TÁI SỬ DỤNG XỈ THAN TỔ ONG LÀM VẬT LIỆU ĐỆM TRONG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT HỘ GIA ĐÌNH

TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 TÁI SỬ DỤNG XỈ THAN TỔ ONG LÀM VẬT LIỆU ĐỆM TRONG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT HỘ GIA ĐÌNH Kim Lavane, Nguyễn Thị Cẩm Ngân, Nguyễn Thị Trúc Lê, Dương Thị Cẩm Thu, Tôn Nữ Nhật Minh Khoa Môi Trường Tài nguyên thiên nhiên, trường Đại học Cần Thơ Liên hệ email: klavane@ctu.edu.vn TÓM TẮT Lọc sinh học biết đến phương pháp xử lý nước thải có chi phí thấp hiệu để xử lý chỗ nơi nước thải phát sinh Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu xử lý hệ thống lọc sinh học sử dụng xỉ than tổ ong làm vật liệu đệm để xử lý nước thải sinh hoạt với qui mơ nhỏ Thí nghiệm thực mơ hình sử dụng ống PVC làm cột lọc Nước thải nạp liên tục với tải trọng thủy lực 2,4 m3/m2/ngày, 4,8 m3/m2/ngày 7,2 m3/m2/ngày Sau kết thúc thí nghiệm, vật liệu đệm thu lại để xác định mức độ hoạt động vi sinh vật phát triển lớp vật liệu lọc Kết nghiên cứu cho thấy nồng độ chất ô nhiễm nước thải sau xử lý thấp đạt QCVN 14:2008/BTNMT Hiệu suất xử lý SS, BOD5, TKN, TP cao đạt 88,4%, 93,9%, 85,8%, 68,4%, cột lọc sử dụng xỉ than Cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm loại bỏ tổng lượng vi khuẩn đường ruột từ 2,2 đến 2,9 log đơn vị Bên cạnh đó, hiệu xử lý sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm cao so với vật liệu sỏi truyền thống Hoạt động vi sinh vật phát triển cột lọc xỉ than cao cột lọc sỏi Qua nghiên cứu cho thấy xỉ than tổ ong tái sử dụng làm vật liệu đệm hệ thống lọc sinh học để nâng cao hiệu xử lý chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt Từ khóa: lọc sinh học, nước thải sinh hoạt, vật liệu đệm, xỉ than tổ ong Nhận bài: 31/12/2017 Hoàn thành phản biện: 22/03/2018 Chấp nhận bài: 10/05/2018 MỞ ĐẦU Xử lý nước thải sinh hoạt chỗ hộ gia đình sử dụng công nghệ đơn giản xem giải pháp nhằm giảm thiểu phát thải chất ô nhiễm vào nguồn nước tiếp nhận Lọc sinh học (biofilter) có lịch sử phát triển lâu đời sử dụng để xử lý thứ cấp nước thải phục vụ cho việc tái sử dụng (Huismans, 1974; Ellis, 1987; Hendel cs., 2001; Calvo-Bado cs., 2003; Langenbach cs., 2009) Lọc sinh học biết đến phương pháp hiệu rẻ tiền sử dụng vật liệu đệm có sẵn chỗ chí sử dụng số phế thải rắn ngành xây dựng Bên cạnh đó, phương pháp vận hành chúng đơn giản không tiêu tốn nhiều lượng Theo Huismans (1974), phương pháp xử lý áp dụng tư năm 1800’s Châu Âu Có khoảng 100 cơng trình dùng cơng nghệ xử lý nước nước thải trước thập niên 1940 (Graham, 1988) Ở nước phát triển vùng cô lập, phương pháp sử dụng phổ biến nhằm xử lý nước nước thải Theo báo cáo Tổ Chức Y Tế Thế Giới, lọc sinh học sử dụng cát làm vật liệu đệm mang lại hiệu cao có chi phí xử lý thấp phù hợp với nước phát triển vùng bị thiên tai bất ngờ (Huismans, 1974) Trong xử lý nước thải thứ cấp, bể lọc sinh học sử dụng cát làm vật liệu đệm thường sử dụng hạt có kích thước tương đối nhỏ (0,15 – 0,35 mm) (Langenbach cs., 2009) Sử dụng vật liệu đệm có kích thước hạt lớn làm giảm hiệu xử lý hạn 693 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 chế nghẹt (Langenbach cs., 2009) Bên cạnh vận tốc nước chảy qua lớp vật liệu đệm ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý Theo khuyến cáo Graham (1988) vận tốc nước chảy qua lớp vật liệu lọc nên trì khoảng từ 