KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO CỦA MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC TRỒNG CÂY BỒN BỒN (Typha orientalis)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO CỦA MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC TRỒNG CÂY BỒN BỒN (Typha orientalis) Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực : LÝ SƠN TÙNG Niên khóa : 2006 - 2010 Tháng 07/2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN HEO CỦA MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC TRỒNG CÂY BỒN BỒN (Typha orientalis) Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực PGS.TS BÙI XUÂN AN LÝ SƠN TÙNG Tháng 07/2010 LỜI CẢM ƠN Sau gần tháng thực hiện, với giúp đỡ nhiệt tình gia đình, thầy bạn bè, tơi cuối cùng hồn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất người đồng hành suốt thời gian qua Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Bùi Xuân An, giáo viên hướng dẫn đề tài, người bảo tận tình chi tiết, nội dung đề tài, đồng thời nhắc nhở, động viên giúp đỡ gặp khó khăn q trình thực đề tài Tơi xin cảm ơn TS Lê Đình Đôn anh trại thực nghiệm, môn Công nghệ sinh học, trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ tơi nhiều mặt mặt bằng, q trình xây dựng mơ hình suốt thời gian thực đề tài Các thầy cô bạn bè môn Công nghệ sinh học người đồng hành, chia sẻ buồn vui suốt năm học vừa qua Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy cô bạn Tiếp đến, xin cảm ơn anh chị trại chăn ni thí nghiệm, khoa chăn nuôi - thú y, trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình thu thập nguồn chất thải chăn nuôi Đồng thời, xin cảm ơn viện công nghệ sinh học công nghệ môi trường, trung tâm môi trường, trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh q trình phân tích mẫu Các bạn Trần Thị Hồng Linh, Trần Thị Thanh Phấn, Đặng Thành Sang, Phan Minh Tiến Trương Thị Huyền Trang bạn tham gia thực đề tài Tôi xin cảm ơn bạn ý kiến đóng góp q báu, giúp đỡ nhiệt tình q trình thực đề tài Cuối cùng, tơi xin cảm ơn mẹ em trai động viên, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đề tài Sinh viên thực Lý Sơn Tùng i TÓM TẮT Hiện nay, chăn nuôi phát triển kéo theo ô nhiễm lớn nước thải chăn nuôi Trước tình hình này, cần biện pháp hiệu xử lý ô nhiễm Đề tài “Khả xử lý nước thải phân heo mơ hình đất ngập nước trồng bồn bồn (Typha orientalis)” thực nhằm nghiên cứu hướng xử lý nguồn ô nhiễm phương pháp sinh học Các mơ hình trồng xây dựng với kích thước dài x rộng x cao x 0,5 x 0,6 (m) theo hai dạng mơ hình ngầm có dòng chảy đứng (VFS) mơ hình dòng chảy bề mặt (FWS) Nước thải đầu vào đưa vào mơ hình hàng ngày với tải trọng COD 125,9gO2/ngày Thí nghiệm kéo dài tuần, nước đầu theo dõi hàng ngày thu mẫu nước để phân tích vào ngày cuối tuần thí nghiệm Các tiêu phân tích bao gồm COD, BOD5, Nitơ tổng số, Photpho tổng số kim loại nặng (Fe, Cu, Zn) Các kết thu hai mơ hình VFS FWS trồng bồn bồn hiệu suất xử lý trung bình 90% 88% tiêu COD, 91% 89% tiêu BOD5, 49% 47% tiêu N tổng số, 83% 45% tiêu P tổng số, tiêu kim loại đầu mức cho phép xả thải Từ kết trên, kết luận hiệu xử lý mơ hình trồng bồn bồn tốt, mơ hình VFS mang lại hiệu cao FWS không đáng kể Cây bồn bồn loại thực vật thủy sinh thích hợp áp dụng cho loại mơ hình đất ngập nước trồng Việt Nam Hy vọng kết đạt đề tài tài liệu cho nghiên cứu thực vật thủy sinh xử lý ô nhiễm nước thải không riêng chăn nuôi mà nhiều lĩnh vực khác nước thải sông hồ, nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt ii