Đánh giá khả năng xử lý nước thải cao su của cây dầu mè Jatropha curcas L.

Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU CỦA CÂY DẦU MÈ JATROPHA CURCAS L Hồ Bích Liên(1) (1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận 28/12/2020; Ngày gửi phản biện 30/12/2020; Chấp nhận đăng 30/01/2021 Liên hệ email: lienhb@tdmu.edu.vn https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 Tóm tắt Hiện nay, việc giải ô nhiễm môi trường xem vấn đề cần quan tâm hàng đầu tồn nhân lọai Trong đó, giải nhiễm nước thải cao su gây cần ưu tiên giải Hiện có nhiều cơng nghệ xử lý nước thải cao su thiết lập vận hành Tuy nhiên, nồng độ ô nhiễm nước thải sau q trình xử lý cịn cao so với tiêu chuẩn (QCVN 40:2011/BTNMT) Nghiên cứu sử dụng phương pháp phytoremediation để xử lý nước thải cao su Đây cơng nghệ sử dụng lồi thực vật khác để phân hủy chất ô nhiễm từ đất nước, xem phương pháp đơn giản, chi phí thấp, thân thiện với mơi trường ứng dụng nhiều giới Nghiên cứu sử dụng dầu mè Jatropha curcas L trồng mơ hình đất ngập nước có tưới nước thải cao su Kết nghiên cứu cho thấy: nhiệt độ có biến động khơng nhiều, khoảng 28 – 32.5oC; pH tăng từ 4.3 lên 7.1; hiệu suất xử lý COD, BOD, N-NH3 SS theo thứ tự 46.5%; 46.1%; 66.3%; 61.09% Từ khóa: dầu mè, công nghệ xử lý nước thải, phương pháp sử dụng thực vật Abstract ASSESSMENT THE FACULTY OF JATROPHA CURCAS WASTEWATER TREATMENT OF NATURAL RUBBER L ON Environmental pollution treatment is nowadays one of the most interested subjects in many countries and the treatment of wastewater of natural rubber has to be taken in priority At the moment, there are many available technologies set up and operated for treatment wastewater of natural rubber However, the effluent quality is still poor and the concentration of pollutants is higher than the required national technical regulation on the effluent of the natural rubber processing industry (QCVN 24:2009/BTNMT) Thus, this research used the phytoremediation method for wastewater treatment of natural rubber The phytoremediation is an emerging technology that uses various plants to degrade contaminants from soil and water The phytoremediation is simple, lowly costs and friendly with the environment It is currently used in many countries over the world Our research 87 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 cultivated Jatropha curcas in wetland with natural rubber wastewater The results indicated that temperature were not significantly different among treatments The temperature varied form 28 – 32.5oC; the pH from 4,3 – 7,1 The treatment efficiencies of COD, BOD, N-NH3 and SS were 46.5%; 46.1%; 66.3%; 61.09% Đặt vấn đề Hiện nay, với nhiều ngành công nghiệp phát triển khác, ngành công nghiệp chế biến mủ cao su xem ngành phát triển mạnh nước ta Với đời nhiều nhà máy chế biến mủ cao su tạo việc làm cho hàng ngàn người lao động, đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước phát triển nhanh theo đà tăng trưởng kinh tế, góp phần khơng nhỏ cho GDP đất nước (Đặng Văn Vinh, 2000) Bên cạnh lợi ích mà cao su đem lại, nước thải cao su trình thu gom chế biến phát sinh vấn đề đáng lo ngại Hằng năm, ngành chế biến mủ cao su thải khoảng triệu m3 nước thải mà chưa xử lý hoàn toàn tác hại đến môi trường người xung quanh, khơng cịn trực tiếp tác động khơng nhỏ đến nguồn nước ngầm gây phát sinh bệnh tật, giảm chất lượng sống… thật vấn đề nan giải, thu hút quan tâm sâu sắc xã hội (Nguyễn Hà Phương Ngân, 2010) Để giải vấn đề ô nhiễm môi