Nitơ trong nƣớc tồn tại dƣới nhiều trạng thái oxy hóa có thể biến đổi do hoạt động của vi sinh vật. Nitơ trƣớc hết có mặt ở dạng hữu cơ nhƣ protein và ure hoặc NH3. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NH4+ của bèo tây và ngổ trâu ở các nồng độ N-NH4+ khác nhau đƣợc trình bày trong Bảng 3.5, Hình
3.5 và Hình 3.6. Cho thấy ở các nồng độ thí nghiệm hàm lƣợng N-NH4
+ đều giảm, rõ rệt nhất là sau 8 ngày thí nghiệm.
Với bèo tây, ở CT1 (10 mg/L) sau 8 ngày đã giảm từ 12,16 mg/L còn 0,05 mg/L, hiệu suất đạt 99,59% , đã giảm 12,11 mg/L gấp 2,26 lần so với không cây (KC) là 44%. Chứng tỏ khả năng xử lý của bèo tây là rất tốt. Cũng sau 8 ngày hàm lƣợng N-NH4+
giảm cũng không nhiều ở các công thức tiếp theo, hiệu suất đạt từ 87,08- 91,79% so với đối chứng không cây (KC) là 44%.
Ở ngổ trâu, khả năng loại bỏ yếu tố này thấp hơn so với bèo tây, tuy nhiên ở các công thức thí nghiệm cũng đều giảm. Sau 8 ngày hiệu suất xử lý đạt cao nhất ở CT 10 mg/L là 81,21%, gấp 1,54 lần so với đối chứng không
38
cây 52,88%. Các công thức khác hiệu suất xử lý dao động 46,38- 75,57%. Từ nồng độ 15– 25 mg/L khả năng loại bỏ có xu hƣớng giảm, tuy nhiên không nhiều. Hiệu suất xử lý đa phần đều đạt trên 50%.
Bảng 3.5. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NH4+
của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm
CTTN
Nồng độ N-NH4+ (mg/L) HSXL
(%)
Ban đầu 4 ngày 8 ngày 12 ngày 15 ngày Sau 8 ngày
Bèo tây CT1 (10 mg/L) 12,16 3,65 0,05 0,13 0,29 99,59 KC (10 mg/L) 12,16 11,56 6,81 4,54 1,87 44,00 CT2 (15 mg/L) 16,44 7,09 1,35 0,10 0,33 91,79 CT3 (20 mg/L) 22,16 11,70 2,44 0,15 0,54 88,99 CT4 (25 mg/L) 26,71 15,30 3,45 0,57 0,68 87,08 Ngổ trâu CT1 (10mg/L) 11,21 5,12 2,11 1,32 0,54 81,21 KC 10mg/L 11,21 8,26 5,28 4,62 3,76 52,88 CT2 (15mg/L) 17,12 10,56 4,18 1,26 0,68 75,57 CT3 (20mg/L) 22,32 14,11 7,14 3,57 0,65 68,00 CT4 (25mg/L) 27,44 19,53 14,71 7,24 2,69 46,38
39
Hình 3.5. Khả năng xử lý N-NH4+
của bèo tây trong phòng thí nghiệm
Hình 3.6. Khả năng xử lý N-NH4
+của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm
3.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3-
Trong thí nghiệm này để đánh khả năng loại bỏ N-NO3-, chúng tôi tiến hành khảo sát ở các nồng độ khác nhau là 5 mg/L, 10mg/L, 20 mg/L, 31,5 mg/L và 40 mg/L. Từ đó thu đƣợc kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3
- của bèo tây và ngổ trâu đƣợc trình bày trong Bảng 3.6, minh họa qua Hình 3.7 và Hình 3.8.
40
Từ kết quả Bảng 3.6, so sánh kết quả nhận đƣợc, cho thấy bèo tây và ngổ trâu sau 8 ngày thí nghiệm tại nồng độ 5 mg/L, hiệu suất xử lý khá cao đạt 92,28% gấp 1,64 lần so với đối chứng không cây (56,43%), hiệu suất này có phần giảm ở các nồng độ tiếp theo. Tuy nhiên hiệu suất xử lý đều trên 80%.
