2. Mục tiêu nghiên cứu
3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình thực tế
Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn sử dụng TVTS được đặt tại trang trại 4000 đầu lợn, xã Tốt Động, huyện Chương Mỹ, Hà Nội với công suất hệ thống là 150 m3/ng.đ. Cây Sậy và Thủy trúc được lựa chọn trồng trong hệ thống xử lý. Hai loài thực vật được trồng xen canh và mật độ trồng là 60 cây/m2 trên diện tích 2000m2.
Nước thải chăn nuôi được thu gom và xử lý trong bể biogas, sau đó chảy vào hệ thống xử lý bằng thực vật. Lấy mẫu, quan trắc nước thải tại sau bể biogas và đầu ra của hệ thống. Kết quả quan trắc được trình bày tại hình 3.28.
Hình 3.28. Chất lượng nước thải đầu vào, đầu ra của hệ thống xử lý (A.pH; B.TSS; C.COD; D.T-N; E.NH4+; F.T-P)
Kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước thải sau xử lý được cải thiện rõ rệt. Cụ thể giá trị trung bình của pH, TSS, COD và T-N trong nước thải đầu ra lần lượt là 6,9; 66,2mg/l; 163mg/l và 77,5mg/l đều đạt quy chuẩn cho phép (theo QCVN62- MT:2016/BTNMT cột B). Trong suốt quá trình vận hành 3 tháng, không có giá trị nào vượt quy chuẩn. Hiệu suất xử lý hệ thống đạt từ 54-78%. Hệ thống vận hành ổn định, các loài TVTS phát triển tốt, không cần bổ sung dinh dưỡng. Đặc biệt, do không sử dụng năng lượng trong quá trình vận hành nên hệ thống giảm thiểu tối đa chi phí (hầu như không tốn chi phí trong quá trình vận hành). Điều này là lợi thế để ứng dụng và nhân rộng công nghệ vì để các chủ trang trại chấp nhận đầu tư công nghệ xử lý nước thải sau biogas thì chi phí là vấn đề cốt yếu. Sậy và Thủy trúc là những loài thực vật phổ biến tại Việt Nam có thể dễ dàng thu mua và giá thành rất thấp. Đồng thời, diện tích xây dựng tận dụng và cải tiến các hạng mục sẵn có tại trang trại. Do vậy, công nghệ được chủ trang trại dễ dàng chấp nhận đầu tư và vận hành.
Như vậy, sử dụng cây Sậy và Thủy trúc trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas là một giải pháp tiềm năng xét về cả hiệu quả và chi phí xử lý. Hệ thống không sử dụng năng lượng, không sử dụng hóa chất, thân thiện với môi trường. Đánh giá kết quả hệ thống xử lý thực tế tại hiện trường, công nghệ hoàn toàn có thể nhân rộng tại các trang trại chăn nuôi tại Việt Nam.
Để ứng dụng công nghệ sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm hai yếu tố cần xem xét là khả năng chống chịu và hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng trong môi trường nước thải chăn nuôi lợn sau biogas.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Đề tài nghiên cứu lựa chọn loài TVTS tối ưu để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas. Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số kết luận được đưa ra dưới đây:
- Cây Sậy (Phragmites australis) có khả năng chống chịu với nước thải có pH từ 5-9, nồng độ COD lên đến 1000 mg/l và nồng độ NH4+ đến 250 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P của Sậy tương ứng là 84,6%; 80,2%; 75,4%; 71,9% và 55,8%.
- Cây Rau muống (Ipomoea aquatica) có khả năng chống chịu ở điều kiện pH: 5-8, nồng độ COD từ 250-750 mg/l và nồng độ NH4+ nhỏ hơn hoặc bằng 100 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P của Rau muống tương ứng là 81,0%; 62,8%; 63,6%; 53,6% và 61,7%.
- Cây Thủy trúc (Cyperus alternifolius) chống chịu pH trong khoảng từ 5-9, nồng độ COD đến 1000 mg/l và nồng độ NH4+ đến 250 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P của Thủy Trúc tương ứng là 85,9%; 76,8%; 76,8%; 66,8% và 56,1%.
- Cỏ Nến (Typha orientalis) có khả năng chống chịu ở điều kiện pH từ 5-9, nồng độ COD đến 1000 mg/l và nồng độ NH4+ nhỏ hơn hoặc bằng 250 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P của Cỏ Nến tương ứng là 85,4%; 66,5%; 61,5%; 52,0% và 45,9%.
- Cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) có khả năng chống chịu với nước thải có pH từ 5-9, nồng độ COD từ 250-1000 mg/l và nồng độ NH4+ đến 250 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P Cỏ Vetiver tương ứng là 86,7%; 73,5%; 66,5%; 61,9% và 51,3%.
