3.3. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT CHỨA NITƠ VÀ PHỐTPHO CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO KHÔNG TIỆT TRÙNG BẰNG HẠT ALGINATE ĐỒNG CỐ ĐỊNH
3.3.1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi heo khu vực nghiên cứu
Nước thải sau khi thu thập về từ trang trại chăn nuôi heo ở Hòa Bắc, Hòa Vang được lọc để loại bỏ cặn, chất thải rắn. Sau đó đem pha loãng với nước cất 10 lần và đưa đi xác định các chỉ tiêu chất lượng nước. Kết quả phân tích cho các giá trị sau: TN - 540,7 mg/l; TP – 185,7 mg/l, hàm lượng NH4+-N – 157,5 mg/l, hàm lượng PO43--P – 19,3 mg/l, BOD5 – 189,4 mg/l. Kết quả phân tích cho thấy so với cột A của của Quy
44
chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01- 79:2011/BNNPTNT) nước thải chăn nuôi heo tại khu vực nghiên cứu ô nhiễm khá cao: Cụ thể NH4+-N cao gấp 15,7 lần, TN cao gấp 18 lần, TP cao gấp 30,9 lần.
So với cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT:2016/BTNMT) thì nước thải chăn nuôi heo tại khu vực nghiên cứu có TN gấp 3,6 lần. Nước thải tiến hành thí nghiệm chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng dễ tiêu như PO43-, NH4+ những dạng dinh dưỡng chính mà tảo sử dụng cho quá trình sinh trưởng tăng sinh khối của mình, do vậy nó phù hợp để xử lý bằng phương pháp đồng cố định.
3.3.2. Hiệu quả xử lý các hợp chất chứa nitơ, phốtpho trong nước thải chăn nuôi không tiệt trùng bằng hạt alginate đồng cố định vi tảo và vi khuẩn
a. Hiệu quả xử lý NH4+-N
Nitơ tồn tại trong nước thải chăn nuôi chủ yếu ở dạng NH4+. Hiệu quả loại bỏ NH4+-N trong nước thải sau thời gian 12 ngày xử lý được thể hiện ở hình 3.8.
Hình 3.8: Hiệu quả loại bỏ NH4+-N sau 12 ngày xử lý
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8 10 12 14
Hiệu suất xử lý NH4+-N (%)
Thời gian (ngày)
VTVK VT K
45
Kết quả ở Hình 3.8 cho thấy, sau 12 ngày xử lý hàm lượng NH4+-N trong các mẫu nước thải đều giảm, tuy nhiên mức giảm không giống nhau. Ở lô thí nghiệm đối chứng là nước thải không xử lý hiệu suất loại bỏ NH4+-N chỉ đạt 11,1%. Sự giảm hàm lượng NH4+-N do quá trình chuyển hóa nitơ của vi sinh vật có sẵn trong nước thải. Sục khí kèm theo khuấy trộn liên tục tạo điều kiện để NH4+ trong nước thải chuyển hoá hết sang dạng NO2-, NO3- theo các phản ứng: NH4+ + O2 → NO2- và NO2-+ O2 → NO3- (Nguyễn Lân Dũng, 1998). Hiệu suất xử lý NH4+-N cao nhất là ở lô thí nghiệm xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn và vi tảo. Sau 12 ngày xử lý hàm lượng NH4+-Ngiảm còn 9,71 mg/l tương ứng với hiệu suất đạt 93,8% trong khi đó ở lô thí nghiệm vi tảo cố định một mình thì hiệu suất chỉ đạt 77,8% (34,1mg/l). Nước thải đầu ra có chỉ tiêu NH4+-N đạt điều kiện xả thải loại B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01-79:2011/BNNPTNT). Kết quả này phù hợp với một số kết quả của các nghiên cứu trước đây. Trong nghiên cứu của Luz Estela Gozalez và cộng sự (1997) cho thấy rằng tảo C. vulgaris (thả tự do) có khả năng hấp thu 95% NH4+ trong nước thải.
Bashan và cộng sự (2004) khi khảo sát khả năng xử lý nước thải đô thị của vi tảo C. vulgaris đồng cố định với vi khuẩn A. brasilense trong alginate, kết quả cho thấy loại bỏ 100% NH4+ còn khi cố định vi tảo một mình thì chỉ xử lý được 75% NH4+ (O. Perez-Garcia et al, 2010). Từ những kết quả trên đây nhận thấy tảo C. vulgaris có khả năng xử lý hiệu quả ô nhiễm amoni.
b. Hiệu quả xử lý Nitơ tổng số
Đây là một yếu tố rất quan trọng trong nước thải chăn nuôi heo, hàm lượng nitơ trong nước thải rất khó loại bỏ bằng các biện pháp xử lý thông thường, nhưng nó rất tốt cho sự phát triển của thực vật thủy sinh (Nguyễn Sáng, 2016).
