Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số loài thực vật thủy sinh trên mô hình đất ngập nước lai hợp

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm đánh giá được khả năng thích nghi và xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của 2 loài thực vật thủy sinh là Bồn bồn và Thủy trúc. Đánh giá được hiệu quả của mô hình đất ngập nước lai hợp sử dụng thực vật thủy sinh (Bồn bồn, Thủy trúc) trong xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas. Mời các bạn cùng tham khảo!

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

Mai Quang Tuyến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT THỦY SINH TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - năm 2020

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

Mai Quang Tuyến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT THỦY SINH

TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP

Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những thông tin được viết trong luận văn này là do tôi thực hiện và sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS Nguyễn Văn Thành Nam và TS Bùi Quang Minh Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng, cùng với các thông tin nghiên cứu khác được trích dẫn rõ ràng, cụ thể trong luận văn

Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó không có sự sao chép của bất kì luận văn nào Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn Trong luận văn có sử

dụng một số số liệu thực nghiệm từ đề tài cấp tỉnh Bình Phước năm 2018 “Ứng dụng thực vật thủy sinh để xây dựng mô hình xử lý nước thải sau biogas của các cơ sở chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Bình Phước” do Chi nhánh phía Nam,

Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga chủ trì thực hiện và ThS Nguyễn Văn Thành Nam là Chủ nhiệm đề tài và tôi là người tham gia thực hiện

Nếu xảy ra vấn đề gì với nôi dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định./

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020

Người cam đoan

Mai Quang Tuyến

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành nhờ vào sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS Nguyễn Văn Thành Nam và TS Bùi Quang Minh Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy, cảm ơn các thầy đã giúp tôi hoàn thành luận văn này

Cảm ơn Đảng ủy, Ban giám đốc và các đồng nghiệp Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga, Chi nhánh phía Nam đã tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành khóa học Tôi xin cảm ơn các thầy cô của Học Viện Khoa Học và Công Nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam Cảm ơn tập thể lớp Cao học Sinh học thực nghiệm 2017A đã hỗ trợ, chia sẽ tài liệu, kiến thức cho tôi trong quá trình học tập

Vì những kinh nghiệm và kiến thức của bản thân còn hạn chế, luận văn được hoàn thành trong thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Tôi mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng toàn thể các bạn đọc để luận văn tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn nữa

Tp HCM, tháng 12 năm 2020

Học viên

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BTN&MT Ministry of Natural Resources &

Environment

Bộ Tài nguyên và Môi trường

UASB Upflow anaerobic sludge blanket Bể xử lý sinh học dòng chảy

ngược qua tầng bùn kỵ khí

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Thành phần hóa học của phân lợn 6 Bảng 1 2 Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas 7 Bảng 1 3 Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước 19 Bảng 3 1 Chất lượng nước thải đầu vào hầm biogas của một số cơ sở chăn nuôi đã khảo sát 34 Bảng 3 2 Chất lượng nước thải (đầu ra) sau quá trình xử lý biogas tại một số

cơ sở chăn nuôi đã khảo sát 35 Bảng 3 3 Kết quả theo dõi khả năng thích nghi của Bồn bồn và Thủy trúc đối với nước thải chăn nuôi sau biogas 38 Bảng 3 4 Kết quả đánh giá khả năng xử lý COD trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 40 Bảng 3 5 Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 41 Bảng 3 6 Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitơ trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 43 Bảng 3 7 Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 44 Bảng 3 8 Kết quả theo dõi hàm lượng nitrat trong nước thải trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 46 Bảng 3 9 Kết quả đánh giá theo dõi hàm lượng phốt pho trong nước thải trên

mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 48 Bảng 3 10 Kết quả theo dõi hàm lượng kẽm trong nước thải trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 50 Bảng 3 11 Kết quả theo dõi hàm lượng coliform trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 50

Bảng 3 12 Sự thay đổi của pH trong các mô hình dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 52 Bảng 3 13 Kết quả nhiệt độ của nước thải 52 Bảng 3 14 Kết quả hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang 53 Bảng 3 15 Kết quả xử lý COD trên mô hình đất ngập nước lai hợp 54 Bảng 3 16 Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mô hình đất ngập nước lai hợp 55 Bảng 3 17 Sự thay đổi của pH nước thải trong các bể xử lý 57 Bảng 3 18 Kết quả theo dõi hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải xử lý bằng mô hình đất ngập nước lai hợp 57 Bảng 3 19 Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước thải của mô hình đất ngập nước lai hợp 58 Bảng 3 20 Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitrat trong nước thải của mô hình đất ngập nước lai hợp 59 Bảng 3 21 Kết quả đánh giá khả năng xử lý tổng nitơ trong nước thải của mô hình đất ngập nước lai hợp 60

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018 4 Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống đất ngập nước 12 Hình 1 3 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang

Phước 34 Hình 3 2 Đặc điểm nước thải nuôi lợn trước và sau biogas 37 Hình 3 3 Đánh giá khả năng thích nghi của cây Bồn bồn với nước thải chăn nuôi sau biogas 39 Hình 3 4 Đánh giá khả năng thích nghi của cây Thủy trúc với nước thải chăn nuôi sau biogas 39 Hình 3 5 Sự thay đổi hàm lượng COD trong các mô hình 41 Hình 3 6 So sánh hiệu suất loại bỏ COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng 41 Hình 3 7 Sự thay đổi của hàm lượng BOD5 trong các mô hình 42

Hình 3 8 So sánh hiệu suất loại bỏ BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng 42

Hình 3 9 Sự thay đổi hàm lượng tổng nitơ trong các mô hình xử lý 44

Hình 3 10 So sánh hiệu suất loại bỏ tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên

mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng 44 Hình 3 11 Sự thay đổi hàm lượng amoni trong các mô hình đất ngập nước 45

Hình 3 12 So sánh hiệu suất xử lý amoni của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô

hình đất ngập nước dòng chảy đứng 46

Hình 3 13 Sự thay đổi hàm lượng nitrat trong các mô hình 47

Hình 3 14 Sự thay đổi hàm lượng phốt pho tổng trong các mô hình xử lý 49 Hình 3 15 Sự biến thiên của hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải sau khi

đi qua các mô hình xử lý 53 Hình 3 16 So sánh hiệu xuất xử lý COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình đất ngập nước lai hợp 55 Hình 3 17 So sánh hiệu xuất xử lý BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình đất ngập nước lai hợp 56 Hình 3 18 Sự biến thiên của hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải trên mô hình đất ngập nước lai hợp 58 Hình 3 19 Hàm lượng amoni trong nước thải sau khi xử lý trên mô hình đất ngập nước lai hợp sự dụng Bồn bồn và Thủy trúc 59 Hình 3 20 Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong nước thải tại các bể xử lý trong mô hình đất ngập nước lai hợp 60 Hình 3 21 Hiệu suất xử lý tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình đất ngập nước lai hợp 61

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 3

1.2 HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM 3

1.3 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 4

1.3.1 Tổng quan về nước thải chăn nuôi 4

1.3.2 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường 9

1.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NUÔI 10

1.4.1 Công nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi 10

1.4.2 Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong mô hình đất ngập nước 15

1.4.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống đất ngập nước 17

1.4.4 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chăn nuôi 20

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.24 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 24

2.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 25

2.3 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 26

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 KHẢO SÁT SƠ BỘ HIỆN TRẠNG MỘT SỐ CƠ SỞ CHĂN NUÔI 32

3.1.1 Quản lý chuồng trại 32

3.1.2 Hiện trạng các biện pháp xử lý chất thải và nước thải chăn nuôi 32

3.2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÍCH NGHI CỦA THỰC VẬT THỦY SINH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS 37

3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI CỦA

THỰC VẬT THỦY SINH TRÊN MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐNN 40

3.3.1 Đánh giá khả năng xử lý COD 40

3.3.2 Đánh giá khả năng xử lý BOD5 41

3.3.3 Đánh giá khả năng xử lý tổng Nitơ 43

3.3.4 Hiệu quả xử lý amoni 44

3.3.5 Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong các mô hình 46

3.3.6 Khả năng xử lý Phốt pho 48

3.3.7 Khả năng xử lý Cu, Zn 50

3.3.8 Khả năng loại bỏ coliform 50

3.3.9 Sự thay đổi của pH, nhiệt độ và hàm lượng oxy hòa tan trong các mô hình đất ngập nước 52

3.4 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP 54

3.4.1 Đánh giá hiệu quả xử lý COD của mô hình ĐNN lai hợp 54

3.4.2 Đánh giá hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình ĐNN lai hợp 55

3.4.3 Sự thay đổi pH và hàm lượng oxy hòa tan của nước thải trong mô hình đất ngập nước lai hợp 57

3.4.4 Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ của mô hình ĐNN lai hợp 58

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

4.1 KẾT LUẬN 63

4.2 KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 73

MỞ ĐẦU

➢ Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi tại Việt Nam đang tăng trưởng và phát triển mạnh, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nước Bên cạnh những lợi ích về kinh tế thì ngành chăn nuôi cũng đã tạo ra một khối lượng lớn chất thải chưa được xử lý triệt để, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tác động lên hệ sinh thái tự nhiên và môi trường sống Một số cơ sở chăn nuôi đã sử dụng nước thải sau biogas chưa qua xử lý làm nước tưới tiêu trực tiếp cho cây trồng, gây ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm, gây ô nhiễm nguồn môi trường Theo cục chăn nuôi 2015, có khoảng 40% nước thải chăn nuôi đã qua hoặc chưa qua xử lý biogas, được xả thải trực tiếp ra môi trường

Có rất nhiều phương pháp để xử lý nguồn nước thải ô nhiễm sau chăn nuôi, như: phương pháp cơ học, hóa lý, hóa sinh, sinh học,… các phương pháp này thường đòi hỏi chi phí đầu tư trang thiết bị cũng như yêu cầu về kỹ thuật, chi phí vận hành cao, do đó sẽ gặp nhiều khó khăn khi áp dụng cho các cơ sở chăn nuôi, đặc biệt đối với các cơ sở chăn nuôi có qui mô không lớn, nguồn vốn đầu tư thấp Từ những thập niên 60 của thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu, nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng bãi lọc trồng cây, đất ngập nước trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước trong đó có nước thải chăn nuôi đạt hiệu quả cao, có tính bền vững và thân thiện với môi trường [1], [2], [3], [4], [5]

Phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật thủy sinh (bãi lọc trồng cây – đất ngập nước) còn gọi là công nghệ sinh thái, gần đây được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trên thế giới như là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải cấp 2 trong điều kiện tự nhiên, đạt hiệu quả cao, chi phí thấp đồng thời góp phần cải tạo cảnh quan môi trường [6], [7] Vì vậy tôi đề xuất thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số loài thực vật thủy sinh trên mô hình đất ngập nước lai hợp”

➢ Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được khả năng thích nghi và xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của 2 loài thực vật thủy sinh là Bồn bồn và Thủy trúc

Đánh giá được hiệu quả của mô hình đất ngập nước lai hợp sử dụng thực vật thủy sinh (Bồn bồn, Thủy trúc) trong xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas

➢ Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu hiện trạng nước thải tại một số cơ sở chăn nuôi trên địa

Cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng thực vật thủy sinh (Bồn bồn

và Thủy trúc) để xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng mô hình đất ngập

nước lai hợp

➢ Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở thực tiễn, một số dữ liệu cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng công nghệ sinh thái, giảm và ngăn chặn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường (đất, nguồn nước mặt, nước ngầm, ) Qua đó phát triển ngành chăn nuôi một cách bền vững, thân thiện với môi trường Cung cấp số liệu, nguồn tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy

sinh trên mô hình đất ngập nước

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Theo quan niệm thông thường, ô nhiễm môi trường là sự thay đổi các tính chất tự nhiên (về sinh học, vật lý và hóa học) của môi trường, mà sự thay đổi ấy thường có hại cho sức khỏe và hoạt động của con người cũng như có hại cho các loài sinh vật khác Sự thay đổi tính chất hóa học của môi trường có thể được biểu hiện bằng sự xuất hiện hay gia tăng của một hay nhiều chất độc hại được gọi là chất gây ô nhiễm và những biểu hiện khác nữa [8], [9], [10]

Theo quan niệm sinh thái học, môi trường gồm các kho vật chất có kích thước (lượng vật chất) nhất định của mỗi nguyên tố hóa học; và sự ô nhiễm môi trường là sự mất khả năng tự điều chỉnh kích thước của các kho ấy Ví dụ, nguyên tố cacbon được chứa trong rất nhiều kho như kho CO2 và rất nhiều kho chất hữu cơ và vô cơ ; hiện nay kho CO2 đã vượt quá rất nhiều so với kích thước vốn có của nó trong điều kiện tự nhiên nhiều thế kỷ trước đây, và vẫn gia tăng không ngừng, tức là mất đi khả năng tự điều chỉnh về mức cũ; đó chỉ là một biểu hiện của sự ô nhiễm môi trường theo quan điểm sinh thái học

Ô nhiễm môi trường có thể do các nguyên nhân tự nhiên (hoạt động của núi lửa, động đất, bão, lụt, v v ) hoặc do các hoạt động của con người (công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, v v )

1.2 HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM

Hiện nay ngành chăn nuôi đang đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm cho thị trường tiêu dùng Việt Nam Chăn nuôi luôn chiếm

vị trí quan trọng trong ngành nông nghiệp ở Việt Nam Trong đó, chăn nuôi lợn giữ vị trí đứng đầu trong việc cung cấp sản lượng thịt của ngành chăn nuôi Chăn nuôi lợn đã và đang tạo ra công ăn việc làm, mang lại thu nhập và góp phần ổn định sinh kế của phần lớn cộng đồng dân cư khu vực nông thôn trên toàn quốc Hầu hết các vùng của Việt Nam đều phát triển chăn nuôi heo Giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi năm 2010 là 135.137,1 tỷ đồng; năm 2011 là

199.171,8 tỷ đồng; năm 2012 là 200.849,8 tỷ đồng; năm 2013 là 196.955,1 tỷ đồng [11], [12], [13], [14]

Theo Cục chăn nuôi năm 2018, hiện nước ta có đàn lợn 29 triệu con, đứng đầu ASEAN, đứng thứ 2 ở châu Á, nằm trong top 15 nước có đàn lợn lớn nhất thế giới Tốc độ tăng trưởng đàn lợn giai đoạn 1997-2007 đạt 5,06%; giai đoạn 2007-2017 đạt 0,91% Sản lượng thịt lợn trong năm 2016 đã đạt mức kỷ lục với 3,36 triệu tấn thịt lợn hơi, tăng 5% so với năm 2015 và đứng thứ 7 trên thế giới sau Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Braxin và Nga Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đóng một vai trò quan trọng trong nông nghiệp Nó chiếm 28% giá trị sản xuất nông nghiệp Trong năm 2014, đã có 4,58 triệu tấn thịt lợn được giết mổ tại Việt Nam, thịt lợn chiếm ưu thế trong sản xuất thịt tại Việt Nam (72,6%)

Hình 1 1 Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018

(Nguồn: Tổng cục thống kê năm 2018)

1.3 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

1.3.1 Tổng quan về nước thải chăn nuôi

Chăn nuôi là một trong những phân ngành phát triển nhanh chóng nhất của sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam Trong 10 năm qua, sản xuất chăn nuôi

đã có sự thay đổi lớn, số lượng vật nuôi tăng lên trong khi số hộ chăn nuôi giảm xuống Chăn nuôi thâm canh tại những cơ sở chăn nuôi lớn thường tạo nhiều chất thải hơn so với khả năng tái chế sử dụng làm phân bón hay khí đốt sinh học Kết quả là việc xả thải không hợp lý và thiếu sót trong quá trình xử lý chất

0 20000

thải trước khi xả thải vào môi trường xung quanh đã gây ra những cấp độ ô nhiễm cục bộ khác nhau đối với môi trường nước, đất và không khí, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của cư dân xung quanh và đến hệ sinh thái khu vực [15], [16]

Nguồn nước thải chăn nuôi chủ yếu được phát sinh từ chăn nuôi lợn, nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, tổng nitơ, tổng phốt pho và các vi sinh vật cao Trung bình, 1 con lợn nuôi thành phẩm phát sinh khoảng 30 lít nước thải trên một ngày đêm Nước thải do quá trình tắm, rửa chuồng trại cho lợn, nước phân, nước tiểu của lợn Đây được xem là một trong những loại gây ô nhiễm nặng nhất trong các loại nước thải vì chứa nhiều tạp chất như vô cơ, hữu cơ, khoáng chất [17], [18] Đặc biệt nguy hại hơn đó là

trong nước thải chăn nuôi có chứa các vi khuẩn gây bệnh dịch như: E.coli, streptococcussp, salmonellasp, shigellasp, proteus, clostridiumsp, là các vi

khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ Các loại virus có thể tìm thấy trong

nước thải như: coronavirus, poliovirus, aphthovirus và ký sinh trùng trong

nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước Chất thải chăn nuôi được phát sinh chủ yếu từ: chất thải từ bản thân gia súc như phân, nước tiểu, lông ; nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết bị chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi, thức ăn thừa, [19], [20]

Theo thống kê của tác giả Nguyễn Thế Hinh (2017), mỗi năm khối lượng nguồn

thải ra từ chăn nuôi ra môi trường là một con số khổng lồ - khoảng 84,5 triệu tấn/năm Trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả thành các nhiên liệu và vật liệu tái tạo như khí sinh học, ủ phân, nuôi trùn, cho cá ăn,…, còn lại khoảng 80% lượng chất thải chăn nuôi đã bị lãng phí và phần lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm [17], [21]

Chất thải trong chăn nuôi được chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Trong chất thải chăn nuôi có nhiều hỗn hợp hữu cơ, vô

cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác súc vật chết, thức ăn dư thừa của vật nuôi, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 56% - 83% và

tỷ lệ NPK cao Lượng chất thải rắn rất khác nhau tùy theo loài số lượng vật nuôi và phương thức chăn nuôi Thông thường, chăn nuôi theo phương thức quảng canh lượng phân thải ra của gia súc, gia cầm thường lớn hơn phương thức chăn nuôi thâm canh, nuôi có chất đệm lót cũng sẽ tạo ra lượng chất thải lớn hơn nuôi trên sàn Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm 1,6-5% khối lượng cơ thể của gia súc [22], [23] Ước tính lượng phân thải ra là 15kg/con/ngày đối với bò, 1,5-2,5 kg/con/ngày đối với lợn [13], 15], [24] Đặc trưng thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100kg được nêu trong bảng sau:

Bảng 1 1 Thành phần hóa học của phân lợn

STT Chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị

(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn và cộng sự, 2011)

Chất thải lỏng có độ ẩm cao hơn, trung bình khoảng 93% - 98% gồm phần lớn là nước thải của vật nuôi, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hòa tan Trong các dạng của chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối lượng lớn nhất Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với nước tiểu, nước tắm, phân của gia súc Đây cũng là loại chất thải khó quản

lý, khó sử dụng một cách tối ưu Tùy thuộc vào đặc điểm của các hệ thống chăn nuôi khác nhau mà nước thải từ khu vực chăn nuôi có thể bao gồm cả chất thải rắn của vật nuôi hoặc không Do đó, hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước nước thải phát sinh từ các khu vực chuồng, trại chăn nuôi có thể rất khác nhau

Chính vì vậy, đây là yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống xử

lý nước thải chăn nuôi Mặt khác, nước thải chăn nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử lý nó

Tùy vào chủng loại, độ tuổi của vật nuôi, qui mô sản xuất, cách vận hành, quản lý lưu lượng và chất lượng nước thải của các cơ sở chăn nuôi thường dao động khá nhiều Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải phát sinh từ các trang trại chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn: hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng được biểu thị qua các thông số như: COD, BOD5, tổng nitơ, tổng phốt pho, TSS…những thông số này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường chính Đây là những thành phần dễ phân hủy, gây mùi hôi thối, phát sinh khí độc, làm sụt giảm lượng ôxy hòa tan trong nước và đặc biệt nếu không được xử lý khi thải ra nguồn tiếp nhận sẽ gây ô nhiễm môi trường, gây phì dưỡng hệ sinh thái, làm ảnh hưởng đến cây trồng và là nguồn dinh dưỡng quan trọng để các vi khuẩn gây hại phát triển Ngoài

ra trong nước thải của trang trại chăn nuôi có chứa hàm lượng lớn các vi khuẩn gây bệnh dịch, đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người cũng như

động vật trong khu vực Kết quả điều tra của Trần Thị Dân và cộng sự tại một

số vực phía Nam Việt Nam cho thấy, chỉ tiêu COD trong nước thải chăn nuôi lợn dao động từ 4.373 – 12.852 mg/l vào mùa khô và 827 – 32.750 mg/l vào mùa mưa, và lượng nước sử dụng là 100 lít/con/ngày đối với lợn [16], [25]

Vũ Đình Tôn và cộng sự, khảo sát tại các cơ sở chăn nuôi tại các tỉnh Hải

Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh đã đưa ra kết quả về chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng hầm biogas như sau [23]

Bảng 1 2 Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas

STT Chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị

Trước biogas Sau biogas

1 BOD5 mg/l 799,8 – 1250,7 161,8 – 290,7

2 COD mg/l 1.472,7 – 2.527,7 445,8 – 849,3

STT Chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị

Trước biogas Sau biogas

7 NH4-N mg/l 21,22 – 31,31 26,51 – 32,78

(Nguồn: Vũ Đình Tôn và cộng sự, 2008)

Các vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng, thời gian tồn tại của chúng trong nước thải khá lâu Theo các số liệu nghiên cứu cho thấy:

Erysipelothrise insidiosa 92 - 157 ngày, brucella 105 - 171 ngày, mycobacterium 475 ngày, virus lở mồm long móng 190 ngày, leptospira 21

ngày, trứng ký sinh trùng đường ruột 12 - 15 tháng Đây là nguồn truyền bệnh dịch rất nguy hiểm [13], [17], [26] Khi lượng chất thải chăn nuôi không được

xử lý đúng cách thải vào môi trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu

cơ và vô cơ trong nước Chúng làm giảm quá mức lượng oxy hòa tan, giảm chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước, và là nguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái Hai chất dinh dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước đó là nitơ (nhất là ở dạng nitrat) và phốt pho

Hiện nay, việc sử dụng nước thải hầm biogas trong canh tác và sản xuất nông nghiệp là rất phổ biến và mang lại nhiều lợi ích Các thông số ô nhiễm trước và sau biogas đã giảm tương đối nhiều Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu ra của hầm biogas còn khá cao và vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần (theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT), đặc biệt là chất dinh dưỡng Quá trình xử lý chất thải bằng hầm biogas đã giảm đáng kể các vi sinh vật và một số chỉ số hóa học trong chất thải Nhưng, quá trình xử lý này chưa

triệt để, các tác nhân gây bệnh như Salmonella, Giardia, Cryptosporidium vẫn

hiện diện trong nước thải hầm biogas [5], [6], [27], [28] Để đủ điều kiện xả thải ra môi trường, nước thải đầu ra sau biogas cần được tiếp tục xử lý

1.3.2 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường

Ngành chăn nuôi đang tăng trưởng, phát triển mạnh, cùng với đó thì tình trạng ô nhiễm môi trường do chất thải thải ra trong quá trình chăn nuôi cũng gia tăng Nguồn chất thải vượt quá khả năng chịu tải của môi trường tự nhiên

đã làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, cảnh quan môi sinh, đe dọa tác động trực tiếp tới cuộc sống của người dân [3], [29], [30], [31]

Thành phần chất thải chủ yếu của trang trại chăn nuôi gồm có: phân, nước tiểu vật nuôi, thức ăn chăn nuôi dư thừa; xác gia súc, gia cầm chết; các hoá chất thất thoát (hoá chất tiêu độc, khử trùng); các phụ phẩm nông nghiệp (thân cây, cành, lá, vỏ, hạt); Trong đó, nước thải chăn nuôi chiếm phần lớn thành phần chất thải nêu trên Nước tắm rửa, nước phân, nước tiểu,… Trung bình, cứ 1kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm 20 – 40kg nước Tính trung bình lượng nước thải trên đầu lợn khoảng 30 lít/ ngày đêm thì lượng nước thải của ngành chăn nuôi lơn trên cả nước là 7,2 triệu m3/ngày đêm [13], [18], [32]

Thành phần N, P và các VSV gây hại có trong chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường không khí, môi trường đất, nước mặt và cả nguồn nước ngầm Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong phân gia súc (nhất là protein trong điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra các chất khí có mùi hôi thối (indol, H2S, NH3) gây ô nhiễm không khí Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng N, P cao khi xả ra môi trường gây hiện tượng phú dưỡng môi trường nước các thuỷ vực tiếp nhận dẫn đến hiện tượng “nở hoa nước” do vi tảo bao gồm vi khuẩn lam độc phát triển mạnh, làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng

(Đặng Đình Kim và cs, 2005) Bên cạnh đó, do nước thải cũng chứa hàm lượng

chất hữu cơ cao nên làm giảm nồng độ ôxy hoà tan cho nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng đến hệ sinh thái thuỷ sinh vật nguồn nước tiếp nhận Ngoài ra, trong trường hợp gia súc mắc các bệnh truyền nhiễm hoặc ký sinh trùng, côn trùng

sẽ đóng vai trò trung gian truyền bệnh cho dịch lây lan rộng, đồng thời làm tăng nguy cơ mắc các bệnh giun sán,… [14], [16], [33], [34], [35]

1.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NUÔI

Hiện nay, đa số các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi đều sử dụng công trình xử lý chất thải rắn, lỏng bằng hầm biogas nhằm phân hủy các chất hữu cơ

và tạo khí sinh học phục vụ sinh hoạt, sản xuất Nước thải sau khi qua công đoạn xử lý tạo biogas thường được đưa vào các hồ sinh học nhằm tiếp tục loại

bỏ các chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường hoặc phục vụ tưới tiêu Quá trình xử lý bằng các hồ sinh học thường không được vận hành hợp lý, nên nước thải đầu ra khó có thể đạt được tiêu chuẩn xả thải hoặc tưới tiêu Một số cơ sở chăn nuôi có điều kiện về mặt kinh tế thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi hoàn chỉnh bao gồm các bể sinh học hiếu khí, bể anoxic nhằm loại bỏ hàm lượng nitơ cao trong nước thải sau biogas, sau đó tiếp tục khử trùng trước khi thải ra ngoài môi trường Đa số các cơ sở chăn nuôi đều đã sử dụng hệ thống hầm biogas để xử lý chất thải rắn, lỏng phát sinh trong quá trình chăn nuôi Nước thải sau biogas được xử lý bằng bể hiếu khí hoặc các hồ sinh học, hoặc

có đơn vị đã thiết kế hệ thống bể anoxic kết hợp aerotank với mục tiêu loại bỏ hàm lượng nitơ cao trong nước thải

1.4.1 Công nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi

ven biển có độ sâu không quá 6m khi thuỷ triều thấp đều là các vùng đất ngập nước" (Điều 1.1 Công ước Ramsar, 1971)

Đất ngập nước có nhiều vai trò, chức năng và giá trị quan trọng trong hệ sinh thái liên quan đến các đặc điểm về chu trình thủy văn, địa chất, sinh học

và hóa học ĐNN là những hệ sinh thái có giá trị năng suất cao, cung cấp nguồn nước, nguồn lương thực, nguồn cá, nguồn gen thực vật, động vật hoang dại

Vai trò, chức năng và giá trị của ĐNN liên kết và bổ sung cho nhau (Donald, 2000; Mitsch và Gosselink, 2000)

Vùng ĐNN có vai trò rất quan trọng cho sự sống còn của con người Vùng đất ngập nước là cái nôi của sự đa dạng sinh học, cung cấp nước và môi trường sống vô số loài động thực vật và cả con người [5], [30], [36], [40], [41], [42]

Vùng ĐNN đảm bảo nguồn cấp nước cho thế giới; đảm bảo nguồn cung cấp thức ăn; tạo nên các nguồn sinh kế ĐNN là vùng đảm bảo đa dạng sinh học các vùng ĐNN được xem là có sự đa dạng sinh học cao nhất trong tất cả các hệ sinh thái; là nơi lưu trữ carbon; là vùng dự phòng giảm thiểu thiên tai Những vùng ĐNN có thể lọc các chất độc hại [1], [7], [24]

b) Đất ngập nước kiến tạo

ĐNN kiến tạo được định nghĩa là một hệ thống công trình xử lý nước thải được kiến thiết và tạo dựng mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của ĐNN tự nhiên với cây trồng chọn lọc [35], [43]

ĐNN kiến tạo là một hệ thống bao gồm đất, nước, thực vật, vi sinh vật

và có nhiều tương tác giữa các thành phần này ĐNN kiến tạo được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải, các mục tiêu khác như điều tiết lũ, bổ cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác nguyên liệu thô, tạo môi trường tự nhiên cho các động vật hoang dã chỉ là các mục tiêu phụ Quá trình xử lý nước thải trong hệ thống ĐNN kiến tạo là một quá trình phức tạp Tại đây, một số lượng lớn các quá trình cơ học, hóa lý (lọc, hấp thụ, khử trùng…), sinh học

(thực vật hấp thụ, phân hủy bởi vi sinh…) diễn ra đồng thời và có tác động tương hỗ lẫn nhau [3], [44], [45]

Các thí nghiệm đầu tiên về việc sử dụng các hệ thống ĐNN sử dụng thực vật để xử lý nước thải được tiến hành vào đầu những năm 1950 ở Đức và các

hệ thống đầu tiên được đưa vào hoạt động vào cuối những năm 1960 Kể từ đó, các hệ thống dạng chảy ngầm đã được sử dụng phổ biến ở châu Âu trong khi các hệ thống chảy bề mặt phổ biến hơn ở Bắc Mỹ và Úc Việc phân loại các hệ thống ĐNN có thể căn cứ vào mục tiêu của hệ thống xử lý, vị trí của hệ thống

xử lý… Tùy theo chế độ thủy lực, dòng chảy, hệ thống ĐNN được phân chia thành 2 dạng:

độ oxy hòa tan [5] Amoniac được loại bỏ hiệu quả nhất thông qua quá trình nitrat hóa trong các khu hiếu khí của hệ thống, sau đó khử nitơ trong các khu

kỵ khí trong lớp vật liệu ở đáy Tuy nhiên, các hệ thống dòng chảy mặt thường

là nơi khu trú của một số sinh vật gây bệnh như ruồi, muỗi…cũng như tạo ra nguy cơ mất an toàn đối với người, gia súc nếu như không có các biện pháp bảo vệ phù hợp

Trong hệ thống ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang, nước thải được đưa vào đầu của hệ thống và trong quá trình di chuyển trong hệ thống, nước thải tiếp xúc với một mạng lưới các khu hiếu khí, anoxic và kỵ khí Các vùng hiếu khí tập trung ở xung quanh rễ và thân rễ Hệ thống dòng chảy ngang rất hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, ô nhiễm vi sinh vật, và kim loại nặng Các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi khuẩn trong điều kiện hiếu khí và yếm khí Do khả năng cung cấp không khí không cao, nên các

hệ thống dòng chảy ngang không được thiết kế để loại bỏ nitơ-amoni

Hình 1 3 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang (vẽ

lại theo Vymazal, 1997)

Trong hệ thống ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng, nước thải được tưới trên toàn bộ bề mặt của hệ thống và có thể di chuyển trong hệ thống theo chiều từ trên xuống hoặc dưới lên Hệ thống dòng chảy đứng cũng

có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng… Với cách vận hành như trên, hệ thống dòng chảy đứng tăng khả năng tiếp xúc của nước thải với không khí, do đó có hiệu quả trong quá trình oxy hóa nitơ - amoni Tuy nhiên, quá trình khử nitrat lại kém hiệu quả Nước thải trước khi đưa vào hệ thống dòng chảy ngầm cần được xử lý loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng, để tránh dẫn đến tình trạng tắc nghẽn hệ thống

Để thiết kế hệ thống đất ngập nước kiến tạo, cần quan tâm đến rất nhiều yếu tố: chủng loại nước thải, lưu lượng nước thải, vị trí của hệ thống (sơ cấp và thứ cấp), các thông số ô nhiễm đầu vào, yêu cầu về chất lượng nước thải đầu

ra, các thông số về thời tiết, chế độ thủy văn, địa hình, địa chất tại khu vực bố trí hệ thống…Việc thiết kế hệ thống đất ngập nước kiến tạo cần tính toán được kích thước của hệ thống và đặc điểm của các thành phần vật lý (loại cây, độ sâu của hệ thống, các vật liệu đệm trong hệ thống….)

Hình 1 4 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầng theo phương đứng (vẽ

lại theo Cooper, 1996) c) Đất ngập nước lai hợp

Do nhu cầu loại bỏ amoniac và nitơ tổng hiệu quả, trong những năm 1990

và 2000, các hệ thống đất ngập nước được xây dựng kết hợp giữa các mô hình

khác nhau (được gọi là hệ thống đất ngập nước lai hợp - hybrid constructed wetlands) như: dòng chảy đứng - dòng chảy ngang hoặc kết hợp giữa các hệ

thống dòng chảy ngầm và dòng chảy bề mặt để bổ sung các ưu điểm cho nhau nhằm đạt hiệu quả xử lý cao hơn Mục đích của việc xây dựng kết hợp này làm gia tăng khả năng xử lý, loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, loại bỏ nitơ trong nước thải đạt hiệu quả cao [4], [5]

ĐNN lai hợp là ĐNN kiến tao, thiết kế và xây dựng kết hợp giữa 2 hay nhiều hệ thống lại với nhau Trong xử lý ô nhiễm môi trường thì sự kết hợp 2 hay nhiều hệ thống xử lý với nhau, nhằm mục đích đạt hiệu quả cao trong quá

trình xử lý ô nhiễm Thứ tự bố trí các công trình đơn vị tùy thuộc vào mục tiêu

xử lý, tính chất của nước thải [4], [44], [46]

1.4.2 Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong mô hình ĐNN

Để thiết kế, xây dựng, vận hành mô hình đất ngập nước được chính xác, đạt hiệu quả cao, việc nắm rõ cơ chế xử lý nước thải của đất ngập nước là hết sức cần thiết Các cơ chế đó bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật Các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ nhờ nhiều cơ chế đồng thời trong hệ thống [6], [28], [44], [46], [47], [48]

a) Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

Trong các bãi lọc đất ngập nước, phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) có trong nước thải, hàm lượng BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng Vai trò của thực vật trong đất

c) Loại bỏ Nitơ

Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau:

− Nitrat hóa/khử nitơ

− Sự bay hơi của ammoniac (NH3)

− Sự hấp thụ của thực vật

Hiện nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thống nhất về tầm quan trọng của các cơ chế khử nitơ như đặc biệt với hai cơ chế nitrat hóa/khử nitrat và sự hấp thụ của thực vật

Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hóa

và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất phần ngập nước của thực vật có than nhô lên khỏi mặt nước Nitơ hữu cơ bị oxy hóa thành NH4+ trong cả hai lớp đất oxy hóa và khử Lớp oxy hóa và phần ngập nước của thực vật là nơi chủ yếu xảy ra quá trình nitrat hóa, tại đây NH4+ chuyển hóa thành NO2- bởi vi khuẩn

nitrosomonat và cuối cùng thành NO3- bởi vi khuẩn nitrobacter Ở môi trường

nhiệt độ cao hơn, một số NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí Nitrat trong tầng khử sẽ bị hụt đi nhờ quá trình khử nitrat, lọc hay do thực vật hấp thụ Tuy nhiên, nitrat được cấp vào từ vùng oxy hóa nhờ hiện tượng khuếch tán

Tại bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng

lá, thân, rễ của các cây trồng trong bãi lọc và tạo nên một lớp giàu oxy tương

tự như lớp bề mặt chung giữa đất và nước Nhờ quá trình nitrat hóa diễn ra ở vùng hiếu khí, NH4+ bị oxy hóa thành NO3- Phần NO3- không bị cây trồng hấp thụ sẽ bị khuếch tán vào vùng thiếu khí, và bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử nitrat Lượng NH4+ trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4+ từ vùng thiếu khí khuếch tán vào

d) Loại bỏ kim loại nặng

Kim loại nặng hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong hệ thống đất ngập nước, nhưng nhìn chung lượng kim loại nặng được thực vật hấp thụ chỉ chiếm một phần nhất định

Các loại thực vật khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau

e) Loại bỏ các hợp chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong hệ thống đất ngập nước chủ yếu nhờ cơ chế hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật và hấp thụ của thực vật Thực vật có thể hấp thụ các hợp chất hữu cơ, tuy nhiên, cơ chế này còn chưa được hiểu rõ và phụ thuộc nhiều vào loài thực vật được trồng, cũng như đặc tính của các chất ô nhiễm

f) Loại bỏ vi khuẩn và virut

Vi khuẩn và virut có trong nước thải được loại bỏ nhờ:

− Các quá trình vật lý như dính kết, lắng, lọc, hấp phụ

− Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài Các quá trình vật lý cũng dẫn đến sự tiêu diệt vi khuẩn, virut như: nhiệt độ, pH, bức xạ mặt trời Các yếu tố sinh học bao gồm: thiếu dinh dưỡng, do các sinh vật khác ăn

1.4.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống ĐNN

Trong hệ thống đất ngập nước luôn có sự hiện diện của các loài thực vật, nhưng chỉ có một số loài đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải của hệ thống [27], [40], [42], [50] Tùy thuộc vào loại hệ thống đất ngập nước (chảy mặt, chảy ngầm) mà có thể sử dụng các loài thực vật khác nhau, nhưng việc lựa chọn các loài thực vật để ứng dụng trong hệ thống đất ngập nước cần tuân theo một số tiêu chí sau:

− Sử dụng các loài bản địa, và hạn chế sử dụng loài ngoại lai

− Sử dụng các loài thực vật mọc ở vùng đất ngập nước tự nhiên hoặc bờ sông vì rễ của chúng thích nghi với sự phát triển trong điều kiện bão hòa nước

− Các cây có hệ rễ và thân rễ rộng lớn dưới mặt đất là thích hợp hơn

− Cây có thể chịu được tải sốc cũng như thời gian ngắn

− Cây trồng có thể thích ứng được với tình trạng lũ lụt tạm thời và bị đọng nước

➢ Vai trò của thực vật trong hệ thống đất ngập nước bao gồm:

− Ổn định nhiệt độ cho hệ thống

− Vùng rễ của thực vật là giá thể cho các vi sinh vật tham gia vào quá trình

xử lý nước thải phát triển

− Tạo độ xốp cho vùng đất ngập nước và cung cấp ôxy cho hệ thống

− Hấp thụ và lưu trữ chất dinh dưỡng

− Cung cấp một số hợp chất có lợi quá trình phân hủy của vi sinh

Không có qui tắc hay tiêu chuẩn nào về mật độ cây trồng hoặc khoảng cách thích hợp giữa chúng trong vùng đất ngập nước, nhưng phần lớn các nghiên cứu đều lựa chọn mật độ trung bình là 4-5 cây/m2 [1], [11], [51] Một số

loài thực vật thường được ứng dụng để xử lý nước thải có hiệu quả trong hệ

thống đất ngập nước là: Sậy (Phragmites australis) Loài chi Typha (Bồn bồn)

và Scirpus (Cói)…

Sự hấp thụ, chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nước bằng các loài TVTS

là việc sử dụng thực vật để hút, tập trung và tích lũy các chất ô nhiễm từ môi trường nước vào trong rễ, vào lá, thân, chồi,…; Các chất ô nhiễm sau đó được lấy đi khỏi môi trường qua thu hoạch các loài TVTS Phương pháp này được

sử dụng rất hiệu quả tại nhiều vùng đất ngập nước với mức ô nhiễm các chất hữu cơ, vô cơ, các kim loại nặng As, Pb, Cd,…[13], [24], [52] Một số loài

TVTS thường được sử dụng theo phương pháp này là Bèo tây (Eichhornia crassipes), Bèo tấm (Lemna minor), Lau (Zizania latifolia), Thuỷ Trúc (Cyperus flabellidormis Rottb.), [40], [50], [53]

Hấp thụ chất ô nhiễm bằng TVTS là phương pháp tốt nhất để có thể loại

bỏ chất ô nhiễm từ nước sau đó cô lập nó mà không cần phải thêm các hoá chất vào nước Thực vật hấp thụ, tích lũy, kết tủa và chuyển chất ô nhiễm từ nước với mục đích chính là làm ổn định chất thải trong nước thải, cùng với đó là khả năng loại bỏ hết tất cả các chất dinh dưỡng trong nước thải ngăn chặn việc sinh trưởng và lây lan của các vi khuẩn có trong nước thải Từ đó là khả năng thu hồi dinh dưỡng vào sinh khối với các vi khuẩn trong nước thải và thu hồi các sinh khối thực vật sử dụng cho mục đích khác Vai trò chính của những thực

vật thủy sinh có nhiệm vụ là tạo được môi trường bám dính của vi sinh vật để

vi sinh vật làm ổn định được chất thải trong nước thải [40], [41], [50]

Chi phí xử lý của những phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường không cao Quá trình xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh không đòi hỏi công nghệ phức tạp so với các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hiện nay Sinh khối tạo ra sau khi quá trình xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như là nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ, làm thực phẩm cho người và gia súc hoặc có thể làm phân bón Bộ rễ thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với vi sinh vật, sự vận chuyển của cây đưa những vi sinh vật này đi theo Đối với việc sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng, do vậy

có thể ứng dụng trong một số trường hợp với những vùng hạn chế năng lượng

Bảng 1 3 Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước

- Tạo lớp cách nhiệt trong mùa đông

- Giảm tốc độ gió từ đó giảm nguy cơ phân tán chất ô nhiễm, dự trữ dinh dưỡng

- Cung cấp diện tích bề mặt cho màng sinh học

- Tạo tính thẩm mỹ cho hệ thống, cảnh quan

- Rễ hấp thu chất ô nhiễm và là giá thể nơi vi khuẩn bám dính, từ đó chúng phân hủy, chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nước thải

Hẹ xoắn, - Tạo oxy tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí

1.4.4 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử

lý nước thải chăn nuôi

a)Tình hình nghiên cứu trên thế giới về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chăn nuôi

Cronk, J.K., (1996) Tổng quan về hệ thống đất ngập nước để xử lý nước

thải từ nhà máy sữa và nước thải chăn nuôi heo Dựa trên các tài liệu tham khảo cho thấy hệ thống ĐNN kiến tạo rất có tiềm năng và khả thi cho việc xử lý nước

thải từ chăn nuôi bởi chi phí thấp và thân thiện với môi trường [3]

Stone và cộng sự (2002) Đánh giá hiệu quả sử lý nước thải từ chăn nuôi

heo dựa trên các thiết kế khác nhau của hệ thống đất ngập nước kiến tạo

(Constructed wetlands) sử dụng các loài thực vật thuộc chi Cỏ nến (Typha sp.)

Kết quả cho thấy, hệ thống ĐNN kiến tạo có hiệu quả xử lý nitơ (nitơ tổng và ammonia) cao khoảng 85% Tuy nhiên, hệ thống không cho thấy hiệu quả đối với xử lý Phốt pho [54]

Poach và cộng sự (2004) Sử dụng hệ thống đất ngập nước – ao – đất

ngập nước (Marsh – Pond – Marsh) để xử lý nước thải từ chăn nuôi heo ở 2 thời điểm khác nhau (mùa hè và mùa đông) Hệ thống vận hành có khả năng loại bỏ trung bình 35 – 51% TSS, 30 – 50% COD, 37 – 51% nitơ tổng và 13 – 26% phốtpho tổng Kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả xử lý COD

và nitơ tổng trong mùa đông thấp hơn mùa hè [55], [56], [57]

Nghiên cứu của Jianbo và cộng sự (2007) Sử dụng Lục bình để xử lý

nước thải từ chăn nuôi vịt Kết quả cho thấy nước thải sau xử lý đã loại bỏ đáng

kể các chỉ tiêu COD, TN, TP, DO và độ trong của nước Bên cạnh đó, sinh khối lục bình được sử dụng làm thức ăn cho vịt làm tăng khả năng sử dụng thức ăn

và cải thiện tỷ lệ đẻ trứng [58]

Chien et al (2015) Sử dụng Lục bình để xử lý nước thải nuôi heo

Nghiên cứu cho thấy hệ sinh thái TVTS đóng vai trò quan trọng trong quá trình

xử lý nước thải và nước thải sau xử lý đủ điều kiện để phục vụ cho việc tưới tiêu [27]

Sarmento và cộng sự (2012) Thử nghiệm Cyperus sp (Thủy trúc) để

loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi lợn Thí nghiệm được tiến hành với mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng có và không trồng cây, hoạt động với thời gian lưu thủy lực (HRT) trong 72 giờ Kết quả thu được, hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý là nitơ Kjeldahl, tổng phốtpho, độ kiềm và độ dẫn điện, đều giảm với hiệu suất 37.5 và 28.5%, 55.9 và 44.4%, 30.2 và 25.6 và 26.1% và 22.9% (đối với nghiệm thức trồng và không trồng cây tương ứng) Kết quả cho thấy hệ thống thực vật trong đất ngập nước có vai trò quan trọng để loại bỏ chất dinh dưỡng [59]

b) Tình hình nghiên cứu trong nước về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chăn nuôi

Các nghiên cứu sử dụng thực vật thủy sinh (TVTS) để xử lý nước thải ở Việt Nam gần đây đang được phát triển Các đối tượng TVTS khá đa dạng từ thực vật sống chìm, thực vật sống nổi và thực vật sống trôi nổi [60] TVTS được nghiên cứu ứng dụng khá đa dạng để xử lý nước thải sinh hoạt [1], [52], nước thải nuôi trồng thủy sản [20], [61], nước thải nhà máy sản xuất tinh bột Khoai mỳ [62] …v.v Về nước thải trong hoạt động chăn nuôi trong những năm gần đây đang được chú trọng nghiên cứu

Đặng Xuyến Như và cộng sự (2001) Đã ứng dụng Bèo tây và Rau muống

để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau tháp UASB Cũng Đặng Xuyến Như và cộng sự (2005) đã nghiên cứu xử lý nước thải nuôi lợn bằng tháp UASB và

máng TVTS cho thấy nước thải sau xử lý COD giảm 80%, TSS < 80 mg/l,

N-NH4 giảm 70%, N-NO3< 15mg/l, PO43- giảm 58-65% [63]

Lê Việt Hoàng và cộng sự (2004) Thí nghiệm xử lý nước thải sau biogas

và xử lý trực tiếp từ chuồng lợn bằng Bèo tây [64] Kết quả cho thấy, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A (tiêu chuẩn Việt Nam 5945-1995); sinh khối Lục bình có thể sản xuất 470-488 tấn/ha/năm đối với nước thải trực tiếp từ chuồng heo và 627 tấn/ha/năm đối với nước thải sau hầm biogas (tính trên trọng lượng tươi)

Vũ Thị Nguyệt và cộng sự (2014) Sử dụng Bèo tây (Eichhornia crassipes) để xử lý nitơ và phốt pho trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas

ở quy mô pilot với các mức tải lượng khác nhau Hệ thống pilot cho thấy khả năng loại bỏ tổng nitơ và phốt pho khá cao và vận hành hệ thống đơn giản cho thấy tiềm năng của việc ứng dụng Bèo tây để xử lý nước thải chăn nuôi heo

trong thực tế [60] Ở quy mô nông hộ, công bố của Lưu Hữu Manh và cộng sự (2009) cho thấy, phương pháp xử lý bằng túi biogas – ao cá và ao Lục bình có

hiệu quả xử lý tốt chất thải chăn nuôi heo, đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng chất thải hiện hành

Nghiên cứu của Trần Thị Kim Thúy và cộng sự (2016) nhằm đánh giá

chất lượng nước thải từ các trang trại nuôi bò bằng Lục bình và ruộng Cỏ mồm cho kết quả rất khả quan [65] Nước thải từ nuôi bò sau xử lý từ 2 loại thực vật thủy sinh này đều đạt tiêu chuẩn nước thải loại A theo tiêu chuẩn nước thải công nghiệp QCVN24:2009/BTNMT Cả 2 loài thực vật này đều cho thấy hiệu quả xử lý cao đối với chỉ tiêu EC, N-NH3 và phốt pho Xử lý nước thải trang trại nuôi bò bằng ruộng Cỏ mồm là thích hợp vì sinh khối có thể tận dụng làm thức ăn cho bò

Hồ Thị Bích Liên và cộng sự (2016) Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải

sau biogas từ trang trại nuôi heo tại Tân Uyên, Bình Dương với lưu lượng nước 1m3/ngày sử dụng các loại thực vật thủy sinh là cỏ Vetiver, Thủy trúc và Phát tài [47] Kết quả sau 1 tháng vận hành, hệ thống ĐNN kiến tạo có khả năng xử

lý nước ô nhiễm với hiệu suất cao đáp ứng QCVN40:2011/BTNMT (cột A)

Hệ thống ĐNN kiến tạo được xem là 1 giải pháp đầy khả thi cho việc cải thiện chất lượng nước sau biogas

Về xác định độ dẫn thủy lực và tải trọng thủy lực tối ưu cho xử lý bằng

bãi lọc ngầm, Dư Ngọc Thanh và cộng sự (2013) cho thấy độ dẫn thủy lực phụ

thuộc vào loại vật liệu lọc Các hạt càng nhỏ, có độ nhám lớn thì độ dẫn thủy lực càng nhỏ và ngược lại [24] Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sự kết hợp giữa các vật liệu sỏi to + đá nhỏ + nền có khả năng xử lý chất thải tốt nhất và tải trọng tối ưu là 40 lít/ngày

Tuy kết quả các nghiên cứu mới chỉ là bước đầu nhưng cũng đã mở ra những triển vọng khá khả quan để ứng dụng các TVTS xử lý nước thải chăn nuôi trong thực tế

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU

Trong hệ thống đất ngập nước luôn có sự hiện diện của các loài thực vật Tuy nhiên chỉ có một số loài đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải của hệ thống Tùy thuộc vào loại hệ thống đất ngập nước (chảy mặt, chảy ngầm) mà có thể sử dụng các loài thực vật khác nhau, nhưng việc lựa chọn các loài thực vật để ứng dụng trong hệ thống đất ngập nước cần tuân theo một số tiêu chí sau: Sử dụng các loài bản địa, và hạn chế sử dụng loài ngoại lai; Sử dụng các loài thực vật mọc ở vùng đất ngập nước tự nhiên hoặc bờ sông vì rễ của chúng thích nghi với sự phát triển trong điều kiện bão hòa nước; các cây có

hệ rễ và thân rễ rộng lớn dưới mặt đất là thích hợp hơn; Cây có thể chịu được tải sốc cũng như thời gian ngắn; Cây trồng có thể thích ứng được với tình trạng

lũ lụt tạm thời và bị đọng nước

Dựa trên công trình nghiên cứu của các tác giả Robert H Kadlec, Scott

D Wallace, Jan Vymazal,… và một số tác giả trong nước như Lê Văn Nhạ, Nguyễn Tấn Phong, Hồ Thị Bích Liên, Nguyễn Thành Lộc… một số loài thực vật thường được ứng dụng để xử lý nước thải có hiệu quả trong hệ thống đất

ngập nước là: Sậy (Phragmites australis) Loài chi Typha (Bồn bồn) và Scirpus

(Cói)… Đây là những loài thực vật thủy sinh tương đối phổ biến tại Việt Nam

và vùng khí hậu nhiệt đới, có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt trong môi trường ô nhiễm Chính vì vậy, đề tài lựa chọn sử dụng 2 loài thực vật thủy sinh

là Bồn bồn, Thủy trúc để thực hiện các thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng thích nghi, hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của hệ thống đất ngập nước từ đó bổ sung thêm các dữ liệu khoa học cho việc thiết kế, ứng dụng hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh thái trong thực tế

➢ Hai loài thực vật thủy sinh: Bồn bồn và Thủy trúc

− Cây Bồn bồn có tên khoa học Typha orientalis, thuộc họ Cỏ nến –

Typhacea Cây Bồn bồn sử dụng trong thí nghiệm được lấy tại khu vực

huyện Cần Giờ, Tp Hồ Chí Minh

− Cây Thủy trúc có tên khoa học: Cyperus involucratus / Cyperus

alternifolius thuộc họ Cói – Cyperaceae Cây Thủy trúc sử dụng trong

thí nghiệm được lấy tại khu vực quận 12, Tp Hồ Chí Minh

− Nước thải chăn nuôi sau biogas được lấy tại huyện Củ Chi, Thành phố

2.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Nước thải sau hầm biogas từ chăn nuôi lợn của cơ sở chăn nuôi lợn tại huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh

- Thủy trúc và cây Bồn bồn

- Hệ thống đất ngập nước lai hợp

2.3 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Thời gian nghiên cứu: thực hiện từ tháng 6/2008 – 6/2020

Địa điểm nghiên cứu: Khảo sát, thu thập số liệu, lấy mẫu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của 10 cơ sở chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Bình Phước Đánh giá khả năng thích nghi của của một số loài thực vật thủy sinh tại Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga, chi nhánh phía Nam và cơ

sở chăn nuôi tại Củ Chi Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của Bồn bồn và Thủy trúc trên mô hình ĐNN và ĐNN lai hợp tại cơ

sở chăn nuôi ở Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp khảo sát: Tham khảo các tài liệu, bài báo khoa học… và khảo sát thực tế tại các cơ sở…

Phương pháp thực nghiệm: Tính toán số liệu, thiết kế và vận hành mô hình thí nghiệm

Phương pháp thống kê: Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu phân tích các chỉ tiêu của nước thải trước và sau xử lý Phân tích sự khác biệt giữa các ngiệm thức bằng phương sai 1 yếu tố ANOVA

Phương pháp đánh giá và so sánh: Nhận xét các chỉ số của nước đầu ra

so với nước thải đầu vào của hệ thống thí nghiệm Đánh giá hiệu quả xử lý của

hệ thống Sử dụng phếp phân tích hậu phương sai với phép thử Tukey HSD để đánh giá sự khác biệt giữa các nghiệm thức

Phương pháp phân tích mẫu: Phân tích các chỉ tiêu - nhiệt độ, pH, DO, BOD5, COD, N tổng, ammonia, phosphor tổng, Cu, Zn, tổng coliform trong nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình xử lý

• COD (mg/l): Phân tích bằng chuẩn độ theo Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater: 20th Edition – 5220 C Closed Reflux, Titrimetrix Method

• BOD5 (mg/l): Phân tích tại Trung tâm công nghệ xử lý môi trường –

Bộ tư lệnh Hóa học theo TCVN 6001-1:2008

• N tổng (mg/l): Phương pháp phân tích Persulfate (so màu) Sử dụng máy đo quang HACH DR-900

• Amoni (NH4+) (mg/l): Phương pháp phân tích Salicylate (so màu)

Sử dụng máy đo quang HACH DR-900

• Nitrate (NO3-) (mg/l): Phương pháp Chromotropic acid (so màu) Sử dụng máy đo quang HACH DR-900

• Kẽm (Zn2+) (mg/l): Phương pháp USEPA Zincon Sử dụng máy đo quang HACH DR-900

• Đồng (Cu2+) (mg/l): Phương pháp USEPA Bicinchoninate Sử dụng máy đo quang HACH DR-900

• Tổng coliform: Phân tích theo TCVN 6187-2:1996

➢ Bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng thích nghi của thực vật thủy sinh đối với nước thải chăn nuôi sau biogas

Các bể thí nghiệm là các thùng nhựa có kích thước 60 x 45 x 40 (cm), được bổ sung các vật liệu lọc (đá và cát) lần lượt từ dưới lên trên: 10 cm đá 1-

2, 10 cm đá mạt, 5 cm cát thô và thùng có van xả nước cách đáy 2 cm

Các bể thí nghiệm được đặt có ánh sáng, dễ quang hợp và che chắn khi

bị mưa Mực nước ở trong mỗi bể cao hơn vật liệu lọc lần lượt là 5 cm và 20 cm; mỗi bể được trồng cây với số lượng theo thứ tự Bồn bồn 12 cây/ m2, Thủy trúc 12 cụm cây/m2 (mỗi cụm cây thường có 2 – 3 thân cây)

Theo dõi và đánh giá khả năng thích nghi của cây thử nghiệm đối với nước thải, có giá trị của một số thông số cơ bản để đánh mức độ ô nhiễm của môi trường nước

➢ Mô hình thực nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý của Bồn bồn, Thủy trúc đối với nước thải chăn nuôi

Xác định sơ bộ kích thước các bể thí nghiệm theo UN-HABITAT, 2008

Constructed Wetlands Manual [66]:

Diện tích bề mặt của các bể xử lý được tính theo công thức:

T – Nhiệt độ của hệ thống (oC)

d – Độ sâu của cột nước trong hệ thống đất ngập nước (m)

n – Độ xốp của lớp vật liệu đệm trong hệ thống

Việc xác định hệ số KBOD có thể dựa trên các đồ thị sau:

Hình 2 2 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và

nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang

Hình 2 3 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và

nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng

Lựa chọn vật liệu sử dụng trong các bể thí nghiệm [7], [46]: Vật liệu sử

dụng trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo nên sử dụng các loại vật liệu sẵn

có, rẻ tiền Chiều sâu lớp vật liệu phụ thuộc vào kiểu hệ thống xử lý và chiều dài của bộ rễ thực vật, đối với hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang, thông thường độ sâu của hệ thống được thiết kế nhỏ hơn 0,6m Đối với hệ thống dòng chảy đứng, chiều cao của hệ thống có thể lên đến hơn 1m, nhằm tạo ra các vùng

xử lý có các điều kiện khác nhau, tuy nhiên, khi thiết kế độ sâu quá lớn, có thể làm tăng thêm chi phí thi công và chi phí vật liệu, và làm giảm vai trò của thực vật đối với quá trình xử lý nước thải

Thực vật được trồng trong mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng, dòng chảy ngang xử lý nước thải chăn nuôi ở quy mô phòng thí nghiệm Các bể thí nghiệm mô hình đất ngập nước được làm bằng thủy tinh, lót bạt bên trong, có kích thước như sau:

− Mô hình dòng chảy đứng có kích thước: DxRxC = 1,2×1,2×1,1 (m)

− Mô hình dòng chảy ngang có kích thước: DxRxC = 2,4×0,6×0,8 (m)