Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình kết hợp nuôi bèo lục bình (Eichhornia crassipes) và bèo tai tượng (Pistia stratiotes) để xử lý nước thải chế biến thủy sản

Ý nghĩa khoa học Tìm hiểu cơ chế hấp thụ, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng của thực vật thủy sinh nói chung, bèo lục bình và bèo tai tượng nói riêng để ứng dụng vào xử lý các



NGUYỄN DÂN DUY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH KẾT

HỢP NUÔI BÈO LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) VÀ BÈO TAI TƯỢNG (Pistia stratiotes L.) ĐỂ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Nha Trang, tháng 06 năm 2013

NGUYỄN DÂN DUY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH KẾT

HỢP NUÔI BÈO LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) VÀ BÈO TAI TƯỢNG (Pistia stratiotes L.) ĐỂ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy,

cô trong Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi trường, Trường Đại Học Nha Trang đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nên tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn

là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Em xin chân thành cảm ơn cô Hoàng Thị Huệ An người đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em trong suốt khoảng thời gian em thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn Ban Quản Lý Khu Công Nghiệp suối dầu kỹ sư Kiều Ngọc Mười và tập thể cán bộ trong phòng thí nghiệm Trung tâm Xử lý nước thải Khu công nghiệp Suối Dầu đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian thực tập

Để có được ngày hôm nay con xin chân thành gởi lời cảm ơn đến đấng sinh thành dưỡng dục, dạy dỗ con nên người, luôn kề vai sát cánh bên con, động viên những lúc con gặp khó khăn, luôn dạy con những điều hay lẽ phải của cuộc sống để con ngày một hoàn thiện hơn trong cuộc sống

Cuối cùng, em xin kính chúc toàn thể quý thầy cô Trường Đại Học Nha Trang, Cha Mẹ, Ban Quản lý khu công nghiệp Suối Dầu và các thầy cô trong Viện luôn thành đạt trong công việc và cuộc sống

Nha Trang, tháng 06 năm 2013

Sinh viên Nguyễn Dân Duy

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 1

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục đích đề tài 2

Nội dung nghiên cứu 2

Ý nghĩa thực tiễn 2

Ý nghĩa khoa học 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về thực vật thủy sinh 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.2 Những nhóm thực vật thủy sinh [9] 4

1.1.2.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước (submerged plant) 4

1.1.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants) 4

1.1.2.3 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant) 5

1.1.3 Cơ chế xử lý ô nhiễm nước thải của thực vật thủy sinh 5

1.1.3.1 Quá trình hô hấp ở thực vật 5

1.1.3.2 Sự quang hợp của thực vật 6

1.1.3.3 Quá trình tổng hợp protein 6

1.1.4 Khả năng xử lý nước thải của thực vật thủy sinh 6

1.1.4.1 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải của thực

vật thủy sinh 6

1.1.4.2 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải bằng TVTS 7

1.1.4.3 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng hóa 7

1.1.4.4 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh [12] 8

1.1.5 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng TVTS 10

1.1.6 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao để xử lý nước thải bằng TVTS 12

1.1.7 Đặc điểm, nguồn gốc, ứng dụng của bèo lục bình và bèo tai tượng 13

1.1.7.1 Lục bình [10] 13

1.1.7.2 Bèo tai tượng [11] 14

1.1.8 Một số loài thực vật xử lý nước thải khác 15

1.1.8.1 Cỏ vetiver 15

1.1.8.2 Cây bông súng 16

1.1.8.3 Cỏ voi 16

1.1.8.4 Cây rau mác 16

1.1.8.5 Cây kèo nèo 16

1.1.8.6 Bèo tai chuột 17

1.1.8.7 Cây điên điển 17

1.1.8.8 Bèo hoa dâu 17

1.1.8.9 Sậy núi 17

1.2 Tổng quan về nước thải thủy sản 18

1.2.1 Tổng quan về ngành thủy sản nước ta 18

1.2.2 Nguồn gốc phát sinh chất thải chế biến thủy sản 18

1.2.3 Thành phần và tính chất chất thải chế biến thủy sản [5] 19

1.2.3.1 Chất thải rắn 19

1.2.3.2 Chất thải lỏng 19

1.2.3.3 Chất thải khí 20

1.2.4 Tác động của nước thải chế biến thủy hải sản đến môi trường 20

1.2.4.1 Các chất hữu cơ 20

1.2.4.2 Chất rắn lơ lửng 20

1.2.4.3 Chất dinh dưỡng (N, P) 21

1.2.4.4 Vi sinh vật 21

1.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải [6] 21

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 21

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý 22

1.3.3 Phương pháp sinh học 23

1.3.3.1 Quá trình hiếu khí 23

1.3.3.2 Xử lý kỵ khí 24

1.3.4 Những công trình xử lý sinh học thường sử dụng 25

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.2 Hóa chất – Dụng cụ – Thiết bị đo 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 28

2.3.2 Phương pháp phân tích 32

2.3.2.1 Phương pháp lấy mẫu 32

2.3.2.2 Phương pháp theo dõi tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo 32

2.3.2.3 Phương pháp xác định diện tích che phủ của bèo 32

2.3.2.5 Phương pháp phân tích mẫu 33

2.3.3 Phương pháp xử lý và đánh giá số liệu 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Xác định thông số nước thải đầu vào 39

3.2 Tốc độ sinh trưởng, phát triển của bèo ở các mô hình theo thời gian 40

3.2.1 Tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo lục bình qua các tuần 41

3.2.2 Tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo tai tượng qua các tuần 42

3.2.3 Tốc độ sinh trưởng phát triển của mô hình kết hợp bèo lục bình + bèo tai tượng qua các tuần 43

3.3 Đánh giá khả năng xử lý pH, COD, BOD5, N, P, TSS của các mô hình 45

3.3.1 Diễn biến pH ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 45

3.3.2 Diễn biến hàm lượng COD ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 47

3.3.3 Diễn biến hàm lượng BOD5 ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 48

3.3.4 Diễn biến hàm lượng N ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 50

3.3.5 Diễn biến hàm lượng P ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 52

3.3.6 Diễn biến hàm lượng TSS ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 54

3.3.7 Sự thay đổi về màu sắc của nước thải ở các mô hình thực nghiệm theo thời gian 55

3.4 Kết quả nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm 56

3.5 Kết quả nghiên cứu trên mô hình thực tế 57

3.6 So sánh hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 58

3.7 Giới hạn đề tài 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

Kết luận 60

Kiến nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATP : Adenosine triphosphate : Năng lượng tự do