46
Tiến hành đo hàm lượng nitơ tổng số sau mỗi 3 ngày trong thời gian 12 ngày xử lý, kết quả thu được tiến hành xây dựng biểu đồ để thể hiện hiệu quả xử lý nitơ tổng số ở các lô thí nghiệm khác nhau (Hình 3.9).
Hình 3.9: Hiệu suất xử lý nitơ tổng số
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.9 cho thấy, sau 12 ngày xử lý hiệu suất xử lý nitơ tổng số ở các lô thí nghiệm khác nhau. Ở lô thí nghiệm đối chứng, sau 12 ngày xử lý, hàm lượng nitơ tổng số còn lại 452.56 ± 19.18 mg/l, tương ứng hiệu suất chỉ đạt 16,3%. Trong khi đó, ở lô thí nghiệm nước thải được xử lý bằng vi tảo cố định một mình sau 12 xử lý, hiệu quả loại bỏ nitơ tổng số đạt 68,75% cao gấp 4,2 lần so với lô đối chứng. Sự thay đổi hàm lượng nitơ tổng số thể hiện rõ rệt nhất ở lô thí nghiệm nước thải được xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn A.
brasilense Azo09 và vi tảo C. vulgaris, hàm lượng sau 12 ngày xử lý còn lại 76,24±14,33 mg/l, tương ứng hiệu suất xử lý đạt 85,9%. Kết quả này, một mặt thể hiện được vai trò của vi khuẩn A. brasilense trong việc kích thích sinh trưởng của vi tảo C. vulgaris khi đồng cố định trong hạt alginate, mặt khác chứng minh được chúng có vai trò góp phần trong việc xử lý nitơ hữu cơ thành nitơ vô cơ để thúc đẩy quá trình hấp thụ của vi tảo dẫn đến hiệu suất xử lý nhanh hơn các lô thí nghiệm còn lại.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1 3 6 9 12
Hiệu suất xử lý TN (%)
Thời gian (ngày)
VTVK VT K
47
So với kết quả công bố trước đây của Fallowfield et al. (1985), sau 4 - 5 ngày nuôi tảo C. vulgaris với bùn thải từ quá trình chăn nuôi lợn đã được pha loãng làm giảm nitơ tổng đến 54-98% (Fallowfield and Garrett,1985); Aziz et al. (1992) thì sau 15 ngày nuôi tảo C. pyrenoidosa trên chất thải và nước thải từ trại chăn nuôi lợn công nghiệp, hàm lượng nitơ tổng giảm 60-70% (Aziz et al., 1992). Còn Võ Thị Kiều Thanh và cộng sự sau 9 ngày nuôi tảo C. vulgaris trên nước thải chăn nuôi đã pha loãng nhận thấy hàm lượng nitơ tổng giảm 87,4-90,18% (Võ Thị Kiều Thanh, 2002)
Như vậy mẫu nước thải chăn nuôi heo sau 12 ngày xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn và vi tảo có chỉ tiêu nitơ tổng đạt đạt điều kiện xả thải theo cột B của của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT:2016/BTNMT).
c. Hiệu quả xử lý PO43--P
Hình 3.10: Hiệu quả loại bỏ PO43--P sau 12 ngày xử lý
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.10 cho thấy, sự thay đổi hàm lượng PO43--P ở cả 3 lô thí nghiệm khác nhau. Ở lô thí nghiệm nước thải không xử lý PO43--P giảm dần, tuy nhiên mức giảm không đáng kể, hàm lượng còn 17,01 mg/l, đạt hiệu suất 11,9% sau 12 ngày. Sự giảm hàm lượng PO43--P ở lô TN này là do các chủng vi sinh vật có sẵn trong nước thải
-30 -10 10 30 50 70 90
0 2 4 6 8 10 12 14
Hiệu suất xử lý PO43--P (%)
Thời gian (ngày)
VTVK VT K
48
đã hấp thụ phốtpho cho quá trình sinh trưởng của mình (Nguyễn Lân Dũng, 1980). Ở hai lô thí nghiệm còn lại nhận thấy sau 3 ngày thì hàm lượng PO43--Pcó xu hướng tăng lên, tuy nhiên trong những ngày tiếp theo thì giảm đi nhiều, đặc biệt ở lô thí nghiệm nước thải xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn A. brasilense Azo09 với vi tảo C.
vulgaris. Sau 12 ngày hàm lượng hiệu suất xử lý PO43--P đạt 77,7%.
Trong khi ở lô TN nước thải xử lý bằng vi tảo cố định một mình thì hiệu suất chỉ đạt khoảng 51,9%. Kết quả thí nghiệm này một lần nữa khẳng định vai trò của vi khuẩn A. brasilense Azo09, chính việc đồng cố định vi khuẩn và vi tảo trong hạt alginate đã kích thích sinh trưởng của vi tảo, dẫn đến hiệu quả xử lý PO43--P tăng lên. Trong công bố trước đây của Luz. E và Bashan khi nghiên cứu xử lý nước thải nhân tạo trong phòng thí nghiệm bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn A. brasilense với vi tảo C. vulgaris cho kết quả hiệu suất xử lý PO43--P đạt 80% chỉ sau 6 ngày. Tuy nhiên nước thải trong thí nghiệm của hai nhà khoa học là nước thải nhân tạo, không có vi sinh vật và mức độ ô nhiễm phốtpho thấp hơn nên thời gian xử lý ngắn hơn (B. Y. de-Bashan LE, 2002).
d. Hiệu quả xử lý phốtpho tổng số
Sự thay đổi hàm lượng phốtpho tổng số ở các lô thí nghiệm khác nhau sau 12 ngày xử lý được xây dựng biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý phốtpho tổng số ở các lô thí nghiệm khác nhau (hình 3.11).
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 3 6 9 12
Hiệu suất xử lý TP (%)
Thời gian (ngày)
VTVK VT K
49
Hình 3.11: Hiệu suất xử lý phốtpho tổng số
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.11 cho thấy, ở 3 lô thí nghiệm hiệu suất xử lý phốtpho tổng số sau 12 ngày đều tăng, tuy nhiên mức tăng khác nhau. Ở lô thí nghiệm đối chứng – sau 12 ngày hiệu suất xử lý chỉ đạt 6,86%, tương ứng với hàm lượng photpho tổng số còn 170,842 ± 4,52 mg/l. Sự giảm hàm lượng phôtpho tổng số trong nước thải là do quá trình hoạt động của vi sinh vật có sẵn trong nước thải (Nguyễn Lân Dũng, 1998).
Hiệu suất xử lý cao nhất ở lô thí nghiệm nước thải xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn A. brasilense Azo09 và vi tảo C.vulgaris, đạt 66% (tương ứng hàm lượng – 61,57 ± 5,21 mg/l), cao gấp 1,23 lần so với lô nước thải xử lý bằng vi tảo cố định một mình. Sở dĩ có sự khác biệt như vậy bởi vì khi đồng cố định với vi khuẩn, vi tảo sinh trưởng mạnh hơn nên hiệu suất xử lý cao hơn. Mặt khác vi khuẩn A. brasilense góp phần xử lý phốtpho hữu cơ thành phốtpho vô cơ, làm tăng cường sự hấp thu phốtpho của vi tảo. Kết quả này của chúng tôi thu được có sự khác biệt khá lớn với các kết quả được công bố trước đây của Hernadez et al. (2006), sau 4-5 ngày nuôi tảo C. vulgaris với bùn thải từ quá trình chăn nuôi lợn đã được pha loãng, hàm lượng phốtpho tổng số giảm 42- 98% (J. P. Hernandez, 2006) và theo công bố của Malick et al. (1994) (N. Mallick and L. C. Rai, 1994), sau 15 ngày nuôi tảo C. pyrenoidosa trong nước thải từ trại chăn nuôi lợn công nghiệp, hàm lượng phốtpho tổng giảm 50-60%.
Như vậy, trong thí nghiệm của chúng tôi mặc dù hiệu quả xử lý phốtpho tổng số bằng hạt alginate đạt 66% nhưng hàm lượng phốtpho tổng số trong mẫu nước thải vẫn còn 61,57±5,21 mg/l và chưa đạt điều kiện xả thải loại B theo QCVN 01-79:2011/BNNPTNT.
Như vậy sau khi xử lý bằng hạt alginate đồng cố định vi khuẩn và vi tảo, nước thải chăn nuôi heo đạt các chỉ số sau (bảng 3.1).
50
Bảng 3.1. Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo sau khi xử lý
Thông số
Đơn vị
Giá trị
QCVN 01- 79:2011/B NNPTNT
QCVN 62- MT:2016/BTN
MT Nước
thải đầu vào
Nước thải
đầu ra Cột B Cột A Cột B
NH4+-N mg/l 157,5 9,84±2,583 10 - -
TN mg/l 540,7 76,24±14,33 30 50 150
TP mg/l 185,7 58,57±0,018 - - -
PO43—P mg/l 19,3 4,3±0,585 6 - -
BOD5 mg/l 214,4 67,345±3,78 50 40 100
Từ kết quả khảo sát thể hiện ở bảng 3.1 nhận thấy, sau 12 ngày xử lý bằng hạt alginate đồng cố định A. brasilense Azo09 với vi tảo C.
vulgaris các chỉ tiêu chất lượng NH4+-N, PO43--P, BOD5, TN của nước thải chăn nuôi heo đều đảm bảo yêu cầu của nước thải đầu ra cột B theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 40:2011/BTNMT), riêng chỉ tiêu TP chưa đạt điều kiện xả thải loại B của QCVN 01-79:2011/BNNPTNT về cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm – quy trình kiểm tra, đánh giá điều kiện vệ sinh thú y.
51