trường nước thải cao su gây ra, nhà quản lý môi trường sử dụng nhiều phương pháp để xử lý nước thải cao su phương pháp vật lý, hóa học, sinh học,… nhằm loại bỏ chất ô nhiễm chuyển chúng từ dạng độc sang dạng không độc thải môi trường Nhưng hầu hết phương pháp xử lý không triệt để mức độ ô nhiễm nước thải cao su đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành lớn Trước tình hình nhiều nước giới sử dụng phổ biến công nghệ phytoremediation, công nghệ sử dụng thực vật có khả hấp thụ chất nhiễm môi trường nước hay đất để xử lý, cải tạo môi trường bị ô nhiễm (Nguyễn Thị Hồng Phượng, 2003) Phytoremediation ngày ứng dụng rộng rãi toàn giới Việt Nam Với ưu điểm phương pháp đơn giản, vốn đầu tư thấp, vật liệu dễ tìm mà lại thân thiện với mơi trường Trong loại thực vật ứng dụng công nghệ phytoremediation dầu mè (Jatropha curcas L.) nghiên cứu rộng rãi xử lý nước thải, có ưu điểm có khả chịu hạn cao, thích nghi với mơi trường nước thải tốt hết có tuổi thọ cao lồi thủy sinh (Duke and James,1983) Ngồi tính đó, dầu mè cung cấp nguồn lợi lớn, cung cấp nguồn nguyên liệu sạch, diesel sinh học, giảm việc khai thác dầu mỏ lịng đất, hạn chế gây nhiễm cho mơi trường Tuy nhiên việc sử dụng dầu mè việc xử lý nước thải cao su chưa nghiên cứu nhiều Vì chúng tơi tực nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải cao su dầu mè” 88 Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu – Nước thải cao su thu hồ thu gom nông trường cao su Hội Nghĩa, thị xã Tân Uyên, Bình Dương – Giống dầu mè năm tuổi nhập từ Australia ươm vườn ươm thuộc Trại Thực nghiệm Sinh Học trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Chọn có kích thước đồng đều, khơng bị sâu bệnh để làm thí nghiệm 2.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm bố trí thí nghiệm Xây dựng mơ hình thí nghiệm: Dùng thùng nước khống nhựa có van xả cắt bỏ nửa phần chiều cao thùng sau cắt 30 cm Mỗi thùng nước khống nhựa mơ hình thí nghiệm Sắp xếp vật liệu xử lý theo thứ tự từ lên lớp đá dăm dày 10 cm, lớp đất 20cm Mỗi mô hình thí nghiệm trồng dầu mè có chiều cao từ 70 cm đến 120 cm Đặt ống nước dài khoảng 30 cm vào mơ hình thí nghiệm có dầu mè, ống đặt thẳng vào hai bên chậu song song với vị trí trồng nhằm cung cấp oxy cho Hình Mơ hình thí nghiệm phác họa Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí theo kiểu hồn tồn ngẫu nhiên gồm nghiệm thức, lần lặp lại Nghiệm thức Nghiệm thức Nghiệm thức Nghiệm thức (NT1): Cây dầu mè + nước máy (đối chứng) (NT2): Cây dầu mè + nước thải cao su 25% (NT3): Cây dầu mè + nước thải cao su 50% (NT4): Cây dầu mè + nước thải cao su 75% Hình Bố trí thí nghiệm 89 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 Thực thí nghiệm phân tích tiêu: 1) Nước thải thu về, pha nồng độ 25%, 50%, 75%, tưới cho nghiệm thức (mơ hình) có tiêu nước thải Riêng nghiệm thức đối chứng tưới nước máy; 2) Liều lượng tưới: lít/mơ hình; Thời gian tưới: ngày tưới lần vào chiều; 3) Thời gian thí nghiệm 30 ngày Bảng Các tiêu theo dõi khả xử lý nước thải cao su dầu mè nồng độ 25%, 50%, 75% Stt Chỉ tiêu theo dõi Thời gian Phương pháp Chiều cao Trước sau thí nghiệm Dùng thước dây đo từ mặt đất đến chớp cao Số Trước sau thí nghiệm Đếm COD lần/10 ngày Phương pháp hoàn lưu kín BOD5 Trước sau thí nghiệm Phân tích Cơng ty TNHH bách việt Đồng Nai N tổng lần/10 ngày Phương pháp Kjeldahl Nhiệt độ lần/ 10 ngày Nhiệt kế Màu Trước sau thí nghiệm Cảm quan Chất rắn lơ lửng lần/ 10 ngày Phương pháp lọc pH lần/ 10 ngày Máy đo pH Phân tích xử lý số liệu: Tất số liệu chất lượng nước đầu vào đầu phân tích tính giá trị trung bình độ lệch chuẩn cho nghiệm thức phần mềm Minitab Sử dụng phần mềm MS excel vẽ đồ thị Kết thảo luận 3.1 Sự tăng trưởng chiều cao dầu mè nước thải cao su nồng độ nghiên cứu 25%, 50% 75% Kết tăng trưởng chiều cao dầu mè trình bày hình Hình Sự tăng trưởng chiều cao trung bình dầu mè nước thải cao su nồng độ 25%, 50%, 75% nghiệm thức 90 Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 Theo kết thu hình cho thấy, chiều cao trung bình dầu mè nghiệm thức sau thí nghiệm tăng Trong nghiệm thức khảo sát, nghiệm thức NT2 (cây dầu mè + nước thải cao su pha loãng 25%) có chiều cao tăng cao (cao so với nghiệm thức đối chứng NT1) 30 ngày thí nghiệm, với chiều cao tăng 4,02 cm so với chiều cao ban đầu Chiều cao dầu mè cho thấy tăng nghiệm thức NT3 NT4 với chiều cao tăng theo thứ tự 1,67 cm 1cm so với chiều cao ban đầu Điều cho thấy, dầu mè sinh trưởng nồng độ nước thải cao su 25%, 50% 75% Nồng độ nước thải cao su thấp (25%) mơi trường thích hợp kích thích phát triển dầu mè Nồng độ nước thải thấp thường kích thích phát triển thực vật Điều chứng minh Lê Thị Ngọc Xuân (2011), cho biết nước rỉ rác nồng độ thấp kích thích tăng trưởng dầu mè 3.2 Sự phát triển số dầu mè nước thải cao su nồng độ 25%, 50% 75% nghiệm thức 25 20 15 Số TTN 10 STN NT1 NT2 NT3 NT4 Nghiệm thức Hình Sự phát triển số trung bình dầu mè nước thải cao su nồng độ 25%, 50% 75% Kết hình cho thấy, tốc độ phát triển dầu mè sau thí nghiệm nghiệm thức tăng, NT2 có số lượng phát triển cao so với nghiệm thức cịn lại, với số trung bình ban đầu 15,6 sau 30 ngày thí nghiệm số trung bình 18,6 lá, tăng Nghiệm thức NT4 có số lượng phát triển thấp so với nghiệm thức lại với số ban đầu 20,6 sau 30 ngày thí nghiệm số trung bình 21 So với việc tưới nước máy, việc tưới nước thải với nồng độ thấp (25%) làm cho dầu mè tăng trưởng sinh dưỡng mạnh Như vậy, thấy dầu mè tưới nước thải cao su 25% có tiềm sinh trưởng tốt dầu mè tưới nước máy nước thải cao su chứa chất ô nhiễm chất dinh dưỡng thực vật chủ yếu (N, chất hữu ) nước thải pha loãng với nồng độ thấp làm cho dễ dàng hấp thu chuyển hóa tốt (Nguyễn 91 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 Thị Hồng Phương, 2003), nước máy loại nước qua xử lý thông qua hệ thống nhà máy lọc nước với phương pháp cơng nghiệp lượng chất dinh dưỡng thực vật thấp Tuy nồng độ nước thải cao su pha loãng 50%, 75% dầu mè sinh trưởng phát triển giảm dần nước thải cao su 25% nước máy, nước thải cao su nồng độ cao dù pha loãng 50% 75% nồng độ chất ô nhiễm cao nên hấp thu chuyển hóa chậm chất dinh dưỡng 3.3 Kết xử lý pH 7.5 6.5 H6 p 5.5 4.5 NT1 NT2 NT3 NT4 01/04 10/04 20/04 29/04 Th? i gian Hình Sự thay đổi pH nước thải cao su nghiệm thức theo thời gian Kết thay đổi giá trị pH hình cho thấy, pH nước thải cao su đựợc cải thiện nhiều sau xử lý dầu mè 30 ngày Từ giá trị pH acid 4,3 sau 30 ngày thí nghiệm tăng lên giá trị trung tính pH nghiệm thức sau xử lý biến động từ 6,3 – 7,0 Khoảng pH thuận lợi cho q trình sinh hóa diễn mơ hình nằm giới hạn cho phép cột A (pH từ 6-9) QCVN 24-2011/BTNMT 3.4 Kết xử lý BOD5 Bảng Hàm lượng BOD5 (mgO2/l) trung bình nước thải cao su nồng độ 25%, 50%, 75% Hàm lượng BOD5 (mgO2/l) Trước thí nghiệm Sau 30 ngày thí nghiệm Nghiệm thức Hiệu suất (%) NT1(ĐC) 2,23  0,02 1,2  0,05 46,1 NT2 34,7  0,8 13,8  0,3 60,2 NT3 58,1  1,28 38,72  0,47 33,35 NT4 114,1  1,28 85,87  1,18 24,74 92 Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 Hàm lượng BOD5 nước