BOD : Biochemical Oxygen Demand : Nhu cầu ôxy sinh hóa BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi Trường

COD : Chemical Oxygen Demand : Nhu cầu ôxy hóa học

DO : Dissolved Oxygen : Nồng độ ôxy hòa tan FAS : Ferrous ammonium sulfate

KCN : Khu công nghiệp

NADH : Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) + Hydrogen (H) PAC : Poly aluminum chloride

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN :Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS : Total Suspended Solid : Tổng chất rắn lơ lửng TVTS : Thực vật thủy sinh

UASB : Upflow Anearobic Sludge Blanket : Bể phản ứng kỵ khí USD : Đô la Mỹ

VSV : Vi sinh vật

P: : Total Phosphorus : Hàm lượng phốtpho tổng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Chương 1

Bảng 1.1 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng thủy thực vật 10

Bảng 1.2 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao xử lý nước thải 12

Bảng 1.3 Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải 22

Bảng 1.4 Một số công trình xử lý nước thải tiêu biểu thường gặp 25

Chương 2 Bảng 2.1 Thể tích mẫu và lượng hóa chất tương ứng với từng loại ống COD 35

Chương 3 Bảng 3.1 Kết quả phân tích nước thải đầu vào trước khi bố trí thí nghiệm 39

Bảng 3.2 Kết quả về sinh khối sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 40

Bảng 3.3 Kết quả về diện tích che phủ sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 40

Bảng 3.4 Kết quả diễn biến pH sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 45

Bảng 3.5 Kết quả diễn biến COD sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 47

Bảng 3.6 Kết quả diễn biến BOD5 sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 48

Bảng 3.7 Kết quả diễn biến N sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 50

Bảng 3.8 Kết quả diễn biến P sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 52

Bảng 3.9 Kết quả diễn biến TSS sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 54

Bảng 3.10 Hiệu suất xử lý của các mô hình sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm 56 Bảng 3.11 Kết quả diễn biến hàm lượng các chất ô nhiễmsau 3 tuần chạy mô hình thực tế 57

Bảng 3.12 Hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Chương 1

Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thưc vật 3

Hình 1.2 Bèo lục bình 13

Hình 1.3 Bèo tai tượng 14

Hình 1.4 Cỏ vetiver 15

Hình 1.5 Cây bông súng 16

Hình 1.6 Cỏ voi 16

Hình 1.7 Cây rau mác 16

Hình 1.8 Cây kèo nèo 16

Hình 1.9 Bèo tai chuột 17

Hình 1.10 Sậy núi 17

Hình 1.11 Sậy núi 17

Hình 1.12 Bèo hoa dâu 17

Hình 1.13 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí 24

Hình 1.14 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí 25

Chương 2 Hình 2 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 29

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên quy mô thực tế 31

Chương 3 Hình 3.1 Sinh khối bèo lục bình qua các tuần 41

Hình 3.2 Tỷ lệ che phủ của bèo lục bình qua các tuần thí nghiệm 42

Hình 3.3 Sinh khối bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 42

Hình 3.4 Tỷ lệ che phủ của tai tượng qua các tuần thí nghiệm 43

Hình 3.5 Sinh khối lục bình + bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 44

Hình 3.6 Tỷ lệ che phủ của bèo lục bình + bèo tai tượng qua các tuần thí nghiệm 44

Hình 3.7 Diễn biến pH của các mô hình thực nghiệm theo thời gian 46

Hình 3.8 Diễn biến COD của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 47

Hình 3.9 Diễn biến BOD5 của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 49

Hình 3.10 Diễn biến N của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 51

Hình 3.11 Diễn biến P của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 53

Hình 3.12 Diễn biến hàm lượng TSS của các mô hình thí nghiệm theo thời gian 55

Hình 3.13 Hiệu suất xử lý của các mô hình thực nghiệm theo thời gian 56

Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện mức giảm nồng độ các thông số COD, BOD5, N, P 58 Hình 3.15 Hiệu suất xử lý giữa mô hình thực tế và mô hình thực nghiệm 59

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống của con người Mọi lĩnh vực trong cuộc sống đều cần tới nước Cùng với quá trình công nghiêp hóa và hiện đại hóa phát sinh ra nhiều chất thải làm ô nhiễm nguồn nước rất nghiêm trọng Như chúng ta đã biết tỷ lệ nước ngọt có khả năng sử dụng được chiếm rất ít còn lại là nước ở dạng băng, dạng hơi Thế nhưng chúng ta không ý thức bảo vệ nguồn nước để sử dụng lâu dài mai sau mà đổ biết bao chất ô nhiễm vào nguồn nước làm cho nước càng ngày càng khan hiếm

Hiện nay, hầu hết các hệ thống sông, ao, hồ, kênh rạch đều ô nhiễm nghiêm trọng đặc biệt là ô nhiễm do các chất hữu cơ từ các nguồn thải sinh hoạt, chế biến thủy sản, công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp thực phẩm, lò mổ, chăn nuôi Làm nước có màu đen, hủy hoại nhanh chóng các hệ động thực vật thủy sinh, gây mùi hôi thối ảnh hưởng tới cảnh quan cũng như chất lượng cuộc sống con người Nước ô nhiễm từ quá trình chế biến thủy sản có khả năng tự làm sạch tuy nhiên là chỉ ở một mức độ nhất định và sau một thời gian rất lâu nhờ các vi sinh vật tồn tại sẵn trong nước thải Trên thực tế môi trường nước của chúng ta đang bị ô nhiễm rất nghiêm trọng cần phải xử lý chứ không thể để tự làm sạch được Xử lý các chất ô nhiễm này có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau như xử lý bằng các chất hoá học, làm lắng, đông keo tụ Tuy nhiên, các biện pháp trên đều rất tốn kém chi phí đầu tư, chi phí vận hành và tốn nhiều công

