Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Trung bình
Tỉ trọng d (g/cm3)
2,792 2,412 2,545 2,642 2,892 2,656
Thành phần hóa học chính của xỉ than bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 và một số hợp chất khác như bảng 3.5:
Bảng 3.5. Thành phần khống của xỉ than NMNĐ Mơng Dƣơng 1
Thơng số Thành phần khống (%)
Giá trị thấp Giá trị cao Giá trị điển hình
SiO2 58,1 62,41 59,38 Al2O3 23,98 27,53 24,27 Fe2O3 4,97 13,55 7,92 V2O2 0,011 0,036 0,024 TiO2 0,5 0,95 0,84 CaO 0,42 1,03 0,83 MgO 0,69 1,82 1,42 K2O 3,2 4,97 4,12 Na2O 0,22 0,64 0,6 P2O5 0,18 0,35 0,28 SO3 0,219 0,515 0,304 MnO 0,006 0,06 0,012
Bảng 3.6. Hàm lƣợng kim loại nặng của xỉ than NMNĐ Mông Dƣơng 1 Kim loại Hàm lƣợng kim loại nặng (mg/kg)
Cu Pb Cd Cr
Kim loại nặng tổng số 42,38 62,14 1,38 21,58 Kim loại nặng dễ tiêu 4,68 32,63 1,17 2,13
TCVN 7209:2002 < 100 < 300 < 10 -
Từ các thông số trên, ta thấy, xỉ than NMNĐ Mơng Dương 1 có độ ẩm nhỏ, là vật liệu rất khô, tỉ trọng gần bằng tỉ trọng của đất cát, pH=9,9 có tính kiềm cao vì vậy có thể cải thiện độ chua của đất; hàm lượng KLN vẫn thuộc giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002, thành phần khống chính là SiO2,
Al2O3, Fe2O3 là những thành phần cần thiết trong sản xuất vật liệu xây dựng. Vì vậy xỉ than Mơng Dương có những đặc tính khá thuận lợi cho việc tái sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng, nông nghiệp, và xử lý nước thải.
3.3. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc thải sinh hoạt của các công thức vật liệu lọc công thức vật liệu lọc
3.3.1. Hiệu suất xử lý COD
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý COD của các công thức vật liệu lọc Công Công
thức
Giá trị COD đo sau (mg/l) 3 ngày Hiệu suất (%) 5 ngày Hiệu suất (%) 7 ngày Hiệu suất (%) Ban đầu 432 432 432 Đối chứng 398,20 7,82 379,03 12,26 378,32 12,43 VL2 316,81 26,66 257,43 40,41 257,34 40,43 VL3 302,37 30,01 243,11 43,72 243,03 43,74 VL4 292,97 32,18 235,15 45,57 235,11 45,58 VL5 295,81 31,52 241,34 44,13 241,27 44,15
Qua bảng 3.7 ta thấy sau 3 ngày xử lý bằng các công thức vật liệu lọc, giá trị COD đã giảm đi đáng kể, lúc đầu giá trị COD là 432 mg/l sau 3 ngày xử lý giá trị COD đã giảm xuống còn 292,97mg/l – 316,81 mg/l. So với cơng thức
đối chứng thì có thể thấy rằng hiệu quả xử lý của các công thức vật liệu lọc cao hơn khá nhiều, cụ thể:
Ở công thức đối chứng sau 3 ngày giá trị COD giảm xuống 398,20 mg/l tương đương với hiệu suất 7,82% thì ở các cơng thức vật liệu lọc giá trị COD giảm xuống từ 316,81mg/l - 292,97mg/l tương đương với hiệu suất từ 26,66% - 32,18%.
Sau 5 ngày xử lý thì hiệu quả xử lý của các công thức đã tăng lên khá nhiều so với sau 3 ngày xử lý. Ở công thức đối chứng sau 5 ngày giá trị COD giảm còn 379,03 mg/l, tương đương với hiệu suất 12,26% thì ở các cơng thức vật liệu lọc giá trị COD giảm tới 257,43 mg/l – 235,15 mg/l, tương đương với hiệu suất từ 40,41% - 45,57%.