SUMMARY Nowadays, the development of animal husbandry causes the wastewater pollution In this situation, we need an effective treatment method for this pollution So the study, "The efficiency of swine wastewater treatment by using constructed wetland with Typha orientalis", was conducted to consider this source of pollution treatment by biological method The constructed wetland model dimension with length x width x height is x 0.5 x 0.6 (m) This study was performed with two types of constructed wetland: free water surface (FWS) wetland and vertical – flow systems (VFS) wetland Wastewater input is 125.9 g COD/day/model The study lasted weeks, the output water is monitored daily and collected for analysis on the final day of each week The analysis standards consist of COD, BOD5, total N, total P and heavy metals (Fe, Cu, Zn) The results obtained on the two models FWS and VFS using Typha orientalis about average treatment efficiency are 90% and 88% of COD, 91% and 89% of BOD5, 49% and 47% of total N, 83% and 45% of total P, and heavy metals in the output water are allowed to discharge into the enviroment From the above results, we can conclude that the treatment efficiency of constructed wetland models are good, the VFS efficiency is higher than the FWS efficiency but the difference is not significantly Typha orientalis, which is a kind of aquatic plants, is suitable for various application on constructed wetland models in Vietnam The hope that the achieved results in this study will be the document source for further researchs on aquatic plants that can reduce wastewater pollution not only in animal husbandry but also in many other areas such as wastewater of lakes, industrial wastewater and domestic wastewater Key word: swine wastewater, constructed wetland, Typha orientalis, aquatic plants, free water surface FWS, vertical – flow systems VFS iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii SUMMARY iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2.Mục đích, yêu cầu 1.3.Nội dung thực Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Ô nhiễm nước số tiêu đánh giá ô nhiễm nước 2.1.1 Độ pH 2.1.2 Nhu cầu oxy hóa học COD 2.1.3 Nhu cầu oxy hóa sinh BOD 2.1.4 Chỉ số Nitơ 2.1.5 Chỉ số Photpho 2.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo 2.2.1 Thành phần nước thải chăn nuôi 2.2.2 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi 2.2.2.1 Xử lý nước thải chăn nuôi phương pháp học 2.2.2.2 Xử lý nước thải chăn nuôi phương pháp sinh học 2.2.2.3 Xử lý nước thải chăn nuôi phương pháp hóa lí 2.3 Tổng quan đất ngập nước trồng (Constructed wetland) 2.3.1 Phân loại đất ngập nước trồng 2.3.1.1 Đất ngập nước trồng dòng chảy bề mặt (FWS) 2.3.1.2 Đất ngập nước trồng dòng chảy ngầm (VSB) 10 iv 2.3.2 Thực vật đất ngập nước trồng 11 2.3.3 Cơ chế làm nước thải mơ hình Đất ngập nước trồng 12 2.4 Tổng quan bồn bồn 12 2.4.1 Các đặc điểm bồn bồn 14 2.4.2 Khả xử lý nước thải bồn bồn 14 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 16 3.2 Vật liệu nghiên cứu 16 3.2.1 Chuẩn bị bồn bồn 16 3.2.2 Chuẩn bị mơ hình đất ngập nước 16 3.2.3 Chuẩn bị nguồn phân heo 17 3.3 Phương pháp thí nghiệm 18 3.3.1 Bố trí thí nghiệm 18 3.3.2 Các giai đoạn thực 18 3.3.2.1 Giai đoạn ổn định 18 3.3.2.2 Giai đoạn thích nghi vào mơ hình 18 3.3.2.3 Giai đoạn thí nghiệm 19 3.3.2.4 Giai đoạn sau thí nghiệm 19 3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu thống kê 19 3.4.4 Các cơng thức tính tốn thí nghiệm 20 