Ngược lại, việc sử dụng các biện pháp sinh học đòi hỏi không nhiều kinh phí đầu tư, không yêu cầu máy móc thiết bị hiện đại đắt tiền và nhiều công sức, đặc biệt

là sử dụng các thực vật thuỷ sinh thân thiện với môi trường và theo nghiên cứu của Trương Thị Nga, Trương Hoàng Đan, Nguyễn Công Thuận và cộng sự thì các TVTS có khả năng xử lý các chất ô nhiễm với hiệu suất rất cao chính vì thế tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình kết hợp nuôi bèo lục bình (Eichhornia crassipes) và bèo tai tượng (Pistia stratiotes L.) để xử lý nước thải chế biến thủy sản”

Mục đích đề tài

Đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của mô hình xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng bèo lục bình, bèo tai tượng và mô hình bèo lục bình kết hợp bèo tai tượng

Nội dung nghiên cứu

Triển khai bố trí mô hình thực nghiệm trên quy mô phòng thí nghiệm

Phân tích các thông số ô nhiễm COD, BOD5, TSS, N, P, pH

Theo dõi tốc độ sinh trưởng phát triển của lục bình và bèo tai tượng

Ý nghĩa thực tiễn

Thông qua nghiên cứu của đề tài để góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chế biến thủy sản Có thể coi đây là một phương pháp xử lý hài hòa giữa lợi ích kinh tế và lợi ích môi trường, mang tính kinh tế cao và phù hợp với điều kiện nước ta, đặc biệt là vùng đang được đô thị hóa Hạn chế ô nhiễm nguồn nước, bảo đảm chất lượng môi trường sống của con người

Ý nghĩa khoa học

Tìm hiểu cơ chế hấp thụ, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng của thực vật thủy sinh nói chung, bèo lục bình và bèo tai tượng nói riêng để ứng dụng vào xử lý các loại nước thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về thực vật thủy sinh

1.1.1 Giới thiệu chung

Các loài thực vật không chỉ tồn tại ở trên mặt đất, mà chúng còn tồn tại cả

những vùng đất ngập nước Những thực vật sống ở những vùng ngập nước được gọi

là thực vật thủy sinh Các loài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm Quá trình

quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua rễ và qua lá Ở lá của các loài thực vật (kể cả thực vật thủy sinh) đều có nhiều khí khổng Mỗi một cm² bề mặt lá có khoảng 100 lổ khí khổng Qua lổ khí khổng này, ngoài sự trao đổi khí còn có sự trao đổi các chất dinh dưỡng Do đó, lượng vật chất đi qua lổ khí khổng để tham gia quá trình quang hợp không nhỏ Ở rễ, các chất dinh dưỡng vô cơ được lông rễ hút và chuyển hoá lên lá

để tham gia quá trình quang hợp Như vậy vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với các chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hoà tan Các chất hữu

cơ không được thực vật tiêu thụ trực tiếp mà phải qua quá trình vô cơ hoá nhờ hoạt

động của vi sinh vật Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng

thành các chất vô cơ hoàn tan Lúc đó thực vật mới có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất [1]

Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối sinh vật

Sinh khối vi sinh vật

Hình 1.1 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thưc vật

1.1.2 Những nhóm thực vật thủy sinh [9]

Tuy không đa dạng như thực vật phát triển trên cạn, nhưng thực vật thủy sinh cũng phát triển rất phong phú ở nhiều khu vực trên trái đất Để tồn tại được trong môi trường nước khác nhau đòi hỏi mỗi loài thực vật phải có sự tiến hóa và tính thích nghi rất cao Chính do sự tiến hóa và tính thích nghi này mà các loài thực vật thủy sinh có những đặc điểm riêng, khác với thực vật trên cạn

Cần lưu ý rằng, không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh đều có thể sử dụng để xử lý môi trường nước Chỉ có một ít trong số thực vật thủy sinh mới có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm Thực vật thủy sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia ra làm ba nhóm lớn

1.1.2.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước (submerged plant)

Những thực vật ngập nước tồn tại hai dạng: một dạng thực vật có rễ bám vào đất, hút chất dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước, một dạng thân và lá

lơ lững trong lòng nước Những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới bề mặt nước) được gọi là thủy sinh ngập nước Đặc điểm quan trọng của các loài thực vật thủy sinh ngập nước là tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòng nước, quá trình quang hợp phụ thuộc vào:

1.1.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants)

Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm trong vùng nhiệt đới Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, chúng bao gồm hai phần: phần lá

và thân mềm nổi trên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm Chúng phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá, thực

hiện các quá trình quang hợp Các loài thực vật trôi nổi phát triển và sinh sản rất mạnh, nhiều khi chúng gây ra những vấn nạn sinh khối

1.1.2.3 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant)

Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước Phần rễ bám vào trong đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên

lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp Việc làm sạch môi trường nước đối với các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước Những vật chất lơ lững thường ít hoặc không được chuyển hóa

1.1.3 Cơ chế xử lý ô nhiễm nước thải của thực vật thủy sinh

Quá trình quang hợp, quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào thực vật là quá trình tạo sinh khối của thực vật Tất cả vật chất tạo ra sinh khối thực vật được lấy ra từ các chất hoặc hợp chất vô cơ từ môi trường sống Dựa vào những cơ chế này chúng ta có thể sử dụng thực vật thủy sinh như tác nhân chuyển hóa vật chất trong nước thải thành sinh khối thực vật và làm giảm ô nhiễm trong nước thải