0,1 – 0,4 m/h Langenbach cs., (2009) cho tốc độ lọc nên trì khoảng 0,2 m/h Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm hệ thống lọc sinh học thường xảy chế lý học sinh học Theo WeberShirk Dick (1997a), hạt rắn lơ lửng thường giữ lại qua lỗ rỗng có kích thước nhỏ Sự tích tụ hạt rắn tiếp diễn gia tăng hiệu lọc vật lý lỗ rỗng ngày bị thu hẹp Thông thường chế vật lý thường chiếm ưu q trình loại bỏ chất nhiễm hệ thống lọc Tuy nhiên chế sinh học giữ vai trò chủ đạo q trình loại bỏ chất rắn lơ lửng, chất hữu hòa tan vi khuẩn (Weber-Shirk Dick, 1997b) Rất nhiều nghiên cứu trước cho thấy hệ thống lọc sinh học sử dụng cát làm vật liệu đệm có hiệu tốt việc loại vi khuẩn nước (Weber-Shirk Dick, 1997b,c, Langenbach cs., 2009, Wang cs., 2014) Nguyên nhân cho phát triển lớp màng sinh học hay gọi “schmutzdecke” bề mặt lớp vật liệu đệm Lớp màng sinh học thường phát triển mạnh phần lớp vật liệu lọc Lớp chứa vật chất hữu cơ, vi tảo, đa dạng vi sinh vật Các nhà nghiên cứu khám phá lớp màng sinh học đóng vai trò lớp lọc hữu sinh lọc loại chất ô nhiễm kể vi sinh vật gây bệnh qua chế lý học sinh học (Huismans, 1974, Weber-Shirk Dick, 1997a,b) Những nghiên cứu trước nhấn mạnh lớp màng sinh học thường suy giảm theo chiều sâu lớp vật liệu đệm cột lọc sinh học thường có hoạt động mạnh mẽ chiều sâu khoảng – 40 cm (Huismans, 1974, Ellis Aydin, 1995, Calvo-Bado cs., 2003, Pang Liu, 2006) Sự phát triển màng sinh học lớp vật liệu lọc thúc đẩy trình lọc học, hấp phụ phân hủy chất ô nhiễm Xỉ than tổ ong chất thải rắn thường thải bỏ sau trình đốt cháy Thành phần tính chất xỉ than tổ ong chưa nghiên cứu đánh giá đầy đủ Theo báo cáo Singh (2010) ngun liệu sử dụng làm than tổ ong 20 – 30% than bột thành phần lại đất sét Thơng thường tỉ lệ than bột đất sét 1:4 tính theo lượng cho chất lượng than tổ ong tốt, dễ chất vỡ vụn (Singh, 2010) Diện tích bề mặt riêng xỉ than dao động 45,9 – 69 m2/m3 (Nguyễn Thị Thanh Phượng ctv, 2010) Hiện nay, xỉ than tổ ong thường thải bỏ ven đường đổ xuống kênh rạch Do việc tận dụng xỉ than tổ ong làm vật liệu đệm hệ thống lọc sinh học nhằm loại bỏ chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt đồng thời giảm phát thải dạng chất rắn ngồi mơi trường cần thiết cho phát triển bền vững điều kiện Việt Nam NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm đối tượng nghiên cứu Các thí nghiệm tiến hành phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Môi trường – Khoa Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên – Trường Đại học Cần Thơ Nước thải sinh hoạt sử dụng thí nghiệm thu thập hẻm 124, đường 3/2, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ Nước thải lấy trực tiếp miệng cống xả xô nhựa sau đổ vào bồn chứa 200 L Nước thải thu thập ngày với tổng thể tích từ 200 L đến 600 L vận chuyển phòng thí nghiệm để chạy mơ hình 694 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 2.2 Phương pháp thí nghiệm 2.2.1 Mơ hình thí nghiệm Hình thể sơ đồ mơ hình thí nghiệm hệ thống lọc sinh học Cột lọc sinh học chế tạo ống nhựa PVC (dày mm, đường kính ống 0,2 m, chiều cao 1,3 m) Vật liệu đệm sử dụng xỉ than tổ ong sỏi có chiều dày khoảng 90 cm Sỏi sau mua rây sàng với kích thước - mm Sau đó, sỏi rửa nước máy nhiều lần đến độ đục nước sau rửa không đổi Đối với xỉ than, chúng thu thập từ hộ kinh doanh thực phẩm khu vực quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ Xỉ than sau đập nhỏ Tương tự, xỉ than rây sàng để kích thước - mm rửa nước máy nhiều lần đến độ đục nước sau rửa không đổi Vật liệu đệm sau rửa phơi khơ để nơi thống mát để sử dụng cho thiết kế mơ hình lọc Bồn Mariốt phân phối nước thải đầu vào 5cm Đầu x3 Cột xỉ than x3 Cột sỏi 20cm Bồn lắng 90cm Máy bơm Đầu Lớp sỏi đở Hình Sơ đồ mơ hình cột lọc sinh học 2.2.2 Qui trình thí nghiệm Ở giai đoạn đầu, mơ hình vận hành chế độ nạp nước thấp cho vận tốc nước chảy qua cột lọc 0,1 m/h Vi sinh vật cho vào hệ thống cách lấy 1,0 g bùn đáy kênh hòa tan vào 1,0 L nước cất cho lắng phút Phần nước phía sau lắng nạp vào mặt thống cột lọc mơ hình bắt đầu vận hành Sau 14 ngày vận hành liên tục, tiêu COD theo dõi để đánh giá tính ổn định mơ hình Sau hệ thống ổn định chúng tiếp tục vận hành ngày trước lấy mẫu pha ứng với tốc độ lọc 0,1m/h hay tải trọng thủy lực 2,4 m3/m2/ngày Các mẫu nước sau xử lý thu thập thành đợt với khoảng đợt ngày Sau kết thúc pha thứ nhất, tốc độ lọc hệ thống thay đổi lên 0,2 m/h 0,4 m/h, tương ứng với tải trọng thủy lực 4,8 m3/m2/ngày 7,2 m3/m2/ngày Trong pha tiếp theo, hệ thống vận hành liên tục 21 ngày trước thực đợt lấy mẫu Khoảng thời gian lấy mẫu đợt tiến hành tương tự pha Các tiêu theo dõi gồm pH, chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu ơxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu ơxy hóa học 695 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 (COD), tổng nitơ Keldal (TKN), tổng lân (TP), tổng lượng vi khuẩn đường ruột phân tích đánh giá Sau kết thúc giai đoạn vận hành mơ hình, vật liệu cột lọc lấy theo lớp (khoảng 10 cm) để đánh giá hoạt động vi sinh vật phát triển lớp vật liệu đệm Cụ thể, cột lọc xả cắt theo khoảnh tương ứng với chiều cao lớp vật liệu xác định Mẫu vật liệu đệm lấy từ cột lọc vá xúc đựng cốc thủy tinh Hoạt động vi sinh vật xác định sau phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Môi trường – Đại học Cần Thơ 2.3 Phương pháp phân tích Mẫu nước thải trước sau xử lý phân tiêu pH, SS, COD, BOD5, TKN, TP, tổng lượng vi khuẩn đường ruột theo tiêu chuẩn Việt Nam hành phòng thí nghiệm thuộc Bộ mơn Kỹ thuật Mơi trường, Trường Đại học Cần Thơ Mức độ hoạt động vi sinh vật cột lọc sinh học đánh giá hoạt động enzyme trích ly từ màng sinh học bám bề mặt vật liệu sử dụng phương pháp Fluorescein diacetate (FDA) (Shnürer and Roswall, 1982) Cụ thể, g vật liệu lọc cho vào ống falcon 50 mL 20 mL dung dịch đệm phốt-phát 0,06 M (pH=7,6) thêm vào ống chứa mẫu lắc phút máy vortex Tiếp theo, 0,1 mL dung dịch fluorescein diacetate (FDA) cho vào ống falcon sau ống falcon ủ nồi cách thủy 60 phút nhiệt độ 300C Mẫu lấy cho vào 20 mL dung dịch Chloroform: methanol (tỉ lệ 2:1) Các ống falcon ly tâm 5.000 rpm phút mL dung dịch phần ống rút lọc qua giấy lọc có lỗ rỗng 0,45 μm Phần nước sau lọc đo cường độ hấp phụ bước sóng 490 nm Nồng độ fluorescein xác định thông qua đường chuẩn với nồng động từ 0,001 đến 10 μg/L 2.4 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu sau thu thập xử lý phân tích phần mềm Excel có tích hợp cơng cụ thống kê statistiXL Trong đó, giá trị trung bình thơng số mơi trường biểu đồ tính tốn thể cách sử dụng phần mềm Excel Sự khác biệt hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm hai mô hình phân tích kiểm định Pair T-test sử dụng công cụ thống kê statistiXL KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Giai