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 4.1 Kết 21 4.1.1 Nguồn nước phân heo đầu vào 21 4.1.2 Sự cân nước 21 4.1.3 Sự phát triển 22 4.1.4 Sinh khối sau thu hoạch 24 4.1.5 Chỉ tiêu COD mơ hình 25 4.1.6 Chỉ tiêu BOD5 mô hình 26 4.1.7 Chỉ tiêu Nitơ mơ hình 27 4.1.8 Chỉ tiêu Photpho mơ hình 29 4.1.9 Khảo sát tiêu kim loại nặng nước thải phân heo 30 4.2 Thảo luận 31 v 4.2.1 Khả xử lý ô nhiễm nước thải phân heo bồn bồn 31 4.2.2 Khả xử lý ô nhiễm nước thải hai loại mô hình VFS FWS 32 4.2.3 Tiêu chuẩn xả thải nước đầu 34 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 35 5.1 Kết luận 35 5.2 Đề nghị 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD5 : Nhu cầu oxy hóa sinh 200C ngày COD : Nhu cầu oxy hóa học ĐC1 : Mơ hình VFS đối chứng ĐC2 : Mơ hình FWS đối chứng ĐV : Đầu vào FWS : Free water surface (Mơ hình đất ngập nước dòng chảy bề mặt) KLTN : Khóa luận tốt nghiệp MH1 : Mơ hình VFS trồng MH2 : Mơ hình FWS trồng N : Nitơ P : Photpho TB : Trung bình TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam VFS : vertical flow - systems (Mơ hình ngầm dòng chảy đứng) * : Sự khác biệt có ý nghĩa ** : Sự khác biệt có ý nghĩa ns : Sự khác biệt khơng có ý nghĩa vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Khối lượng thành phần hóa học phân nước thải Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo Bảng 2.3 Tổng quan công nghệ phương pháp xử lý nước thải Bảng 2.4 Ứng dụng cơng trình học xử lý nước thải Bảng 2.5 Cơ chế làm nước thải loại đất ngập nước kiến tạo 12 Bảng 2.6 Hiệu xử lý nước thải phân heo bồn bồn 14 Bảng 4.1 Hàm lượng trung bình tiêu phân tích nước thải đầu vào 21 Bảng 4.2 Lượng nước trung bình (L/m2/ngày) hàng tuần mơ hình 22 Bảng 4.3 Chiều cao tăng trưởng trung bình qua tuần hai mơ hình 23 Bảng 4.4 Năng suất sinh khối tươi khô (g) bồn bồn sau thu hoạch 24 Bảng 4.5 Hiệu suất xử lý COD (%) mơ hình 25 Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý BOD5 mơ hình 27 Bảng 4.7 Hiệu suất xử lý Nitơ mơ hình 28 Bảng 4.8 Hiệu suất xử lý Photpho mơ hình 30 Bảng 4.9 Hàm lượng Fe hiệu xử lý mơ hình 31 Bảng 4.10 Trọng lượng chất khô số loại thủy sinh 32 viii Bảng Tải trọng COD (g/ngày) qua tuần mơ hình thí nghiệm Tuần ĐV 125,9 MH1 12,6 12,7 19,6 6,9 6,1 7,1 9,4 5,9 MH2 15,2 13,9 25,3 12,6 8,7 9,0 11,3 9,1 ĐC1 45,3 69,2 55,5 43,1 20,7 14,4 16,6 18,9 ĐC2 50,7 77,7 53,5 36,3 21,7 13,3 15,7 17,4 Dựa vào số liệu bảng bảng 4.2 Bảng Hiệu suất xử lý BOD5 (%) qua tuần mơ hình thí nghiệm Tuần TB MH1 90 90 88 95 91 MH2 88 89 89 91 89 ĐC1 18 58 87 81 61 ĐC2 21 63 86 84 63 TB: trung bình Dựa vào số liệu bảng Bảng 10 Hiệu suất xử lý N tổng (%) qua tuần thí nghiệm mơ hình Tuần TB MH1 71 72 40 13 49 MH2 68 60 43 17 47 TB: trung bình Dựa vào số liệu bảng ĐC1 25 16 15 15 ĐC2 65 54 47 19 46 Bảng 11 Hiệu suất xử lý P tổng (%) qua tuần thí nghiệm mơ hình Tuần TB MH1 96 95 78 63 83 MH2 41 40 37 60 45 ĐC1 91 88 64 44 72 ĐC2 29 20 31 47 32 TB: trung bình Dựa vào số liệu bảng Bảng 12 Hiệu suất xử lý COD (%) dựa vào tải trọng qua tuần mơ hình thí nghiệm Tuần TB MH1 90,0 89,9 84,4 94,5 95,1 94,4 92,5 95,3 92,0 TB: trung bình Dựa vào số liệu bảng MH2 87,9 88,9 79,9 90,0 93,1 92,9 91,0 92,8 89,6 ĐC1 64,0 45,0 55,9 65,8 83,6 88,5 86,8 85,0 71,8 ĐC2 59,8 38,3 57,5 71,2 82,8 89,4 87,6 86,2 71,6 PHỤ LỤC Bảng Bảng trắc nghiệm t – test so sánh mức tăng trưởng chiều cao hàng tuần MH1 MH2 t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances Mean Variance Observations Pooled Variance Hypothesized Mean Difference df t Stat P(T