thải cao su sau 30 ngày xử lý nghiệm thức giảm so với trước xử lý Nghiệm thức NT2 xử lý BOD5 tốt nhất, nghiệm thức NT3 NT4 Nồng độ BOD5 cao khả xử lý dầu mè giảm Cây dầu mè tưới nước thải cao su nồng độ cao 50% 70% có khả xử lý BOD5 hiệu suất thấp so với dầu mè tưới nước thải cao su 25% Hiệu suất xử lý BOD dầu mè nghiệm thức NT2, NT3 NT4 theo thứ tự 60,2%; 33,35%; 24,74% BOD thông số biểu thị cho ô nhiễm hữu nước thải Đối với phương pháp xử lý, chất hữu nguồn thức ăn cho sinh vật hệ thống xử lý tiêu thụ Tuy nhiên hàm lượng chất hữu cao gây độc cho sinh vật (Nguyễn Thị Hồng Phượng, 2003) 3.5 Kết xử lý COD 250 COD (mg/l) 200 NT1 150 NT2 NT3 100 NT4 50 01/04 10/04 20/04 29/04 Thời gian Hình Sự thay đổi hàm lượng COD (mg/l) trung bình nước thải cao su nghiệm thức theo thời gian Kết hình cho thấy hàm lượng COD sau thí nghiệm giảm Cụ thể NT2 có hàm lượng COD giảm mạnh với hàm lượng ban đầu 62,3 sau thí nghiệm 24,9 (mg/l) đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1), hiệu suất đạt 60% Tiếp theo NT1 có hàm lượng COD ban đầu 4,02 sau thí nghiệm 2,2 (mg/l) đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1) với hiệu suất xử lý 45,2%, NT3 có hàm lượng COD ban đầu 104,6 sau thí nghiệm 69,9 (mg/l) đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1) với hiệu suất xử lý 33,4%, cuối NT4 có hàm lượng COD giảm thấp với hàm lượng ban đầu 205 sau thí nghiệm 154,5 (mg/l) đạt hiệu suất xử lý 24,6% Qua chúng tơi thấy dầu mè làm giảm nồng độ COD nước thải cao su tưới 93 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 nước thải vào thể làm giảm lượng COD nhiều tưới nước máy tưới nước thải cao su nồng độ 25% 3.6 Kết xử lý NH3 50 NH3 (mg/l) 40 NT1 30 NT2 NT3 20 NT4 10 01/04 10/04 20/04 29/04 Thời gian Hình Sự biến thiên hàm lượng NH3 (mg/l) trung bình nước thải cao su nghiệm thức theo thời gian 100 90 80 70 60 Hiệu suất (%) 50 40 30 20 10 Hiệu suất (%) NT1 NT2 NT3 NT4 Nghiệm thức Hình Hiệu suất xử lý NH3 (%) nghiệm thức nước thải cao su Qua kết hình hình cho thấy, khả xử lý NH3 cao NT2, ban đầu 12mg/l sau thí nghiệm 0,6 đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1) với hiệu suất xử lý 95% Ở NT4 dầu mè tưới nước thải cao su nồng độ cao 75% nên cho thấy khả xử lý NH3 thấp nhất, ban đầu 43,5% mg/l sau thí nghiệm 15,6 mg/l đạt hiệu suất xử lý 64% Tiếp NT1 cho kết xử lý cao thứ hai với hàm lượng NH3 ban đầu 4,3 mg/l sau thí nghiệm 0,4 mg/l đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1) với hiệu suất xử lý 90,6%, NT3 cho thấy khả 94 Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 xử lý NH3 cao thứ ba với hàm lượng NH3 ban đầu 24,4 mg/l sau thí nghiệm 5,6 mg/l, đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 24-2009/BTNMT (phụ lục 1) với hiệu suất xử lý 77% Hiệu suất xử lý mơ hình trồng dầu mè có tưới nước thải cao su 25% lớn so với mơ hình trồng dầu mè có tưới nước máy, điều cho thấy dầu mè có tưới nước thải cao su 25% có khả hấp thụ chuyển hóa tốt so với dầu mè tưới nước máy, mô hình tưới nước thải cao su nồng độ cao cụ thể 50% 75% hấp thu tốt dù không cao tưới nước máy 3.7 Kết xử lý SS 250 SS (mg/l) 200 NT1 150 NT2 NT3 100 NT4 50 01/04 10/04 20/04 29/04 Thời gian Hình Hàm lượng SS (mg/l) trung bình nước thải cao su nghiệm thức theo thời gian Kết hình cho thấy SS nước thải cao su nghiệm thức giảm: nghiệm thức NT2 có hàm lượng SS ban đầu 145,4 mg/l, sau thí nghiệm 51 mg/l đạt hiệu suất xử lý 57,9% đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 24-2009/BTNMT; NT3 hiệu suất 