Nghiên cứu xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc dòng chảy ngang kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỘ GIA ĐÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ BÃI LỌC DÒNG CHẢY NGANG KẾT HỢP CANH TÁC RAU SẠCH QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực Nguyễn Vy Khanh MSSV: 1411090142 : Lớp: 14DMT01 TP Hồ Chí Minh, 2018 LỜI CAM ĐOAN Xin cam đoan đồ án riêng tôi, kết sử dụng số liệu làm kết số liệu thực tế thu từ việc làm thí nghiệm mơ hình nghiên cứu Tơi xin cam kết tính trung thực vấn đề nêu đồ án TP.HCM , ngày 30 tháng 07 năm 2018 (SV ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Vy Khanh LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp, nhờ có động viên giúp đỡ, chia sẻ Gia đình, Thầy bạn bè giúp đỡ trang bị thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm sống quý báu cho hành trang tương lai sắp tới Với trân trọng lòng biết ơn, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Trước tiên xin gửi lời đến Cha Mẹ nuôi ăn học làm chỗ dựa vững chắc cho đến ngày hôm suốt bước đường học tập Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban chủ nhiệm Viện Khoa học Ứng dụng, quý thầy cô ngành Môi trường Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho nhiều kiến thức quý báu suốt thời gian qua Tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Lâm Vĩnh Sơn tận tình trực tiếp hướng dẫn, giảng dạy, bảo quan tâm suốt trình thưc luận văn tốt nghiệp Cảm ơn tập thể 14DMT bạn làm đồ án tốt nghiệp, người bạn chia sẻ giúp đỡ nhiều trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Tuy nhiên thời gian tìm hiểu, nghiên cứu có hạn, vốn kiến thức hạn chế kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên luận văn tốt nghiệp tơi khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đóng góp thầy để báo cáo tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 07 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Vy Khanh Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .2 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 2.3.1 Phương pháp luận .3 2.3.2 Phương pháp cụ thê .5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 ĐỐI TƯỢNG 3.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC 4.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.2 THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.3 CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM ĐĂC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI 1.3.1 THÔNG SỐ VẬT LÝ .8 1.3.2 THƠNG SỐ HĨA HỌC 1.3.3 THÔNG SỐ VI SINH VẬT HỌC 12 1.4 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BÃI LỌC 14 1.4.1 KHÁI NIỆM 14 1.4.2 PHÂN LOẠI BÃI LỌC TRỒNG CÂY .15 1.4.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP BÃI LỌC Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 20 1.4.4 CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÃI LỌC TRỒNG CÂY 21 i Đồ án tốt nghiệp 1.4.5 VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT TRONG BÃI LỌC 24 1.4.6 SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ LOẠI CÂY TRONG BÃI LỌC .25 1.5 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ HỆ THỐNG THỦY CANH 30 1.5.1 KHÁI NIỆM VỀ RAU SẠCH 30 1.5.2 VAI TRÒ VÀ GIÁ TRỊ CỦA RAU 30 1.5.3 KHÁI NIỆM VỀ THỦY CANH .35 1.5.4 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT THỦY CANH 36 1.5.5 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KĨ THUẬT THỦY CANH 37 1.5.6 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THỦY CANH 37 1.5.7 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY CANH 38 1.5.8 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THỦY CANH 39 1.5.9 CHẤT DINH DƯỠNG CẦN THIẾT CHO HỆ THỐNG THỦY CANH 41 1.5.10 MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG THỦY CANH 42 1.5.11 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ SINH TRƯỜNG VÀ PHÁT TRIỂN 45 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 46 2.