2.4. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn
2.4.2. Khả năng và cơ chế xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh
- Để đối phó với những vấn đề ô nhiễm nguồn nước, phương pháp sinh học đã đƣợc biết từ lâu song mãi đến thế kỉ XIX mới đƣợc chú ý và thực hiện ở một số nước.
Về nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước (Lương Đức Phẩm, 2000) [17]. “Trong đó thuỷ sinh thực vật đóng vai trò rất quan trọng ảnh hưởng đến khả năng lọc sinh học” (Lê Hoàng Việt, 1998) [18].
Thuỷ sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể giảm thiểu bất lợi gây ra bởi chúng còn thu thêm nhiều lợi nhuận.
2.4.2.1.1. Các loại thuỷ sinh chính:
+Thuỷ thực vật sống chìm:
20
Loài thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ có thể phát triển được ở nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trog việc làm sạch các chất thải.
+Thuỷ thực vật sống trôi nổi:
Rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước.
Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và theo dòng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân huỷ các chất thải.
+Thuỷ thực vật sống nổi: Loài thực vật này có rế bám vào đất nhƣng thân và lá phát triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thuỷ triều ổn định.
Bảng 2.3. Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý
Phần cơ thể Nhiệm vụ
Rễ lá hoặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp thu chất rắn
Thân và rễ hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước
Hấp thu ánh sáng mặt trời do đó cản trở sự phát triển của tảo
Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lí Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển ôxi từ lá xuống rễ
(Nguồn: Lê Văn Bình, 2007) a, Bèo tây
“Bèo Tây (danh pháp khoa học: Eichhornia crassipes) còn đƣợc gọi là bèo Lục Bình hay bèo Nhật Bản là một loài thực vật thuỷ sinh, nổi theo dòng nước thuộc về chi Eichhornia của họ Cỏ cá chó (Pontederiaceae)” (Lương Đức Phẩm, 2003) [9].
21
Cây bèo tây mọc cao khoảng 30 cm với dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt. Lá cuốn vào nhau nhƣ những cánh hoa. Cuống lá nở phình ra như bong bóng xốp giúp cây bèo nổi lên mặt nước. Rễ bèo trông như lông vũ sắc đen buông xuống nước, dài đến 1m.
Thành phần hoá học: Bèo Tây có thành phần hoá học theo tỉ lệ %:
Nước 92,6; protit 2,9; glucit 0,9; xơ 22; tro 1,4; can xi 40,8 mg%; phốt pho 0,8 mg%; caroten 0,66 mg% và vitamin C 20 mg%.
Bèo Tây đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc, làm nấm rơm, làm phân chuồng, dùng bèo trong y học, trong thủ công nghiệp,…Đặc biệt Bèo Tây chống ô nhiễm nguồn nước như: Bèo làm sạch nước nơi chúng mọc, có khả năng làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. Chỉ cần 1/3 ha bèo mỗi ngày đủ để lọc 2.225 tấn nước bị ô nhiễm các chất thải sinh học và các hoá chất. Bèo này còn loại đƣợc các kim loại nặng độc nhƣ thuỷ ngân, chì, bạc, vàng,...
Qua thực nghiệm của nước ngoài, 1 ha mặt nước thả lục bình trong 24 giờ nó có thể hút đƣợc 34 Kg Na; 22 kg Ca; 17 kg P; 4 kg Mn; 2,1 kg Phenol;
89g Hg; 104g Al; 297g Kềm; 321g Stronti… khả năng hút kẽm rất mạnh và còn có khả năng phân giải phenol và cyanua…
b, Bèo cái
Bèo Cái có tên khoa học là Pistia Stratites.Pistia là một chi thực vật thủy sinh trong họ Ráy (Araceae).
Bèo Cái sống nổi trên mặt nước trong khi rễ của nó chìm dưới nước gần các đám lá trôi nổi. Nó là một loại cây lâu năm một lá mầm với các lá dầy, mềm tạo ra hình dáng giống nhƣ một cái nơ. Các lá có thể dài tới 14 cm và không có cuống, có màu xanh lục nhạt. Nó là một loài thực vật đơn tính, có các hoa nhỏ ẩn ở đoạn giữa của cây trong các đám lá, các quả mọng màu lục có kích thước nhỏ được tạo ra sau khi hoa được thụ phấn. Loài này có thế
22
sinh sản vô tính, các cây mẹ và cây con liên kết với nhau bằng một thân bò ngắn, tạo ra các cụm bèo cái dày đặc.
