CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2 Nghiên cứu xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học (bước 2)
3.2.3 Nghiên cứu xử lý bằng bãi lọc trồng cây
Nước sau lọc thiếu khí còn chưa đạt quy chuẩn thải 25-2009/BTNMT cột B2.
COD vượt tới 106 mg/l, BOD5 vượt 36,7-85,5 mg/l,TN vượt tới 21,12mg/l (Bảng 3.18).
Bảng 3.18 Đặ ưng dòng bã c trồng cây Thông số Đơn vị Dòng vào
QCVN 25- 2009/BTNMT
(cột B2)
pH - 7,5÷7,7 5,5-9
BOD5 mg/l 136,7÷185,5 100
COD mg/l 363÷506 400
TN mg/l 52,8÷81,12 60
TP mg/l 9,5-13,8 6
SS mg/l 38- 56,7 100
Các chất ô nhiễm trong nước rác lúc này chủ yếu là các chất rất khó hoặc chậm chuyển hóa như axít fulvic, axít humic, ... Các hợp chất này cần thời gian đủ lớn để thực hiện quá trình chuyển hóa. Bãi lọc trồng cây có những ưu thế trong chuyển hóa nitơ, phốt pho tạo sinh khối nhờ thực vật. Bên cạnh đó rễ của thực vật còn là giá thể cho các vi sinh vật yếm khí, thiếu khí, hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Chính vì vậy bãi lọc trồng cây trở thành một tổ hợp hữu hiệu cho quá trình xử lý sinh học.
. . .1 Ảnh hư ng củ thời gi n ư
Nghiên cứu được thực hiện với dòng vào có CODTB = 501 mg/l, BOD5 = 181mg/l, TN = 67,4 mg/l, TP = 13,2 mg/l. Thời gian lưu được nghiên cứu ở 48, 54, 60, 72 và 96 giờ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi thời gian lưu tăng, hiệu quả xử lý tăng. Ở 42 giờ, hiệu quả xử lý COD đạt 23,75%. Sau 60 giờ hiệu quả xử lý tăng, đạt 30,54%, và sau 96 giờ hiệu quả xử lý COD tăng rõ rệt, đạt 39,32% (Bảng 3.19; Hình 3.15). Thời gian lưu của bãi lọc trồng cây dài hay ngắn tùy thuộc vào tải lượng ô nhiễm dòng vào.
Thời gian lưu của bãi lọc trong nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Dennis Konnerupa [39]. Với thời gian lưu 54 giờ dòng ra có BOD5 =43,7mg/l, đạt quy chuẩn thải (QCVN 25-2009/BTNMT cột B2). Vậy thời gian lưu của bãi lọc trồng cây được lựa chọn là 54 giờ.
Bảng 3.19 Ản ư ng của thờ g n ến hiệu qu xử lý của bãi l c trồng cây
Thông số (mg/l)
Dòng vào
T = 42(giờ) T = 54 (giờ) T = 60 (giờ) T = 72 (giờ) T = 96 (giờ) dòng
ra
HQ XL (%)
dòng ra
HQ XL (%)
dòng ra
HQ XL (%)
Dòng ra
HQ XL (%)
dòng ra
HQ XL (%) COD 501 382 23,75 366 26,95 348 30,54 322 35,73 304 39,32 BOD5 181 62,4 65,52 43,7 75,86 32,2 82,21 24,8 86,30 22,1 87,79 TN 67,4 37,2 44,81 21,5 68,10 19,7 70,77 17,7 73,74 15,2 77,45 TP 13,2 6,2 53,03 3,7 71,97 2,6 80,30 2,3 82,58 2,0 84,85
0 20 40 60 80 100
40 60 80 100
Thời gian lưu (giờ)
Hiệu quả xử lý (%)
COD BOD TN TP
Hình 3.15 Ản ư ng của thờ g n ư ến hiệu qu xử lý của bãi l c trồng cây . . . Ảnh hư ng củ OD dòng
Nghiên cứu được thực hiện với COD dòng vào ở: 386 mg/l; 436mg/l và 506 mg/l.
Các thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình. Thời gian lưu 54 giờ.
Kết quả ở Bảng 3.20, Hình 3.16 cho thấy khi COD dòng vào tăng, hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây giảm. Với COD = 386 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 35,75%; khi tăng COD dòng vào lên 436mg/l, hiệu quả xử lý giảm còn 30,50% (Bảng 3.20). Khi COD dòng vào lên tới 506 mg/l, hiệu quả chỉ đạt còn 28,62%, nhưng COD dòng ra là 361mg/l đã đạt quy chuẩn thải (QCVN 25-2009/ TNMT cột B2) .
Theo Mitsch W. J (2000) quá trình chuyển hóa COD được thực hiện bởi quá trình hô hấp của thực vật và quá trình chuyển hóa yếm khí, thiếu khí và hiếu khí của hệ vi sinh vật xung quanh vùng rễ [66]. Kết quả xử lý COD trong bãi lọc hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu của M. Scholz (2005) [78].
Bảng 3.20 Ản ư ng OD dòng ến hiệu qu xử lý của bãi l c trồng cây Thông số
COD = 386 (mg/l) COD = 436 (mg/l) COD = 506 (mg/l) Dòng
vào
Dòng
ra Y(%) Dòng vào
Dòng
ra Y(%) Dòng vào
Dòng
ra Y(%)
pH 7,6 7,65 - 7,45 7,65 - 7,6 7,65 -
COD (mg/l) 386 248 35,75 436 303 30,50 506 361,2 28,62 BOD5 (mg/l) 143,5 23,4 83,69 148 28,5 80,74 185 42,7 76,92 TN (mg/l) 67,7 22,5 66,77 55,6 20,3 63,49 69,3 22,6 67,39 TP (mg/l) 11,2 3,8 66,07 10,6 3,8 64,15 12,7 4,7 62,99 SS (mg/l) 89,5 30,5 65,92 103,1 34,6 66,44 122,3 40,6 66,80
Hình 3.16 Ản ư ng OD dòng ến hiệu qu xử lý của bãi l c trồng cây
. . . Ảnh hư ng củ tổng nitơ dòng
Thí nghiệm được tiến hành với COD dòng vào từ 356527mg/l, TN dòng vào được khảo sát ở: 55,6; 60,6 và 69,3 mg/l. Thời gian lưu 54 giờ.
Bảng 3.21 Ản ư ng của tổng n ơ dòng ến hiệu qu xử lý của bãi l c trồng cây Thông số Dòng vào
(mg/l)
Dòng ra (mg/l)
Hiệu quả xử lý
TN
55,6 20,3 63,49
60,6 21,3 64,85
69,3 22,6 67,39
NH4 +
34,6 9,3 73,12
42,2 8,7 79,38
46,1 7,6 83,51
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý nitơ tăng khi TN dòng vào tăng, hiệu quả đạt cao nhất là 67,39 % ở TN vào = 69,3 mg/l. Cũng vậy, hiệu quả xử lý NH4+ tăng khi nồng độ NH4+ dòng vào tăng: cao nhất ở hàm lượng NH4+= 46,1mg/l, hiệu quả xử lý đạt 83,51% (Bảng 3.21).
Sự chuyển hóa nitơ đạt hiệu quả cao trong bãi lọc nhờ quá trình tổng hợp sinh khối của của thực vật và một số quá trình chuyển hóa thiếu khí và khử nitơ nhờ vi sinh vật. Các vi sinh vật này gồm: Nitrosomonas, Nitropira, Nitrococcus và Nitrobacter.
Đây được xem là quá trình khử nitơ hiệu quả và kinh tế. Tuy nhiên để thực hiện được quá trình này đòi hỏi một lượng cacbon nhất định. Theo số liệu nghiên cứu của Chang- gyun Lee và cộng sự (2009) trong bãi lọc trồng cây nhân tạo, nitơ có thể loại bỏ từ 25-85% trong đó 60-70% được khử và 20-30% được thực vật hấp thụ cho tạo sinh khối và sẽ được loại bỏ khi thu hoạch [34].
Để khảo sát năng lực tải nitơ của bãi lọc trồng cây dòng ra sau xử lý thiếu khí được bổ sung NH4+ dưới dạng amonsunfat sao cho TN có giá trị từ 80,6-128 mg/l (Bảng 3.22).
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Khi TN dòng vào tăng từ 69,3 lên 100,4 mg/l thì hiệu quả xử lý tăng thêm 5,42%. Tiếp tục nâng TN dòng vào lên 128,4 mg/l, khả năng tải giảm rõ rệt, chỉ đạt 65,19%. Cũng vậy với amoni: hiệu quả giảm 7,27% khi hàm lượng amoni dòng vào tăng từ 57,4 lên 105,2mg/l (Bảng 3.22).
Bảng 3.22 Hiệu qu xử ý n ơ ủa bãi l c trồng cây Chỉ tiêu Dòng vào
(mg/l)
Dòng ra (mg/l)
Hiệu quả xử lý (%)
TN
69,3 22,6 67,39
80,6 21,4 73,45
100,4 27,3 72,81
113,2 30,1 73,41
128,4 44,7 65,19
NH4 +
46,1 7,6 83,51
57,4 8,7 84,84
77,2 12,2 84,20
90,0 14,6 83,78
105,2 23,6 77,57
Các kết quả nghiên cứu cho thấy: bãi lọc trồng cây có khả năng tải BOD5, TN và TP khá cao ( 76,92% BOD5, 67,39% TN và 62,99% TP- xem Bảng 3.22). Khả năng này còn được thể hiện qua tải trọng của bãi lọc, cụ thể là 1m2 bãi lọc có thể tải được 16,09g COD;
5,19g TN và 0,89g TP /ngày (Bảng 3.23). Nghiên cứu của Thomas A. D (1995) Canna lily đã được khẳng định là một loài thực vật có khả năng hấp thụ P,N cao. Khả năng hấp thụ TP của Canna lily có thể lên đến 0,2 g TP/m2.ngày [88].
Bảng 3.23 Kh năng i của bãi l c trồng cây Chỉ tiêu Dòng vào Dòng ra Hiệu quả
XL (%)
Tải lượng (g/m2.ng)
COD (mg/l) 506 361,2 28,62 16,09
BOD5 (mg/l) 185 42,7 76,92 15,81
TN (mg/l) 69,3 22,6 67,39 5,19
TP (mg/l) 12,7 4,7 62,99 0,089
Bãi lọc trồng cây có tiềm năng tốt trong việc xử lý nước thải tại các quốc gia đang phát triển do chúng vận hành đơn giản và chi phí xử lý thấp. Bãi lọc trồng cây có khả năng hấp thu của nitơ và phốt pho. Nhiều nghiên cứu ở vùng khí hậu ôn đới cho thấy lượng thực vật có thể được loại bỏ bằng cách thu hoạch thường là không đáng kể [85]. Tuy nhiên, ở vùng khí hậu nhiệt đới, nơi cây phát triển nhanh hơn và
trong suốt cả năm. Nhu cầu dinh dưỡng của thực vật trên bãi lọc lớn hơn đáng kể sẽ góp phần loại bỏ N,P và các thành phần hữu cơ và vô cơ trong nước rác cao hơn.
Những thông tin này cũng được Kyambadde (2004,2005) [61,62] và Kantawanichkul (2008) [50] đề cập tới trong một số nghiên cứu. Ngoài ra bãi lọc còn có khả năng xử lý SS rất hiệu quả. Mặc dù bãi lọc xử lý SS thông qua quá trình lọc vật lý tuy nhiên bãi lọc trồng cây có khả năng xử lý SS gấp đôi bãi lọc không trồng cây trong cùng thời gian lưu nước [54]. Manios (2003) cũng khẳng định bãi lọc trồng cây trên sỏi đá hiệu quả tốt hơn trồng cây trên đất và cát [67].