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU .46 2.1.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU .46 2.1.2 BỐ TRÍ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 49 2.1.3 PHÂN TÍCH MẪU NƯỚC NGHIÊN CỨU .51 2.2 SƠ ĐỒ THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU .53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 54 3.1 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỘ GIA ĐÌNH CỦA MÔ HÌNH BÃI LỌC TRỒNG CÂY DỊNG CHẢY NGANG CĨ TRỜNG CÂY THUỶ TRÚC, TRỜNG CÂY LƯỠI MÁC VÀ BÃI LỌC KHÔNG TRỒNG CÂY 54 3.1.1 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc không trồng (NTĐC) 55 ii Đồ án tốt nghiệp 3.1.2 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc trồng Lưỡi Mác (NT1) 64 3.1.3 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc trồng Thuỷ Trúc (NT2) 73 3.1.4 So sánh hiệu quả xử lý giữa mô hình .81 3.1.5 Xác định bãi lọc tối ưu cấp nước cho mô hình thuỷ canh 89 3.2 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NƯỚC THẢI HỘ GIA ĐÌNH SAU XỬ LÝ Ở BÃI LỌC CHO MỤC ĐÍCH TRỒNG CÂY THUỶ CANH 90 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 iii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD: (Biochemical oxygen Demand) – nhu cầu oxy sinh hóa BOD5: lượng oxy cần thiết để oxy hết các chất hữu và sinh hóa vi khuẩn với thời gian xử lí là ngày CF: Conductivity factor COD: (Chemical oxygen Demand) nhu cầu oxy hóa học EC: Electro – conductivity FAO: (Food and Agriculture Organization of the United Nations) – tổ chức Lương thực và nông nghiệp Liên Hiệp Quốc NT1: Mô hình bãi lọc trồng Lưỡi Mác NT1’: Mô hình thuỷ canh sử dụng nước cấp là nước sau bãi lọc trồng Lưỡi Mác NT2: Mô hình bãi lọc trồng Thuỷ Trúc NTĐC: Mô hình bãi lọc không trồng NTĐC’: Mô hình thuỷ canh sử dụng nước cấp là nước sạch QCVN 14-MT:2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 8-2:2011/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng thực phẩm QCVN 8-3:2012/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với ô nhiễm vi sinh vật thực phẩm SS: (Suspended solids) – chất rắn lơ lửng TDS: (Total dissolved solids) – tổng lượng chất rắn hòa tan TDS: Total dissolved salts iv Đồ án tốt nghiệp Viện KHCNVN: Viện khoa học công nghệ Việt Nam VSV: Vi sinh vật v Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tóm tắt các vai trò bản của thực vật bãi lọc trồng Bảng 1.2 Thị trường xuất khẩu rau quả tháng và tháng năm 2005 Bảng 1.3 So sánh chi phí sản xuất và tổng thu nhập từ rau và lúa ở Đài Loan Bảng 3.1 Kết quả đo pH của NTĐC Bảng 3.2 Kết quả xử lý SS của NTĐC Bảng 3.3 Kết quả xử lý COD của NTĐC Bảng 3.4 Kết quả xử lý BOD5 của NTĐC Bảng 3.5 Kết quả đo Tổng-P của NTĐC Bảng 3.6 Kết quả đo Tổng-N của NTĐC Bảng 3.7 Kết quả đo pH của NT1 Bảng 3.8 Kết quả xử lý SS của NT1 Bảng 3.9 Kết quả xử lý COD của NT1 Bảng 3.10 Kết quả xử lý BOD5 của NT1 Bảng 3.11 Kết quả đo Tổng-P của NT1 Bảng 3.12 Kết quả đo Tổng-N của NT1 Bảng 3.13 Kết quả đo pH của NT2 Bảng 3.14 Kết quả xử lý SS của NT2 Bảng 3.15 Kết quả xử lý COD của NT2 Bảng 3.16 Kết quả xử lý BOD5 của NT2 Bảng 3.17 Kết quả đo Tổng-P của NT2 Bảng 3.18 Kết quả đo Tổng-N của NTĐC Bảng 3.19 So sánh khả xử lý hàm lượng SS của nghiệm thức vi Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.20 So sánh khả xử lý hàm lượng COD của nghiệm thức Bảng 3.21 So sánh khả xử lý hàm lượng BOD5 của nghiệm thức Bảng 3.22 So sánh hàm lượng Tổng-P của nghiệm thức Bảng 3.23 So sánh khả xử lý hàm lượng Tổng-N của nghiệm thức Bảng 3.24 Bảng thống kê chiều cao rau muống và rau cải mầm qua từng ngày ở NTĐC’ Bảng 3.25 Bảng thống kê chiều cao rau muống và rau cải mầm qua từng ngày ở NT1’ Bảng 3.26 Bảng tổng hợp so sánh sự phát triển về chiều cao rau giữa nghiệm thức vii Đồ án tốt nghiệp Tốc độ phát triển rau cải mầm ở NT1’ qua từng ngày Hình VII Rau cải mầm ở ngày Hình VIII Rau cải mầm ở ngày Hình IX Rau cải mầm ở ngày C Đồ án tốt nghiệp Hình X Rau cải mầm ở ngày 12 D Đờ án tớt nghiệp Kết quả phân tích mẫu rau muống ở NT1’ Hình XI Mẫu phiếu kết quả thử nghiệm E Đồ án tốt nghiệp Dựa theo QCVN 8-2:2011/BYT so sánh các chỉ tiêu Cadmi (Cd) và Chì (Pb) có rau muống (thuộc loại rau ăn lá và rau ăn thân): Chỉ tiêu Cadmi (Cd) có hàm lượng cho phép đối với rau ăn lá là 0,2mg/kg và 0,1mg/kg đối với rau ăn thân Trong mẫu phiếu xét nghiệm nhận được kết quả Cd có rau đạt 0.018mg/kg, vậy rau hoàn toàn đạt chuẩn Dựa theo QCVN 8-3:2012/BYT so sánh chỉ tiêu giứoi hạn ô nhiễm vi sinh thực phẩm đối với rau ăn sống có giá trị E.Coli cho phép ở cột m là 102CFU/g, kết quả nhận được về E.Coli đạt 5.0x101CFU/g, vậy rau cũng đạt chuẩn về vi sinh F Đồ án tớt nghiệp PHỤ LỤC B: XỬ LÝ SỚ LIỆU THỐNG KÊ BẰNG PHẦN MỀM MICROSOFT EXCEL Xác định tính khả thi thí nghiệm xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc ngầm trồng dòng chảy ngang a) Chỉ tiêu pH SUMMARY CHỈ TIÊU pH Coun Averag Groups Sum t e Đầu vào 16 101.26 6.3288 NTĐC 16 113.53 7.0956 NT1 16 108.39 6.7744 NT2 16 106.81 6.6756 ANOVA CHỈ TIÊU pH Source of Variation SS Between Groups Within Groups Total 4.7854 df MS F 1.5951 12.777 Variance 0.2719 0.0701 0.0687 0.0887 P-value 1.46603E06 7.4906 60 0.1248 12.276 63 b) Chỉ tiêu SS SUMMARY CHỈ TIÊU SS Coun Groups Sum Average t 248 Đầu vào 16 155.56 198 NTĐC 16 124.13 148 NT1 16 92.5 165 NT2 16 103.31 ANOVA CHỈ TIÊU SS G Variance 531.6 397.58 193.47 312.36 F crit 2.7581 Đồ án tốt nghiệp Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS 3698 2152 5850 df MS F P-value F crit 12327 34.36 4.70905E13 2.758 6 358.7 c) Chỉ tiêu COD SUMMARY CHỈ TIÊU COD Coun Groups Sum Average t 391 Đầu vào 16 244.75 299 NTĐC 16 187.06 210 NT1 16 131.75 227 NT2 16 142.31 Variance 2363.3 1964.2 992.73 1199.6 ANOVA CHỈ TIÊU COD Source of Variation SS df Between Groups 127056 Within Groups Total MS F P-value F crit 42352 25.984 6.76883E-11 2.7581 1629 97796 60 224852 63 d) Chỉ tiêu BOD5 SUMMARY CHỈ TIÊU BOD5 Coun Groups Sum Average t 482 Đầu vào 16 301.38 362 NTĐC 16 226.75 H Variance 3570.9 2147.9 Đồ án tốt nghiệp NT1 16 NT2 16 306 332 ANOVA CHỈ TIÊU BOD5 Source of Variation SS df Between Groups 113051 Within Groups Total 191.5 1786.3 207.81 1875.6 MS F P-value F crit 37684 16.068 8.83807E-08 2.7581 2345 140711 60 253762 63 I Đồ án tớt nghiệp e) Chỉ tiêu Tổng-P SUMMARY CHỈ TIÊU TỞNG PHOTPHO Coun Averag Groups Sum Variance t e Đầu vào 16 55.04 3.44 2.8155 NTĐC 16 158.87 9.9294 8.7748 NT1 16 143.76 8.9848 15.463 NT2 16 148.86 9.3037 20.226 ANOVA CHỈ TIÊU TỔNG PHOTPHO Source of Variation SS df MS Between Groups Within Groups Total 434.5 709.19 60 1143.7 63 F 144.83 12.254 P-value 2.34867E06 F crit 2.7581 11.82 f) Chỉ tiêu Tổng-N SUMMARY CHỈ TIÊU TỔNG NITƠ Coun Averag Groups Sum Variance t e Đầu vào 16 462.85 28.928 53.607 NTĐC 16 532.25 33.266 48.686 NT1 16 334.47 20.904 37.482 NT2 16 359 22.438 31.627 ANOVA CHỈ TIÊU TỔNG NITƠ Source of Variation SS df Between Groups Within Groups Total 1590.9 MS F 530.3 12.375 2571 60 42.851 4161.9 63 J P-value 2.10333E06 F crit 2.7581 Đồ án tớt nghiệp Xác định tính khả thi thí nghiệm trờng thuỷ canh bằng nước thải sau xử lý bằng công nghệ bãi lọc ngầm trồng dòng chảy ngang a) Thời điểm ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 14.7 1.47 0.055667 NT1' 10 16.3 1.63 0.035667 ANOVA Chiều cao sau ngày của rau muống Source of Variation SS df MS F P-value F crit 0.12 