4.2.1. Hàm lượng BOD5 và COD của các mẫu nước thải sau xử lý
BOD5 và COD đều là các chỉ số định lượng chất hữu cơ trong nước có khả năng bị oxy hóa bằng tác nhân vi sinh vật hoặc bằng chất oxy hóa mạnh. Vì vậy, 2 chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của
nước. Kết quả phân tích hàm lượng BOD5 và COD của các mẫu nước thải sau xử lý được trình bày ở bảng 4.2, bảng 4.3 và hình 4.1, hình 4.2.
Bảng 4.2. Hàm lượng BOD5 (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý
Sau biogas Sau bể lắng 1 Sau bể lắng 2 Ao thủy sinh
CTCP Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD
Trước khi bổ sung rơm và EM 195,3a±38,4 158,6ab±82,3 127,33ab±7,5 38,4b±33,0 Loại A <40 Loại B <100 Rơm 1 tuần 319,3a±61,7 207,3ab±100,4 130,3bc±80,6 48,00c±8,2
Rơm 2 tuần, cây
thủy sinh 1 tuần 380,6a±86,5 318,2a±62,3 104,3b±32,8 34,0b±24,3 Rơm 3 tuần +
thủy sinh 2 tuần 246,8a±132,3 236,2a±22,9 199,8ab±125,6 32,1b±12,0 Rơm 4 tuần +
thủy sinh 3 tuần 318,4a±115,8 189,1ab±115,8 112,5ab±51,9 41,2b±27,1 Rơm 4 tuần +
thủy sinh 7 tuần + EM 1 tuần
309,5a±75,6 80,7b±70,0 65,0b±34,6 35,3b±13,4
Ghi chú: CTCP: nước thải chăn nuôi theo QCVN 62 -MT:2016/BTNMT
Các giá trị trong cùng một hàng ngang mang các chữ cái khác nhau thì sai khác có ý nghĩa thống kê, P<0,05
Bảng 4.3. Hàm lượng COD (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý
Sau biogas Bể lắng 1 Bể lắng 2 Ao thủy sinh
CTCP Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD
Trước khi bổ sung
rơm và EM 1440,7a±30,5 1185,3b±42,5 971,3c±41,0 408,2d±33,0 Loại A <100 Loại B <300 Rơm 1 tuần 1052,8b±26,5 1244,3a±39,5 912,3c±37,5 380,3d±30,5
Rơm 2 tuần + cây
thủy sinh 1 tuần 1095,7b±31,0 1172,0a±42,0 730,0c±43,5 355,8d±31,0 Rơm 3 tuần + thủy
sinh 2 tuần 988,3b±33,5 1062,3a±39,0 699,7c±39,0 324,7d±29,1 Rơm 4 tuần + thủy
sinh 3 tuần 957,9a±31,1 943,3a±27,5 673,3b±22,6 286,7c±12,6 Rơm 4 tuần + thủy
sinh 7 tuần + EM 1
tuần 938,3
a±25,5 681,3b±37,5 387,7c±40,5 145,7d±27,5
Ghi chú: CTCP: nước thải chăn nuôi theo QCVN 62 -MT:2016/BTNMT
Hình 4.1. Hàm lượng BOD5 Hình 4.2. Hàm lượng COD
Nước thải sau biogas vẫn chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, vì vậy việc xử lý nước thải sau biogas là rất cần thiết.
Hàm lượng BOD5 của nước thải sau biogas thay đổi rõ rệt qua các bước xử lý. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả khảo sát cho thấy hàm lượng BOD5 đã giảm đáng kể khi sử dụng hệ thống lắng lọc có bổ sung thêm rơm hoặc chế phẩm EM. Sau kh bổ sung rơm 4 tuần, trồng cây thủy s nh 7 tuần và sử dụng chế phẩm EM 1 tuần, hàm lượng BOD5 trong nước thải ở bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy s nh g ảm đ so vớ nước thả sau b ogas lần lượt là 73,91%, 79% và 88,58%.