- Cây Khoai nước (Colocasia esculenta) chống chịu pH trong khoảng từ 5-8, nồng độ COD đến 1000 mg/l và nồng độ NH4+ đến 250 mg/l. Hiệu suất xử lý TSS; COD; NH4+; T-N và T-P của Khoai nước tương ứng là 84,0%; 64,9%; 58,5%; 46,0% và 48,5%.
- Đánh giá kết hợp về khả năng chống chịu và hiệu quả xử lý cho thấy: cây Sậy, Thủy trúc và cỏ Vetiver là phù hợp nhất để ứng dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas.
- Kết quả ứng dụng tại mô hình thực tế cho thấy hiệu quả xử lý khả quan. Chất lượng nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn cho phép. Hiệu suất xử lý hệ thống đạt từ 54- 78%. Hệ thống vận hành ổn định, các loài TVTS phát triển tốt, không cần bổ sung dinh dưỡng và không tốn chi phí vận hành. Công nghệ được đánh giá là công nghệ thân thiện với môi trường, vận hành hiệu quả và ổn định; chi phí thấp, hoàn toàn có thể ứng dụng, nhân rộng tại Việt Nam.
2. Kiến nghị
- Nghiên cứu của đề tài xuyên suốt từ các thực nghiệm trong phòng thí nghiệm cho đến ứng dụng tại mô hình thực tế. Tuy nhiên để có thể ứng dụng phổ biến kết quả của đề tài cần có thời gian vận hành, theo dõi dài hơi. Thêm vào đó, do đặc thù công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện môi trường ứng dụng nên cần có những đánh giá ứng dụng tại các địa điểm khác nhau.
- Việt Nam có rất nhiều loại cây có khả năng sử dụng để xử lý nước thải nói chung và nước thải chăn nuôi nói riêng. Nghiên cứu này chỉ đánh giá được 6 loại cây, chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, do đó cần có thêm những nghiên cứu về các loại cây có tiềm năng khác.
- Cần nhân rộng mô hình tại các trang trại trên cả nước để góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tài liệu tiếng việt:
1. Đặng Thị An, Bùi Thị Kim Anh, Lê Đức, Đặng Đình Kim, và Trần Văn Tựa (2011),
Xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật (phytoremediation), Nhà xuất bản Nông nghiệp, tr. 135 - 174.
2. Bùi Thị Kim Anh (2016), “Thử nghiệm quy trình tích hợp đá vôi và công nghệ đất ngập nước nhân tạo để xử lý mangan, kẽm và sắt trong nước thải mỏ than”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, 32(1S): 9-14.
3. Bùi Thị Kim Anh, Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Hồng Chuyên, Bùi Quốc Lập, (2019), “Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng của bãi lọc trồng cây nhân tạo để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas”, Khoa Học Kỹ Thuật Thủy Lợi Và Môi Trường, Số 66.
4. Bui Thi Kim Anh, Nguyen Van Thanh, Pham Thuong Giang, Dang Dinh Kim, (2019), “Study on using reed (Phragmites australis) and water spinach (Ipomoea aquatica) for piggery wastewater treatment after biogas process by constructed wetland”, Tạp chí Sinh học, 41(2se1&2se2): 327-335
5. Thái Vân Anh, Lê Thị Cẩm Chi, (2016). Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ngập nước nhân tạo dùng sậy, nến, vetiver, Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm, 53-60.
6. Lê Viết Bảo (2014), Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống cây Khoai môn và biện pháp kỹ thuật cho giống có triển vọng tại tỉnh Yên Bái, Luận văn tiến sĩ nông nghiệp, Thái Nguyên.
7. Trương Thanh Cảnh (2010), Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng bùn ngược, Đại học Khoa học tự nhiên, Hồ Chí Minh.
8. Nguyễn X. Cường, Nguyễn T. Loan, (2016), “Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích hợp”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học Trái đất và Môi trường, 32, 1, 10-17.
9. Lê Thùy Dương (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh, Luận văn thạc sĩ khoa học Nông nghiệp, Thái Nguyên.