1.1.3.1 Quá trình hô hấp ở thực vật

Tất cả các quá trình trao đổi chất của sinh vật được tập trung trong tế bào Quá trình hô hấp cũng vậy, quá trình này được xem như quá trình phản ứng enzym rất đặc trưng Các hợp chất hữu cơ có trong tế bào như protein, polysaccharit, lipit, axit amin sẽ bị oxy hóa tạo ra CO2, H2O, các loại khí khác và năng lượng Năng lượng được tạo ra sẽ được tích lũy trong phân tử ATP Năng lượng trong phân tử ATP sẽ được tế bào sử dụng dần trong suốt quá trình sống của thực vật Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ATP Đường glucose là vật chất được sử dụng trong quá trình hô hấp thường xuyên nhất Khi gặp oxy, chúng sẽ được chuyển thành CO2 và H2O Năng lượng được giải phóng sẽ được giữ lại trong các cầu nối của phân tử ATP [13]

1.1.3.2 Sự quang hợp của thực vật

Quang hợp là một quá trình rất đặc biệt, phổ biến nhất ở tất cả các loài thực vật và ở một số loài vi sinh vật Quá trình quang hợp xảy ra ở lục lạp Sắc tố quang hợp nhận năng lượng mặt trời tiến hành oxy hóa nước, giải phóng oxy và khử CO2

để tạo thành chất hữu cơ mà chủ yếu là gluxit [14]

Quá trình quang hợp xảy ra qua 2 giai đoạn: giai đoạn sáng và giai đoạn tối

- Giai đoạn sáng: ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong màng thylakoid, kết quả của quá trình chuyển hóa này sẽ tạo ra các hợp chất cao năng ATP và NADH

- Giai đoạn tối: Ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong stroma (chất nền) Các phản ứng này cần được cung cấp năng lượng từ ATP và NADH để tổng hợp ra gluxit

1.1.3.3 Quá trình tổng hợp protein

Protein là một trong những thành phần quan trọng của thực vật Protein là chuỗi polypeptit, chúng được tạo ra từ các axit amin nối với nhau bằng liên kết peptit Các axit amin được tế bào tổng hợp ra và được cung cấp từ môi trường bên ngoài Thực vật chỉ đồng hóa các hợp chất hữu cơ ở dạng vô cơ hòa tan Do đó, các axit amin có trong tế bào thực vật chủ yếu do tế bào sinh tổng hợp nên

Quá trình tổng hợp protein xảy ra liên tục ở trong tế bào Nhờ đó, các phản ứng sinh hóa mới được thực hiện và nhờ đó tế bào mới tiến hành phân chia và phát triển, trong đó những protein – enzym chiếm số lượng rất lớn và đóng vai trò quyết định trong các phản ứng hóa học chuyển hóa vật chất

1.1.4 Khả năng xử lý nước thải của thực vật thủy sinh

1.1.4.1 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải của thực vật thủy sinh

Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ hữu cơ cao Do đó, trong nước thải chứa nhiều độc tố pH, quá kiềm hay quá axít đều ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của chúng

Ngoài ra, sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưng lại chậm hơn các loài vi sinh vật Do đó, nếu so sánh khả năng chuyển hóa vật chất hóa học có trong nước thải giữa thực vật và vi sinh vật thì thực vật thường chậm hơn rất nhiều Ngoài tốc độ sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật

ra, còn có một đặc điểm rất quan trọng khác là tốc độ chuyển hóa vật chất trong một ngày/đêm của vi sinh vật rất cao Chúng có thể chuyển hóa lượng vật chất gấp hàng ngàn lần khối lượng của chúng Trong đó, thực vật chuyển hoá lượng vật chất so với khối lượng của chúng thường không cao

Tuy nhiên các loài thực vật thủy sinh có những ưu điểm rất đặc biệt mà ở vi sinh vật không có được, đó là khả năng hấp thụ kim loại nặng, khả năng ổn định sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức độ dễ dàng trong thu nhận sinh khối thực vật cũng như khả năng sử dụng sinh khối này trong nhiều mục đích khác nhau [12]

1.1.4.2 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải bằng TVTS

Các loài thực vật thủy sinh có khả năng xử lý kim loại nặng rất tốt

Thực vật nhận kim loại nặng từ môi trường nước, đưa chúng vào sinh khối thực vật Sinh khối thực vật được thu hoạch và đưa ra khỏi môi trường nước Do đó, kim loại nặng được chuyển từ môi trường nước và chuyển vào sinh khối của thực vật, kết quả là nước giảm kim loại nặng [12]

1.1.4.3 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng hóa

Hiện tượng phú dưỡng hóa là hiện tượng phát triển mạnh các loài rong, tảo và thực vật thủy sinh khi trong môi trường nước chứa nhiều nitơ và phốt pho Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng hóa sẽ làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái nước và 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 [15]

1.1.4.4 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh [12]

 Khả năng chuyển hóa BOD 5

Trong môi trường nước, BOD5 không chỉ chuyển hóa bởi vi sinh vật mà còn chuyển hóa bởi thực vật thủy sinh

Sự biến động BOD5 trong môi trường nước khi thực vật thủy sinh phát triển có

sự dao động rất lớn Sự giao động của BOD5 phụ thuộc vào từng loại thực vật thủy sinh và phụ thuộc vào khí hậu trong năm, tức là phụ thuộc vào thời gian mà thực vật này phát triển

Các loài vi sinh vật bám vào rễ và thân, mầm thực vật thủy sinh ngập trong nước đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình làm thay đổi BOD5 trong môi trường nước Thực vật làm giảm BOD5 trực tiếp rất khó xảy ra

 Khả năng chuyển đổi 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 vi sinh vật hoặc hút bám, hấp phụ bởi TVTS

Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi do sự va chạm vào thực vật thủy sinh, đáy hồ, sông và các chất rắn lơ lửng khác Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa bởi sự thối rữa yếm khí

 Chuyển hóa nitơ

Ở những vùng nước thải mới, thực vật dễ nhận nitơ hơn nước thải tồn tại lâu trong thiên nhiên Điều đó có thể được hiểu là nước thải tồn tại lâu trong điều kiện

tự nhiên thường chứa ít nitơ vô cơ và trong loại nước thải này có nhiều NO3-, trong khi đó, ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH4+ Nitơ được chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản sau:

- Thực vật nhận từ các chất chứa nitơ có trong môi trường nước để tạo ra sinh khối, sau đó sinh khối được loài người, động vật sử dụng