Nước thải qua hệ thống 2 bể lắng đã được loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ, đặc biệt là khi sử dụng rơm như một vật liệu quan trọng để giữ lại phần chất rắn còn trong nước thải. Do đó, nước thải tại ao thủy sinh có hàm lượng BOD5 rất thấp và thấp hơn chỉ tiêu cho phép của nước thải loại B theo quy chuẩn mới nhất của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2016 đối với chất thải chăn nuôi loại A (<40 mg/l). Như vậy, xét về chỉ tiêu BOD5 thì nước ở ao thủy sinh đã đủ điều kiện để thải ra môi trường mà không có nhiều nguy hại.
Tương tự như kết quả về hàm lượng BOD5, nước thải sau khi xử lý bằng biogas vẫn còn rất ô nhiễm với hàm lượng cao các chất hữu cơ, nếu không được giữ lại và xử lý tiếp thì đây là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng. Kết quả bảng 4.3 cho thấy sau kh bổ sung rơm 4 tuần, trồng cây thủy s nh 7 tuần và sử dụng chế phẩm EM 1 tuần, hàm lượng COD ở bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy s nh đạt lần lượt là 681,3mg/l, 387,7mg/l và 145,7 mg/l, g ảm đ so vớ COD trong nước thả sau b ogas lần lượt là 27,39%, 58, 69% và 84,48%. Như vậy giá trị COD của nước thả ở ao thủy s nh đã nằm trong chỉ tiêu cho phép của nước thải loại B theo
Quy chuẩn quốc gia (QCVN 62 -MT:2016/BTNMT). Như vậy, với hệ thống bể lắng, rơm và cây thủy sinh đã giúp loại bỏ một lượng lớn các chất hữu cơ có trong nước thải, hạn chế nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
Để tính toán hiệu quả xử lý các chất hữu cơ của mô hình, chúng tôi đã tiến hành so sánh sự thay đổi hàm lượng BOD5 và COD qua các bước xử lý khác nhau. Bảng 4.4 thể hiện mức độ giảm hàm lượng BOD5 và COD trong nước thải sau hệ thống lắng lọc và ao thủy sinh so với nước thải sau biogas.
Bảng 4.4. So sánh sự thay đổi của hàm lượng BOD5 và COD nước thải sau lắng lọc và cây thủy sinh với nước thải sau biogas (%)
BOD5 COD Bể lắng 1/sau biogas Bể lắng 2/sau biogas Ao thủy sinh/sau biogas Bể lắng 1/sau biogas Bể lắng 2/sau biogas Ao thủy sinh/sau biogas Trước khi bổ sung rơm
và EM 81,20 65,19 19,64 82,28 67,42 28,34 Rơm 1 tuần 64,93 40,80 15,03 118,19 86,66 36,13 Rơm 2 tuần + cây thủy
sinh 1 tuần 83,60 27,41 8,92 106,97 66,63 32,48 Rơm 3 tuần + thủy sinh
2 tuần 95,68 80,93 13,02 107,49 70,79 32,85 Rơm 4 tuần + thủy sinh
3 tuần 59,38 35,33 12,94 98,48 70,29 29,93 Rơm 4 tuần + thủy sinh
7 tuần + EM 1 tuần 26,09 21,00 11,42 72,61 41,31 15,52
Kết quả ở bảng 4.4 cho thấy, qua hệ thống lắng lọc và ao thủy sinh, hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải được giữ lại rất đáng kể, làm cho giá trị BOD5 và COD giảm đi rất lớn trước khi xả thải ra môi trường. Vì vậy, hầu hết các chất hữu cơ (chủ yếu có trong phần chất rắn) đã được lắng lại dưới đáy bể và được rơm giữ lại nên nước ở ao thủy sinh hàm lượng BOD5 thấp hơn rất nh ều so với nước thải sau biogas. Điều này có nghĩa là nếu nước thải sau biogas đổ trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm rất lớn. Khi chảy ra hệ thống lắng lọc thì hàm lượng BOD5 đã giảm tới 88,58% so với nước thải sau biogas. Đây là ưu điểm rất lớn của hệ thống xử lý này.