Đến 7 ngày hiệu suất xử lý COD hầu như không tăng nhưng vẫn đạt hiệu suất từ 12,43% - 45,58%.
Như vậy, sau 5 – 7 ngày xử lý thì hiệu quả của các cơng thức vật liệu tốt hơn khá nhiều so với thời gian 3 ngày do có thời gian lưu nước lâu hơn, trong đó hiệu suất xử lý COD cao nhất là vật liệu 4 (VL4) và vật liệu 5 (VL5), sau 3 ngày đầu đạt hiệu suất lần lượt là 32,18% và 31,52% thì 5 – 7 ngày sau hiệu suất đạt tới 45,58% và 44,15%.
3.3.2. Hiệu suất xử lý BOD5
Bảng 3.8. Hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc Công Công
thức
Giá trị BOD5 đo sau (mg/l) QCVN 14:2011 Cột B 3 ngày Hiệu suất (%) 5 ngày Hiệu suất (%) 7 ngày Hiệu suất (%) Ban đầu 316,79 316,79 316,79 50 ĐC 269,45 14,94 243,79 23,04 243,69 23,06 VL2 229,55 27,54 187,84 40,71 187,77 40,73 VL3 227,43 28,21 185,99 41,23 185,86 41,33 VL4 219,74 30,64 163,78 48,30 162,24 48,79 VL5 219,86 30,60 169,45 46,51 167,99 46,97
Qua bảng 3.8 ta thấy sau 3 ngày xử lý bằng các cơng thức vật liệu lọc thì giá trị BOD5 đã giảm đi đáng kể:
Công thức đối chứng sau 3 ngày giá trị BOD5 giảm xuống còn 269,45 mg/l, hiệu suất 14,94%. Các công thức vật liệu lọc: giá trị BOD5 giảm xuống từ 229,55 mg/l – 219,74 mg/l tương đương với hiệu suất từ 27,54% - 30,64%. Sau 5 ngày xử lý, hiệu quả xử lý của các công thức đã tăng lên khá nhiều, giá trị BOD5 đã giảm xuống chỉ còn từ 163,78 mg/l – 187,84 mg/l:
Công thức đối chứng: giảm còn 243,79 mg/l, hiệu suất 23,04%.
Các công thức vật liệu lọc: giá trị BOD5 giảm còn 187,4 mg/l – 163,78 mg/l, tương đương với hiệu suất từ 40,71% - 48,30%.
Đến 7 ngày hiệu quả xử lý BOD5 hầu như không tăng, đạt hiệu suất từ 23,06% đến 48,79%.
Vậy sau 5 – 7 ngày xử lý thì hiệu quả của các cơng thức vật liệu tốt hơn nhiều so với thời gian 3 ngày và so với công thức đối chứng. Trong đó hiệu suất xử lý BOD5 cao nhất là công thức 4 (VL4) và công thức 5 (VL5). Tuy
nhiên với giá trị như trên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn thải.
