Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý loại N là các quá trình chuyển hóa sinh học trong chu trình N tự nhiên.
Nitơ trong nước thải thường ở dạng N hữu cơ (Org-C), amoni (NH4), hoặc nitrit (NO2). Mục tiêu xử lý loại N là chuyển các dạng N này thành N2, giải phóng vào không khí. Ngoài ra, trong chuyển hóa sinh học, một phần N cũng sẽ bị loại dưới dạng sinh khối của vi sinh vật.
Giai đoạn nitrat hóa
Là quá trình hiếu khí, bởi các vi khuẩn tự dưỡng
NH4- bị oxy hóa đến NO3- theo 2 bước (nitrit hóa và oxi hóa nitrit) qua trung gian NO2-:
2NH4+ + 3O2 2 NO2- + 4H+ + 2H2O 2 NO2- +2O2 2 NO3-
NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O
Giai đoạn khử nitrat
Là quá trình thiếu khí, thực hiện bởi các vi khuẩn dị dưỡng thuộc các chi
Nitrobacter Nitrosomona
s
Vì đây là vi khuẩn dị dưỡng nên cần cung cấp nguồn cacbon từ bên ngoài, thường dùng CH3OH.
NO3- được khử đến N2 qua 2 bước:
6 NO3- + 2 CH3OH 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O 6 NO2- + 3 CH3OH 3N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- 6 NO3 + 5 CH3OH 3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH-
Các quá trình xử lý loại N trên cơ sở Anamox
Anammox là quá trình sinh học trong đó NH4+ được oxy hóa dưới điều kiện kỵ khí với NO2- là phần tử nhận điện tử và tạo thành N2.
NH4+ + NO2- N2 + 2 H2O
Vi sinh vật đóng vai trò trong phản ứng anammox là các vi khuẩn mới được phát hiện, tạo thành phân nhánh sâu của ngành Planctomycetes, ví dụ Candidatus Brocadia anammoxidants, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. Cơ chế chuyển hóa nội bào của phản ứng anammox đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. Các vi khuẩn anammox sinh trưởng rất chậm.
1.3.3.2 Xử lý sinh học loại P
P trong nước thải tồn tại ở các dạng: PO43-, polyphosphate, P hữu cơ.
Nguyên tắc loại P liên quan đến vi khuẩn Acinettobacter với khả năng đặc biệt nhả- hấp thụ P:
• Trong điều kiện kỵ khí, các vi khuẩn này đồng hóa các hợp chất hữu cơ dưới dạng hòa tan.
• Khi chuyển tiếp sang điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn này sẽ hấp thụ P trở lại để dự trữ năng lượng vào dạng liên kết P. Lượng P hấp thụ lần này sẽ cao hơn mức bình thường được gọi là “sự hấp thụ xa xỉ P” dẫn đến sẽ hấp thụ thêm P từ nước thải.
• Bùn chứa lượng dư P được thải bỏ hoặc được xử lý trong điều kiện thiếu khí để nhả lượng P rồi xử lý tiếp bằng phương pháp hóa học.
1.3.3.3 Một số hệ thống xử lý sinh học loại N, P
Xử lý loại N kết hợp nitrat hóa- khử nitrat
Với ưu điểm là hiệu suất xử lý cao, ổn định, tương đối dễ kiểm soát, cần ít mặt bằng và chi phí đầu tư vừa phải. Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ có trong nước thải.
Hình 1.15 Hệ thống Bardenpho 4 giai đoạn
Hình 1.16 Mương oxy hóa
Các quá trình xử lý P
• Quá trình A/O hay quá trình loại P ở dòng chính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thường sử dụng kết hợp oxi hóa carbon và loại P quá trình tạo một bùn. Tổ hợp các vùng kỵ khí và hiếu khí tiếp nhau.
Nồng độ P sau xử lý phụ thuộc vào tỷ lệ BOD5/P
- Nếu BOD5/P >10/1 có thể đạt ≤ 1mg/L PO4-P.
- Nếu BOD5/P < 10/1 cần thêm muối kim loại để giảm PO4-P xuống thấp. Vùng khử nitrat (thiếu khí) Vùng tổ hợp oxy hóa và nitrat hóa(hiếu khí ) Vùng khử nitrat (thiếu khí) Vùng hiếu khí Bể lắng Nước thải sau xử lý Bùn thải Bùn hồi lưu NT vào
Hình 1.17 Quá trình A/O
Quá trình PhoStrip hay quá trình loại P ở dòng phụ
Ta có phần bùn hồi lưu được dẫn qua một bể kỵ khí để giải phóng P với thời gian lưu 8h – 12h.
Phần nước phía trên giàu P được xử lý với vôi hay muối kim loại trong 1 bể khác. Phần bùn đã loại bớt P được thải bỏ.
