Nghiên cứu xử lý nước thải bò sữa

Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng kết hợp bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang và hồ thủy sinh thực vật nổi để xử lý nước thải cho làng nghề chăn nuôi bò sữa phân tán tại Đặng Xá, Gia Lâm, Hà Nội.

I. MỞ ĐẦU

Theo số liệu thống kê của Tổng Cục thống kê, tính đến ngày 01.10.2018, tổng đàn bò sữa của Việt Nam đạt 294.382 con, trong đó có tới 1/3 tổng đàn bò sữa đang được nuôi tại nông hộ, với quy mô trung bình từ 5-7 con/hộ [1]. Chăn nuôi gia súc quy mô hộ gia đình đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường tại các cụm dân cư. Hiện nay, toàn bộ chất thải từ chăn nuôi bò sữa hộ gia đình chủ yếu được rửa trôi đưa vào hầm biogas để xử lý. Biogas mới chỉ loại bỏ được các chất ô nhiễm hữu cơ, vẫn còn N, P trong nước thải. Nước thải của các hộ chăn nuôi bò sữa bao gồm nước  thải chăn nuôi và nước thải sinh hoạt nên có thành phần các chất ô nhiễm hữu cơ, N, P cao  hơn  so với tiêu chuẩn cho phép xả ra môi trường (BOD5 : 150-200mg/l, COD:600-700mg/l, TN: 70-100mg/l, TP: 15-20mg/l) 

Công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh (TVTS) có nhiều ưu điểm so với các công nghệkhácnhư: thân thiện môi trường, rẻ tiền, dễ vận hành và hiệu quả cao và áp dụng được chocác quy mô khác nhau. Hệ thống xử lý nước thải sử dụng thực vật thủy sinh phù hợp hơn đối với các nước nhiệt đới so với các nước ôn đới vì thực vật mẫn cảm với nhiệt độ thấp và vùng băng giá. Công nghệ sinh thái đã và đang được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới  nhưMỹ, Pháp, Brazil, Argentina, Ấn Độ, Ai Cập, Trung Quốc…[2], [5], [8].

Việt Nam là quốc gia có triển vọng trong việc ứng dụng công nghệ sinh thái do có điều kiện khí hậu nhiệt đới cùng với hệ thực vật khá phong phú và đa dạng.Hiện nay ở nước ta cũng đã có một số nghiên cứu áp dụng công nghệ này để xử lý nước thải [3], [4], [6], [7].  

II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 2.1.Đối tượng:

Nước thải từ các hộ nuôi bò sữa ởthôn Đổng Xuyên, xã Đặng Xá, huyện Gia lâm, Hà Nội có các thành phần ô nhiễm chính sau: BOD5:150-200mg/l, COD:600-700mg/l, TSS:200-2530mg/l, TN:70-100mg/l, TP:13-15mg/l.

Hệ thống pilot xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái sử dụng mô hình đất ngập nước với dòng chảy hỗn hợp qui mô 12m3/ngày bao gồm: bể lọc trồng cây dòng chảy đứng, bể lọc trồng cây dòng chảy ngangvà hồ thực vật thủy sinh nổi (Hình 1): sử dụng các loại  thực vật gồm: sậy (Phragmites australis),thủy trúc (Cyperus alternifolius) và bèo tây (Eichhornia crappsipes).

Mô hình vận hành theo nguyên lý ruộng bậc thang nước thải được bơm vào bể điều hòa (bể 1) từ đó chảy vào bể lọc dòng chảy đứng (bể 2), tiếp theo sang bể lọc trồng cây dòng chảy ngang (bể 3)và hồ thủy sinh thực vật nổi (bể 4), lưu lượng nước được điều chỉnh bằng van khóa sao cho lưu lượng nước đạt Q= 0,5m3/h. Định kỳ mỗi tuần lấy mẫu 1 lần để đánh giá  hiệu quả xử lý thông qua các chỉ số ô nhiễm BOD5,COD, TSS, TN, TP.

Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ mô hình xử lý nước thải làng nghề chăn nuôi bò sữa phân tán 

Hình 2. Mô hình xử lý nước thải tại làng nghề chăn nuôi bò sữa phân tán quy mô 10-12m3/ngày 

2.2. Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích các chỉ số ô nhiễm trong nước thải theo TCVN: BOD5 theo TCVN 6001-2 : 2008, COD theo TCVN 6491:1999, TN theo TCVN 6638 : 2000, và TP theo TCVN 6202 : 2008

2.3. Phương pháp xử lý số liệu: các số liệu đều được xử lý theo phương pháp thống kê sinh học bằng phần mềm Excel và các phần mềm xử lý thông kê thông dụng khác

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiệu suất xử lý các chất hữu cơ trong nước thải

Sau 2 tháng trồng và chăm sóc cho thực vật thủy sinh tại các bể xử lý của mô hình sinh trưởng và phát triển ổn định, thì bổ sung nước thải vào để xử lý với lưu lượng Q=0,5m3/h. Định kỳ mỗi tuần lấy mẫu một lần phân tích đánh giá hiệu quả xử lý thông qua các thông số BOD5, COD và TSS, kết quả được trình bày trong Hình 3, 4 và 5.

Hình 3 và Hình 4 cho thấy, ở giai đoạn đầu (8 tuần đầu),  nồng độ BOD5, COD của nước thải đầu ra của bể lọc dòng chảy đứng (bể 2) và dòng lọc chảy ngang (bể 3) đều giảm dần theo thời gian vận hành. Nhưng ở các giai đoạn tiếp theo, nồng độ BOD5, CODkhá ổn định. Trong khi đó,trong giai đoạn đầu (11 tuần đầu), nồng độ BOD5, COD ở đầu ra của bể thực vật thủy sinh nổi giảm dần theo thời gian vận hành, nhưng nồng lại tăng dần ở giai đoạn tiếp theo. Điều này có thể được giải thích như sau: nhiệt độ môi trường ở giai đoạn này (15-20oC)   thấp hơn so với giai đoạn đầu (25-35oC) nên bèo tây sinh trưởng chậm hơn.

Kết quả ở hình 3 và hình 4 cũng cho thấy, hiệu suất khử BOD5 và COD đạt  được khá cao (70-80% đối với BOD­­5 và 80- 88% đối với COD),  nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ sau khi xử lý đều đạt quychuẩn xả thải QCVN62:2016/BTNMT, cột B.

Hình 5 cho thấy khả năng loại bỏ TSS rất cao và ổn định trong suốt thời gian thử nghiệm, mặc dù nồng độ TSS ở đầu vào có tăng.  Sau khi qua bể lọc dòng chảy đứng, nồng độ TSS đã giảm được trên 50% so với ở đầu vào. Đây cũng là một trong những ưu điểm nhất khi sử dụng bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng. Việc giữ lại các chất rắn lơ lửng trên bề mặt bãi lọc đứng sẽ giúp cho quá trình phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ diễn ra trong điều kiện hiếu khí xảy ra nhanh hơn và ít phát sinh mùi hơn trong điều kiện không có oxy bên trong vật liệu lọc. Việc này cũng giải thích vì sao hiệu suất xử lý BOD5 ​ và COD ở bể lọc dòng chảy đứng cao hơn so với bể lọc dòng chảy ngang. Hiệu suất khử TSS đạt từ82-85%, nồng độ TSS sau xử lý đạt quy chuẩn xả thải QCVN62:2016/BTNMT, cột A.

3. 2. Hiệu suất xử lý tổng ni tơ trong nước thải

Hình 6 cho thấy, ở giai đoạn đầu (6 tuần đầu), nồng độ TN ở đầu ra của bể lọc dòng chảy đứng (bể 2) và dòng lọc chảy ngang (bể 3)  đều giảm dần theo thời gian vận hành, sau đó duy trì khá ổn định cho đến hết thời gian thử nghiệm. Trong khi đó, trong giai đoạn đầu (11 tuần đầu), nồng độ TN ở đầu ra của bể thực vật thủy sinh nổi (bể 4) giảm mạnh theo thời gian, sau đó, tăng dần cho đến hết thời gian vận hành. Điều này có thể được giải thích như sau: ở các tuần tiếp theo, nhiệt độ môi trường 15-20oC thấp hơn so với nhiệt độ môi trường ở giai đoạn đầu ( 20-35oC) nên bèo tây sinh trưởng kém hơn, dẫn đến hiệu suất giảm. Hiệu suất khử TN đạt từ 76-85%. 

3.3. Hiệu quả xử lý tổng photpho trong nước thải

Hình 7 cho thấy, nồng độ TP ở đầu ra của các bể lọc dòng chảy đứng giảm rất nhanh trong 5 tuần đầu, sau đó hầu như không đổi cho đến hết thời gian thử nghiệm. Đối với bể lọc dòng chảy ngang TP của nước thải đầu ra trong 5 tuần đầu cũng giảm nhanh và tương đối ổn định từ tuần 6 đến tuần 11, nhưng sau sau đó có sự tăng chậm theo thời gian vận hành. Trong khi đó nồng độ TP của nước thải đầu ra sau hồ thực vật nổi biến động khá lớn theo theo gian vận hành. Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý TP:ở nhiệt độ môi trường thấp bèo tây sinh trưởng chậm, làm giảm khả năng hấp thu photpho trong nước.