Kết quả ở bảng 4.4 cũng cho thấy rõ hiệu quả xử lý theo thời gian của hệ thống. Trước khi tiến hành xử lý thì mức độ giảm hàm lượng BOD5 sau khi
xử lý so với trước khi xử lý là chưa lớn. Theo thời gian khi mà hàng ngày trang trại liên tục thải ra một khối lượng lớn nước thải đổ vào bể biogas nhưng mức độ giảm hàm lượng BOD5 vẫn có xu hướng lớn hơn so với thời điểm trước khi xử lý. Tuy nhiên, đến một mức nhất định, khi mà khả năng hấp phụ của rơm bão hòa thì cần phải loại bỏ rơm trong bể ra và thay thế bằng rơm mới thì mới mang lại hiệu quả xử lý. Theo kết quả nghiên cứu của chúng tôi ở bảng 4.4, sau khi nhúng rơm vào 4 tuần thì chúng ta nên thay thế bằng rơm mới. Rơm cũ trong bể cần được lấy ra để đảm bảo sự hoạt động của hệ thống, tránh gây tắc dòng chảy.
Kết quả ở bảng 4.4 cũng cho thấy khi phối hợp nhiều biện pháp xử lý cùng một lúc thì hiệu quả xử lý tăng lên đáng kể. Nếu chỉ sử dụng bể lắng có bổ sung rơm và cây thủy sinh ở ao thì hàm lượng COD lần lượt giảm là 1,52% , 29,71%, và 70,07% ở bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy sinh so với nước thải sau biogas (rơm 4 tuần, cây thủy sinh 3 tuần). Mức độ giảm khi bổ sung thêm EM được 2 tuần và cây thủy sinh được 7 tuần lần lượt là 29,34%, 59,31%, và 85,49%. Như vậy hiệu quả xử lý đạt được ở mức cao khi phối hợp nhiều biện pháp xử lý hóa học và sinh học.
Tóm lại, qua hệ thống lắng lọc và ao thủy sinh, hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải được giữ lại rất đáng kể, làm cho giá trị BOD5 và COD giảm đi rất lớn trước khi xả thải ra môi trường. Hàm lượng BOD5 và COD không chỉ giảm qua các bước xử lý mà còn giảm theo thời gian xử lý. Điều này là do một lượng lớn các chất hữu cơ đã được rơm giữ và lắng lại. Đồng thời, rất nhiều chất hữu cơ đã được tập đoàn vi sinh vật trong chế phẩm EM tiếp tục phân giải và được cây thủy sinh hấp thụ. Như vậy, việc phối hợp các biện pháp xử lý vật lý (lắng và lọc bằng rơm) và biện pháp sinh học (chế phẩm vi sinh và cây thủy sinh) đã cho hiệu quả xử lý chất thải rất cao. Đây là ưu điểm rất lớn của hệ thống xử lý này.
4.2.2. Hàm lượng sunfua hòa tan trong nước thải sau khi xử lý
Sunfua hòa tan bao gồm H2S hòa tan trong nước dưới dạng axit và các hợp chất khác của sunfua (sodium sulfide, sodium thiosunfate). Các chất thải có hàm lượng sunfua hòa tan thường gây ô nhiễm môi trường nên cần phải oxy hóa các hợp chất của sunfua. Hiệu quả xử lý sunfua trong nước thải được trình bày ở bảng 4.5.