đoạn khởi động mơ hình Sau hệ thống vận hành 14 ngày nước thải sau xử lý thu thập ngày liên tiếp Kết cho thấy nồng độ COD đầu dao động nhẹ ngày lấy mẫu cột lọc có vật liệu đệm khác Đối với cột lọc sử dụng xỉ than COD dao động từ 21,8 – 22,3 mg/L, cột lọc sử dụng sỏi COD dao động từ 30,5 – 30,8 mg/L Từ kết cho thấy nồng độ hệ thống ổn định 3.2 Giai đoạn vận hành thức Thí nghiệm cho thấy giá trị pH đầu dao động khoảng 7,1 – 7,6 Giá trị pH nước thải sau xử lý có xu hướng tăng lên so với đầu vào (pH = 7,0), đặc biệt cột lọc có vật liệu đệm xỉ than Nhìn chung giá trị pH nằm khoảng phù hợp cho phát triển vi sinh vật khoảng tiêu chuẩn cho phép (QCVN 14:2008/BTNMT) Hiệu suất loại bỏ tiêu ô nhiễm giai đoạn vận hành thức trình bày Bảng 696 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 Bảng Hiệu suất xử lý trung bình tiêu ô nhiễm tải trọng thủy lực 2,4 m3/m2/ngày, 4,8 m3/m2/ngày, 7,2 m3/m2/ngày Chỉ tiêu SS COD BOD5 TKN TP Tổng coliform Đơn vị Tải trọng thủy lực (2,4 m3/m2/ngày) Sỏi Xỉ than 85,4 88,4 87,8 91,1 89,1 93,9 77,2 80,8 63,5 68,5 % % % % % logarit đơn vị 2,5 Hiệu suất Tải trọng thủy lực (4,8 m3/m2/ngày) Sỏi Xỉ than 80,4 83,9 83,9 86,1 83,9 89,0 70,7 70,7 60,0 63,1 2,9 1,7 Tải trọng thủy lực (7,2 m3/m2/ngày) Sỏi Xỉ than 77,1 80,1 78,9 84,7 77,0 82,7 65,3 65,3 50,9 51,7 2,3 1,6 2,2 3.2.1 Chất rắn lơ lửng Kết thí nghiệm cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm đáng kể sau qua cột lọc sinh học có vật liệu lọc sỏi xỉ than (Hình 2) Nước thải sau xử lý qua cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp so với cột lọc sử dụng sỏi làm vật liệu đệm So với bề mặt sỏi xỉ than có gồ ghề có chứa ơ-xít kim loại (Nguyễn Thị Thanh Phượng cs., 2010) Do xỉ than tương tác với chất rắn lơ lửng giữ lại chúng bề mặt tốt so với sỏi Ngoài phát triển lớp màng sinh học bề mặt vật liệu lọc gia tăng khả giữ lại chất rắn lơ lửng vi khuẩn lớp màng sinh học tiết chất hữu cao phân tử ngoại bào (EPSextracellular-polymeric-substance) (Weber-Shrink Dick, 1997b) Các chất hữu giữ vai trò chất keo giúp tăng khả giữ lại chất rắn lơ lửng SS, mg/L Theo Langenback cs., (2009) hiệu suất lọc giảm tăng tốc độ nạp Trong nghiên cứu này, tăng tải trọng thủy lực hiệu suất giữ lại chất rắn lơ lửng cột lọc ứng với hai loại vật liệu có xu hướng giảm Khi tải trọng thủy lực tăng từ 2,4 m3/m2/ngày lên 4,8 m3/m2/ngày 7,2 m3/m2/ngày chất rắn lơ lửng nước thải sau xử lý tăng từ 8,2 mg/L lên 11 mg/L 12,8 mg/L cột lọc có vật liệu lọc sỏi Tuy nhiên cột lọc có vật liệu xỉ than chất rắn lơ lửng nước thải sau xử lý tăng từ 6,5 mg/L lên mg/L 11,2 mg/L 70 60 50 40 30 20 10 Sỏi Xỉ than Đầu vào Đầu 2,4 4,8 7,2 Tải trọng thủy lực, m /m2/ngày Hình Hàm lượng chất rắn lơ lửng trước sau xử lý 697 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 3.2.2 Chất hữu Cột lọc sinh học mang lại hiệu cao xử lý chất hữu hòa tan nước thải (Hình 3) Kết thí nghiệm cho thấy nồng độ BOD COD nước thải giảm nhiều sau lọc qua cột lọc sinh học có vật liệu đệm sỏi xỉ than Nồng độ BOD nước thải sau xử lý nhỏ 50 mg/L (QCVN 14:2008/BTNMT) Kết thí nghiệm cho thấy nồng độ BOD giảm từ 128 mg/L xuống 14 mg/L, 20,7 mg/L 29,5 mg/L ứng với tải trọng thủy lực khác cột lọc sử dụng sỏi Tương tự, cột lọc sử dụng xỉ than tổ ong cho nồng độ COD đầu 7,8 mg/L, 14,2 mg/L, 22,3 mg/L (a) Sỏi 140 120 Xỉ than - QCVN Đầu vào BOD5, mg/L 100 80 