49,7% đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 24-2009/BTNM; NT4 với hiệu suất xử lý 37,9%, khả xử lý thấp nghiệm thức Điều cho thấy khả xử lý SS dầu mè giảm theo tăng nồng độ nước thải cao su 3.8 Kết xử lý màu 95 http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2021.01.163 NT4 NT3 NT2 NT1 Hình 10 Mẫu nước thải cao su ban đầu chưa qua xử lý NT4 NT3 NT2 NT1 Hình 11 Mẫu nước thải cao su sau xử lý Kết xử lý màu từ hình 10 hình 11 cho thấy, nước thải cao su nồng độ 25%, 50%, 75% trước thí nghiệm có màu vàng nhạt, đục Tuy nhiên sau xử lý dầu mè, nước thải có màu trắng khơng khác biệt so với màu nước máy (hình 11) Như nhận thấy dầu mè tưới nước thải cao su mơ hình cánh đồng tưới làm giảm chất nhiễm, làm cho nước (Nguyễn Hà Phương Ngân, 2010) Kết luận Cây dầu mè có khả chịu đựng khả xử lý tốt nước thải cao su nồng độ 25%, 50%, 75% Mức độ sinh trưởng dầu mè nước thải cao su nồng độ 25% cao nồng độ 50% 75% pH nghiệm thức thí nghiệm tăng từ pH acid lên pH trung tính, dao động khoảng 6,3 đến 7,0 nằm giới hạn cho phép theo QCVN24-2009/BTNMT Hiệu suất xử lý BOD5, COD, NH3, SS nghiệm thức dầu mè với nước thải cao su pha loãng 25% cao nghiệm thức gồm dầu mè nước thải cao su pha loãng 50% nghiệm thức gồm dầu mè 96 Tạp chí khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(50)-2021 nước thải cao su pha loãng 75% Hiệu suất xử lý BOD5, COD, NH3, SS nghiệm thức với nước thải cao su pha loãng 25% 60,2%, 60%, 95%, 57,9%, hàm lượng BOD5, COD, NH3 nước thải cao su 25% đầu đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN242009/BTNMT, hàm lượng SS nước thải cao su 25% đầu đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN24-2009/BTNMT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Duke and James A (983) Jatropha curcas L Handbook of Energy Crops, Unpublished [2] Đặng Văn Vinh (2000) 1000 năm cao su Việt Nam NXB Nông Nghiệp [3] Lê Quốc Huy, Ngô Thị Thanh Huệ, Nguyễn Thị Thu Hương (2007) Kết bước đầu nghiên cứu gây trồng phát triển cộc rào (Jatropha curcas L.) cho sản xuất dầu diesel sinh học Việt Nam, Trung tâm Công nghệ Sinh học Lâm nghiệp Việt Nam [4] Lê Thị Ngọc Xuân (2011) Đánh giá tiềm sinh trưởng, phát triển khả xử lý dầu mè (Jatropha curcas L.) nước rỉ rác (Luận văn tốt nghiệp) Trường Đại học Bình Dương [5] Nguyễn Hà Phương Ngân (2010) Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi dầu mè (Jatropha curcas L.) mơ hình bãi lọc thực vật (Đồ án tốt nghiệp) Trường Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Thị Hồng Phượng (2003) Báo cáo thực trạng ô nhiễm nước thải sản xuất cao su Khảo sát đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy cao su Dầu Tiếng Trường Đại học Dân Lập Kỹ Thuật Công Nghệ [7] Timothy Oppelt E (2000) Introduction to phytoremediation Nation risk management laboratoty office of research and development U.S environment protection Ageney Cincinnati, Ohio 97 ... thức Nghiệm thức (NT1): Cây dầu mè + nước máy (đối chứng) (NT2): Cây dầu mè + nước thải cao su 25% (NT3): Cây dầu mè + nước thải cao su 50% (NT4): Cây dầu mè + nước thải cao su 75% Hình Bố trí thí... cao khả xử lý dầu mè giảm Cây dầu mè tưới nước thải cao su nồng độ cao 50% 70% có khả xử lý BOD5 hiệu su? ??t thấp so với dầu mè tưới nước thải cao su 25% Hiệu su? ??t xử lý BOD dầu mè nghiệm thức... hiệu su? ??t xử lý 77% Hiệu su? ??t xử lý mơ hình trồng dầu mè có tưới nước thải cao su 25% lớn so với mơ hình trồng dầu mè có tưới nước máy, điều cho thấy dầu mè có tưới nước thải cao su 25% có khả