10.Bùi Hữu Đoàn (2011), Quản lý chất thải chăn nuôi, Nhà xuất bản Nông Nghiệp. 11.Hồ Đình Hải, Rau rừng Việt Nam, cây rau bán thủy sinh , cây rau muống
https://sites.google.com/site/raurungvietnam/rau-ban-thuy-sinh/rau-muong
12.Châu Minh Khôi, Nguyễn Văn Chí Dũng và Châu Thị Nhiên, 2012, “Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu cơ hòa tan trong nuớc thải ao nuôi cá tra của lục bình (eichhorina crassipes) và cỏ vetiver (vetiver zizanioides)”, Tạp chí Khoa học, 21b, 151-160
13.Trương Thị Nga và Võ Thị Kim Hằng (2010), “Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây rau Ngổ (Enydra fluctuans. Lour) và cây Lục bình (Eichhoria crassipes)”, Tạp chí Khoa học Đất số, 34/2010, http://www.thiennhien.net/2010/11/10/xu-ly-nuocthai- bang-rau-ngo-va-luc-binh/.
14.Trương Thị Nga, Hồ Liên Huê (2009), “Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng sậy (Phragmites spp)”, Tạp chí Khoa học, 1225-32.
15.Vũ Thị Nguyệt (2018), Nghiên cứu ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn, Luận văn tiến sĩ kỹ thuật môi trường, Hà Nội
16.Vũ Thị Nguyệt, Trần Văn Tựa, Đặng Đình Kim và Bùi Thị Kim Anh (2013), Nghiên cứu phối hợp sử dụng Bèo tây và Sậy để xử lý COD, nito và photpho trong nước thải chăn nuôi lợn sau công nghệ Biogas, Viện Công nghệ môi trường.
17.Đặng Xuyến Như, Phạm Hương Sơn, Nguyễn Phú Cường, Dương Hồng Dinh (2005), “Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng tháp UASB và máng thực vật thủy sinh”, Tạp chí Sinh học, 27-32
18.Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hại (1985), Xử lý nước thải Hà Nội theo mô hình lắng và hồ sinh học.
19.Cao Đức Phát, Bùi Bá Bổng và Antoine Pouilieute (2010), Báo cáo Chăn nuôi Việt Nam và triển vọng 2010, Nhà xuất bản Prise, Việt Nam.
20.Hà Xuân Sơn, Nguyễn Thị Kim Ngân, Lê Đức Mạnh, Đặng Văn Thành, Đỗ Trà Hương, Hà Xuân Linh (2018), “Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ và cỏ mần trầu xử lý ô nhiễm kim loại pb trong đất xung quanh khu vực mỏ kẽm chì làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên”, Tạp chí Khoa Học & Công Nghệ
21.Vũ Thị Phương Thảo (2017), Nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá vai trò của một số loài thực vật thủy sinh và đề xuất giải pháp sinh học nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
22.Trung tâm công nghệ thông tin (2011), Xử lý kim loại nặng bằng cây sậy, http://tnmtvinhphuc.gov.vn/index.php/vi/news/Khoa-hoc-Cong-nghe/Xu-ly-nuoc- thai-chua-kim-loai-nang-bang-cay-say-2826/.
23.Nguyễn Nghĩa Thìn (1992), Tên cây rừng Việt Nam, Nhà xuất bản nông nghiệp. 24.Tổng cục môi trường, Môi trường nông thôn. Báo cáo môi trường quốc gia 2014,
2014, tr. 34, 1-162.
25.Tổng Cục Thống Kê, Niên Giám thống kê 2019
26.Đào Thị Huyền Trang (2016), Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi sau bể biogas bằng thực vật thủy sinh tại phường Hương Sơn, thành phố Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ môi trường, đại học Nông Lâm.
27.Trần Văn Tựa (2014), Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm môi trường kết hợp với tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn, Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ đề tài, chương trình KHCN cấp Nhà nước KC08.04, 2014, 1 - 417.
28.Trần Văn Tựa, Nguyễn Trung Kiên, Đỗ Tuấn Anh, Vũ Thị Nguyệt, Hoàng Trung Kiên, Lê Thị Thu Thuỷ và Đặng Đình Kim (2010), Công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước phú dưỡng, Hội nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
29.Trịnh Quang Tuyên, Nguyễn Quế Côi, Nguyễn Thị Bình, Nguyễn Tiến Thông, Đàm Tuấn Tú (2010), “Thực trạng ô nhiễm môi trường và xử lý nước thải trong chăn nuôi lợn trang trại tập trung”, Khoa học và Công nghệ chăn nuôi, số 23, 193-203
30.Viện chăn nuôi, Báo cáo hiện trạng môi trường chăn nuôi ở một số tỉnh, 2006
II. Tài liệu tiếng Anh
31.Anh B.T.K, D.D. Kim, P. Kuschk, T. V. Tua, N.T. Hue and N.N. Minh (2013), Effect of soil pH on arsenic hyperaccumulation capacity in Pityrogramma calomelanos L.”, Journal of Environmental Biology, 34, 237-242
32.Barrett K. R (1999), Ecological engineering in water resources: The benefits of collaborating with nature, Water International, Journal of the International Water Resources Association, 1999, 24:182-188
33.Batty L.C. and Younger P. L. (2004), Growth of Phragmites australis (Cav.) Trin ex. Steudel in mine water treatment wetlands: effects of metal and nutrient uptake,
Environmental Pollution, 132, 85-93
34.Brix H. (1987), Treatment of wastewater in the Rhizosphere of wetland plants - the root - zone method, Water Science Technology, 19, 107-118.