Between Groups 0.128 2.80292 0.11138 4.413873 0.82 Within Groups 18 0.045667 Total 0.95 19 SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 6.7 0.67 0.033444 NT1' 10 0.9 0.055556 ANOVA Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 0.2645 0.2645 5.94382 0.025364 4.413873 Within Groups 0.801 18 0.0445 Total 1.0655 19 b) Thời điểm ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 27.5 2.75 0.0472 NT1' 10 29.9 2.99 0.0343 K Đồ án tốt nghiệp L Đồ án tốt nghiệp ANOVA Chiều cao sau ngày của rau muống Source of Variation SS df MS F Between Groups 0.288 0.288 0.040 7.0627 Within Groups 0.734 18 Total 1.022 19 Pvalue 0.016 F crit 4.4139 SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 20.4 2.04 0.2427 NT1' 10 33 3.3 0.1578 ANOVA Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 7.938 7.938 39.646 3.604 18 0.2002 11.542 19 Pvalue 6E-06 F crit 4.4139 c) Thời điểm ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 43.9 4.39 0.0788 NT1' 10 57.2 5.72 0.1196 ANOVA Chiều cao sau ngày của rau muống Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 8.8445 8.8445 89.188 1.785 18 0.0992 10.63 19 M Pvalue 2E-08 F crit 4.4139 Đồ án tốt nghiệp SUMMARY Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 56.1 5.61 0.981 NT1' 10 65.4 6.54 0.1271 ANOVA Chiều cao sau ngày của rau cải mầm Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 4.3245 4.3245 7.8052 9.973 18 0.5541 14.298 19 Pvalue 0.012 F crit 4.4139 d) Thời điểm 12 ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau 12 ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 71.4 7.14 0.156 NT1' 10 76.3 7.63 0.0934 ANOVA Chiều cao sau 12 ngày của rau muống Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 1.2005 1.2005 9.6254 2.245 18 0.1247 3.4455 19 Pvalue 0.0061 F crit 4.4139 SUMMARY Chiều cao sau 12 ngày của rau cải mầm Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 81.9 8.19 0.7454 NT1' 10 105.6 10.56 0.396 ANOVA Chiều cao sau 12 ngày của rau cải mầm Source of Variation Between Groups Within Groups SS df MS F 28.085 28.085 49.209 10.273 18 0.5707 N Pvalue 2E-06 F crit 4.4139 Đồ án tốt nghiệp Total 38.358 19 e) Thời điểm 15 ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau 15 ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 103.1 10.31 1.861 NT1' 10 116.8 11.68 0.4062 ANOVA Chiều cao sau 15 ngày của rau muống Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 9.3845 9.3845 8.2784 20.405 18 1.1336 29.79 19 Pvalue 0.01 F crit 4.4139 f) Thời điểm 18 ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau 18 ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 120.1 12.01 1.1077 NT1' 10 140.5 14.05 0.3361 ANOVA Chiều cao sau 18 ngày của rau muống Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 20.808 20.808 28.824 12.994 18 0.7219 33.802 19 Pvalue 4E-05 g) Thời điểm 21 ngày sau trồng SUMMARY Chiều cao sau 21 ngày của rau muống Groups Count Sum Average Variance NTĐC' 10 150.3 15.03 1.3846 NT1' 10 184.4 18.44 0.4182 O F crit 4.4139 Đồ án tốt nghiệp P Đồ án tốt nghiệp ANOVA Chiều cao sau 21 ngày của rau muống Source of Variation Between Groups Within Groups Total SS df MS F 58.141 58.141 64.501 16.225 18 0.9014 74.366 19 Q Pvalue 2E-07 F crit 4.4139 ... trồng rau thuỷ canh Hình 2.8 Khu vực bố trí mô hình nghiên cứu Hình 2.9 Sơ đồ nghiên cứu mô hình bãi lọc trồng dòng chảy ngang Hình 2.10 Sơ đồ nghiên cứu mô hình thuỷ canh. .. xử lý nước bằng công nghệ bãi lọc, trồng rau bằng mô hình thuỷ canh hoàn chỉnh, an toàn, phù hợp với quy mô hộ gia đình Từ đó gia i quy ́t được vấn đề rau sạch (có thể... lý việc nghiên cứu đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc dòng chảy ngang kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình” là hết sức cấp