Đề tài được thực hiện nhằm bước đầu xác định tính hiệu quả và tiềm năng sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sinh hoạt Trường Đại học Tây Nguyên (Đ[r]
(1)ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 141
THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG
CÂY CHUỐI NƯỚC VÀ CÂY SẬY TRONG MƠ HÌNH BÃI LỌC NGẦM
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
EXPERIMENT OF DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT ABILITY OF
CANNA ROMA AND PHRAGITES COMUNIC(L.)TRIN BY SUBSURFACE FLOW
CONSTRUCTED WETLAND IN TAY NGUYEN UNIVERSITY
Nguyễn Hoàng Phương1, Phạm Thị Thúy Liễu2, Nguyễn Văn Quý3, Hwik Bkrông, Nguyễn Thành Tạo4
1Trường Đại học Tây Nguyên; phuongmt4@gmail.com 2Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Đăk Nông
3Công ty Lâm nghiệp Krông Bông, tỉnh Đăk Lăk 4 Trung tâm Quy hoạch Nơng nghiệp Nơng thơn tỉnh Bình Định
Tóm tắt - Sử dụng thực vật xử lý nước thải sinh hoạt giải pháp ứng dụng rộng rãi hiệu suất xử lý tốt thông số ô nhiễm, thân thiện với môi trường, tiêu tốn tài nguyên nhiên liệu tái sử dụng chất thải Đề tài thực nhằm bước đầu xác định tính hiệu tiềm sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm hữu nước thải sinh hoạt Trường Đại học Tây Nguyên (ĐHTN) thành sinh khối có lợi Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng loài Sậy Phragmites communis (L.) Trin chuối nước Canna Roma hệ thống bãi lọc nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt đạt kết cao Thực vật thích nghi tốt điều kiện khí hậu nhiệt đới, sinh trưởng phát triển tốt tạo sinh khối nhanh: trung bình đạt 5,2 cm/tuần (cây Chuối nước) 11,4 cm/tuần (cây Sậy) Hiệu suất xử lý 5/6 thông số ô nhiễm NH4+, PO43-, COD, BOD5, TSS đạt 73%, hiệu xử lý NO3- từ 47,8% – 56,1%
Abstract - Nowadays, phytoremediation is a good measure for waste water treatment because it processes pollution parameters well and reuses waste In addition, it is environmentally friendly and less resource consuming This study determines the effectiveness and application potential of using phytoremediation for domestic waste water treatment in Tay Nguyen University The results of study shows that Phragmites communis(L.) Trin and Canna Roma give high performance in subsurface flow constructed wetland system Particularly, the plants adapt well to tropical climate and grow fast with the height of Phragmites
communis(L.) Trin and Canna Roma of 5.2 cm/week and 11.4
cm/week respectively The effective treatment of this model is over 73% for NH4+, PO43-, COD, BOD5, TSS but it still reaches 47.8% - 56.1% for NO3-
Từ khóa - xử lý nước thải; bãi lọc ngầm; Sậy; Chuối nước; Trường Đại học Tây Nguyên
Key words - Waste water treatment; Subsurface flow constructed wetland; Phragmites communis (L.) Trin; Canna Roma; Tay Nguyen University
1 Đặt vấn đề
