn vật liệu cát kết hợp xử lý đạt quy Thánh đạt QCVN 08-MT:2015/BTNMT, chuẩn (sau 144 giờ) với hiệu suất cột B1 Các nồng độ phân tích sau ngày 89,34±0,15%, nhanh vật liệu sỏi mơ hình theo thứ tự sau: mơ vật liệu cát (sau 156 giờ) với hiệu suất 23 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 90,03±0,13% 90,97±0,21% Đồ thị thể được, 12 đầu, ba mơ hình có giảm mạnh nồng độ độ chênh lệch hiệu suất không lớn Giai đoạn đầu, lớp vật liệu thực việc loại bỏ mạnh lượng PO43- có nước thải, cỏ Vetiver có tác động tương đối thời gian đầu khoảng thời gian để vi sinh vật thích ứng với mơi trường Khi thực vật vi sinh vật qua giai đoạn (pha) tiềm phát, bắt đầu có khoảng cách hiệu suất xét thời điểm Lúc này, giảm nồng đồ PO43- đến từ tác động lớp vật liệu trình chuyển hóa dinh dưỡng thực vật Trong suốt thời gian thí nghiệm, mơ hình CW VSFS vật liệu kết hợp thể khả xử lý tốt Nhận xét ba mơ hình ĐNNNT thể khả xử lý nước đầu vào lấy từ lưu vực rạch Văn Thánh đạt QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột B1 (nồng độ NH4+ 0,9) sau thời gian phân tích ngày Các nồng độ phân tích sau ngày mơ hình theo thứ tự tăng dần sau: mơ hình kết hợp 0,2025±0,0713mg/l, mơ hình cát 0,2569±0,0191mg/l, mơ hình sỏi 0,2910±0,0088mg/l Trong ghi nhận hiệu suất giai đoạn, mơ hình vật liệu kết hợp ln thể vượt trội hơn, so sánh với mơ hình vật liệu sỏi – mơ hình có hiệu suất – có thời điểm ghi nhận khoảng chênh lệnh lên đến 7,89% Như vậy, mơ hình có vật liệu kết hợp cát soi có hiệu xử lý NH4+ tối ưu hai mơ hình cịn lại Như vậy, thấy hiệu suất xử lý, mơ hình có vật liệu kết hợp cát sỏi xử lý hiệu hai mơ hình cịn lại So sánh khả xử lý COD hai mơ hình thí nghiệm Hình Khả xử lý COD cỏ Vetiver (A) mơ hình tĩnh (B) Mơ hình tuần hoàn Kết cho thấy thay đổi rõ rệt nồng hiệu suất mơ hình Cát 15.93% mô độ COD tuần Cụ thể, với hình Kết hợp 20.08% Trong ba ngày nồng độ COD có nước thải đầu vào sau đó, mơ hình tăng thêm là 177,9 mg/l sau ngày nồng độ giảm lần 30.84%, 36.26% 26.66% Trong lượt hai mơ hình 61,5±6,98mg/l (sỏi, ngày cuối, mơ hình vật liệu kết hợp đạt đạt 65,4%), 63,8±3,36mg/l (thủy canh, đạt 74.02%, hai mô hình sỏi cát hiệu suất 66%), hiệu suất xử lý gần tương đồng với xử lý 71.90% 71.99% Với nồng độ giai đoạn thích nghi Sau 15 ngày, hiệu đầu vào 177.9 mg/l, suất xử lý hai mơ hình tốt, đạt vào cuối chu kì xử lý, ta thấy mơ tiêu COD QCVN 08- hình Kết hợp có hiệu suất xử lý COD cao MT:2015/BTNMT (30mg/l), nhất, 74.02% Tiếp theo mơ 12,3±2,72mg/l (sỏi, 93,1%), hình Cát Sỏi với hiệu suất 13,6±3,18mg/l (thủy canh, đạt 92,4%) Kết 71.99% 71.90% Vào cuối giai đoạn, xử lý COD cho thấy từ ngày nồng độ COD ba mơ hình đạt đầu, ba nghiệm thức xử lý hiệu QCVN 08-MT:2015/BTNMT 50 mg/l ổn định, nhiên mơ hình sỏi yếu Như vậy, thấy mơ hình có vật mơ hình khác, có 5.91% liệu kết hợp cát sỏi xử lý hiệu 24 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (3), 2020 hình sỏi sau 15 ngày đạt 95,5%, nghiệm thức thủy canh sau 15 ngày đạt 94,8% Với thiết kế dòng chảy ngầm theo phương đứng, kết hợp với điều kiện tuần hồn nước để tạo mơi trường xử lý tốt lượng nước đầu vào, mơ hình có hiệu xử lý phốt nitơ cao, trung bình NH4+ có hiệu suất đạt 96%, PO43- đạt 94% COD 80% Như tất mẫu nước đạt chuẩn QCVN 08MT:2015/BTNMT, cột B1 sau thời gian lưu nước 15 ngày thử nghiệm, nhìn chung hiệu suất xử lý mơ hình tĩnh tuần hồn ngang nhau, nhiên mơ hình tuần hồn nước cảm quan cho hiệu xử lý tốt Nghiên cứu cho thấy áp dụng cỏ Vetiver phù hợp với xử lý nước kênh rạch, áp dụng mơ hình vào thực tế cần xem xét thêm yếu tố ngoại cảnh, phân bố lựa chọn mật độ cỏ hợp lý mô hình cịn lại KẾT LUẬN Cỏ Vetiver sau trồng thủy canh tĩnh môi trường nước rạch Văn Thánh cho thấy mơ hình xử lý cỏ Vetiver kết hợp vật liệu lọc sỏi, cát thể khả thích nghi cao với điều kiện môi trường thay đổi từ môi trường đất khô sang mơi trường đất ngập nước thích nghi tốt với mức nhiễm nước kênh Với mơ hình tĩnh, sau 15 ngày thí nghiệm giai đoạn 2, hiệu suất xử lý tất tiêu đạt 90%, với hiệu suất xử lý COD mô hình sỏi sau 15 ngày đạt 93,1%, nghiệm thức thủy canh sau 15 ngày đạt 92,4% Hiệu suất xử lý NNH4+ mơ hình sỏi sau 15 ngày đạt 96,8%, nghiệm thức thủy canh sau 15 ngày đạt 96,8% Hiệu suất xử lý P-PO43- mô TÀI LIỆU THAM KHẢO BRANDT, C., LỘC, N X., NGA, T T., & BECKER, M (2005) Đánh giá đáp ứng sinh học loài thực vật nước nồng độ dinh dưỡng cao để tuyển chọn thực vật xử lý ô nhiểm Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ THẨM, L., & QUÝ, Q (2010) Làm kênh rạch TP Hồ Chí Minh cách nào? Hà Nội: Nhân dân Điện tử TRUONG, P., & BAKER, D (1998) Vetiver grass system for environmental protection: Pacific Rim Vetiver Network, Office of the Royal Development Projects Board 25 ... thấy hiệu suất xử lý, mơ hình có vật liệu kết hợp cát sỏi xử lý hiệu hai mơ hình cịn lại So sánh khả xử lý COD hai mơ hình thí nghiệm Hình Khả xử lý COD cỏ Vetiver (A) mơ hình tĩnh (B) Mơ hình tuần. .. cịn lại KẾT LUẬN Cỏ Vetiver sau trồng thủy canh tĩnh môi trường nước rạch Văn Thánh cho thấy mơ hình xử lý cỏ Vetiver kết hợp vật liệu lọc sỏi, cát thể khả thích nghi cao với điều kiện môi trường... so sánh với mơ hình vật liệu sỏi – mơ hình có hiệu suất – có thời điểm ghi nhận khoảng chênh lệnh lên đến 7,89% Như vậy, mô hình có vật liệu kết hợp cát soi có hiệu xử lý NH4+ tối ưu hai mô hình