- Bị mất theo dạng amoniac

- Vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrit hóa và phản ứng nitrit hóa Hai quá trình này xảy ra do vi sinh vật thực hiện

 Chuyển hóa phốt pho

Phốt pho trong môi trường nước tham gia vào thành phần AND (Axit Deoxyribo Nucleic), ARN (Axit Ribo Nucleic), ATP (Adenosine Tri Photpate), ADP (Adenosine Di Photpate), AMP (Adesine Mono Photphate) Tất cả những hợp chất và các dạng phốt pho đó đều được thực vật hấp thụ Khi ta thu hoạch sinh khối tức là đã tách phốt pho đã được chuyển hóa ra khỏi môi trường nước Phốt pho trong nước thải có thể được chuyển hóa bởi các nguyên nhân sau:

- Chuyển hóa do VSV

- Chuyển hóa do thực vật thủy sinh

- Chuyển hóa do quá trình hấp thụ hóa học

1.1.5 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng TVTS

Theo Trương Thị Nga, Trương Hoàng Đan, Nguyễn Công Thuận và cộng sự các thực vật thủy sinh gồm: bèo tai tượng, bèo lục bình, cần ống, ngổ, rau muống đều xử lý rất tốt các chất ô nhiễm đặc biệt là chất hữu cơ và đạm (Xem bảng 1.1)[1]

Bảng 1.1 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng thủy thực vật [1]

Đơn vị: %

Thực vật Thông số ô nhiễm Hiệu quả xử lý

Bèo tai tượng

COD BOD Tổng N Tổng P

44,00 75,00 84,00 – 95,00

> 90

Cần ống

BOD Tổng N Tổng P

96,00 94,30 81,4

Bèo lục bình

BOD Tổng N Tổng P

87,67 62,25 64,37

Ngổ

COD Tổng N Tổng P

44,97 53,60 33,56

Rau muống

BOD COD Tổng N Tổng P

63,28 50,49 81,26 38,02

Kết quả của đề tài “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh” của Nguyễn Thị Thanh Huệ cho thấy khi nghiên cứu một số mô hình đất ngập nước xử lý nước rỉ rác bằng cách trồng sậy và cỏ nến thì khả năng xử

lý NH3-N như sau: giá trị trung bình dòng vào là 211 mg/l, dòng ra là 3,4 mg/l và

phốt pho giá trị trung bình dòng vào là 0,4 mg/l, dòng ra không phát hiện Hiệu quả

xử lý khá tốt, đủ điều kiện sử dụng nước cho tưới tiêu [3]

Các nhà khoa học thuộc Viện Hóa Học, Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và phân tích thấy rằng bèo lục bình

có khả năng hấp thụ kim loại nặng và các chất ô nhiễm hữu cơ tốt Sử dụng bèo lục bình để xử lý nước rò rỉ từ bãi rác Nam Sơn (Hà Nội) cho thấy rất hiệu quả Nước

rò rỉ từ bãi rác có các thành phần ô nhiễm chủ yếu là amoni, tổng lượng N, COD và BOD với hàm lượng rất cao Trong thí nghiệm, dịch rò rỉ từ bãi rác được pha loãng

từ 60% đến 70% sau 25 ngày, còn hàm lượng BOD đã giảm gần 9 lần Nếu kết hợp với quá trình tiền xử lý hóa học đơn giản như keo tụ, trộn vôi và sục CO2 hoặc sau giai đoạn tự phân hủy hiếu khí, nước rò rỉ từ bãi rác được pha loãng để giảm hàm lượng NH4+ xuống còn khoảng 100 mg/lít thì khả năng sử dụng bèo lục bình để xử

lý chất lượng nước thải nhằm đạt tiêu chuẩn cho phép là hoàn toàn khả thi [7] Nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Hậu Giang, trong thời gian 9 tháng, nhằm khảo sát diễn biến độ đục, hàm lượng COD, tổng nitơ, tổng phốt pho trong nước thải chăn nuôi và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của rau ngổ và lục bình thông qua sự tăng trưởng cũng như khả năng hấp thu đạm, lân, kim loại nặng của hai loại rau này trong môi trường nước thải Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý nước thải của rau ngổ đối với độ đục là 96,94%; COD là 44,97%; nitơ tổng là 53,60%, phốt pho tổng là 33,56% Hiệu suất xử lý nước thải của lục bình đối với độ đục là 97,79%; COD là 66,10%; nitơ tổng là 64,36%, phốt pho tổng là 42,54% Kết quả về đặc điểm sinh học cho thấy, rau ngổ và lục bình có khả năng thích nghi và phát triển tốt trong môi trường nước thải Phân tích hàm lượng kim loại nặng trong rau ngổ, lục bình, nước ao thí nghiệm và bùn, kết quả cho thấy Cu, Zn, Cd, Cr trong nước thải

xả ra môi trường đạt loại A so TCVN 5942 – 1995 Đối với rau ngổ, các kim loại nặng có xu hướng tích lũy trong rễ nhiều hơn trong thân lá Lục bình thì ngược lại, hấp thu và tích lũy trong thân lá lại cao hơn trong rễ [2]

1.1.6 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao để xử lý nước thải bằng TVTS Bảng 1.2 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao xử lý nước thải [9]

thải sau xử lý Nước thải thô

Thời gian lưu tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.ngày) TSS < 30 mg/L

1.1.7 Đặc điểm, nguồn gốc, ứng dụng của bèo lục bình và bèo tai tƣợng

Hình 1.2 Bèo lục bình

phát triển rất mạnh ở các ao hồ, ven sông, sống thành quần thể sát bờ sông hoặc kênh rạch

 Sử dụng

Ở dạng tự nhiên, loại lục bình này có tác dụng hấp thụ những kim loại nặng (như chì, thủy ngân và strontium) và vì thế có thể dùng để xử lý ô nhiễm môi trường

Ngoài ra, còn dùng làm thức ăn cho gia súc, nguyên liệu để ủ nấm rơm, làm phân chuồng Trong y học cổ truyền, lá lục bình đem giả với muối rồi đem đắp lên ung nhọt sẽ làm giảm sưng