Bảng 4.5. Hiệu quả xử lý Sunfua hòa tan
Sau biogas Bể lắng 1 Bể lắng 2 Ao thủy sinh Hàm lượng (mg/l) 4,07 3,21 1,71 1,30 Chênh lệch so với
sau biogas (%) - 78,87 42,01 31,94
Qua bảng 4.5 ta thấy hiệu quả xử lý sunfua hòa tan qua các khâu xử lý so với nước thải sau biogas là khá cao. Sau khi xử lý bằng rơm ở bể lắng 1 hàm lượng sunfua hòa tan giảm 21,13% so với nước thải sau biogas. Qua bể lắng 1 nhờ có lớp rơm, một lượng lớn các chất rắn lơ lửng đã được giữ lại nên hàm lượng các hợp chất sunfua giảm đi, đến bể lắng 2 hàm lượng này giảm đến 57,99% và đến ao thủy sinh hàm lượng sunfua hòa tan giảm đến 68,06% so với hàm lượng chất này trong nước thải sau biogas và chỉ còn 1,3 mg/l. Như vậy, việc sử dụng rơm để giữ lại chất rắn lơ lửng và sự có mặt của oxy trong các bể lắng và ao thủy sinh đã giúp làm giảm đáng kể lượng sunfua hòa tan có trong nước thải, hạn chế ô nhiễm môi trường.
4.2.3. Hàm lượng Nitơ và Phốt-pho trong nước thải và trong mẫu rơm sau khi xử lý khi xử lý
Trong nước hợp chất chứa nitơ thường tồn tại ở 3 dạng: hợp chất hữu cơ, ammoniac và dạng oxy hóa (nitrat, nitrit). Các dạng này là các khâu trong chuỗi phân hủy hợp chất chứa nitơ hữu cơ. Nồng độ NH3 hay NH4+ phụ thuộc vào pH nước. NH3 hay NH4+ có cùng với phosphate trong nước sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước. Căn cứ vào thành phần các chất gây ô nhiễm ta cũng có thể đánh giá được sự ô nhiễm ở mức độ nào. Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất nito hữu cơ, ammoniac hay NH4OH chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm. Nếu nước có hợp chất nito chủ yếu là nitrit (NO2-) chứng tỏ nước bị ô nhiễm một thời gian dài. Và nếu nước chứa chủ yếu nitrat (NO3-) chứng tỏ quá trình phân hủy đã kết thúc. Nitơ là tác nhân gây ô nhiễm nước nghiêm trọng, vì vậy việc loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải là rất quan trọng trong các hệ thống xử lý. Kết quả khảo sát hàm lượng Nitơ và Phốt pho trong nước thải sau quá trình xử lý được trình bày ở bảng 4.6.
Bảng 4.6. Sự thay đổi hàm lượng nitơ và phốt - pho trong nước thải sau khi xử lý
Sau biogas Bể lắng 1 Bể lắng 2 Ao thủy sinh Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Phốt pho tổng Hàm lượng (mg/l) 91,69b±53,65 71,02ab±23,62 58,41ab±21,94 26,54b±6,86 Chênh lệch với sau biogas (%) - 77,46 82,25 45,43 Nitơ tổng Hàm lượng (mg/l) 426,00b±37,18 403,43bc±16,3 402,14bc±40,9 248,14c±20,94 Chênh lệch với sau biogas (%) - 49,10 48,94 30,20 N – NH4+ Hàm lượng (mg/l) 409,4a±45,56 400a±16,49 394,6a±44,01 235,55b±17,9 Chênh lệch với sau biogas (%) - 95,41 94,13 56,19 N – NO3- Hàm lượng (mg/l) 0,62b±0,17 0,64b±0,09 0,50b±0,32 0,31b±0,09 Chênh lệch với sau biogas (%) - 43,71 34,13 21,08
Hình 4.3. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ và Phốt pho nước thải sau xử lý
Kết quả ở bảng 4.6 và hình 4.3 cho thấy, hàm lượng nitơ tổng số giảm đi đáng kể khi xử lý biogas (từ 821,71 mg/l trước biogas xuống còn 426,00 mg/l sau biogas). Tuy nhiên, hàm lượng này còn rất cao nếu như thải trực tiếp ra môi trường. Hàm lượng nitơ tổng số trong nước thải giảm không đáng kể khi qua hệ
thống lắng lọc có thể là do khả năng hấp phụ của rơm bão hòa. Phần nitơ chủ yếu được giữ lại ở dưới dạng rắn. Để kiểm chứng điều này, chúng tôi đã tiến hành phân tích mẫu rơm xem mức độ hấp phụ nitơ trong rơm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả được trình bày ở bảng 4.7 cho thấy hàm lượng nitơ tổng số có trong mẫu rơm ngâm vào bể lắng cao gấp 2 lần so với trong mẫu rơm khô đối chứng. Đây chính là ưu điểm rất lớn của việc sử dụng rơm như là một vật liệu lọc đối với hệ thống xử lý chất thải. Rơm có diện tích bề mặt lớn nên có thể giữ lại một lượng lớn các chất rắn lơ lửng có trong nước thải, vì vậy giúp làm cho hàm lượng nitơ trong nước thải giảm đi đáng kể. Rơm cũng là một vật liệu sẵn có ở địa phương và rất rẻ tiền, thậm chí là không mất tiền. Do vậy, việc tận dụng rơm vào việc xử lý nước thải mang tính khả thi cao.