Hiện Trường Đại học Tây nguyên đào tạo đa ngành nghề với nhiều hoạt động tiêu thụ tài nguyên, lượng Theo hoạt động xả thải nước với số lượng lớn thành phần phức tạp bao gồm nước thải sinh hoạt, từ giảng đường khu chức khác Tuy nhiên, hệ thống xử lý nước thải dừng lại mức độ sử dụng bể tự hoại ngăn, không đáp ứng yêu cầu chất lượng nước thải môi trường theo quy định Nhằm mục đích khắc phục tình trạng xả nước thải, vi phạm luật bảo vệ môi trường nhà trường, nghiên cứu tiến hành thử nghiệm phương pháp xử lý nước thải phù hợp Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy sử dụng bãi lọc ngầm trồng SFS-V (Subsurface flow systems-vertical) nhiều quốc gia giới áp dụng xử lý nước thải thứ cấp sau bể tự hoại giải pháp công nghệ xử lý nước thải điều kiện tự nhiên Đây giải pháp có hiệu cao, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp ổn định [1], [2], [4], [5], [6] đồng thời góp phần làm tăng giá trị sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường Các học từ nghiên cứu tổng quan tảng để nghiên cứu tiến hành chọn Sậy Chuối nước bãi lọc ngầm theo chiều thẳng đứng để xử lý nước thải Trường Đại học Tây Nguyên đạt QCVN 14:2008/BTNMT
2 Giải vấn đề
2.1.Vật liệu nghiên cứu
Tham khảo, kế thừa mơ hình bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng SFS-V (Cooper, 1996) mơ hình nghiên cứu constructed wetlands Thammarat Koottatep, Chongrak Polprasert Kim Oanh (2001) [4], [6] Tiến hành thiết kế mơ hình thí nghiệm phù hợp với đặc điểm khí hậu nhiệt đới, khả tận dụng vật liệu rẻ tiền sẵn có khu vực Trường Đại học Tây Nguyên
(2)Mơ hình vận hànhtrong 06 tháng, xử lý nước thải theo mẻ, mẻ kéo dài ngày Nước thải bơm từ bể tự hoại, cấp vào bể thí nghiệm hệ thống ống PVC có đục lỗ nhỏ nhằm kéo dài thời gian cấp nước hạn chế xói cát Lượng nước cung cấp cho bể/mẻ 300 lít phân tích kiểm tra thơng số nhiễm (thơng số đầu vào) Nước lưu bể ngày xả vào ngày thứ để thu mẫu phân tích kiểm tra thơng số nhiễm (đầu ra) Xác định hiệu suất xử lý bể
Tiêu chí thiết kế mơ hình thí nghiệm:
+ Lựa chọn Sậy Chuối nước: Phù hợp thích nghi cao với điều kiện mơi trường sống khu vực Trường ĐHTN; khả phát triển tốt; bị ảnh hưởng thay đổi nồng độ chất nước thải, vòng đời dài, đẹp
+ Đối với mơ hình xử lý: Đảm bảo c hiệu xử lý hữu nước thải, dễ vận hành, dễ áp dụng, phù hợp với điều kiện thời tiết trường ĐHTN
2.2.Nội dung nghiên cứu
Điều tra lấy mẫu phân tích số thông số nước thải trường ĐHTN
Thiết kế, xây dựng, thử nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt Sậy Chuối nước mơ hình bãi lọc ngầm theo chiều thẳng đứng
Tiến hành chạy mơ hình quan trắc Xác định hiệu suất xử lý mơ hình
Thảo luận, đánh giá khả áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt cho trường
2.3.Phương pháp nghiên cứu
2.3.1.Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp
Kế thừa tài liệu, nghiên cứu thiết kế, vận hành mô hình xử lý nước thải thực vật kết hợp cơng trình Các tài liệu thu thập công cụ Google Scholar từ số nguồn thông tin học thuật Intenet Tham khảo tổng hợp tài liệu liên quan đến môi trường nước từ phòng, ban quản lý Trường ĐHTN
2.3.2 Phương pháp phân tích thơng số nhiễm trong nước thải
Lấy mẫu theo nguyên tắc lấy mẫu, bảo quản mẫu nước thải TCVN 4556-88 Mẫu đưa phân tích phịng