1.1.7.2 Bèo tai tượng [11]

 Tên

- Tên tiếng việt: Bèo tai tượng, bèo cái, bèo ván

- Tên khoa học: Pistia stratiotes L

 Đặc điểm

Cây thảo thuỷ sinh nổi Thân đâm chồi, mang các nhánh ngắn, có lá mọc chụm lại Lá đơn, mọc từ gốc, dạng trái xoan tròn ở đầu, thuôn dài ở gốc, nổi rõ gân, màu xanh, phủ lớp lông như nhung ngứa và không thấm nước Buồng hoa nhỏ

độ 1cm, màu lục nhạt Mỗi buồng chỉ mang 2 hoa trần: hoa đực ở phần trên với 2

Hình 1.3 Bèo tai tƣợng

nhị dính nhau; ở phần giữa có hoa lép thành vẩy; hoa cái ở dưới có bầu 1 ô, chứa nhiều noãn thẳng Bèo tai tượng chứa 93,13% nước; 6.87% chất khô; 5,09% chất hữu cơ, 0,63% protid thô, 0,29% chất béo thô, 1,24% cellulos, 2,93% chất không chứa nitrogen, 1,78% tro, 0,185% phosphor, 1,80% calcium Trong tro hầu hết là

muối kali (75% kali chlorua, 25% kali sulfat)

 Sử dụng

Cây bèo tai tượng có tác dụng hấp thụ kim loại nặng và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nước Vì thế nó có tính năng chống ô nhiễm cho nước, đặc biệt quan trọng cho các vùng đô thị Ở một số quốc gia đang phát triển, tại đó hệ thống dẫn và xử lý nước thải còn chưa hoàn chỉnh nên đã gây ra tình trạng ô nhiễm nặng cho nước bề mặt

Ngoài ra, bèo tai tượng là vị thuốc dân gian Nhân dân thường dùng loại bèo

có mặt dưới tía làm thuốc uống trong chữa mẩn ngứa, tiêu độc mụn nhọt, chữa ho, hen suyễn, thông kinh, chữa đái buốt, đái dắt Còn dùng ngoài để rửa mụn nhọt,

mẩn ngứa Bèo khô dùng hun trừ muỗi

1.1.8 Một số loài thực vật xử lý nước thải khác

1.1.8.1 Cỏ vetiver

- Họ: Gramanae

- Tộc: Andropogoneae

- Tên khoa học: Vetiver zizanioides

- Tên thường gọi: Vetiver grass,

cỏ hương bài

Hình 1.4 Cỏ vetiver

1.1.8.5 Cây kèo nèo

Tên khoa hoc: Laminocharis

flava Buch

Họ: Limnocharitaceae

Hình 1.5 Cây bông súng Hình 1.7 Cây rau mác

Hình 1.8 Cây kèo nèo Hình 1.6 Cỏ voi

1.1.8.6 Bèo tai chuột

Tên khoa học: Salvinia cucullata

Họ: Salviaceae

1.1.8.7 Cây điên điển

Tên khoa học: Sesbania sesban Họ: Fabaceae

1.1.8.8 Bèo hoa dâu

Tên khoa học: Azolla caroliana

1.2 Tổng quan về nước thải thủy sản

1.2.1 Tổng quan về ngành thủy sản nước ta

Nước ta có bờ biển dài trên 3200 km, có rất nhiều vịnh thuận lợi kết hợp với

hệ thống sông ngòi, ao hồ, đó là nguồn lợi to lớn để phát triển ngành nghề nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản

Cùng với ngành nuôi trồng thuỷ sản, khai thác thuỷ sản thì ngành chế biến thuỷ sản đã đóng góp xứng đáng chung trong thành tích của ngành thuỷ sản Việt Nam Mặt hàng đông lạnh chiếm khoảng 80% Sản phẩm thuỷ hải sản của Việt Nam đứng thứ 19 về sản lượng, đứng thứ 30 về kim ngạch xuất khẩu Chế biến thủy sản

ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng với nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại và gần đây có tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao Sản lượng chế biến thủy sản năm 1986 là 127.449 tấn, năm 1999 là 451.541 tấn tăng gấp 3,5 lần Trong chiến lược phát chuyển kinh tế của ngành thủy sản, mục tiêu đặt ra đến 2012 sản lượng chế biến đạt hơn 1 tỷ tấn, kinh ngạch xuất khẩu đạt 3,5-4 t ỷ USD [8]

Do sự phong phú đa dạng về loại nguyên vật liệu và sản phẩm nên thành phần

và tính chất nước thải công nghiệp chế biến thủy sản cũng hết sức đa dạng và phức tạp Một cách tổng quát, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản nhìn chung là có các thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Đây là một trong những ngành công nghiệp có tải lượng ô nhiễm cao, cần phải có biện pháp thích hợp để kiểm soát ô nhiễm do nước thải, trong đó xử lý nước thải là một trong những yêu cầu hết sức cần thiết Sự ô nhiễm nguồn nước do ngành chế biến thủy sản thải trực tiếp ra môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý môi trường Do đó, việc nghiên cứu xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản là một yêu cầu cấp thiết đặt ra không chỉ đối với những người làm công tác bảo vệ môi trường

mà còn là của tất cả mọi người

1.2.2 Nguồn gốc phát sinh chất thải chế biến thủy sản

Nước thải có nguồn gốc từ: sơ chế nguyên liệu, luộc, tẩm, hấp, vệ sinh dụng

cụ, nhà xưởng Nước thải từ khâu rã đông (tan đá ướp), rửa nguyên liệu thùng, bao

bì đựng nguyên liệu Tùy thuộc vào dạng nguyên liệu (tôm, cá, mực, bạch tuộc, cua, nghêu, sò…), kích cỡ của nguyên liệu và thời gian bảo quản thì mức độ ô nhiễm nước thải khác nhau Nguồn gốc phát sinh chất thải chủ yếu từ các quy trình sản xuất, đông lạnh, đóng hộp, sấy khô Các quy trình sản xuất được trình bày cụ thể ở phụ lục 3