Bảng 4.7. Hàm lượng nitơ và phốt-pho trong rơm khô và rơm sau ngâm trong bể lắng
Rơm VCK (%) N tổng(g/kg) P tổng(g/kg) N-NH3(g/kg) Rơm khô (đối chứng) 74,58 10,53 0,021 KPH Rơm ngâm bể lắng 14,72 21,21 10,76 2,05 Chênh lệch với ĐC (lần) - 2,01 512,38 2,05
Trong nước thải sau biogas, nitơ chủ yếu tồn tại dưới dạng NH4+ với hàm lượng khá cao (409,4 mg/l). Việc loại bỏ nitơ khỏi nước thải gặp nhiều khó khăn, nhất là khi nitơ tồn tại ở dạng các ion hòa tan trong nước. Việc sử dụng rơm đã góp phần loại bỏ một lượng lớn nitơ có trong các chất rắn lơ lửng. Vì vậy, lượng amoni trong nước thải sau khi sử dụng rơm ở bể lắng giảm không đáng kể. Lượng amoni này cần thiết cho thực vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển nên hàm lượng anomin giảm đáng kể ở ao thủy sinh. Việc sử dụng cỏ vetiver với tốc độ sinh trưởng nhanh, bộ rễ dài đã loại bỏ được một lượng lớn nitơ (chủ yếu dạng NH4+) ra khỏi nước nên hạn chế gây ô nhiễm môi trường. Qua đây cho thấy việc áp dụng mô hình xử lý chất thải kết hợp giữa bể lắng (có nhúng rơm) và ao thủy sinh cho hiệu quả xử lý cao và triệt để với các thành phần gây ô nhiễm môi trường khác nhau.
Phospho bình thường không phải là chất độc, nhưng khi hàm lượng quá cao trong nước sẽ làm cho nước “nở hoa” – một hiện tượng phú dưỡng hóa lân dẫn đến sự phát triển quá mức của một loại tảo và làm giảm chất lượng nước. Kết quả khảo sát bảng 4.6 cho thấy bể biogas chưa có nhiều khả năng xử lý phốt-pho vì
hàm lượng phốt-pho tổng số ở nước thải sau biogas chỉ thấp hơn 2,17% so với nước thải trước biogas. Như vậy bể biogas (một bể kị khí), khả năng sử dụng phốt-pho của vi sinh vật kị khí là rất hạn chế. Nếu nước thải sau biogas được thải trực tiếp ra môi trường thì sẽ làm nguồn nước bị ô nhiễm bởi phốt-pho do hàm lượng phốt-pho còn quá cao.
Việc loại bỏ phốt-pho ra khỏi nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp, bao gồm cả phương pháp hóa học (dùng vôi hoặc muối sắt) hoặc phương pháp sinh học (bể phản ứng kị khí hoặc hiếu khí). Ở điều kiện hiếu khí, vi sinh vật cần nhiều phốt-pho hơn điều kiện kị khí. Vì vậy, sau bể biogas, lượng phốt-pho giảm không đáng kể so với trước biogas (do biogas là bể kị khí). Chúng tôi đã sử dụng các bể lắng sơ cấp và thứ cấp và ao thủy sinh như những bể hiếu