thí nghiệm mơn Khoa học Đất Phịng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học Môi Trường, Trường ĐHTN Các thơng số phương pháp phân tích: pH, BOD5, COD,TSS,NH4+, NO3-, PO43-
2.3.3.Phương pháp phân tích SWOT
Phân tích điểm mạnh, điểm yếu, hội thách thức khả sử dụng Sậy Chuối nước xử lý nước thải sinh hoạt Trường ĐHTN
2.3.4.Phương pháp xử lý số liệu
Từ giá trị tuyệt đối thông số nước thải đầu vào đầu mơ hình, đề tài tính tốn hiệu suất xử lý bể mẻ Từ xác định hiệu suất xử lý trung bình thơng số quan sát mơ hình Đề tài xử lý số liệu phần mềm Microsoft Excel 2010
3 Kết nghiên cứu bàn luận
3.1.Các thông số phân tích nước thải trường ĐHTN
Nước thải trường ĐHTN chủ yếu nước thải sinh hoạt từ khu ký túc xá phần từ khu giảng đường, bao gồm nước thải từ khu vực chức khác Các nguồn thải đổ xuống đầu mương nước, hồ Tự Do chứa bể tự hoại
Bảng Giá trị thông số nước thải sinh hoạt
Thông số (mg/l ngoại
trừ pH)
Trung bình đợt
Trung bình đợt
Trung bình chung
QCVN 14: 2008/BTNMT
Cột A
pH 7,07 6,86 6,97 -
NH4+ 7,81 7,05 7,05
TSS 37 35 36 50
NO3- 0,73 1,96 1,35 30
PO43- 3,80 3,06 3,43
BOD5 75 66 71 30
Ghi chú:- Phân tích đợt, đợt lấy mẫu nước thải sinh hoạt - Thu mẫu bể tự hoại hồ Tự Do trường Kết xét nghiệm mẫu cho thấy nước thải sinh hoạt nhà trường có giá trị trung bình thơng số nhiễm chưa cao, ngoại trừ thông số NH4+và BOD5 vượt cột A QCVN 14:2008/BTNMT Giá trị thông số thấp thời điểm lấy mẫu vào mùa mưa, yếu tố nhiễm bị pha lỗng phần Ngồi giá trị thơng số nước thải Bảng 1, giá trị thông số nước thải đầu vào mơ hình xử lý phản ánh mức độ ô nhiễm nước thải Trường ĐHTN
3.2.Xác định khả xử lý ô nhiễm hữu nước thải sinh hoạt trường ĐHTN
3.2.1.Sinh trưởng sinh sản Sậy Chuối nước mơ hình
Cả hai loài sinh trưởng phát triển nhanh, sinh sản nhiều, thích nghi tốt với điều kiện khí hậu nồng độ nước thải sinh hoạt Trường ĐHTN
Cây Chuối nước có tỉ lệ sống sót cao, tỉ lệ sống bể B1 B2 đạt 100% Sinh trưởng tốt, trung bình phát triển chiều cao đạt 5,2 cm/tuần (Bể 1), 4,3 cm/tuần (Bể 3) Khoảng tháng sau trồng chuối cho hoa đẹp Cây Sậy có tỉ lệ mọc mầm với 22/30 Bể 13/15 Bể Cây Sậy sinh trưởng tốt giai đoạn đầu chưa cho nước thải vào
(3)ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 143 mơ hình, phát triển chiều cao đạt 11,4 cm/tuần (Bể 2), 9,3
cm/tuần (Bể 3) Khảo sát thực tế cho thấy Chuối nước chống chịu với sâu bệnh Sậy thời gian vận hành mơ hình xử lý
Hình Cây S1EADy chuối nước sau tuần tháng
3.2.2.Kết hiệu suất xử lý ô nhiễm Sậy Chuối nước mơ hình
Về cảm quan, mơ hình thể thay đổi màu sắc mùi nước thải đầu nước thải sau xử lý.Kết xử lý số thông số ô nhiễm hữu mơ hình trình bày phần đây:
a Kết xử lý BOD5
Hình Biểu đồ giá trị tuyệt đối hiệu suất xử lý BOD5
4 bể mơ hình xử lý
Giá trị thơng số BOD5 hiệu suất xử lý bể qua mẻ có chênh lệch rõ rệt bể trồng so với bể đối chứng Đối với bể trồng cây, hiệu suất xử lý dao động mức độ không đáng kể (19,3% bể 1, 14,9% bể 2, 14,3% bể 3) Vì kết luận Sậy Chuối nước có khả xử lý BOD nước thải đạt cột A (QCVN 144:2008/BTNMT) khu vực nghiên cứu