1.2.3 Thành phần và tính chất chất thải chế biến thủy sản [5]

Với các quy trình công nghệ như trên thì nguồn phát sinh chất thải gây ô nhiễm chủ yếu trong các công ty chế biến đông lạnh thì được chia làm ba dạng: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Trong quá trình sản xuất còn gây ra các

nguồn ô nhiễm khác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây cháy nổ

1.2.3.1 Chất thải rắn

Chất thải rắn thu được từ quá trình chế biến tôm, mực, cá, sò có đầu vỏ tôm,

vỏ sò, da, mai mực, nội tạng… Thành phần chính của phế thải sản xuất các sản phẩm thuỷ sản chủ yếu là các chất hữu cơ giàu đạm, canxi, phốtpho Toàn bộ phế liệu này được tận dụng để chế biến các sản phẩm phụ, hoặc đem bán cho dân làm thức ăn cho người, thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc thuỷ sản

Ngoài ra còn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hư hỏng hoặc đã qua sử dụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị

1.2.3.2 Chất thải lỏng

Nước thải trong công ty máy chế biến đông lạnh phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất Nước thải của một nhà máy chế biến thủy hải sản bao gồm:

- Nước thải sản xuất: đây là loại nước thải rửa hải sản các loại (cá, tôm, mực…)

- Nước thải vệ sinh công nhiệp: đây là nước cần dùng cho việc rửa sàn nhà mỗi ngày, ngoài ra còn dùng để rửa các thiết bị , máy móc…

- Nước thải sinh hoạt mỗi ngày: nước thải từ các hoạt động sinh hoạt của các cán bộ công nhân viện trong các nhà máy Đây là lượng nước thải đáng kể vì trong các nhà máy chế biến thải hải sản thường có

1.2.3.3 Chất thải khí

Khí thải sinh ra từ công ty có thể là:

- Khí thải Chlor sinh ra trong quá trình khử trùng thiết bị, nhà xưởng chế biến

và khử trùng nguyên liệu, bán thành phẩm

- Hơi tác nhân lạnh có thể bị rò rỉ NH3

1.2.4 Tác động của nước thải chế biến thủy hải sản đến môi trường

Nước thải chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực

Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt

Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật, cụ thể như sau:

1.2.4.1 Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phân hủy Trong nước thải chứa các hợp chất như cacbohydrat, protein, chất béo Khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% mức bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

1.2.4.2 Chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo,

rong, rêu Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè…

1.2.4.3 Chất dinh dưỡng (N, P)

Nồng độ các chất nitơ, phốt pho cao gây ra hiện phú dưỡng của các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước

Amoni rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ Nồng độ làm chết tôm, cá, từ 1,2  3 mg/l Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ amoni không vượt quá 1 mg/l

1.2.4.4 Vi sinh vật

Các vi sinh vật, đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh

lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính

1.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải [6]

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Những công trình xử lý cơ học gồm:

- Song chắn rác

- Thiết bị nghiền rác

- Bể lắng

- Bể điều hòa

- Lọc

Thông thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi đi vào xử

lý sinh học, tránh lắng cặn gây tắc nghẽn các công trình phía sau

Hầu hết các công trình xử lý nước thải đều có sử dụng phương pháp cơ học ở

giai đoạn đầu (xử lý bậc 1)

Bảng 1.3 Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải [6]

Phương pháp xử lý hóa-lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác

động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành chất khác dưới dạng cặn hoặc

chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường, ví dụ phương pháp

trung hòa nước thải chứa axit hay kiềm, phương pháp oxy hóa,…

Căn cứ vào loại nước thải, yêu cầu xử lý mà xử lý hóa lý có thể áp dụng như là

giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lý sơ bộ cho các giai đoạn xử lý tiếp theo Các

Ngoài những phương pháp vừa nêu trên còn có rất nhiều phương pháp khác như:

phương pháp trích ly, phương pháp trao đổi, xử lý bằng màng, phương pháp làm thoáng

và chưng bay hơi, phương pháp oxy hóa khử

Ưu điểm của phương pháp hóa lý

- Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxy hóa sinh học

- Hiệu quả xử lý cao hơn

- Kích thước hệ thống xử lý nhỏ

- Độ nhạy với sự thay đổi tải trọng thấp hơn

- Có thể tự động hóa hoàn toàn

- Có thể thu hồi những chất khác nhau

Nhược điểm của phương pháp hóa lý

- Thiết kế và trang thiết bị phức tạp

- Đòi hỏi hiểu biết về kỹ thuật khá cao

Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh hóa các chất ô nhiễm này sẽ là CO2, H2O,

N2, SO42-, các chất vô cơ và tế bào mới Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu bao gồm các quá trình sau:

1.3.3.1 Quá trình hiếu khí

Trong quá hiếu khí, xảy ra 3 quá trình chuyển hóa nội bào được biểu diễn bằng các phương trình phản ứng như sau:

 Quá trình oxy hóa (dị hóa):

(C,H,O,N) CO2 + H2O +NH3 +…+ Năng lượng

Vi khuẩn

 Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa)

(C,H,O,N) + O2 C5H7NO2

 Quá trình hô hấp nội sinh

(C5H7NO2) + 5CO2 5CO2 + 2H2O + NH3+ Năng lượng

Như vậy sự chuyển hóa của chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí có thể tóm tắt như sau:

Hình 1.13 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí

1.3.3.2 Xử lý kỵ khí

Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không có lượng O2 hòa tan trong môi trường để phân hủy các chất hữu cơ Quá trình xử lý sinh học kỵ khí gồm 3 giai đoạn:

 Quá trình phân hủy:

Chất hữu cơ

(nước thải vào)

Vi khuẩn

O2

Sinh khối (tách lắng khỏi nước thải)

Phần chất hữu cơ (nước thải sau xử lý)

 Quá trình phân hủy nội sinh:

Vi khuẩn

( C5H7NO2) CH4 + CO2 + NH3 +…+ Năng lượng

Như vậy sự chuyển hóa của chất thải hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí có thể tóm tắt:

Hình 1.14 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí 1.3.4 Những công trình xử lý sinh học thường sử dụng