3.3.3. Khả năng xử lý NH4+
Bảng 3.9. Hiệu suất xử lý NH4+ của các công thức vật liệu lọc Công Công
thức
Giá trị NH4+ đo sau (mg/l) QCVN 14:2011 Cột B 3 ngày Hiệu suất (%) 5 ngày Hiệu suất (%) 7 ngày Hiệu suất (%) Ban đầu 16,49 16,49 16,49 10 Đối chứng 15,35 6,91 14,86 9,88 14,85 9,94 VL2 13,15 20,26 11,12 32,57 11,11 32,63 VL3 13,01 21,10 10,83 34,32 10,78 34,63 VL4 12,26 31,72 8,51 48,39 8,49 48,51 VL5 12,30 25,41 8,78 46,76 8,75 46,94
Qua bảng 3.9 ta thấy sau 3 ngày xử lý bằng các cơng thức vật liệu lọc thì
giá trị amoni đã giảm đi đáng kể. So với cơng thức đối chứng thì có thể thấy rằng hiệu quả xử lý của các công thức vật liệu lọc cao hơn khá nhiều, cụ thể: Ở công thức đối chứng sau 3 ngày giá trị amoni giảm xuống còn 15,35 mg/l tương đương hiệu suất 6,91% , ở các công thức vật liệu lọc giá trị amoni giảm xuống 13,15 mg/l -12,26 mg/l, tương đương hiệu suất 20,26% - 31,72%. Giá trị amoni sau 5 ngày xử lý đã giảm xuống chỉ còn từ 11,12mg/l – 8,51 mg/l, ở công thức đối chứng giảm cịn 14,86 mg/l, hiệu suất 9,88% thì ở các cơng thức vật liệu lọc giá trị amoni giảm tới 11,12 mg/l – 8,51 mg/l, hiệu suất từ 32,57% - 48,39%. Đến 7 ngày hiệu suất xử lý amoni tăng không đáng kể, hiệu suất từ 32,63% - 48,51%.
Như vậy sau 5 – 7 ngày thì hiệu quả của các công thức vật liệu tốt hơn nhiều so với thời gian 3 ngày do có thời gian lưu nước lâu hơn, trong đó hiệu suất xử lý amoni cao nhất là công thức 4 (VL4). Với giá trị trên đã đạt tiêu chuẩn thải theo QCVN 14:2011/BTNMT tuy nhiên hiệu suất xử lý chưa cao.
3.3.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức
Bảng 3.10. Kết quả xác định màu, mùi và pH sau xử lý của các công thức
Công thức Màu sắc Mùi pH
3 ngày 5 ngày 3 ngày 5 ngày 3 ngày 5 ngày
Ban đầu Nâu sáng, vẩn đục
Nâu sáng,
vẩn đục Mùi hôi Mùi hôi 6,73 6,73 Đối chứng Nâu sáng,
vẩn đục
Nâu sáng,
vẩn đục Mùi hôi Mùi hôi 6,67 6,32 VL2 Nâu sáng,
ít vẩn đục Trong nhẹ Hơi nhẹ Hôi nhẹ 6,41 6,10 VL3 Nâu sáng,
ít vẩn đục Trong nhẹ Hơi nhẹ Hôi nhẹ 6,45 6,21 VL4 Nâu sáng,
VL5 Nâu sáng,
ít vẩn đục Trong nhẹ Hôi nhẹ Hôi nhẹ 7,32 7,78
QCVN 14:2011
Cột B - - 5 – 9
Từ bảng 3.10 cho thấy, sau 3 ngày xử lý, hiệu quả lọc của các công thức tốt hơn cơng thức đối chứng, tuy nhiên hiệu quả vẫn cịn thấp. Sau 5 ngày, màu và mùi ban đầu gần như đã giảm gần hết, ở công thức đối chứng khơng có sự thay đổi gì so với ban đầu. Chỉ tiêu pH vẫn nằm trong giới hạn cho phép từ 6,73 – 7,98. Vì vậy, hiệu quả xử lý một số chỉ tiêu vật lý bằng các công thức vật liệu lọc cũng như xỉ than rất khả quan.
Mặc dù đã giảm được một lượng lớn hàm lượng các chất ô nhiễm, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng được tiêu chuẩn thải theo QCVN 14:2011, bởi quá trình xử lý ở đây chủ yếu là quá trình yếm khí, thiếu oxy trong điều kiện mơ hình nhỏ hẹp. Do vậy nên trồng thêm một số loại cây trong mơ hình để có thể cung cấp oxy tốt hơn cho quá trình xử lý nhằm đạt hiệu suất xử lý cao hơn.
Qua q trình phân tích, nghiên cứu ta có thể thấy cơng thức có khả năng xử lý chất thải tốt nhất là công thức vật liệu 4, đây là công thức tối ưu nhất trong tất cả 5 công thức trên. Công thức vật liệu 4 (VL4) là công thức gồm sự kết hợp của các vật liệu lọc cát to, cát mịn và 50% xỉ than làm chất nền. Thứ tự sắp xếp của các vật liệu từ dưới lên trên là cát to, cát mịn, xỉ than với chiều dày lớp vật liệu lần lượt là 4:4:10 cm. Vì vậy tiến hành sử dụng vật liệu 4 có chất nền là xỉ than cho các thử nghiệm tiếp theo.
3.4. Kết quả thử nghiệm trồng các loại thực vật thủy sinh khác nhau trên môi trƣờng nền của xỉ than môi trƣờng nền của xỉ than
Mỗi lồi thực vật có thể thích nghi ở những mơi trường khác nhau và có rất nhiều lồi thực vật khơng những có thể sống và phát triển trên những mơi trường ô nhiễm như ô nhiễm do NTSH, nước thải chăn ni... mà cịn có khả
năng loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi môi trường. Trên cơ sở chọn lựa những cây có khả năng sống ở những vùng ẩm ướt, dễ tìm, có giá trị thẩm mĩ và có khả năng XLNT sinh hoạt. Mỗi lồi thực vật có khả năng chống chịu mức độ ơ nhiễm khác nhau có thể phát triển tốt, cũng có thể chậm sinh trưởng, tỷ lệ cây chết cao. Vì vậy, các chỉ tiêu về sinh trưởng và phát triển của cây như: chiều cao cây, số lá, số rễ… thể hiện sự phản ứng của chúng đối với môi trường mà chúng đang sống.
3.4.1. Xác định lượng nước và nồng độ COD đầu vào của thí nghiệm
Bảng 3.11. Lƣợng nƣớc cần pha tƣơng ứng với các nồng độ cần STT Tỉ lệ pha (%) W0 (lít) W (lít) Nồng độ COD 1 25 5 16 320 2 50 5 5,16 640 3 75 5 1,70 960 4 100 5 0 1280
Sau pha lỗng tải lượng COD dịng vào trước xử lý ở các công thức như sau: Nồng độ 1: ND1 - Hàm lượng COD 25% so với đậm đặc
Nồng độ 2: ND2 - Hàm lượng COD 50% so với đậm đặc Nồng độ 3: ND3 - Hàm lượng COD 75% so với đậm đặc Nồng độ 4: ND4 - Hàm lượng COD 100% đậm đặc
3.4.2. Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng tham gia thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành ở bốn mức nồng độ khác nhau tương ứng với 4 giai đoạn, thời gian thử nghiệm mỗi giai đoạn là 10 ngày, sau 10 ngày đo đếm một lần. Qua thời gian theo dõi sự phát triển của cây, mỗi loại cây thích ứng khác nhau và biểu hiện hình thái cũng khác nhau. Qua hình thái của cây ta phần nào đánh giá được mơi trường sống và sự thích nghi của lồi đó. Sau 40 ngày tiến hành thí nghiệm trồng 5 loại cây Thủy Trúc, Mon Nước, Phát Lộc, Dong Riềng và Muống Nhật trên vật liệu 4 có chất nền là xỉ than đã được lựa chọn là công thức vật liệu tối ưu nhất ta có được kết quả như sau:
Bảng 3.12. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây thí nghiệm Loại cây 10 ngày Loại cây 10 ngày
(25%) 20 ngày (50%) 30 ngày (75%) 40 ngày (100%) Thủy Trúc - + + +
Dong Riềng - Lá vàng Màu tro (héo)
Mon Nước - + + +
Phát Lộc + - Vàng ở lá gốc Vàng (héo viền lá)
Muống Nhật - + + +
Chú giải: (+): màu xanh thấm, (-): màu xanh nhạt.
Các kết quả này cho thấy các loại cây trồng trong các cơng thức thí nghiệm đã thích nghi với mơi trường nền là xỉ than và nồng độ COD của nước thải sinh hoạt đưa vào, phát triển tốt là Thủy Trúc, Mon Nước, Muống Nhật, còn Dong Riềng và Phát Lộc sinh trưởng chậm, thích nghi kém. Cây Dong Riềng thích hợp với ngưỡng nồng độ 50%; còn cây Mon Nước, Phát Lộc, Thủy Trúc, Muống Nhật thích hợp với ngưỡng nồng độ 75% - 100%.
3.4.3. Tỷ lệ sống của các loại cây tham gia thí nghiệm
Bảng 3.13. Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng Loại Loại
cây
10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày Tỷ lệ (%) Sống Chết Sống Chết Sống Chết Sống Chết Sống Chết Thủy Trúc s 0 s 0 s 0 s 0 100 - Dong Riềng s 0 Lá vàng 0 Lá héo 0 Chết 33,33 66,67 Mon Nước s 0 s 0 s 0 s 0 100 - Phát Lộc s 0 s 0 Vàng lá gốc 0 Héo lá 0 100 - Muống Nhật s 0 s 0 s 0 s 0 100 - Chú giải: (s): ký kiệu là sống
Qua bảng 3.13 ta thấy, sau 40 ngày trồng cây ở mức nồng độ COD cao nhất xuất hiện hiện tượng cây chết, đó là cây Dong Riềng với tỷ lệ cây chết
khá cao 4/6 cây (chiếm 66,67%). Các cây cịn lại vẫn có khả năng thích nghi được tuy nhiên tốc độ sinh trưởng chậm lại như cây Muống Nhật và Phát Lộc. Riêng cây Thủy trúc và Mon Nước vẫn phát triển và thích nghi tốt. Chứng tỏ, khi nồng độ COD tăng cao đã ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của cây, các loại cây chịu được nồng độ COD khác nhau nên có cây phát triển được và cũng có loại cây khơng thích nghi chậm phát triển hoặc chết đi.
3.4.4. Khả năng sinh trưởng của các loại cây ở các cơng thức thí nghiệm
3.4.4.1. Chiều cao và tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây
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 các chất ô nhiễm khác nhau trong nước thải sinh hoạt ảnh hưởng khác nhau đến chiều cao cây.
Bảng 3.14. Chiều cao của các loại cây qua thời gian thí nghiệm Loại cây Chiều cao cây sau trồng (cm) Loại cây Chiều cao cây sau trồng (cm)
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày
Thủy Trúc 6,6 18,8 34,4 44,8 50,3
Dong Riềng 35,5 30 24,6 19,5 8,7
Mon Nước 0 15,2 34,8 42 48,4
Phát Lộc 48,0 48,0 52,4 52,4 52,4
Muống Nhật 25,5 28,7 30,9 32 34,7
Qua bảng 3.14 ta thấy: Chiều cao của các cây trồng đều tăng qua các giai đoạn thời gian khác nhau, trừ cây Dong Riềng chiều cao giảm. Đặc biệt, ở giai đoạn 10 ngày đầu thí nghiệm, chiều cao của cây tăng nhưng đến giai đoạn thời gian sau chiều cao của các cây chững lại không phát triển được hoặc phát triển chậm lại và một số cây bị chết như cây Dong Riềng.
Ở giai đoạn 10 ngày đầu: Kết quả cho thấy chiều cao sau 10 ngày của các cây đều tăng trừ Dong Riềng chiều cao giảm và Phát Lộc gần như khơng
thay đổi chiều cao, có 2 loại cây có tốc độ phát triển chiều cao khá nổi bật như: Mon Nước, Thủy Trúc.
- Mon Nước: Chiều cao từ giai đoạn lá mầm tăng lên 15,2 cm.
- Thủy Trúc: Chiều cao tăng từ 6,6 – 18,8 cm, tăng 12,2 cm.
- Muống Nhật: Chiều cao tăng từ 25,5 – 28,7 cm, tăng 3,2 cm.
Ở giai đoạn 20 ngày: Kết quả cho thấy: Cây Dong Riềng chiều cao vẫn