b Kết xử lý COD
Hình cho thấy bể trồng ln có hiệu suất xử lý COD cao bể đối chứng Trong đó, hiệu suất bể trồng trung bình từ 71,2% - 79,6 % so với hiệu suất trung bình bể đối chứng khoảng 44,0%
Hình Biểu đồ giá trị tuyệt đối hiệu suất xử lý COD 4 bể mơ hình xử lý
c Kết xử lý TSS
Hình cho thấy hiệu suất xử lý TSS bể tương đối cao, tăng theo thời gian ổn định Trong bể trồng thể ưu so với bể không trồng cây, bể có hiệu suất xử lý 88%
Hình Biểu đồ giá trị tuyệt đối hiệu suất xử lý TSS 4 bể mơ hình xử lý
Kết mơ hình cho thấy vai trò lớn vật liệu việc xử lý TSS (77,5%) Đồng thời đóng góp thực vật khơng quan trọng, mơ hình trồng riêng lẻ có hiệu suất cao kết hợp trồng chung (hiệu suất bể đạt 84,1% bể đạt 88%, bể đạt 87,8%) Tuy nhiên, kết đại diện cho mẫu thực tế có giá trị TSS chưa cao khu vực nghiên cứu
d Kết xử lý PO43-
Với nồng độ PO43- nước thải đầu vào mơ hình từ 3,6 đến 15,6 mg/l, hiệu suất xử lý bể cao, từ
0 20 40 60 80
Bể Bể Bể Bể
79.2 77.9 76.1
58.5 %
HIỆU SUẤT XỬ LÝ BOD5 CỦA CÁC BỂ
0 20 40 60 80
Bể Bể Bể Bể
73.8 77.9 76.1
46.6
% HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD CỦA CÁC BỂ
70 80 90
Bể Bể Bể Bể
88 87.9 84.1
77.5
(4)88,4 đến 92,8% Khả xử lý PO43- bể trồng cao so với bể đối chứng
Hình Biểu đồ giá trị hiệu suất xử lý PO43- bể
e Kết xử lý NO3
-Hình Biểu đồ giá trị hiệu suất xử lý NO3- bể
Từ biểu đồ Hình cho thấy hiệu suất xử lý bể có khác biệt đáng kể thay đổi theo mẻ Trong đó, hiệu suất xử lý bể cao nhất, khoảng 45,5% Hiệu suất bể đối chứng khoảng 10,2%, thấp nhiều so với bể trồng Số liệu vai trò thực vật khả xử lý NO3- nước thải
f Kết xử lý NH4+
Biểu đồ Hình thể bể có khả xử lý NH4+rất cao, từ 95,8% bể đối chứng đến >98% bể trồng Kết khơng thể rõ vai trị Sậy Chuối nước xử lý thông số NH4+ với
nồng độ đầu vào mơ hình từ 8,07 đến 34,6 mg/l
Hình Biểu đồ giá trị hiệu suất xử lý NH4+ bể 3.2.3.Đánh giá khả xử lý nước thải trường ĐHTN của Sậy Chuối nước Trường ĐHTN
Cả hai loài Sậy chuối nước sinh trưởng, phát triển tốt.Ở bể trồng chung, loài sinh trưởng chậm bể trồng riêng
Nước thải đầu vào mơ hình có nồng độ nhiễm cịn thấp, đa số thơng số nhiễm cao cột A QCVN 14:2008/BTNMT Nồng độ thông số khảo sát đại diện cho mức độ ô nhiễm thực tế nước thải trường ĐHTN
Cây Sậy có hiệu suất xử lý cao Chuối nước tiêu: COD, PO43-, NH4+ thấp tiêu: TSS BOD
Bảng So sánh hiệu suất xử lý trung bình bể mơ hình
Bể NH4+ PO43- NO3- TSS COD BOD5
Sậy 98,4 92,7 45,5 88,0 73,8 79,2
Chuối nước 98,4 92,8 39,9 87,9 77,9 77,9
Sậy+Chuối nước 98,2 91,7 31,0 84,1 76,1 76,1
Đối chứng 95,8 88,4 10,2 77,5 46,6 58,5
Như vậy, Sậy Chuối nước mơ hình bãi lọc ngầm dịng chảy thẳng đứng có khả xử lý nước thải sinh hoạt Trường ĐHTN đạt cộtA QCVN 14:2008/BTNMT
3.2.4.Thảo luận đánh giá khả áp dụng xử lý nước thải cho trường ĐHTN
Bảng Phân tích SWOT khả khả áp dụng của mơ hình xử lý
Điểm mạnh Điểm yếu
• Dễ xây dựng vận hành
• Kinh phí xây dựng vận hành thấp
• Có thể xuất mùi sinh vật ruồi
• Cần diện tích đất lớn
86 88 90 92 94
Bể Bể Bể Bể
92.7 92.8
91.7
88.4
% HIỆU SUẤT XỬ LÝ PO43-CỦA CÁC BỂ