35.Bui Thi Kim Anh, Nguyen Van Thanh, Nguyen Minh Phuong, Nguyen Thi Hoang Ha, Nguyen Hong Yen, Bui Quoc Lap & Dang Dinh Kim (2020), Selection of Suitable Filter Materials for Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland Treating Swine Wastewater, Water Air Soil Pollut, 231:88
36.Calheiros C.S.C., Rangel A.O.S.S. and Castro P.M.L (2009), Treatment of industrial wastewater with two-stage constructed wetlands planted with Typha latifolia and Phragmites australis, Bioresource Technology, Volume 100, Issue 13, Pages 3205-3213
37.Chavan B.L. and Dhulap V.P (2013). Developing a Pilot Scale Angular Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland for Treatment of Sewage through Phytoremediation with Colocasia esculenta, International Research Journal of Environment Sciences, Vol. 2(2), 6-14
38.Claudio Leto, Teresa Tuttolomondo, Salvatore La Bella, Raffaele Leone, Mario Licata (2013). Effects of plant species in a horizontal subsurface flow constructed wetland - phytoremediation of treated urban wastewater with Cyperus alternifolius L. and Typha latifolia L. in the West of Sicily (Italy), Ecological Engineering 61, 282-291
39.Davod Hossein Shahi, Hadi Eslami, Mohamad Hasan Ehrampoosh, Asghar Ebrahimi, Mohamad Taghy Ghaneian, Shirin Ayatollah and Mohamad Reza Mozayan (2013). Comparing the Efficiency of Cyperus alternifolius and Phragmites australis in Municipal Wastewater Treatment by Subsurface Constructed Wetland, Pakistan Journal of Biological Sciences, 16 (8): 379-384
40.Delgado M, Guardiola E, Bigeriego M (1995), Organic and inorganic nutrients removal from pig slurry by water hyacinth, 1995, http://cat.inist.fr.
41.Endut A., Jusoh A., Ali N., Wan Nik W.N.S. & Hassan A. (2009), Effect of flow rate on water quality parameters and plant growth of water spinach (Ipomoea aquatica) in an aquaponic recirculating system, Desalination and Water Treatment, 5:1-3, 19-28
42.Erkan Kalipci (2011). Investigation of decontamination effect of Phragmites australis for Konya domestic wastewater treatment, Journal of Medicinal Plants Research Vol. 5(29), pp. 6571-6577
43.García-Ávila F., Patiño-Chávez J., Zhinín-Chimbo F., Donoso-Moscoso S., Flores del Pino L. & Avilés-Añazco A. (2019). Performance of Phragmites Australis and Cyperus Papyrus in the treatment of municipal wastewater by vertical flow subsurface constructed wetlands, International Soil and Water Conservation Research doi: https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2019.04.001.
44.González1 F.T el al. (2009) Treatment of swine wastewater with subsurface-flow constructed wetlands in Yucatán, Mexico: Influence of plant species and contact time, Water SA, Vol. 35 No. 3, 335-342.
45.Jian Zhang, Qianqian Shi, Chenglu Zhang, Jingtao Xu, Bing Zhai, Bo Zhang (2008). Adsorption of Neutral Red onto Mn-impregnated activated carbons prepared from Typha orientalis, Bioresource Technology 99, 8974-8980
46.Jun-jun Chang, Su-qing Wua, Yan-ran Dai, Wei Lianga, Zhen-bin Wu (2012). Treatment performance of integrated vertical-flow constructed wetland plots for domestic wastewater, Ecological Engineering 44 (2012) 152-159
47.Kanokporn Boonsong and Monchai Chansiri (2008). Domestic Wastewater Treatment using Vetiver Grass Cultivated with Floating Platform Technique, AU J.T. 12(2): 73-80
48.Lee S, Marla C, Maniquiz-Redillas, Choi J, Kim L. H (2014), Nitrogen mass balance in a constructed wetland treating piggery wastewater effluent, Journal of Environmental Sciences, 2014.
49.Li-Hua Cui, Ying Ouyang, Yin Chena, Xi-Zhen Zhu, Wen-Ling Zhu (2009). Removal of total nitrogen by Cyperus alternifolius from wastewaters in simulated vertical-flow constructed wetlands, Ecological Engineering 35, 1271-1274