Bảng 1.4 Một số công trình xử lý nước thải tiêu biểu thường gặp [6] Dạng Ví dụ tiêu biểu Mục đích sử dụng chính

Quá trình hiếu khí

Sinh trưởng thể lơ lửng Bùn hoạt tính Loại C – BOD

Sinh trưởng thể dính bám Lọc nhỏ giọt Loại C – BOD

Quá trình thiếu khí (sinh trưởng

thể lơ lửng hoặc thể bám) Denitrat hóa Loại N

Quá trình kỵ khí

Sinh trưởng lơ lửng Phân hủy kỵ khí Loại C – BOD

Sinh trưởng thể bám Hệ lọc kỵ khí Loại C – BOD

(nước thải vào)

Sinh khối (tách lắng khỏi nước thải)

Vi khuẩn Không có O2

Ưu điểm của phương pháp sinh học

- Có thể xử lý nước thải ô nhiễm ở các mức độ khác nhau

- Thiết kế và thiết bị đơn giản

- Vận hành đơn giản và chi phí thấp hơn các phương pháp khác

- Hiệu quả xử lý tương đối cao

Nhược điểm của phương pháp sinh học

- Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém

- Phải có công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh

- Các chất hữu cơ khó phân hủy và vô cơ có độc tính đều ảnh hưởng đến thời gian

và hiệu quả làm sạch Các chất độc còn tác động lên cả quần thể sinh vật làm giảm hiệu quả xử lý của công trình

- Bị ảnh hưởng mạnh bởi sự thay đổi bất thường của thời tiết, khí hậu

- Để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao ta cần pha loãng, điều này làm tăng thêm lưu lượng gây tốn nước và diện tích để xây mặt bằng xử lý

Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được áp dụng 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

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước thải: nước thải chế biến thủy sản được lấy tại hố ga trung tâm xử lý nước thải – KCN Suối Dầu

Cây bèo lục bình và cây bèo tai tượng

Bèo lục bình được tuyển chọn từ những cây 15 ngày tuổi, các bộ phận rễ, thân,

lá đều khỏe mạnh, sinh trưởng phát triển tốt và được lấy ở song Cầu Dứa, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa

Bèo tai tượng được tuyển chọn từ những cây 10 ngày tuổi, tán lá rộng, các bộ phận rễ, thân, lá đều khỏe mạnh, sinh trưởng phát triển tốt và được lấy ở hồ Suối Dầu, huyện Cam Lâm, tỉnh Khánh Hòa

2.2 Hóa chất – Dụng cụ – Thiết bị đo

Hoá chất: dung dịch KOH 0.1M, dung dịch NaOH 1.54N, dung dịch HI

93763B-0 93767-0, dung dịch K2Cr2O7 0,00417M, dung dịch H2SO4 0.1M, dung dịch chuẩn ferrous ammonium sulfate (FAS) 0,1M, Ag2SO4, HgSO4, gói thuốc Potassium persulfate, sodium metabisufite, 1-10 phenantroline monohydrate, FeSO4.7H2O

Thiết bị: máy 774 pH meter – hãng Metrohm, bộ phá mẫu HI 839800, máy đo

quang để bàn đa thông số HI 83214, cân phân tích XB 120A Precisa, bếp nung, thước Lỗ Ban, Máy đo BOD áp kế, cân 2kg, cân 100kg, máy bơm ly tâm CM 50

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

 Trên quy mô phòng thí nghiệm

Thí nghiệp được đặt tại địa bàn nghiên cứu Trung tâm xử lý nước thải – KCN Suối Dầu

Thí nghiệm gồm 4 thùng

+ Thùng 1 (T1): Đối chứng (nền)

+ Thùng 2 (T2): Bèo lục bình + nền

+ Thùng 3 (T3): Bèo tai tượng + nền

+ Thùng 4 (T4): Bèo lục bình + bèo tai tượng + nền

Được bố trí trong các hộp xốp có kích thước thước 50x35x25 cm Lượng nước thải/ thùng là 30 lít

+ Thùng 1 (T1): Để thoáng không cho bèo

+ Thùng 2 (T2): Gồm 0.33 kg bèo lục bình/ thùng Diện tích che phủ chiếm 49.56%

+ Thùng 3 (T3): Gồm 0.33 kg bèo tai tượng/ thùng Diện tích che phủ chiếm 50.44%

+ Thùng 4 (T4): Gồm 0.17 kg bèo lục bình và 0.16 kg bèo tai tượng/ thùng Diện tích che phủ 53.46%

Mô tả thí nghiệm: dùng xô lấy nước thải từ hố ga trước trung tâm xử lý nước

thải cho vào 4 thùng xốp đã được chuẩn bị trước, cho vào mỗi thùng 30 lít nước thải Thùng 1 để trống không cho bèo vào, thùng 2 cho 0.33 kg bèo lục bình được chọn vào, thùng 3 cho 0.33 kg bèo tai tượng, thùng cho 0.33 kg bèo lục bình + bèo tai tượng Đảm bảo ánh sáng, nhiệt độ thích hợp cho bèo sinh trưởng phát triển tốt Xác định sinh khối, diện tích che phủ, pH, COD, BOD5,TSS, N, P, TSS định kỳ

1 tuần 1 lần trong 3 tuần chạy mô hình Cách bố trí thí nghiệm được trình bày cụ thể

ở hình 2.1

T2: Bèo tai tượng + nền Thể tích nước thải = 30 lít 0.33 kg bèo tai tượng Kích thước 50x35x25 cm

T2: Bèo lục bình + bèo tai tượng + nền Thể tích nước thải = 30 lít

0.33 kg bèo tai tượng Kích thước 50x35x25 cm

Đánh giá các chỉ tiêu sau 1 tuần thí nghiệm ở T 1 , T 2 , T 3 , T 4

Đánh giá các chỉ tiêu sau 2 tuần thí nghiệm ở T 1 , T 2 , T 3 , T 4

Kết luận nhận xét

Đánh giá các chỉ tiêu sau 3 tuần thí nghiệm ở T 1 , T 2 , T 3 , T 4

Hình 2 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm