Luận văn công nghệ sinh học Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp

Trên thế giới gần đây, Bãi lọc trồng cây ( Constructed Wetland ) được biết là một công nghệ xử lý nước thải trong điều khiện tự nhiên. Chi phí thấp, vị trí ổn định, hiệu xuất cao, nhất là tăng năng xuất cây trồng. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý còn có giá trị kinh tế cao. Công nghệ xử lý này ở Việt Nam còn rất mới mẻ.

Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn LỜI CẢM ƠN Bài khóa luận hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ quý báu tận tình của quý thầy cô, bạn bè và gia đình . Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới : Em chân thành cảm ơn thầy Thạc só Lâm Vónh Sơn đã gợi mở , trực tiếp hướng dẫn đề tài cho em . Quý thầy cô khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học suốt 3 năm qua đã truyền đạt những kiến thức nền tảng cần thiết , động viên em trong thời gian thực hiện khóa luận. Cảm ơn đến các bạn lớp 07CSH, các anh chò khóa trên cùng nhau gắn bó suốt quãng đời sinh viên động viên giúp đỡ mình trong suốt thời gian thực hiện khóa luận. Và cuối cùng xin cảm ơn cha mẹ luôn ủng hộ , động viên con, là chỗ dựa vững chắc trong suốt bước đưỡng học tập. Em chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Đặng Thò Ngọc Mai Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 1 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ trang CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 3 1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 4 1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4 1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4 1.6 TÍNH MỚI ĐỀ TÀI 4 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC 4 1.8 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 6 2.1 Tổng quan về nước sạch 7 2.1.1 Khái niệm nước sạch 7 2.1.2 Đònh nghóa nước thải 7 2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 8 2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 8 2.1.2.3 Nước thải tự nhiên 8 2.1.2.4 Nước thải đô thò 8 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 2 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn 2.1.2.5 Mục đích xử lý nước thải 8 2.1.3 Thành phần tính chất nước thải 9 1.1.3.1 Tính chất vật lý 9 1.1.3.2 Tính chất hóa học 9 2.1.4 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu cầu xử lý 10 2.2 Tổng quan xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 12 2.2.1 Vi sinh vật trong quá trình xử lý 13 2.2.1.1 Khái niệm vi sinh vật và tầm quan trọng của vi sinh vật 13 2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học 14 2.2.3 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa 16 2.2.4 Sự phát triển tế bào và động học của phản ứng lên men 18 2.2.5 Ảnh hưởng các yếu tố lên quá trình oxy hóa sinh hóa 21 2.2.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 21 2.2.5.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng 21 2.2.5.3 Hấp thụ và nhu cầu oxy 21 2.2.5.4 Các yếu tố dinh dưỡng và vi lượng 21 2.2.6 Cấu trúc và các chất ô nhiễm bùn hoạt tính 22 2.2.6.1 Quá trình oxy hóa sinh hóa và cấu trúc 22 2.2.6.2 Các dạng và cấu trúc các VSV tham gia xử lý 22 2.2.7 Các phương pháp yếm khí 23 a. Quá trình xử lý kỵ khí sinh trưởng lơ lửng 24 b. Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính 24 2.2.7.1 Bể yếm khí 24 2.2.7.1.1 Nguyên lý chung 24 2.2.7.1.2 Quá trình công nghệ bể yếm khí 26 a. Quá trình công nghệ 26 b. Vi sinh vật tham gia xử lý 27 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 3 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn 2.2.7.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xuất phân hủy tạo khí mêtan 28 a. nh hưởng nhiệt độ 28 b. Liều lượng nạp nhiên liệu 28 c. Các chất dinh dưỡng 29 d. pH và độ kiềm 29 e. Độ mặn 29 2.2.7.2 Hồ yếm khí 30 2.2.8 Các phương pháp hiếu khí 31 2.2.8.1 Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo 32 2.2.8.1.1 Xử lý tong các bể Arotenk 32 2.2.8.1.2 Bể Lọc sinh học( Biophin) 36 2.2.8.2 Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 35 2.2.8.2.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 35 2.2.8.2.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 36 2.2.8.2.3 Hồ sinh học 37 a. Hồ hiếu khí 38 b. Hồ hiếu khí tùy nghi 39 c. Hồ kỵ khí 40 2.2.9 Xử lý bùn cặn 41 CHƯƠNG III TỔNG QUAN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BÃI LỌC TRỒNG CÂY VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 44 3.1Tổng quan về bãi lọc trồng cây (Constructed Wetland) 46 3.1.1 Khái niệm 46 3.1.2 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc 46 3.1.3 Các dạng Bãi lọc ngập nước nhân tạo 47 3.1.3.1 BLNT có dòng chảy bề mặt (FWS) 48 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 4 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn a. Các nguyên lý cơ bản 48 b. Tác dụng của cây trong FWS 48 c. Cơ chế vận chuyển oxy trong FWS 49 3.1.3.2 BLNT có dòng chảy ngầm (SSF) 49 a. Phân loại 49 b. Các nguyên lý cơ bản 50 c. Vận chuyển oxy trong SSF 50 d. Loại bỏ P qua hấp phụ (phân hủy các phần tử P) 50 3.1.3.2.1 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm ngang (HSF) 50 3.1.3.2.2 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm thẳng đứng (VSF) 51 3.1.4 Cấu tạo và các cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong BLNT 52 3.1.4.1 Cấu tạo hệ thống BLNT 52 3.1.4.2 Cơ chế loại bỏ chất ôi nhiễm trong BLNT 54 a. Quá trình vật lý 54 b. Quá trình hóa học 55 c. Quá trình sinh học 55 3.1.5 Khả năng xử lý của BLNT 57 3.1.6 Thực vật trong bãi lọc 59 3.1.6.1 Các nhóm thực vật thủy sinh 59 3.1.6.2 Vai trò của thực vật trong Bãi lọc 61 3.1.6.3 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải 62 3.1.7 Vi sinh vật trong bãi lọc nhân tạo 63 3.1.8 Vận hành và bảo dưỡng hệ thống BLNT 64 3.1.9 Ưu và nhược điểm của BLNT 66 3.2 Ứng dụng của BLNT trong canh tác nông nghiệp 68 3.2.1 Trên thế giới 68 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 5 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn 3.2.2 Tại Việt Nam 70 CHƯƠNG IV MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN 72 4.1 Kết quả thí nghiệm 73 4.1.1 Quy mô phòng thí nghiệm 73 4.1.2 Mô hình nghiên cứu 73 4.1.2.1 Đòa điểm thí nghiệm 73 4.1.2.2 Các công đoạn của mô hình 74 4.2 Kết quả và thảo luận 74 4.2.1 Kết quả 74 4.2.2 Thảo luận 78 4.2.2.1 Chiều cao cây X 79 4.2.2.2 Số lá cây Y 81 4.2.2.3 Diện tích lá Z 82 4.2.3 Các điều kiện ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của rau cải xanh 84 4.2.3.1 nh hưởng thời tiết khí hậu 84 4.2.3.2 Chất dinh dưỡng 84 4.2.3.3 Các yếu tố môi trường 86 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 5.1 Kết luận 88 5.2 Kiến nghò 90 Tài liệu tham khảo Phụ lục 1 Phụ lục 2 Phụ lục 3 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 6 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BOD 5 Nhu cầu oxy hóa sinh học 5 ngày (Biological Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa hóa học (Chemical Oxygen Demand) DO Oxy hòa tan (Dissolved oxygen) XLNT Xử lý nước thải VSV Vi sinh vật BLNT Bãi lọc nhân tạo SS Chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ĐH Đại Học Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 7 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG 2.1 Xếp loại các VSV có trong phân người và gia súc theo mức độ nguy hiểm 14 BẢNG 2.2 Thành phần % các khí sinh ra trong quá trình lên men 25 BẢNG 3.1 Giá trò K A và C * của một số thành phần nước thải đối với hệ thống FWS và SSF 54 BẢNG 3.2 Một số loài thực vật thủy sinh tiêu biểu 61 BẢNG 3.3 Tóm tắt các vai trò cơ bản của thực vật trongBLNT 62 BẢNG 3.4 Chất lượng nước sau bãi lọc nhân tạo Uggerhaine 69 BẢNG 3.5 Hiệu quả xử lý của cỏ Vetiver ở Úc 69 BẢNG 4.1 Các chỉ tiêu thông số đầu vào nước thải chế biến thòt 73 BẢNG 4.2 Các thông số mẫu nước giếng 73 BẢNG 4.3 Kết quả so sánh các nghiệm thức 79 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ HÌNH 2.1 Đường cong sinh trưởng của VSV trong bể xử lý 19 HÌNH 2.2 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kỵ khí 23 HÌNH 2.3 Sơ đồ phân hủy yếm khí nước thải 26 HÌNH 2.4 Sơ đồ hồ yếm khí xử lý nước thải chế biến thòt 31 HÌNH 2.5 Các quá trình trong Bể lọc sinh học nhỏ giọt 34 HÌNH 2.6 Các quá trình xảy ra trong Hồ sinh học 37 HÌNH 2.7 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và VSV trong Hồ hiếu khí 39 HÌNH 2.8 Sơ đồ Hồ hiếu khí tùy nghi 40 HÌNH 2.9 Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí 41 HÌNH 2.10 Sơ đồ phân hủy bùn cặn 42 HÌNH 3.1 Phân loại Bãi lọc nhân tạo 47 HÌNH 3.2 Mô hình BLNT có dòng chảy bề mặt (FWS) 48 HÌNH 3.3 Mô hình BLNT có dòng chảy ngầm ngang(HSF) 51 HÌNH 3.4 Mô hình BLNT có dòng chảy ngầm thẳng đứng(VSF) 52 HÌNH 3.5 Cấu tạo hệ thống BLNT 53 HÌNH 3.6 Quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm trong BLNT 58 HÌNH 3.7 Xử lý nước thải bằng cây sậy tại Đan Mạch 68 HÌNH 3.8 Mô hình xử lý nước thải bằng cây Dong Giềng và Mô hình xử lý nước thải tại cống thải nuôi heo ở Đồng Nai 71 HÌNH 3.9 Mô hình Bãi lọc trồng cây cỏ nến của trường ĐH nông lâm 71 HÌNH 4.1 Luống thứ 2 sau 5 ngày tuổi 75 HÌNH 4.2 Rau cải xanh sau 10 ngày tuổi 76 HÌNH 4.3 Sự hấp thụ chất dinh dưỡng và vận chuyển oxy vào rể thực vật76 HÌNH 4.4 Luống thứ 2 sau 20 ngày trồng thí nghiệm 78 HÌNH 4.5 Luống thứ 1 và thứ 2 sau 20 ngày 79 Sơ đồ Cánh Đồng tưới 35 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn DANH MỤC ĐỒ THỊ ĐỒ THỊ 4.1 Chiều cao trung bình của Luống thứ 1 79 ĐỒ THỊ 4.2 Chiều cao trung bình của Luống thứ 2 80 ĐỒ THỊ 4.3 Kết quả so sánh chiều cao cây X 80 ĐỒ THỊ 4.4 Số lá Y cây rau cải xanh Luống thứ 1 81 ĐỒ THỊ 4.5 Số lá Y rau cải xanh Luống thứ 2 81 ĐỒ THỊ 4.6 Kết quả so sánh Số lá Y 82 ĐỒ THỊ 4.7 Diện tích lá Z của luống thứ 1 82 ĐỒ THỊ 4.8 Diện tích lá Z của Luống thứ 2 83 ĐỒ THỊ 4.9 Kết quả so sánh diện tích lá Z của 2 Luống rau cải 83 Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 10 [...]... tài Việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp là một vấn đề mới ở nước ta Hệ thống Bãi lọc trồng cây là một công nghệ mới, hệ thống xử lý đơn giản và có thể ứng dụng vào phát triển nông nghiệp 1.7 Ý nghóa khoa học Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ của Bãi lọc trồng cây nhân tạo kết hợp với canh tác nông nghiệp 1.8 Ý nghóa thực tiễn Sinh viên... Nước thải chưa xử lý là nguồn tích lũy các chất độc hại cho con người và các sinh vật khác Sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có thể tại ra các khí nặng mùi 2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vục hoạt động thương mại, công sở, trường học hay các cơ sở khác Chúng chứa khoảng 58 % chất hữu cơ và 42% chất khoáng Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh. .. xuất nông nghiệp bền vững có nhiều vấn đề, nhưng tập trung là tạo ra sản phẩm sạch, an toàn và bảo vệ môi trường (trong đó có bảo vệ nguồn nước và bảo tồn tài nguyên đất) Khai thác, sử dụng chất hữu cơ là một giải pháp để bảo tồn tài nguyên đất trong sản xuất nông nghiệp bền vững Nước thải chứa chất hữu cơ cung cấp đủ chất hữu cơ và các vitamin cho cây trồng Việc tận dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào. .. cao các chất hữu cơ không bền sinh học ( như Cacbonhydrat , protein, mỡ ) chất dinh dưỡng (photphat, nito) vi trùng, chất rắn,và mùi 2.1.2.2 Nước thải công nghiệp (hay nước thải sản xuất) Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động sản xuất Trong quá trình công nghệ các nguồn nước thải có thể phân thành:  Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bò ô nhiễm bởi các tác chất và... kinh tế cao Công nghệ xử lý này ở Việt Nam còn rất mới mẻ Trong phạm vi hạn hẹp về thời gian và kiến thức về khóa luận em chọn đề tài Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp Công trình ứng dụng cho đề tài là hệ thống xử lý nước thải bằng Bãi lọc trồng cây 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Sản xuất bền vững là hướng phấn đấu của ngành nông nghiệp nhiều nước tiên tiến... chính bản thân nguồn nước “ Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng ” Nước thải chứa chất hữu cơ là nước thải có hàm lượng các hợp chất hữu cơ cao chiếm 80 – 90% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hydrat cacbon Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 16 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn Chất vo cơ chiếm 10 – 20... chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nito… Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 21 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng trong quá trình sinh. .. khí, lỏng, rắn Chất thải lỏng hay nước thải (wastewater) được đònh nghóa như một dạng hòa tan hay trộn lẫn giữa nước (nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm…) và chất thải từ sinh hoạt trong cộng đồng cư dân, các khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải, nông nghiệp Sự ô nhiễm nước ( water - pollution) xảy ra khi các chất nguy hại xâm nhập vào nước lớn hơn... men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, cũng như nước thải công Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn nghiệp chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD 4 - 5 g/l) Đây là phương pháp dùng để ổn đònh bùn cặn, trong đó các vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức... vi rút đường ruột nghiên cứu di truyền: Là đối tượng lí tưởng trong công nghệ di truyền, công nghệ sinh học - Bảo vệ môi trường: Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt … Bảng 2.1 – Xếp loại các vi sinh vật có trong phân người và gia súc theo mức độ nguy hiểm Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai 23 Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc