6. Tính mới của đề tài
3.4. Ngưỡng chịu tải lượng BOD của các loại cây tham gia thí nghiệm
3.4.1. Xác định lượng nước và nồng độ BOD của các ngưỡng thử
- Nước thải chăn nuôi dùng để thử ngưỡng chịu cho các cây là nước đậm đặc lấy trong bể chứa của trại mới thải ra. Các nồng độ thử được pha loãng theo công thức pha loãng.
W = W0 (C1 - C2)/(C2 - C3) Trong đó:
W0 - là lượng nước ban đầu có nồng độ đậm đặc (15 lít) W- lượng nước cần pha
C1 là nồng độ BOD đậm đặc chưa pha (4254 mg/l)
C2 là nồng độ BOD cần pha (tương ứng với thành phần % yêu cầu) C3 là nồng độ BOD của nước dùng để pha loãng (20 mg/l) Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.11. Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần STT Tỉ l(%) ệ pha W0 (lít) (lít) W Nồng (mg/l) độ BOD 1 25 15 45,86 1063,5 2 50 15 15,14 2127,0 3 75 15 5,03 3190,5 4 100 15 0 4254,0 (Nguồn: Kết quả thí nghiệm )
Sau pha loãng có tải lượng BOD dòng vào (trước xử lý) ở các công thức như sau: Nồng độ 1: ND1 - Hàm lượng BOD5 25% so với đậm đặc
Nồng độ 2: ND2 - Hàm lượng BOD5 50% so với đậm đặc Nồng độ 3: ND3 - Hàm lượng BOD5 75% so với đậm đặc Nồng độ 4: ND4 - Hàm lượng BOD5 100% đậm đặc
3.4.2. Khả năng tăng trưởng chiều cao và ra lá của các cây trồng trong thí nghiệm
Trong quá trình sống, cây hấp thu các chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển, tăng về chiều cao cũng như năng suất của cây. Chiều cao của cây thể hiện một phần sự tích lũy các chất trong cây. Chính vì vậy, khi đánh giá sự sinh trưởng và phát triển của cây, người ta thường xét tới chiều cao của cây. Với nồng độ BOD khác nhau trong nước thải chăn nuôi ảnh hưởng khác nhau đến chiều cao cây.
Đối với các loại cây trồng nói chung thì lá là cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp của cây, 95% năng suất của cây là do sản phẩm quang hợp tạo ra, vì vậy thời gian tồn tại của bộ lá có vai trò rất quan trọng trong việc xác định sự phù hợp của cây với môi trường mà nó đang sống. Qua thời gian thí nghiệm ta có kết quả như sau:
Bảng 3.12. Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi(vẽ biểu đồ)
Chiều cao cây (cm) Số lá (lá)
Cây trồng
Ban đầu Sau 40 ngày Ban đầu Sau 40 ngày
Bóng Nước 20,5 7,8 55 15 Trúc Mây 57,7 51,1 56 35 Mon Nước 33 50 17 31 Thiết Mộc Lan 50,6 48,5 102 75 Xương Bồ 43 40 56 45 Phát Lộc 30 40 24 45 Thủy Trúc 0 40 0 120 Chuối Hoa 55 67 31 50
0 10 20 30 40 50 60 70 Bóng Nước Trúc Mây Mon Nước Thiết Mộc Lan Xương Bồ Phát Lộc Thủy Trúc Chuối Hoa Loại cây trồng Chiều cao cây (cm)
Ban đầu Sau 40 ngày 0 20 40 60 80 100 120 Bóng Nước Trúc Mây Mon Nước Thiết Mộc Lan Xương Bồ PhátLộc Thủy Trúc Chuối Hoa Loại cây số lá (lá) Ban đầu Sau 40 ngày
Chiều cao cây (cm) Số lá (lá)
Hình 3.6. Biểu đồ Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi
Qua bảng 3.12 cho ta thấy sau thời gian thí nghiệm 40 ngày chiều cao cây và số lá so với ban đầu có sự thay đổi, có 4 cây cho chiều cao và số là giảm là cây Bóng Nước, Trúc Mây, và Thiết Mộc Lan và Xương Bồ.
- Cây Bóng Nước, chiều cao ban đầu là 20,5cm giảm 12,7cm xuống còn 7,8cm sau 40 ngày, trung bình chiều cao cây Bóng Nước giảm do cây chết nhiều. Cây có hiện tượng lá héo, lá rụng ở thời gian 30 ngày với nồng độ BOD 75%, đến 40 ngày cây Bóng Nước chết nhiều. Tổng số cây chết là 21/27 cây chiếm tỷ lệ 77,78%. Do đó số lá giảm còn 15 lá, giảm 40 lá so với ban đầu là 55 lá.
- Cây Trúc Mây, chiều cao ban đầu là 57,7cm giảm 6,6 cm xuống còn 51,1cm sau thời gian 40 ngày, trung bình chiều cao cây Trúc Mây giảm do có hiện tượng cây chết nhiều. Tổng số cây chết là 6/9 cây, chiếm tỷ lệ 66,67%. Trong thời gian 30 ngày cây Trúc Mây có hiện tượng lá héo, số lá còn lại 35 lá sau thời gian 40 ngày, giảm 21 lá so với ban đầu (ban đầu có 56 lá).
- Thiết Mộc Lan chiều cao ban đầu là 50,6cm giảm 2,1cm xuống còn 48,5cm sau thời gian 40 ngày, trung bình chiều cao cây Thiết Mộc Lan giảm , do tổng số cây chết là 4/9 cây, chiếm tỷ lệ 44,44%. Trong thời gian 30 ngày, lá của cây Thiết Mộc Lan cũng bị héo và đến 40 ngày có hiện tượng cây chết nhiều, ví vậy số lá giảm 27 lá còn 75 lá so với 102 lá ban đầu.
- Cây Xương Bồ, chiều cao ban đầu là 43cm giảm 3cm xuống còn 40cm sau thời gian 40 ngày, trung bình chiều cao cây Xương Bồ giảm do một số cây có hiện tượng héo lá và chết ở nồng độ đậm đặc, số cây chết chiếm tỷ lệ 25,15%. Số lá của Xương Bồ cũng giảm 11 lá so với ban đầu.
Còn lại 4 loại cây vẫn sinh trưởng, phát triển tốt sau thời gian 40 ngày là Mon Nước, Phát Lộc, Thủy Trúc và Chuối Hoa.
- Cây Mon Nước, chiều cao ban đầu là 33cm tăng 17cm lên 50cm sau thời gian 40 ngày; Số lá là 31 lá tăng 14 lá so với ban đầu.
- Cây Phát Lộc, chiều cao ban đầu là 30cm sau thời gian 40 ngày cao 40cm tăng 10cm; Số lá của cây Phát Lộc ban đầu là 24 lá, sau 40 ngày tăng 21 lá lên 45 lá.
- Cây Chuối Hoa, chiều cao ban đầu là 55cm tăng 12cm lên 67cm trong thời gian 40 ngày; Số lá của cây Chuối Hoa ban đầu là 31 lá, sau 40 ngày tăng 19 lá lên 50 lá.
- Cây Thủy Trúc ban đầu chưa có mầm, sau thời gian 40 ngày cao 40cm. Số lá là 120 lá.
Như vậy, sau thời gian 40 ngày chiều cao cây và số lá có sự biến đổi, cây tăng trưởng về chiều cao và có số lá tăng là Mon Nước, Chuối Hoa, Phát Lộc và Thủy Trúc.
3.4.3. Khả năng ra rễ và phát triển rễ của các cây trồng trong thí nghiệm
Bảng 3.13. Số rễ và chiều dài rễ sau thời gian theo dõi thí nghiệm(vẽ bieu đồ)
Số rễ (cái) Chiều dài của rễ (cm)
Cây trồng
Ban đầu Sau 40 ngày Ban đầu Sau 40 ngày
Bóng Nước 55 47 7,23 5,83 Trúc Mây 48 15 14,07 5,53 Mon Nước 66 102 20,93 34,50 Thiết Mộc Lan 65 58 21,50 17,67 Xương Bồ 86 105 12,50 14,80 Phát Lộc 64 102 25,13 33,17 Thủy Trúc 44 81 24,53 32,00 Chuối Hoa 60 107 23,67 35,50
Nguồn: Kết quả theo dõi
0 20 40 60 80 100 120 Bóng Nước Trúc Mây Mon Nước Thiết Mộc Lan Xương Bồ Phát Lộc Thủy Trúc Chuối Hoa Cây trồng Số rễ (rễ) Ban đầu 40 ngày 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Bóng Nước Trúc Mây Mon Nước Thiết Mộc Lan Xương Bồ PhátLộc Thủy Trúc Chuối Hoa Loại cây Chiều dài rễ (cm ) Ban đầu 40 ngày Số rễ Chiều dài rễ
Qua bảng 3.13 ta thấy sau thời gian thí nghiệm số rễ cây so với ban đầu có sự thay đổi có 3 cây cho tổng số rễ giảm là cây Bóng Nước, Trúc Mây, và Thiết Mộc Lan. Giảm mạnh nhất là cây Trúc mây tỉ lệ số rễ giảm chiếm 68,75 % (giảm từ 48 rễ xuống còn 15 rễ) và chiều dài rễ cũng giảm từ 14,07cm xuống còn 5,53 cm (giảm 8,54 cm).
- Cây Bóng Nước số rễ giảm 8 rễ (chiếm 14,54%), chiều dài rễ cũng giảm 1,4 cm (giảm từ 7,23cm xuống còn 5,83cm).
- Thiết Mộc Lan số rễ giảm 7 rễ (giảm từ 65 cm xuống còn 58cm), chiều dài rễ giảm 3,83cm (giảm từ 21,5 cm xuống 17,67cm).
Số rễ của các cây giảm là do các cá thể của các cây ở các ô thí nghiệm bị chết ở nồng độ BOD 4254 mg/l.
Còn 5 loại cây còn lại có số rễ và chiều dài rễ tăng trong thời gian thí nghiệm các cây có số lượng rễ tăng khá lớn và chiều dài của rễ cũng tăng.
- Cây Mon Nước tổng số rễ tăng từ 66 lên 102 (tăng 36 rễ), chiều dài tăng từ 20,93cm lên 34,5 cm (tăng 13,57cm, tốc độ tăng chiều dài rễ đạt 0,34cm/ngày). Cây Mon Nước là cây có bộ rễ khá dài và ăn sâu xuống dưới đất.
- Cây Phát Lộc số rễ phát triển tăng từ 64 lên 102 (tăng 38 rễ ), chiều dài rễ tăng từ 25,13cm lên 33,17cm (tăng 8,04cm, tốc độ tăng chiều dài rễ đạt 0,201cm/ngày).
- Cây Thủy Trúc tổng số rễ ít hơn mon nước và xương bồ nhưng tốc độ tăng trưởng của rễ cũng phát triển tương tự các cây kia. Số rễ tăng từ 44 lên 81 cái rễ (tăng 37 rễ), chiều dài từ 24,53 cm lên 32 cm (tăng 7,47cm, tốc độ đạt 0,187cm/ngày) và cũng là cây có bộ rễ dài.
- Cây Chuối Hoa có số rễ tăng sau 40 ngày là 47 rễ (tăng từ 60 rễ lên 107 rễ), chiều dài rễ tăng 11,83 cm, tốc độ tăng chiều dài của rễ đạt xấp xỉ 0,3 cm/ngày.
Như vậy, Rễ có tác dụng hút và vận chuyển các chất khoáng và các chất dinh dưỡng trong đất cung cấp để nuôi dưỡng cho cây, số rễ và chiều dài của rễ thay đổi theo thời gian và theo môi trường sống vì vậy dựa vào sự phát triển chiều dài của rễ và số rễ ta cũng có thể đánh giá lựa chọn cây trồng để sử dụng phù hợp trong bãi lọc ngầm.
Thí nghiệm được tiến hành ở bốn mức nồng độ BOD khác nhau tương ứng với 4 giai đoạn, thời gian thử nghiệm mỗi nồng độ là 10 ngày. Qua thời gian theo dõi sự phát triển của cây qua các nồng độ mỗi một loại cây thích ứng khác nhau và biểu hiện ra hình thái cũng khác nhau. Qua hình thái của cây ta phần nào đánh giá được môi trường sống và sự thích nghi của loài đó. Sau 40 ngày tiến hành thí nghiệm ta có được kết quả như sau:
Bảng 3.14. Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng Nồng độ BOD5 sau trồng
10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày
25 % 50 % 75 % 100 % Tỷ lệ (%) Loại cây Số ng Chết Sống Chết Sống Chết Sống Chết Sống Chết Bóng nước s 0 s 0 héo lá (lá rụng) 0 Chết 22,22 77,78 Trúc mây s 0 s 0 héo lá 0 Chết 33,33 66,67 Mon nước s 0 s 0 s 0 s 0 100 - Thiết ML s 0 s 0 héo lá 0 Chết 55,56 44,44 Xương bồ s 0 s 0 lá úa vàng 0 lá héo 0 74,85 25,15
Phát lộc s 0 s 0 s 0 s 0 100 -
Thủy trúc s 0 s 0 s 0 s 0 100 -
Chuối hoa s 0 s 0 s 0 s 0 100 -
(Nguồn: Kết quả thí nghiệm)
Chú giải: (s) kí hiệu là sống
Qua bảng 3.14 ta thấy ở mức nồng độ BOD cao nhất (4254 mg/l) xuất hiện hiện tượng cây chết, trong đó tỷ lệ cây chết nhiều nhất là cây Bóng Nước tỷ lệ các cây chết 21/27 cây chiếm 77,78%, cây Trúc Mây tỷ lệ cây chết 6/9 cây (chiếm 66,67%), cây Thiết Mộc Lan tỷ lệ cây chết 4/9 chiếm 44,44%. Các cây còn lại vẫn có khả năng thích nghi được tuy nhiên tốc độ sinh trưởng bị chậm lại.
Điều đó chứng tỏ, khi nồng độ BOD tăng cao lên 4254 mg/l đã ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của các loại cây, các loại cây chịu đựng được nồng độ BOD khác nhau nên có cây phát triển được và cũng có loại cây không thích nghi chậm phát triển hoặc chết đi.
Qua quan sát trong quá trình thí nghiệm, qua các mức nồng độ khác nhau bằng phương pháp trực quan thu được kết quả thay đổi về màu sắc lá như sau:
Bảng 3.15. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây ở các nồng độ BOD5 thử nghiệm Loại cây ngày 10 (25%) 20 ngày (50%) 30 ngày (75%) 40 ngày (100%) Bóng Nước + - lá vàng (rụng)
Trúc Mây + - vàng ở lá gốc màu tro (héo)
Mon Nước - + + -
Thiết Mộc
Lan + - vàng vàng
Phát Lộc - + + +
Xương Bồ + - vàng Vàng (héo viền lá)
Thủy Trúc - + + +
Chuối Hoa - + + -
Chú giải: (-): màu xanh nhạt (+): màu xanh thẫm
Các kết quả này cho thấy các loại cây trồng trong các công thức thí nghiệm đã thích nghi với nồng độ BOD5 cao, phát triển tốt là Thủy Trúc, Phát Lộc, Mon Nước, Chuối Hoa, còn các các cây Trúc Mây, Xương Bồ, Hoa Bóng Nước, Thiết Mộc Lan sinh trưởng chậm khả năng thích nghi kém.
Như vậy, qua thí nghiệm xác định khả năng chịu tải lượng của các cây trồng cho thấy: Cây Bóng Nước, Trúc Mây, Thiết Mộc Lan thích hợp với ngưỡng nồng độ 50%; còn Mon Nước, Phát Lộc, Chuối Hoa, Thủy Trúc thích hợp với ngưỡng nồng độ 75% - 100%. Chứng tỏ khả năng chịu tải lượng của các cây trồng tham gia thí nghiệm đều có thể chịu được nồng độ nước thải sau Biogas.
3.5. Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của các công thức cây trồng tham gia thí nghiệm
Để đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau bể biogas của các công thức cây trồng chúng tôi đã xác định hàm lượng của một số chỉ tiêu chính sau: Đạm tổng số (T-N), lân tổng số (T-P), nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD5), tổng chất lơ lửng trong nước thải (TSS), nhu cầu oxy hóa hóa học (COD).
Nitơ là một trong những nguyên tố chính của cuộc sống, là thành phần của protein và acid nucleic trong tế bào vi sinh vật, động vật và thực vật. Tuy nhiên nếu hàm lượng Nitơ trong nước quá cao sẽ gây độc ảnh hưởng đến động vật, con người. Ngoài ra hàm lượng Nitơ trong nước quá cao khi thải ra môi trường ngoài sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, tảo nở hoa… Do vậy, cần phải loại bỏ hàm lượng N trong nước thải trước khi thải ra môi trường ngoài. Qua thời gian theo dõi thí nghiệm, tiến hành lấy mẫu phân tích ta có kết quả sau:
Bảng 3.16. Hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức (vẽđồ thị) Hàm lượng (T-N) đo sau Công thức 5 ngày (mg/l) Hiệu suất (%) 10 ngày (mg/l) Hiệu suất (%) QCVN 40- 2011, cột B (mg/l) CT1(Đ/C) 196,78 41,2 96,42 71,2 40 CT2 160,38 52,1 48,16 85,6 - CT3 168,71 49,6 55,43 83,4 - CT4 159,80 52,2 40,23 87,8 - CT5 148,08 55,7 32,58 90,3 - CV% 6,12 5,23 LSD05 4,87 5,17 ( Nguồn: Kết quả phân tích) Hàm lượng (T-N) đo sau (mg/l) 0 50 100 150 200 250 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 Công thức 5 ngày Hiệu suất (%) 10 ngày Hiệu suất (%) Hình 3.8. Đồ thị hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức
Với hàm lượng đạm (T-N) đầu vào cao 410,43 mg/l vượt quá tiêu chuẩn cho phép gấp 10,26 lần so với tiêu chuẩn (theo QCVN 40-2011, cột B) gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước. Nhìn vào bảng 3.16 trên ta thấy ở các công thức trồng cây qua các lần đo ta thấy hiệu suất xử lý khá tốt, ở lần đo thứ nhất là sau 5 ngày hiệu quả xử lý đạt hiệu suất trong khoảng 49,6% đến 55,7% nước thải đã giảm từ 410,43 mg/l xuống chỉ còn 148,08 mg/l đến 168,71 mg/l, còn tại công thức đối chứng mức xử lý đạt hiệu suất 41,2% mức xử lý thấp hơn so với công thức có cây, cho thấy việc trồng cây đã có tác dụng, quá trình xử lý tốt hơn so với công thức đối chứng tuy nhiên vẫn ở mức cao so với tiêu chuẩn.
Ở lần đo thứ hai là sau 10 ngày quá trình xử lý của cây trồng đạt hiệu suất xử lý cao 83%- 90%, nước thải ra với hàm lượng đạm (T-N) thấp, nước thải giảm xuống còn 32,58 mg/l đến 55,43 mg/l, nước thải ra đạt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011, cột B. Tại công thức đối chứng thì khả năng xử lý không tốt bằng tốt bằng các công thức có cây, hiệu suất xử lý đạt 71%, mà tại công thức có cây hiệu suất xử lý 90%, nước thải giảm xuống 12,6 lần. Từ đó cho thấy khả năng xử lý của các vật liệu lọc không có cây không tốt bằng các công thức có cây, các công thức có cây hiệu quả xử lý đạt hiệu quả cao hơn, nước thải giảm xuống gấp nhiều lần, đạt được các yêu cầu trước khi thải ra ngoài môi trường. Mức giảm của nước thải ngoài sự phụ thuộc vào khả năng hút của cây đồng thời còn phụ thuộc vào thời gian lưu nước, nước được lưu lâu hiệu suất xử lý của bãi lọc ngầm trồng cây càng cao.