Với ngổ trâu, tại CT1 (5 mg/L), hiệu suất xử lý đạt 83,20% cao gấp 1,83 lần so với đối chứng không cây (45,44%) sau 8 ngày theo dõi, các CT tiếp theo hiệu suất dao động từ 36,39- 51,52%. Tuy nhiên, sau 8 ngày thí nghiệm khả năng loại bỏ N-NO3- có xu hƣớng chậm lại khoảng 1- 2 mg/L.3 ngày và ở nồng độ 40 mg/L hiệu suất xử lý vẫn đạt 83,42% (bèo tây), với ngổ trâu là 51,52%. Từ đó cho thấy dải xử lý ở các nồng độ cao hơn vẫn có thể đem lại hiệu quả.
Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3-
của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm.
CTTN Nồng độ N-NO3-
(mg/L) HSXL
(%)
Ban đầu 4 ngày 8 ngày 12 ngày 15 ngày Sau 8 ngày
Bèo tây CT1 (5 mg/L) 5,44 1,21 0,42 0,27 0,09 92,28 KC (5 mg/L) 5,44 3,91 2,37 1,78 0,83 56,43 CT2 (10 mg/L) 13,99 8,83 1,71 0,82 0,12 87,78 CT3 (20 mg/L) 21,44 14,7 3,14 2,05 0,65 85,35 CT4 (31,5 mg/L) 32,38 22,17 5,79 2,53 0,81 82,12 CT5 (40 mg/L) 41,07 27,74 6,81 3,65 1,64 83,42 Ngổ trâu CT1 (5mg/L) 6,38 5,03 1,07 0,37 0,03 83,20 KC (5mg/L) 6,38 6,75 3,48 1,78 1,31 45,44 CT2 10mg/L) 12,37 10,05 7,87 4,65 0,45 36,39 CT3 (20mg/L) 22,56 18,36 12,49 4,42 1,28 44,65 CT4 (31,5mg/L) 33,78 28,85 16,78 10,60 2,75 50,33 CT5 (40mg/L) 43,12 36,28 20,91 14,30 5,15 51,52
41
Hình 3.7. Khả năng xử lý N-NO3 -
của bèo tây trong phòng thí nghiệm
Hình 3.8. Khả năng xử lý N-NO3 -
của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm
3.2.3. Nghiên cứu khả năng xử lý P-PO43-
Phospho là một trong các yếu tố quan trọng nhất trong hệ sinh thái tự nhiên và có mặt trong nƣớc thải chủ yếu ở dạng. Phosphat là yếu tố giới hạn trong sự phú dƣỡng của hệ sinh thái nƣớc ngọt. Trong nghiên cứu này, chúng tôi thí nghiệm ở các nồng độ 1, 5, 10, 15,5 và 20 mg/L, kết quả nghiên cứu đƣợc thể hiện qua Bảng 3.7, Hình 3.9 và Hình 3.10.
42
Từ Bảng 3.7, sau 8 ngày ở các công thức thí nghiệm, lƣợng PO43-
giảm lần lƣợt 0,52; 1,85; 3,42; 6,01 và 8,91 mg/L. Từ đó, khả năng làm sạch phospho trong môi trƣờng có bổ sung các nồng độ 1, 5, 10, 15,5 và 20 mg/L khá cao. Khả năng làm sạch phospho của bèo tây dao động 37,46- 46,85% , đạt hiệu suất cao nhất ở CT 1 mg/L (46,85%) so với đối chứng không cây là 17,12%, giá trị này cao gấp 2,74 lần.
Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý P-PO43- của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm.