Đầu 60 40 20 2,4 4,8 7,2 Tải trọng thủy lực, m3/m2/ngày (b) 300 Sỏi Xỉ than Đầu vào 250 COD, mg/L 200 150 100 50 Đầu 2,4 4,8 7,2 Tải trọng thủy lực, m3/m2/ngày Hình Chất hữu nước thải (a) BOD (b) COD trước sau xử lý Đối với COD, nồng độ nước thải giảm từ 244 mg/L xuống 29,8 mg/L, 39,3 mg/L 51,5 mg/L ứng với tải trọng thủy lực khác cột lọc sử dụng sỏi Tương tự, cột lọc sử dụng xỉ than tổ ong cho nồng độ COD đầu 21,7 mg/L, 33,9 mg/L, 37,3 mg/L Kết cho thấy cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm có nồng độ COD nước thải sau xử lý thấp so với cột lọc sử dụng sỏi làm vật liệu đệm Kết cho thấy hệ thống lọc sinh học loại bỏ tốt chất hữu hòa tan nước thải Cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm loại bỏ chất ô nhiễm hữu 698 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 nước thải tốt so với cột lọc sử dụng sỏi Nguyên nhân cột lọc sử dụng xỉ than cho hiệu xử lý cao cột lọc sử dụng sỏi xỉ than có bề mặt riêng lớn nên vi sinh vật có điều kiện bám vào phát triển màng sinh học tốt so với sỏi Chính cột lọc xỉ than cho hiệu loại bỏ chất ô nhiễm cao Nghiên cứu trước cho xỉ than dùng làm giá thể cho phát triển vi sinh vật hệ thống lọc (Ahmedi Pelivanoski, 2011) 3.2.3 TKN TP Hiệu xử lý chất dinh dưỡng qua cột lọc sinh học đạt hiệu cao (Hình 4) Nồng độ TKN đầu dao động từ 3,5 mg/L đến 5,4 mg/L cột lọc sử dụng vật liệu đệm sỏi từ 3,0 mg/L đến 5,4 mg/L cột lọc sử dụng vật liệu đệm xỉ than (Hình 4a) Hiệu suất xử lý dao động từ 65,3% đến 80,8% cột lọc sử dụng xỉ than 64,7% đến 77,2% cột lọc sử dụng sỏi Kết nghiên cứu cho thấy hiệu xử lý trung bình TKN cột lọc sử dụng xỉ than tổ ong cao cột lọc sử dụng sỏi Theo Weber-Shirk Dick (1997b), nhiều nhóm vi khuẩn hóa dưỡng khác phát triển lớp vật liệu lọc Các q trình sinh học hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí xảy dọc theo chiều cao cột lọc (Langenbach, 2009) (a) Sỏi Xỉ than 20 Đầu vào TKN, mg/L 15 10 Đầu 2,4 4,8 Tải trọng thủy lực, m /m2/ngày (b) 10 Sỏi 7,2 Xỉ than Đầu vào TP, mg/L Đầu 2,4 4,8 Tải trọng thủy lực, m /m2/ngày 7,2 Hình Các chất dinh dưỡng (a) TKN (b) TP trước sau xử lý Nồng độ đầu TP nước thải dao động 3,2 mg/L đến 4,4 mg/L cột lọc sinh học có vật liệu lọc sỏi 2,8 mg/L đến 4,3 mg/L cột lọc sinh học có vật 699 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 liệu lọc xỉ than (Hình 4b) Hiệu suất xử lý cột lọc khơng có khác biệt có ý nghĩa (p > 0,05) dù kết thí nghiệm cho thấy cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm có cao vài đơn vị Theo đánh giá Ahmedi Pelivanoski (2011) số vật liệu lọc có hàm lượng ơ-xít CaO, Al2O3, Fe2O3 hấp phụ phốt-pho Sự diện trình lý-hóa-sinh cột lọc làm tăng hiệu xử lý chất ô nhiễm 3.2.4 Tổng lượng vi khuẩn đường ruột Hình thể mật số tổng lượng vi khuẩn đường ruột đầu vào đầu hai cột lọc Mặc dù tổng lượng vi khuẩn đường ruột giảm đáng kể nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải (QCVN 14:2008/BTNMT) Khi tăng tải trọng thủy lực tổng lượng vi khuẩn đường ruột nước thải cao Theo nghiên cứu Langenbach cs., 2009 hiệu loại bỏ Escherichia coli (E coli) Enteroccocus hệ thống lọc cát sinh học khoảng 1,9 – 3,0 tính theo thang logarit với đường kính vật liệu đệm 0,35 mm Trong nghiên cứu cho thấy hiệu loại bỏ tổng lượng vi khuẩn đường ruột nước thải đạt khoảng 2,2 – 2,9 log đơn vị cột lọc dùng xỉ than 1,6 – 2,5 log đơn vị cột lọc sử dụng sỏi