1.3.3.4 Các hệ thống loại đồng thời N, P
- A2/O: bố trí liên tiếp 3 giai đoạn kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí.
Hình 1.19 Quá trình A2/O
-Bardenpho 5 giai đoạn: tương tự Baderpho loại N, có thêm giai đoạn kỵ khí xử lý loại P.
Hình 1.20 Quá trình Bardenpho 5 giai đoạn
Hình 1.21 Quá trình UCT
- VIP: được phát triển ở Virginia Initiative Plant in Norfolk, USA.
1.4 Tổng quan về cỏ Vetiver và các ứng dụng1.4.1 Giới thiệu về cỏ Vetiver 1.4.1 Giới thiệu về cỏ Vetiver
Băng cỏ Vetiver (Vetiver System - VS) do Ngân hàng Thế giới triển khai lần đầu tiên từ giữa những năm 80 của thế kỷ trước tại Ấn Độ nhằm giữ đất và nước bằng cách sử dụng cỏ Vetiver (có tên khoa học là: Vetiver Zizanioides L.,
mới đổi lại là Chrysopogon Zizanioides
L.). Những ứng dụng này hiện nay vẫn giữ một vài trò rất quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên một loạt kết quả nghiên cứu – phát triển trong hơn 20 năm qua đã chứng minh thêm rằng, do những đặc điểm độc đáo của cây cỏ Vetiver, băng cỏ Vetiver ngày nay còn có thể sử dụng như một biện pháp kỹ thuật - sinh học (bio- engineering) nhằm ổn định nước ở các sườn dốc, xử lý nước thải, xử lý những vùng đất ô nhiễm và cải thiện môi trường.
Băng cỏ Vetiver là phương pháp sử dụng thực vật đơn giản, dễ làm, rất thân thiện với môi trường, không tốn kém ít tốn công duy tu bảo dưỡng nhưng lại rất hiệu quả trong việc giữ đất, giữ nước, hạn chế rửa trôi, xói mòn, ổn định, phục hồi và cải thiện chất lượng đất. Vì vậy hiện nay băng cỏ Vetiver được dùng để chống xói mòn và bảo vệ nguồn nước rất phổ biến.
Đặc điểm hình thái
Cỏ vetiver không có thân ngầm, nhưng bộ rể đồ sộ của nó phát triển rất nhanh, trong những điều kiện thích hợp thì ngay trong năm đầu tiên rể có thể ăn sâu tới 3-4m. Nhờ đó, có khả năng chịu hạn đặc biệt và giúp hạn chế xói mòn đất ngay cả khi có dòng nước xiết chảy qua.
Phần thân trên mặt đất của cỏ Vetiver mọc thẳng đứng và rất cứng, chắc. Khi được trồng đủ dày, có sẽ mọc sát với nhau tạo thành một hàng rào kín, giúp nó chịu được dòng nước chảy xiết, hạn chế xói mòn đất và phân tán nước mặt chảy tràn rất hiệu quả.
Những chồi non phát triển từ phần cổ rễ nằm dưới mặt đất giúp cỏ vetiver chống chịu được lửa cháy, sương, gió, sự giẫm đạp của người đi lại và chăn thả gia súc. Cỏ Vetiver có sức chống chịu sâu bệnh cao.
Khi bị bùn đất lấp, rễ mới có thể mọc ra từ những đoạn thân phía trên và cỏ Vetiver tiếp tục phát triển và phát huy tác dụng. Cứ thế, một lớp đất dầy có thể tích lại ở phía trước băng cỏ, giúp giảm nhẹ xói mòn, rửa trôi bùn đất, chống xói mòn hiệu quả.
Đặc điểm sinh lý
Cỏ Vetiver chịu được những biến đổi lớn về khí hậu như hạn hán, ngập úng và khoảng dao động nhiệt độ rất rộng, từ -22 0C đến 550C.
Cỏ Vetiver có khả năng phục hồi rất nhanh sau khi bị tác hại bởi khô hạn, sương giá, ngập mặn và những điều kiện bất thuận khác, khi thời tiết tốt trở lại và đất được cải tạo.
Cỏ Vetiver có thể thích nghi được với rất nhiều loại đất có độ pH dao động từ 3,3 đến 12,5 mà không cần đến biện pháp cải tạo đất nào.
Cỏ vetiver có khả năng chống chịu rất cao với các loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ. Cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như N, P và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cỏ Vetiver có thể mọc tốt trên nhiều loại đất chua, đất phèn, đất mặn và đất chứa nhiều Na, Mg, Al, Mn hoặc các kim loại nặng như As, Cd, Cr, Pb, Hg, Se, Zn. Từ đó cho thấy cỏ Vetiver có khả năng xử lý các kim loại nặng.
Ngoài ra cỏ Vetiver còn sống được trong môi trường ngập nước.
Đặc điểm sinh thái
Mặc dù có những khả năng độc đáo nêu trên, nhưng vì giống cỏ điển hình của miền nhiệt đới nên cỏ Vetiver không chịu được bóng râm. Bóng râm làm giảm khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ, thậm chí còn có thể làm nó lụi đi. Vì vậy, tốt nhất là nên trồng cỏ ở nơi đất trống, không bị các loại thực vật khác che phủ, thậm chí lúc mới trồng cần phải trừ cỏ dại. Khi trồng ở những nơi nền đất không ổn định, dễ bị sạt lở, xói mòn, cỏ Vetiver trước hết giúp hạn chế được sạt lở, xói mòn,
tiến tới ổn định nền đất (đặc biệt là nơi đất dốc), tiếp theo giúp cải thiện môi trường, khí hậu, để sau đó có thể trồng được những cây mong muốn. Với những đặc điểm đó có thể coi cỏ Vetiver như là giống cây tiên phong ở những vùng đất xấu.
Đặc điểm di truyền
Hiện nay có 3 giống cỏ Vetiver được trồng chủ yếu nhất là:
- Giống vetiver zizanioides L (tên mới: Chrysopogon zizanioides L)
- Giống Vetiveria nemoralis
- Giống Vetuveria nigritana
Ở Ấn Độ có 2 dòng V. zizanioides là: • Dòng Bắc Ấn, dã sinh, có ra hoa kết hạt • Dòng Nam Ấn, không hoặc ít ra hoa kết hạt.
Giống cỏ Vetiver hiện nay được trồng rộng rãi ở Việt Nam có nguồn gốc từ Philipin hoặc Thái Lan và thuộc dòng Nam Ấn, không ra hoa kết hạt và người ta thường gọi là cỏ Vetiver.
1.4.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải bằng cỏ Vetiver
Ưu điểm
- Chi phí thấp hơn nhiều so với các phương pháp xử lý truyền thống khác.
- Đây là biện pháp kỹ thuật rất thân thiện với môi trường
- Hiệu quả xử lý tương đối cao.
- Chi phí bảo dưỡng và duy tu thấp.
- Là loại cỏ đa năng.
Nhược điểm
- Nơi xử lý phải thoáng mát không bị che ánh nắng.
- Phải trồng với mật độ dày hiệu quả xử lý mới cao.
1.4.3 Một số ứng dụng của cỏ Vetiver 1.4.3.1 Trên thế giới 1.4.3.1 Trên thế giới
Ở Australia, năm hàng cỏ Vetiver đã được tưới ngầm bằng nước thải lấy từ hố ga ở nhà vệ sinh ra. Khi cỏ Vetiver được năm tháng tuổi, lượng TN trong nước
thấm ngầm qua 2 hàng cỏ đã giảm 83% và sau 5 hàng giảm tới 99%. Tương tự như vậy, hàm lượng TP cũng giảm lần lượt là 82% và 85%.[3]
Ngoài ra ở Australia người ta đã xử lý rất hiệu quả khối lượng lớn nước thải công nghiệp bằng cỏ Vetiver, tới 1,4 triệu lít nước thải/ngày tại một nhà máy chế biến lương thực và 1,4 triệu lít nước thải/ngày tại một lò mổ sản xuất thịt bò.[3]
Ở Trung Quốc, chất dinh dưỡng và kim loại nặng thải ra từ các trại lợn là những chất chủ yếu nhất gây ô nhiễm nguồn nước, với nồng độ N, P và cả Cu, Zn vốn rất cao trong thức ăn tăng trọng. Kết quả thử nghiệm cho thấy, cỏ Vetiver có khả năng làm sạch nước thải rất cao. Nó có thể hấp thụ và lọc Cu và Zn tới trên 90%; As và N tới trên 75%; Pb trong khoảng 30 – 71% và P trong khoảng 15 – 58%. Có thể sắp xếp thứ tự hiệu quả thanh lọc kim loại nặng và các chất N, P của cỏ Vetiver đối với nước thải từ trại lợn như sau: Zn>Cu>As>N>Pb>Hg>P. Và cũng tại hai quốc gia này họ sử dụng cỏ Vetiver để xử lý nước rỉ rác bằng cách trồng cỏ Vetiver trên các bãi rác và lấy luôn nước rỉ rác để tưới. Kết quả thu được tới nay thật tuyệt vời, cỏ Vetiver phát triển tốt đến mức thậm chí đến mùa khô không có đủ nước rò rỉ để tưới. Trồng 3,5ha cỏ Vetiver có thể xử lý 4 triệu lít mỗi tháng trong mùa hè và 2 triệu lít mỗi tháng trong mùa đông (Perey and Truong, 2005).
Hình 1.24 Cỏ Vetiver trồng ở bãi lầy nước thải từ trại nuôi lợn ở Biên Hòa (trái) và ở Trung Quốc (phải)
Ngoài ra cỏ Vetiver còn được dùng làm đồ mỹ nghệ chất lượng cao, lợp nhà, gạch, dây lạt, cây cảnh, chiết xuất tinh dầu, trị bệnh… tại Thái Lan, Indonesia, Nam Mỹ và Châu Phi [3].
1.4.3.2 Tại Việt Nam (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở miền Nam Việt Nam, Lưu Thái Danh và đồng nghiệp (2006) đã tiến hành một số thử nghiệm tại một nhà máy chiến biến hải sản để xác minh thời gian cần thiết giữ nước thải ở đồng cỏ Vetiver nhằm tiêu giảm N và P xuống tới nồng độ dưới tiêu chuẩn cho phép. Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng TN trong nước thải giảm 88% sau 48 giờ và giảm 91% sau 72 giờ, hàm lượng TP giảm 80% sau 48 giờ và 82% sau 72 giờ. TN và TP bị tiêu giảm sau 48 giờ và 72 giờ xử lý không khác nhau nhiều. Sau những thử nghiệm này, cỏ Vetiver được trồng đại trà ở nhiều đầm hồ thủy sản để bảo vệ bờ, làm sạch nước và xử lý nước thải.[3]
Ở miền Bắc Việt Nam, nước thải từ một xí nghiệp sản xuất giấy ở Bắc Ninh và từ nhà máy đạm Hà Bắc (Bắc Giang) đã được xử lý thử nghiệm bằng cỏ Vetiver. Hai tháng sau khi trồng cỏ, cỏ ở Bắc Ninh đã mọc tốt trừ phần rìa tiếp xúc trực tiếp với nước thải có nồng độ chất ô nhiễm quá cao. Trong khi đó, cỏ Vetiver trồng ven bờ và thủy canh trong các hồ môi trường ở Bắc Giang đã mọc rất tốt trong điều kiện đất bán ngập nước. Lãnh đạo nhà máy rất hài lòng và đang có kế hoạch trồng đại trà ra các khu vực trong quá trình mở rộng sản xuất của họ.[3]
1.4.4 Một số loại thực vật khác có khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản Bảng 1.3 Một số loại thực vật có khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản.[2][3] Bảng 1.3 Một số loại thực vật có khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản.[2][3]
Hiệu suất xử lý Tên thường Tên khoa học
COD (%) BOD5 (%) TN (%) TP (%) Lục bình
nước Water hyacinth 67.04 - 30.43 57.32 Rau ngổ Buffalo Spinach 49.97 - 20,89 42.07 Rau muống Water Spinach 50.67 - 25.41 36.28 Cải xoong Watercress 57.16 - 21.75 43.76
Cỏ hương bài Vetiver 91 82
Qua bảng 1.3 cho thấy có rất nhiều loại thực vật có khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản. Trong đó, cỏ Vetiver cho hiệu quả xử lý cao nhất đối với TN và TP.
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Nước thải chế biến thủy sản tại KCN Suối Dầu.
Cỏ Vetiver được mua từ Công ty cổ phần Tích Trung Quảng Nam.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu
Đề tài thực hiện phương pháp thu thập số liệu thứ cấp từ các bảng biểu, nhật ký vận hành, phân tích hàng tháng của Trung tâm xử lý nước thải – KCN Suối Dầu.
Các nghiên cứu, đánh giá của các nhà khoa học trong và ngoài nước.
2.2.2 Phương pháp bố trí mô hình đánh giá khả năng thích nghi và hấp thụ, chuyển hóa các chất ô nhiễm (N, P) của cỏ Vetiver đối với nước thải chế biến chuyển hóa các chất ô nhiễm (N, P) của cỏ Vetiver đối với nước thải chế biến thủy sản.
2.2.2.1 Trồng và phát triển cỏ
Cỏ Vetiver được mua từ:
- Công ty cổ phần Tích Trung
- Địa chỉ: Khu 2 thị trấn Ái Nghĩa – Đại Lộc – Quảng Nam
- Email:ctytichtrung@yahoo.com.vn
Sau đó mang về trồng tại Khu công nghiệp Suối Dầu vào ngày để thuận tiện trong quá trình chăm sóc và phát triển cỏ. Cỏ được trồng thành từng luống ở nơi thoáng mát.
Trong quá trình chăm sóc để tăng nhanh thời gian phát triển và ra rể của cây