CTTN Nồng độ P-PO43-
(mg/L) HSXL (%)
Ban đầu 4 ngày 8 ngày 12 ngày 15 ngày Sau 8 ngày Bèo tây CT1 (1 mg/L) 1,11 0,81 0,59 0,38 0,11 46,85 KC (1 mg/L) 1,11 0,95 0,92 0,90 0,89 17,12 CT2 (5 mg/L) 4,60 3,35 2,75 2,05 1,84 40,22 CT3 (10 mg/L) 9,13 6,40 5,71 5,09 4,04 37,46 CT4 (15,5 mg/L) 16,21 14,67 10,11 9,34 8,01 37,63 CT5 (20 mg/L) 21,47 15,85 12,56 11,29 10,70 41,50 Ngổ trâu CT1 (1mg/l) 1,14 0,77 0,54 0,39 0,15 53,02 KC (1mg/L) 1,14 0,98 0,87 0,67 0,52 24,10 CT2 (5mg/L) 4,86 3,27 2,49 1,20 0,57 48,78 CT3 (10mg/L) 9,35 6,03 4,88 2,53 1,22 47,81 CT4 (15,5mg/L) 15,22 10,82 6,75 5,67 2,23 55,66 CT5 (20 mg/L) 19,43 13,10 9,92 7,62 3,12 48,92
43
Hình 3.9. Khả năng xử lý P-PO4 3-
của bèo tây trong phòng thí nghiệm
Hình 3.10. Khả năng xử lý P-PO43- của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm
Ở ngổ trâu HSXL dao động từ 47,81- 55,66% cao hơn so với đối chứng KC là 24,10%. Qua Bảng 3.7 cho thấy ở nồng độ 15,5 mg/L hiệu quả xử lý P-PO43-
của ngổ trâu đạt cao nhất 55,66% và có thể khả quan ở nồng độ tiếp theo.
44
Qua các kết quả nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm đã phần nào đánh giá khả năng loại bỏ nitơ và phospho của bèo tây và ngổ trâu. Khả năng này cũng khác nhau giữa ngổ trâu và bèo tây, ở nồng độ N-NO3
-
và N- NH4+ khả năng loại bỏ của bèo tây tốt hơn so với ngổ trâu, nhƣng ở nồng độ P-PO43- thì ngƣợc lại. Ở các nồng độ khác nhau cũng ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu. Tuy nhiên, qua nghiên cứu ảnh hƣởng của pH= 9, đã gây chết thực vật thủy sinh.
3.3. Khả năng xử lý các nhân tố phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc (nƣớc phú dƣỡng) của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot phú dƣỡng) của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
Khả năng xử lý nitơ và phospho ở quy mô chậu vại trên đã cho thấy vai trò và hiệu quả của rõ rệt của cây bèo tây và ngổ trâu. Bƣớc tiếp theo cần thử nghiệm để đánh giá khả năng này trong điều kiện tự nhiên mà cụ thể ở quy mô pilot. Trong thử nghiệm ở qui mô pilot, xử lý nƣớc hồ phú dƣỡng bằng bèo tây và ngổ trâu, chúng tôi đã xem xét đến các yếu tố kĩ thuật nhƣ: lựa chọn thực vật, xây dựng hệ thống với các thông số nhƣ: thể tích mƣơng xử lý, độ sâu mực nƣớc, nƣớc thải đầu vào ở các lƣu lƣợng khác nhau, thời gian lƣu, tốc độ bơm, quy trình xử lý...
Trong thí nghiệm đánh giá hiệu suất xử lý nƣớc phú dƣỡng của bèo tây và ngổ trâu ở qui mô pilot, nƣớc sử dụng là nguồn nƣớc tại hồ khu vực Cổ Nhuế, Hà Nội. Trƣớc khi bơm lên bể chứa, tại đầu hút đƣợc ngăn bằng lƣới thép giúp loại bỏ các tạp chất nhƣ: rác, mảnh vụn hữu cơ kích thƣớc lớn, thực vật nổi...
Một số thông số liên quan đến việc thiết kế và vận hành của quy trình
xử lý nƣớc hồ phú dƣỡng bằng bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot, đƣợc trình
bày trong Bảng 3.8.
45
Bảng 3.8. Các thông số của quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng bằng bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
Stt Thông số Chi tiết
1 Hàm lƣợng T-N, T-P trong nƣớc đầu vào
T-N: 2,264– 4,884 mg/L T-P: 0,225- 0,358 mg/L 2 Tải lƣợng nƣớc đầu vào 100 và 200 lít/m2/ ngày đêm
3 Dòng chảy bơm liên tục/ngày
4 Thời gian lƣu 24 giờ và 12 giờ với 2 lƣu lƣợng trên
5
Trình tự xử lý Nƣớc trƣớc xử lý (đầu vào)→ Bể chứa Bể bèo tây Đầu ra
Bể ngổ trâu Đầu ra
Qua thời gian hơn 2 tháng vận hành liên tục ở 2 tải lƣợng 100 L/m2/ngày và 200 L/m2/ngày, kết quả cho thấy qúa trình hoạt động của hệ thống pilot tƣơng đối ổn định, bèo tây và ngổ trâu trong các mƣơng thí nghiệm sinh trƣởng tốt. Nƣớc thải sau khi ra khỏi quy trình đã đƣợc làm sạch phần lớn các yếu tố phú dƣỡng nhƣ: chất hữu cơ, nitơ và phospho, cặn lơ lửng (TSS), chỉ tiêu vi sinh vật, vi tảo tổng số và vi khuẩn lam, thực vật phù du... Trƣớc khi đánh giá hiệu quả xử lý của từng yếu tố, chúng ta cần xem xét đến đặc trƣng của nƣớc đầu vào quy trình.
3.3.1. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế sử dụng trong thựcnghiệm thựcnghiệm
Để đánh giá khả năng loại bỏ các tác nhân gây phú dƣỡng của môi trƣờng nƣớc bằng bèo tây và ngổ trâu, thì việc xác định các chỉ tiêu đặc trƣng của chúng là hết sức quan trọng. Trong khuôn khổ của đề tài, sau hơn 3 tháng vận hành liên tục ở 2 tải lƣợng 100 và 200 L/m2
/ngày khác nhau, qua phân tích chúng tôi thu đƣợc kết quả một số chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc, đó là những
46
chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả xử lý của bèo tây và ngổ trâu. Kết quả đƣợc trình bày trong Bảng 3.9.
Bảng 3.9. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế, Hà Nội
Stt Chỉ số Đơn vị tính Giá trị (n=9) Trung bình Min Max 1 COD mg/l 32,38 89,91 59,11± 17,77 2 T-N mg/l 2,26 4,88 3,19± 0,93 3 T-P mg/l 0,23 0,54 0,39± 0,08 4 NH4 + mg/l 0,41 2,16 0,94 5 PO4 3- mg/l 0,01 0,05 0,02 6 TSS g/l 0,03 0,09 0,06± 0,02 7 DO mg/l 2,61 7,37 3,75 8 pH - 5,96 8,03 6,81 9 Chl.a µg/l 112,14 421,86 220,32± 95,30 10 T- Colifom tb/100ml 7000
Với các thông số trên đây, có thể nhận thấy rằng nƣớc hồ ở trạng thái phú dƣỡng rất cụ thể: Chl.a là 220,315 mg/L, TSS: 0,064 g/L, T-N là 3,189 mg/L, T-P: 0,385 mg/L... trong khi đó DO lại rất thấp, còn pH trung tính (6,81).
Qua thời gian vận hành ở 2 tải lƣợng 100 L/m2/ngày và 200 L/m2/ngày, chúng tôi thấy rằng quy trình hoạt động tƣơng đối ổn định, bèo tây và ngổ trâu trong các bể thí nghiệm sinh trƣởng tốt. Nƣớc thải sau khi ra khỏi quy trình đã giảm đƣợc phần lớn các chất gây phú dƣỡng, đặc biệt là các chất hữu cơ cụ thể là: nitơ và phospho, hàm lƣợng cặn lơ lửng (TSS), chỉ tiêu vi sinh vật, tảo và thực vật phù du. Sau đây là kết quả cụ thể về hiệu quả xử lý từng yếu tố ở quy mô pilot.
47
3.3.2. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
Trong quá trình nghiên cứu cho thấy, khi có mặt của bèo tây và ngổ trâu, đã chứng tỏ ƣu việt của chúng trong việc xử lý tác nhân gây phú dƣỡng so với môi trƣờng không sử dụng thực vật thủy sinh. Kết quả thu đƣợc từ nghiên cứu này đƣợc trình bày qua Bảng 3.10 và Hình 3.11.
Bảng 3.10. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
Chỉ số Đầu
Vào Bèo tây Ngổ trâu Đối chứng
Đầu Ra H (%) Đầu Ra H (%) Đầu Ra H (%) Chl.a (µg/L) 140,51 40,23 71,37 48,90 65,20 105,79 24,71 TSS (g/L) 0,09 0,02 75,18 0,03 64,52 0,07 22,66 T-N (mg/L) 2,26 1,45 35,75 1,73 23,60 2,01 11,22 T-P (mg/L) 0,30 0,20 33,56 0,21 28,86 0,25 15,44 COD (mg/L) 44,59 20,69 53,60 34,65 22,29 39,69 10,99
Hình 3.11. Khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
48
Qua Bảng 3.10, ta thấy với lƣợng đầu vào 140,51 µg/L thì hiệu suất xử
lý Chl.a của bèo tây là 71,37% (40,23 µg/L), bể ngổ trâu đạt 65,20% (48,90
µg/L), so với đối chứng không cây là 24,71% (105,79 µg/L); TSS đầu vào với
nồng độ 0,09 g/L qua bể bèo tây là 0,02 g/L, bể ngổ trâu còn 0,03 g/L trong
khi đối chứng là 0,07 g/L. Với T-N và T-P thì hiệu suất xử lý của bèo tây
tƣơng ứng là 35,75 và 33,56%, của ngổ trâu là 23,60 và 28,86% cao hơn so
với đối chứng 11,22% và 15,44%. Nồng độ COD khi qua bể bèo tây hiệu suất
xử lý đạt 53,60%, ngổ trâu là 22,29% so với đối chứng là 10,99%.
Nhƣ vậy, bèo tây loại bỏ đƣợc Chl.a 100,24 µg/L ngày, TSS 0,07 g/L ngày, T-N 0,89 mg/L ngày, T-P 0,10 mg/L ngày, COD 23,90 mg/L ngày. Tƣơng tự ngổ trâu loại bỏ Chl.a 91,61 µg/L ngày,TSS 0,06 g/L ngày, T-N 0,47 mg/L ngày, T-P 0,08 mg/L ngày, COD 9,94 mg/L ngày. Đều cao hơn đối chứng không cây (Chl.a 34,72 µg/L ngày,TSS 0,02 g/L ngày, T-N 0,25 mg/L ngày, T-P 0,05 mg/L ngày, COD 4,90 mg/L ngày).
Theo Trần Văn Tựa và cộng sự, 2007, đối với nƣớc thải chế biến thủy sản thì bèo tây loại bỏ COD đạt hiệu suất trung bình là 78,50%. Qua các kết quả cho thấy hiệu suất xử lý của ngổ trâu và bèo tây tốt và ổn định hơn so với bể đối chứng không sử dụng thực vật, hiệu suất xử lý ở đây lớn gấp 2 lần đối chứng không cây.
3.3.3. Hiệu quả xử lý COD
Quy trình xử lý nƣớc hồ phú dƣỡng của bèo tây và ngổ trâu ở thực nghiệm pilot đƣợc xây dựng và đã xử lý khá tốt hàm lƣợng COD. Qua các bƣớc vận hành ở 2 tải lƣợng 100 L/m2
/ngày, sau 5 tuần hoạt động liên tục và 200 L/m2/ngày sau 6 tuần hoạt động liên tục, chúng tôi thu đƣợc kết quả phân tích hàm lƣợng COD đƣợc trình bày qua Bảng 3.11, Hình 3.12 và Hình 3.13.
49
Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý COD của bèo tây và ngổ trâu trong quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng ở quy mô pilot
Thời gian (tuần)
Hàm lƣợng COD (mg/L) Tải lƣợng 100 L/m2
/ngày
Đầu vào Bèo tây Ngổ trâu
1 53,446 16,327 27,944 2 38,467 12,478 21,657 3 57,045 19,251 29,444 4 52,331 21,028 23,126 5 41,823 11,041 17,748 Trung bình 48,62± 8,02 16,03± 4,27 23,98± 4,76 HSXL (%) 67,04 50,67 Tải lƣợng 200 L/m2 /ngày 1 32,38 11,20 17,94 2 64,20 44,67 43,02 3 73,10 31,27 21,03 4 77,90 23,12 38,95 5 89,91 19,04 32,56 6 69,65 15,34 32,20 Trung bình 67,86± 19,44 24,10± 12,20 30,95± 9,81 HSXL (%) 64,48 54,39
Từ kết quả phân tích các chỉ tiêu nƣớc đầu vào, mặc dù hàm lƣợng COD trung bình ở đây không phải là trầm trọng (59,11 mg/L), nhƣng