Nhìn chung, mật số tổng coliform nước thải sau xử lý qua cột lọc sử dụng vật liệu xỉ than thấp cột lọc sử dụng sỏi làm vật liệu đệm Cơ chế loại bỏ vi khuẩn cột lọc sinh học chứng minh nhiều nghiên cứu trước Hiệu suất loại bỏ vi sinh vật phụ thuộc vào kích cỡ hạt lớp vật liệu đệm (Langenbach cs., 2009), chiều cao vật liệu đệm (Wang cs., 2014), cạnh tranh thức ăn, săn mồi động vật nguyên sinh (Weber-Shirk Dick, 1997b) Có thể thấy rằng, kích cỡ vật liệu đệm sử dụng nghiên cứu – mm lớn so với nghiên cứu trước nên làm giảm hiệu xử lý Yếu tố tác động đến trình loại bỏ tổng lượng vi khuẩn đường ruột nghiên cứu vi sinh vật bám bề mặt vật liệu lọc chế săn mồi cạnh tranh chất với vi sinh vật hình thành màng sinh học lớp vật liệu động vật nguyên sinh Tổng coliform, MPN/100mL Sỏi 10000000 1000000 100000 10000 1000 100 10 Xỉ than Đầu vào Đầu 2,4 Tải trọng thủy lực, 4,8 7,2 m3/m2/ngày Hình Tổng coliform nước thải sinh hoạt trước sau xử lý Nhìn chung hiệu xử lý cột lọc sử dụng xỉ than tổ ong cao sỏi Tuy nhiên hiệu xử lý tiêu dinh dưỡng, COD, tổng lượng vi khuẩn đường ruột khơng có khác biệt có ý nghĩa (p > 0,05, pair T-test) Hiệu xuất xử lý SS BOD5 qua cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm cao khác biệt có ý nghĩa so với cột lọc sử dụng sỏi (p < 0,05, 700 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 pair T-test) Bên cạnh bề mặt không nhẵn xỉ than so với sỏi xỉ than có thành phần ơ-xít kim loại nên vi sinh vật dễ bám phát triển đồng thời hấp phụ chất ô nhiễm nên làm tăng hiệu xử lý Bảng Kiểm định khác biệt hiệu suất xử lý cột lọc ứng với tải trọng thủy lực Chỉ tiêu Khác biệt TB SS BOD5 COD TKN TP Tổng coliform -3,175 -5,173 -3,784 2,196 -2,913 -11,675 Kiểm định Pair t-test Khác biệt sai Giá trị tính số chuẩn tốn T 0,198 -16,000 0,250 -20,724 1,067 -3,547 0,870 2,524 1,226 -2,376 4,845 -2,410 Bậc tự P 2 2 2 0,004 0,002 0,071 0,128 0,141 0,138 3.3 Đánh giá hoạt động vi sinh vật Hoạt động vi sinh vật phát triển lớp màng sinh học đánh giá thông qua tiêu hoạt động enzyme Kết nghiên cứu cho thấy mức độ hoạt đông vi sinh vật cột lọc cao giảm theo theo lớp vật liệu đệm từ xuống Điều phù hợp với nghiên cứu trước đây, đó, vi sinh vật hoạt động mạnh lớp vật liệu tiếp xúc với mặt thống phía giảm dần xuống phía (Campos cs., 2002) Điều giải thích nước thải bơm vào từ xuống nên lượng thức ăn cung cấp cho vi sinh vật giảm dần theo độ cao Hoạt động vi sinh vật xỉ than nhiều so với sỏi cho thấy xỉ than làm giá bám cho vi sinh vật tốt sỏi Do đó, hiệu xử lý chất nhiễm nước thải sinh hoạt vật liệu lọc xỉ than cao so với sỏi Lớp vật liệu 0-10 cm 40-50 cm Sỏi Xỉ than 80 -90 cm 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Flourescein, μg/g vật liệu Hình Hoạt động vi sinh vật lớp vật liệu hai cột lọc KẾT LUẬN Lọc sinh học sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu cao Kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý SS, BOD5, TKN, TP đạt 88,4%, 93,9%, 85,8%, 68,4% Nồng độ BOD5 nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT lưu luợng nạp 2,4 m3/m2/ngày Cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm loại bỏ tổng lượng vi khuẩn đường ruột từ 2,2 – 2,9 log đơn vị Kết phân tích 701 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 enzyme cho thấy hoạt động vi sinh vật cột lọc xỉ than cao so với bể lọc sỏi Nghiên cứu cho thấy xỉ than tái sử dụng làm vật liệu đệm thay vật liệu cát, sỏi truyền thống hệ thống lọc để xử lý nước thải sinh họat từ hộ gia đình cụm dân cư có qui mơ nhỏ Bên cạnh khả nâng cao hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm nước thải, việc tái sử dụng xỉ than góp phần làm giảm phát thải chất thải rắn, giúp bảo vệ cảnh quan đô thị môi trường LỜI CẢM ƠN Đề tài tài trợ Dự án Nâng cấp Trường Đại học Cần Thơ VN14-P6 nguồn vốn vay ODA từ phủ Nhật Bản TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Thị Thanh Phượng, Nguyễn Văn Phước Thiệu Cẩm Anh (2010) Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý nước thải tinh bột cơng nghệ lọc sinh học hiếu khí vật liệu khác Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 13(M2), 54-66 Phạm Ngọc Đăng, Tăng Thế Cường, Trần Thế Lỗn, Nguyễn Hưng Thịnh, Vũ Đình Nam, Nguyễn Hoàng Ánh (2017) Báo cáo trạng môi trường quốc gia năm 2016, Chuyên đề: Môi trường đô thị ISBN: 978-604-952-138-6 Tổng cục Môi trường (2008) QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc giá nước thải sinh hoạt Hà Nội Tài liệu tiếng nước Ahmedi F.,Pelivanoski, P (2011) Sand, Gravel, Clay, and Coal Combustion Byproducts used as a Filter Material for Phosphorus Removal in Small Scale On-Site Wastewater Systems –An Overview The 4th International Conference on Environmental and Geological Science and Engineering Barcelona, Spain, September 2011 WSEAS Calvo-Bado, L A., Pettitt, T R., Parsons, N ,Petch,G M., Morgan, J A W., Whipps, J M (2003) Spatial and Temporal Analysis of the Microbial Community in Slow Sand Filters Used for Treating Horticultural Irrigation Water Applied and Environmental Microbiology, 69(4), 21162125 Campos, L C., Su, M F J., Graham, N J D., Smith, S R (2002) Biomass development in slow sand filters Water Research, 36(18), 4543-4551 Ellis, K V (1987) Slow sand filtration as a technique for the tertiary treatment of municipal sewages Water Research, 21(4), 403-410 Ellis, K V., Aydin, M E (1995) Penetration of solids and biological activity into slow sand filters Water Research, 29(5), 1333-1341 Graham, N J D (1988) Slow Sand Filtration: Recent development in water treatment technology England: Ellis Horwood Limited Hendel, B., Marxsen, J., Fiebig, D., Preuss, G (2001) Extracellular enzyme activities during slow sand filtration in a water recharge plant Water Research, 35(10), 2484-2488 Huismans, L., Wood W E (1974) Slow sand filtration WHO Langenbach, K., Kuschk, P., Horn, H., Kästner, M (2009) Slow Sand Filtration of Secondary Clarifier Effluent for Wastewater Reuse Environmental Science & Technology, 43(15), 58965901 702 TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 2(2) - 2018 Pang, C M., Liu, W T (2006) Biological Filtration Limits Carbon Availability and Affects Downstream Biofilm Formation and Community Structure Applied and Environmental Microbiology, 72(9), 5702-5712 Singh, R M (2010) National Policy Recommendations Technology in Nepal Technical report for Promotion of Biobriquette Shnürer, J., Roswall, T (1982) Flourescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbial activity in soil and litter Applied and Environmental Microbiology, 43(6): 1256–1261 Wang, H., Narihiro, T., Straub, A P., Pugh, C R., Tamaki, H., Moor, J F., Bradley, I M., Kamagata, Y., Liu, W T and Nguyen, T H (2014) MS2 Bacteriophage Reduction and Microbial Communities in Biosand Filters Environmental Science & Technology, 48(12), 6702-6709 Weber-Shirk, M L and Dick, R I (1997a) Physical - chemical mechanisms in slow sand filters Journal - American Water Works Association, 89(1), 87-100 Weber-Shirk, M L and Dick, R I (1997b) Biological mechanisms in slow sand filters Journal American Water Works Association, 89(2): 72-83 Weber-Shirk, M L and Dick, R I (1999c) Bacterivory by a chrysophyte in slow sand filters Water Research, 33(3), 631-638 703 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 2(2) - 2018 REUSING BEEHIVE CHARCOAL COMBUSTION RESIDUE AS BIOFILTER MEDIA FOR TREATMENT OF HOUSEHOLD DOMESTIC WASTEWATER Kim Lavane, Nguyen Thi Cam Ngan, Nguyen Thi Truc Le, Duong Thi Cam Thu, Ton Nu Nhat Minh Department of Environment and Natural Resources, Can Tho University Contact email: klavane@ctu.edu.vn ABSTRACT The biofilter is known as an effective and low-cost treatment method for on-site treatment of wastewater The objective of this study is to assess the treatment efficiency of a bench scale biofilter system using beehive charcoal residue as the packing material to treat domestic wastewater The system was constructed by using the PVC tube for filter columns The filter columns were continuously fed with hydraulic loading rates of 2.4 m3/m2/day, 4.8 m3/m2/day 7.2 m3/m2/day At the end of the experiments, the packing materials were collected to investigate the activitites activities of microbes developing on the media surfaces The experimental results showed that the effluent concentrations of contaminants were low and met the National Technical Regulation on Domestic Wastewater (QCVN 14:2008/BTNMT) The removal efficiencies of suspended solids (SS), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD 5), Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), and total phosphorus (TP) in filter columns packed with beehive charcoal residues were 88.4%, 93.9%, 85.8%, and 68.4%, respectively The filter columns packed with beehive charcoal residues also removed total coliform from 2.2 to 2.9 log unit In addition, the biofilters filled with beehive charcoal combustion residue performed better than that packed with fine gravel The level of microbial activities in the filter columns packed with beehive charcoal combustion residue was higher than that packed with fine gravel Ultimately, this study pointed out that beehive charcoal combustion residue could be reused for packing material in filter columns to enhance removal efficiencies of contaminants in domestic wastewater Key words: beehive charcoal combustion residue, biofilter, domestic wastewater, packing material Received: 31st December 2017 704 Reviewed: 22nd March 2018 Accepted: 10th May 2018 ... lọc sinh học có vật liệu lọc sỏi xỉ than (Hình 2) Nước thải sau xử lý qua cột lọc sử dụng xỉ than làm vật liệu đệm có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp so với cột lọc sử dụng sỏi làm vật liệu đệm. .. cột lọc dùng xỉ than 1,6 – 2,5 log đơn vị cột lọc sử dụng sỏi Nhìn chung, mật số tổng coliform nước thải sau xử lý qua cột lọc sử dụng vật liệu xỉ than thấp cột lọc sử dụng sỏi làm vật liệu đệm. .. thấy hoạt động vi sinh vật cột lọc xỉ than cao so với bể lọc sỏi Nghiên cứu cho thấy xỉ than tái sử dụng làm vật liệu đệm thay vật liệu cát, sỏi truyền thống hệ thống lọc để xử lý nước thải sinh