Kết quả ở Hình 7 cũng chỉ ra rằng, TP được loại bỏ chủ yếu ở 2 bể lọc dòng chảy đứng và bể lọc dòng chảy ngang. Điều này có thể giải thích là do phần lớn photpho có trong nước thải ở dạng hữu cơ hoặc ở dạng vô cơ không hòa tan, chúng bị giữ lại khi đi qua các lớp vật liệu lọc, do đó TP còn lại trong nước thải ở đầu ra của các bể này chủ yếu ở đạng hòa tan. Chỉ 1 phần phốtpho ở dạng hòa tan được thực vật ở 2 bể lọc (2 và 3)hấp thu và tích tụ vào sinh khối của chúng. Còn ở bể thực vật thủy sinh nổi, phốtpho được loại bỏ chủ yếu thông qua quá trình hấp thu chúng vào sinh khối của bèo, nên hiệu suất ở bể này thấp hơn so với 2 bể trên. Hiệu suất khử TP chung đạt  từ90- 95%.

IV. KẾT LUẬN

1. Hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ sinh thái bể lọc trồng cây dòng chảy đứng kết hợp bể lọc dòng chảy ngang và hồ thủy sinh để xử lý nước thải cho làng nghề chăn nuôi bò sữa phân tán quy mô pilot 12m3/ngàyđã xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải: Hiệu suất xử lýBOD đạt từ 70-80%, COD đạt 80-88%, TSS đạt82 - 84%, TN đạt74- 86% vàTP đạt 90- 95%.Chất lượng của nước thải sau khi xử lý đạt quy chuẩn xả thải QCVN62:2016/BTNMT, cột A.

2. Đối với  hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thì nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm.  Đối với hồ thực vật nổi sử dụng bèo tây, hiệu suất xử lýđạt được cao nhất khi nhiệt độ môi trường ≥20oC và giảm mạnh khi nhiệt độ <20oC. Nhưng đối với bãi lọc trồng thực vật là sậy và thủy trúc, nhiệt độ môi trường không ảnh nhiều đến hiệu suất xử lý.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ."Báo cáo thống kê chăn nuôi Việt Nam 01/10/2018", Cục Chăn nuôi, Bộ NNPTNT

[2]. Hunt P.G., Poach M. E.(2001), "State of the art for animal wastewater treatment in constructed wetlands", Water Sci. Technol., 44 (11-12), pp19-25.

[3]. Trương Thị Nga, Võ Thị Kim Hằng(2010), "Xử lý nước thải bằng rau ngổ và lục bình", http://www.thiennhien.net/2010/11/10/xu- ly-nuoc-thai-bang-rau-ngo-va-luc-binh/.

[4]. Vu Thi Nguyet, Tran Van Tua, Nguyet Trung Kien, Le Thi Thu Thuy, Nguyen Trieu Duong (2014), "The use of subsureace constructed wetland grown vetiver grass for removal of nitrogen and phosphor from swine wastewater" ,Journal of Science and Technology, 52(3A), pp 74-80.

[5]. Singhal V., Rai J. P. N.(2003), "Biogas production from water hyacinth and channel grass used for hytoremediation of industrial effluents" ,Bioresource Technology 86,pp 221- 225.

[6]. Tua T. V., Duc P. V., Anh B. K., Thuy L.T., Anh D. T., Kim D. D.(2006),The Use of constructed wetland system for treatment of fish processing wastewaters in Vietnamese condition,10th Intern. Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control. Lisbon-Portugal, pp69-78.

[7]. Trần Văn Tựa, Nguyễn Trung Kiên, Lê Thị Thu Thủy, Vũ Thị Nguyệt(2013), "Xử lý nitơ và phôt pho từ nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ dòng chảy trên mặt sử dụng cây sậy", Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Công nghệ sinh học toàn quốc:1122-1127.

[8]. U.S. EPA(1988), "Design Manual- Constructed Wetlands and Aquatic Systems for Municipal Wastewater Treatment", Report no. EPA/625/1-88/022. Office of Research and Development, Cincinnati, OH,83.

Tăng Thị Chính, Đặng Thị Mai Anh,

Phùng Đức Hiếu, Nguyễn Minh Thư, Nguyễn Sỹ Nguyên

Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

(Nguồn tin: Vnniosh.vn)