0 20 40 60
Bể Bể Bể Bể
45.5 39.9
31
10.2
% HIỆU SUẤT XỬ LÝ NO3-CỦA CÁC BỂ
94 95 96 97 98 99
Bể Bể Bể Bể
98.4 98.4 98.2
95.8
% HIỆU SUẤT XỬ LÝ NH4
(5)ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 145
• Có thể lợi dụng độ cao để xây dựng mơ hình
• Thân thiện với mơi trường, tạo cảnh quan đẹp
• Tuổi thọ mơ hình dài
• Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt cao
• Tận dụng sinh khối cây…
• Có thể xuất bệnh
• Chịu ảnh hưởng
số điều kiện khí hậu như: mưa, gió…
• Có thể thấm nước vào nước ngầm
Cơ hội Cản trở
• Xã hội quan tâm đến xử lý nước thải thân thiện tự nhiên
• Hiện trường ĐHTN chưa
áp dụng biện pháp xử lý nước thải thứ cấp
• Địa bàn trường thuận lợi cho việc áp dụng mơ hình (có sẵn hệ thống mương, hồ )
• Có thể sử dụng làm mơ hình thực tập cho học sinh, sinh viên
• Hợp tác tổ chức mơi trường nước quốc tế
• Phương pháp chưa phổ biến rộng nước ta nên khó chấp nhận để thực
• Thiếu kiến thức kinh nghiệm thiết kế xây dựng mô hình sử dụng thực vật để xử lý nước nước thải
• Cần nguồn kinh phí xây dựng trì hệ thống xử lý đạt yêu cầu Qua phân tích SWOT khả áp dụng mơ hình trường, nghiên cứu đề xuất quy trình sơ lược xử lý nước thải cho Trường ĐHTN Hình 10 sau:
Hình 10 Hướng xử lý nước thải trường ĐHTN
4 Kết luận
Khả xử lý ô nhiễm hữu nước thải sinh hoạt hệ thống SFS-V trồng Sậy Chuối nước Trường ĐHTN cao Thực vật thích tốt điều kiện khí hậu nhiệt đới, sinh trưởng phát triển tốt, tạo sinh khối nhanh: trung bình đạt 5,2 cm/tuần (cây Chuối nước) 11,4 cm/tuần (cây Sậy) Hiệu suất xử lý 5/6 thông số ô nhiễm NH4+, PO43-, COD, BOD5, TSS đạt 73%, xử lý NO3- từ 47,8%-56,1%
So với vể đối chứng, hiệu suất bể trồng cao Có thể khẳng định loại có khả xử lý nước thải sinh hoạt khu vực nghiên cứu Khả xử lý TSS bể đối chứng cao cho thấy vật liệu cát, đá có khả lọc TSS mơ hình tốt
Trường ĐHTN áp dụng mơ hình để xử lý nước thải Nhà trường đạt cột A QCVN 14:2008/BTNMT
Lời cảm ơn: Tập thể tác giả chân thành cảm ơn
Trường Đại học Tây Nguyên tài trợ kinh phí tạo điều kiện sở vật chất để hoàn thành nghiên cứu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Việt Anh (2006.), Xử lý nước thải bãi lọc ngầm trồng dòng thẳng đứng điều kiện Việt Nam
[2] B.Cheng, C W Hu, Y J Zhao, China (2010), Effects of plants development and pollutant loading on performance of vertical subsurface flow constructed wetlands
[3] Bộ Tài nguyên Môi trường, QCVN 14: 2008/BTNMT: Quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt, Bộ Tài nguyên Môi
trường, 2008
[4] Cooper, P.F., Job, G.D., Green, M.B., and Shutes, R.B.E,Reed
Beds and Constructed Wetlands for Wastewater Treatment, WRc
Swindon, Wiltshire, 1996
[5] Dennis Konnerupa, Thammarat Koottatepb, Hans Brix, Treatment of domestic wastewater in tropical, subsurface flow constructed
wetlands planted with Canna and Heliconia, Ecological
Engineering, 35 (2), Elsevier, 2009, 248-257
[6] Thammarat Koottatep, Chongrak Polprasert, Kim Oanh ccs, Sludges from on-site sanitation systems–low-cost treatment alternatives, AIT, 2001