Thành phần hoá học: Bèo cái chứa 93,13% nước; 6,87% chất khô;
5,09% chất hữu cơ; 0,63% protit thô; 0,29% chất béo thô; 1,24% cellulos;
2,93% chất không chứa nitrogen; 1,78% tro; 0,185% phốt pho; 1,8% canxi.
Trong tro hầu hết là muối kali (75% kalichlorua, 25% kali sunfat). Toàn cây bèo cái có một chất gây ngứa tan trong nước.
Bèo cái thông thường được sử dụng trong các ao nuôi cá ở trong các vùng nhiệt đới để tạo nơi trú ẩn cho cá bột và cá nhỏ. Bèo cái cạnh tranh thức ăn với tảo trong nước vì thế nó có ích trong việc ngăn ngừa sự bùng nổ của loài này.
Một số tác giả cho rằng cây bèo cái có tác dụng hấp phụ các kim loại nặng và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nó. Vì thế họ cho rằng nó có tính chất chống ô nhiễm nước đặc biệt quan trọng cho các vùng đô thị, vùng nông thôn, ở một số quốc gia đang phát triển có hệ thống dẫn và xử lý nước thải còn kém.
c, Rau ngổ
Rau ngổ hay còn gọi là rau mò om, có tên khoa học là Limnophila aromatica, thuộc loại hoa mõm sói Scrophulariaceae. Là cây cỏ, mọc bò, thân rỗng giòn, dài từ 20 đến 30 cm, có nhiều lông, mùi rất thơm, lá nhẵn, mọc bò, không cuống, hơi ôm thân, phần lá gần thân nhỏ lại, mép hơi có răng cƣa thƣa, hoa mọc đơn độc ở nách lá.
Thành phần hoá học: Nước 93% và protit 2,1%; glucid 1,2%; cellulose 2,1%; vitamin B 0,29% và một ít vitamin C,...có ít tinh dầu. Rau ngổ đƣợc dùng nhƣ các loại rau gia vị, ăn uống, chế biến đƣợc nhiều món. Theo Đông y, rau có tác dụng kháng viêm, lợi tiểu, tiêu độc, chữa băng huyết, trị bệnh ngoài da,…
Do thân có nhiều lông và thường mọc ở ao hồ bị nhiễm bẩn nên hấp thu nhiều vi khuẩn, trong đó có đến 90% là vi khuẩn đường ruột (coliforms). Thí
23
nghiệm cho thấy sau khi rửa sạch tổng số vi khuẩn chỉ giảm đƣợc 10%, nồng độ coliform giảm không dưới 5%. Ngay cả khi ngâm chloramine nồng độ 0,3 mg/l, ngâm thuốc tím K2MnO4 với nồng độ 1mg/l trong 30 phút cũng chỉ hạ đƣợc nồng độ vi khuẩn xuống không quá 10%. Do vậy rau ngổ có khả năng làm giảm bớt sự nhiễm bẩn của các chất trong nguồn nước thải hoặc nguồn nước đang bị ô nhiễm.
d, Rau muống
Rau muống tên khoa học là Ipomoea aquatica là một loài thực vật nhiệt đới bán thủy sinh thuộc họ Bìm bìm (Covolvulaceae), là một loại rau ăn lá.
Cây mọc bò ở mặt nước hoặc trên cạn, thân rỗng, dày, có rễ mắt, không lông. Lá hình ba cạnh, đầu nhọn, đôi khi hẹp và dài. Hoa to, có màu trắng hay hồng tím, ống hoa tím nhạt, mọc từ 1 đến 2 hoa trên một cuống. Quả nang tròn, đường kính 7 đến 9 mm, chứa 4 hạt có lông màu hung, đường kính mỗi hạt khoảng 4mm.
Phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới ở Việt Nam, nó là một loại rau rất phổ thông, thường được dùng cho các món ăn.
Thành phần hoá học: Rau muống có 92% nước; 3,2% protit; 2,5%
gluxit; 1% xenluloza; 1,3% tro, hàm lƣợng muối khoáng cao: can xi, phốt pho, sắt. Vitamin có caroten, vitamin C, vitamin B1; vitamin B2.
2.4.2.2. Khả năng và cơ chế xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh Thực vật thủy sinh là các loài có lá, rễ, phần lớn chúng đều có bộ rễ rất lớn.
Đây chính là bộ phận để hấp thụ chất hữu cơ và kim loại có trong nước. Tất cả các loại chất thải trong hồ sẽ đƣợc bộ rễ của loài thực vật này truyền lên lá.Lá chứa chất vô cơ dư thừa, vì thế lá của chúng luôn có màu xanh rất đặc trưng và nước hồ thường trong vắt vì sự có mặt của các loài thực vật thủy sinh này.
24
Theo TS.Tăng Thị Chính, trưởng phòng Vi sinh vật Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường cho biết: Hầu hết các sông hồ ở Hà Nội nói riêng và các nước nói chung đều bị ô nhiễm do hàm lượng nitơ và photpho quá lớn.
Do đó, trồng các loại cây thủy sinh nhƣ lục bình, bèo cái, thủy trúc...sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng nước hồ. Các loài này giúp chuyển hóa, hấp thụ các loại vi khuẩn có hại trong nước để làm sạch nước hồ.
PGS.TS. Phạm Bình Quyền, tổng thƣ ký Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam cho biết, sử dụng thực vật thủy sinh để làm giảm ô nhiễm là biện pháp có từ lâu. Nhiều nước trên thế giới như Đức, Bỉ áp dụng rất thành công biện pháp này. Không những hút đƣợc chất độc, các cây này còn giúp tăng khả năng làm sạch của sông hồ.
Cơ chế loại chất hữu cơ BOD5
Trong các hồ xử lý, các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và sau đó bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí. Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hòa tan đƣợc loại đi bởi hoạt động của các vi sinh vật nằm lơ lửng trong nước bám vào thân và rễ của lục bình. Vai trò chính của việc loại chất hữu cơ là do hoạt động của các vi sinh vật, việc hấp thu trực tiếp do lục bình không đáng kể nhƣng lục bình tạo giá bám cho các vi sinh vật thực hiện vai trò của mình.
Cơ chế loại N
+ Bị hấp thụ bởi lục bình và sau đó khi lục bình đƣợc thu hoạch thì N đƣợc loại khỏi hệ thống.
+ Sự bay hơi của amoniac.
+ Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa của các vi sinh vật.
Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa góp phần lớn nhất. Lục bình cung cấp giá bám cho các vi khuẩn nitrat hóa. Để quá trình nitrat hóa có thể xảy ra, hàm lƣợng DO phải ở mức 0,6-1,0 mg/L. Do đó độ sâu mà quá trình
25
nitrat hóa có thể xảy ra quan hệ mật thiết với lưu lượng nạp BOD và tốc độ chuyển hóa oxy vào nước. Quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí (anoxic) và quá trình này cần phải cung cấp thêm nguồn carbon cho các vi sinh vật tổng hợp các tế bào của nó và pH phải duy trì ở mức trung tính.
Cơ chế loại P
P trong nước thải được khử đi do lục bình hấp thụ vào cơ thể, bị hấp phụ hay kết tủa.Trong cơ chế khử P, hiện tƣợng kết tủa và hấp phụ góp phần quan trọng nhất (Whigram et al, 1980 trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt, 2000) [18]. Tuy nhiên,hiệu suất của quá trình này khó có thể tiên đoán đƣợc. Quá trình hấp phụ và kết tủa phụ thuộc vào các nhân tố nhƣ là pH, khả năng oxy hóa khử, hàm lƣợng sắt, nhôm, canxi và các thành phần sét.
Cuối cùng, P sẽ đƣợc loại bỏ khỏi hệ thống qua việc : + Thu hoạch lục bình.
+ Vét bùn lắng ở đáy
2.4.2.3. Một số nghiên cứu sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lí nước thải Công nghệ sinh học - sinh thái dựa trên cơ sở hoạt động của các hệ thống sinh thái tự nhiên và nhân tạo (bao gồm động - thực vật và sinh vật), thân thiện với môi trường, đòi hỏi ít năng lượng, có tính phổ cập cao (Inamoir, 2002) và rất khả thi đối với điều kiện nước ta, trong đó phương pháp sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) đƣợc coi là có hiệu quả cả về kinh tế và xã hội.
TVTS sử dụng nitơ, photpho và các nguyên tố vi lƣợng khác trong trao đổi chất. Tại các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc…
các công nghệ xử lý nước thải sử dụng TVTS đã được phát triển rất thành công. Tại Pháp năm 1993 đã có tơi 2.600 trạm xử lý nước thải kết hợp sử dụng ao hồ. Bắt đầu từ những năm 1980 rất nhiều cơ sở xử lý nước thải tại các bang nước Mỹ đã phát triển và ứng dụng công nghệ xử lý ô nhiễm với
26
việc sử dụng các loài thực vật nổi và hệ thống hồ ổn định. Phương pháp xử lý ô nhiễm hữu cơ và vô cơ tại vùng của một số TVTS - còn gọi là “Phương pháp vùng rễ”, đã đƣợc các nhà khoa học Đức nghiên cứu và triển khai có hiệu quả tại nhiều nơi. Các nhà khoa học Nhật Bản đã thiết kế những hệ thống làm sạch nước ô nhiễm sử dụng hệ sinh thái TVTS dưới dạng Bio-park đểgiảm bớt ô nhiễm các hồ lớn, thông qua đó kiểm soát hiện tƣợng nở hoa của nước do vi tảo phát triển trong đó có tảo độc (Greenway, 2003) [21].
Trong thực tiễn sử dụng, tuỳ theo điều kiện cụ thể có thể áp dụng một loại hình hay phối hợp với nhau. Ngay tại châu Á, công nghệ sinh thái sử dụng TVTS đang được ứng dụng ở nhiều nước (Nakazato, 1998; Oshima và cs, 2001) [22].
Tại Nhật Bản, nhiều hồ lớn (ví dụ hồ Kasumigaura, hồ lớn thứ 2 của Nhật) đã có các hệ thống TVTS đã có các hệ thống TVTS kiểu đảo nổi để làm sạch nước. Tại Trung Quốc, các hồ nhƣ Xuân Vũ, đã xây dựng các đảo nổi TVTS để giảm thiểu sự phì dưỡng nước hồ (Li và cs, 2008) [20].
Ở Việt Nam, nghiên cứu xử lý nước ô nhiễm bằng công nghệ sinh thái đã đƣợc một số tác giả quan tâm. Bằng thực nghiệm, một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một số TVTS trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặng khác nhau. Chẳng hạn cây bèo tây có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe trong nước thải công nghiệp (Nguyễn Quốc Thông và cs, 2002, 2003) [12].
Từ những năm 1980, Trần Hiếu Nhuệ và Trần Đức Hạ đã có một số nghiên cứu ban đầu về việc xử lý nước thải Hà Nội bằng phương pháp lắng kết hợp với hồ sinh học. Lâm Minh Triết (1990) [17], nghiên cứu áp dụng hệ thống hồ sinh vật ba bậc với thực vật nước để bổ sung nước thải nhiễm dầu trong điều kiện Việt Nam. Lê Hiền Thảo (1999) [10] nghiên cứu quá trình sinh học xử lý ô nhiễm nước một số sông hồ Hà Nội cho thấy khả năng làm sạch của một số hồ có hiệu quả trong đó rong đuôi chó và bèo tấm có khả
27
năng giảm thiểu Fe, Cu, Pb, Zn trong nước hồ Bẩy Mẫu. Nguyễn Việt Anh và cộng sự (2005) [1], nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng thẳng đứng cho thấy hiệu suất xử lý rất tốt. Dương Đức Tiến và cs, (2006) [16]
28
PHẦN 3