Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình Biogas kết hợp hồ sinh học thực vật

n xuất từ xưa cũ là các trại chăn nuôi thường bên cạnh các con sông hay nằm trong khu dân cư, vấn đề ô nhiễm môi trường xung quanh làm chất lượng các môi trường thành phần cũng suy thoái là một vấn nạn đòi hỏi cần giải quyết. Do vậy, ngày càng nhiều dòng sông, kênh rạch ô nhiễm trầm trọng do tiếp nhận dòng thải từ hoạt động trên. Nằm trong mối liện hệ mật thiết của các thành phần môi trường, tất yếu không khí, nước ngầm, đất và sinh vật trong đó có con người cũng đang bị đe dọa. Xuất phát từ nhận thức đó, nhiều dự án, chương trình nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi được tiến hành như là giải pháp hỗ trợ việc giảm tải lượng và nồng độ ô nhiễm trước khi xả thải ra môi trường. Trong đó có việc xây dựng hệ thống Biogas. Sau thời gian hoạt động, các công trình này góp phần tích cực trong công tác kiểm soát chất lượng dòng thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận, đồng thời cũng thu được khí sinh học phát sinh trong phân hủy kỵ khí làm nhiên liệu phục vụ các mục đích khác trong đó việc góp phần giải quyết bài toán năng lượng phục vụ sinh hoạt, đặc biệt có ý nghĩa ở vùng nông thôn ngày nay... Tuy vậy, thực tế vận hành, cũng như chất lượng nước sau xử lý bằng hầm biogas nhìn chung cũng chưa tối ưu nhất khi xả thải ra sông ngòi. Xuất phát từ những nhận thức trên, nhằm nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng việc xây dựng mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm giúp nâng cao hiệu quả xử lý so với hiện tại chỉ áp dụng mô hình Biogas, với việc Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 2 bổ sung thêm ngăn lọc bằng bã mía đầu bể, hệ thống nước ra được cho qua xử lý bằng hồ thực vật, đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình Biogas kết hợp hồ sinh học thực vật” ra đời. Với việc kiểm soát dòng thải chặt chẽ tránh ô nhiễm cho cộng đồng, đề tài mong muốn mỗi trang trại, mỗi hộ chăn nuôi là một “ trạm xử lý nước thải” giảm sức ép cho môi trường 1.2. Nội dung nghiên cứu: Nghiên giải pháp công nghệ trong cải tiến hiệu quả hoạt động của bể Biogas truyền thống và giảm thiểu tải lượng ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận bằng các nội dung như sau: Thiết kế mô hình phục vụ nghiên cứu bằng cách bổ sung thêm ngăn lọc đầu bể Biogas với vật liệu lọc bằng bã mía. Ghi nhận thể tích và thành phần khí sinh ra khí sinh ra và phân tích các chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm nước, kết luận về hiệu quả xử lý. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải đầu ra từ bể Biogas bằng việc dẫn dòng thải sau bể biogas vào hệ thống hồ Sinh học thực vật trong đó sử dụng chủ yếu là cây lục bình (Eichhornia crassipers) và cây rau muống (Ipomoea aquatica). Từ những nghiên cứu đó, kết luận hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng Biogas kết hợp với hồ ổn thực vật. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 1.3.1. Mục tiêu cụ thể: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng mô hình Biogas có bổ sung một số điểm khác biệt so với mô hình truyền thống Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của hồ sinh học thực vật 1.3.2. Mục tiêu lâu dài Hướng tới công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng sinh học đơn giản, dễ áp dụng, không tốn kém nhiều chi phí vận hành, nhiều cơ hội thu các sán phẩm từ quá trình xử lý phục vụ sản xuất, sinh hoạt cho cộng đồng, đặc biệt là vùng nông thôn còn nghèo túng. Từ đó, góp phần giải quyết bài toàn kiểm soát dòng thải trước khi phát tán ra môi trường. Cải tiến chất lượng môi trường quanh, đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 3 Đề tài cũng là tiền đề để tác giả tiếp tục nghiên cứu nhưng khả năng có thể áp dụng trong việc cải tiến hiệu quả xử lý nước thải chắn nuôi bằng những biện pháp khoa học – kỹ thuật – công nghệ khác nhau, phục vụ cộng đồng. 1.4. Đối tƣợng và quy mô nghiên cứu 1.4.1. Đối tượng Nước thải chăn nuôi heo, trại chăn nuôi ông Vũ Văn Tâm, Phường An Lợi Đông, Quận 2, Tp. Hồ Chí Minh. Mô hình Biogas dựa trên công nghệ phân hủy kị khí, có bổ sung ngăn lọc dòng thải đầu vào bằng bã mía Mô hình hồ sinh học hiếu khí, sử dụng hệ thống thực thủy sinh vật trong đó sử dụng lục bình (Eichhornia crassipers) và cây rau muống (Aquatica Ipomoea). 1.4.2. Quy mô nghiên cứu Xây dựng thí nghiệm nghiên cứu hiệu quả xử lý, quy mô mô hình 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1. Phương pháp luận: Nước thải chăn nuôi heo có đặc trưng ô nhiễm hữu cơ cao, giàu Nitơ, vi sinh vật…khả năng gây ô nhiễm môi trường cao. Nếu không xử lý thích hợp thì nó sẽ đe dọa các thành phần môi trường khác và ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng. Cũng do đặc tính như vậy mà khả năng áp dụng công nghệ phân hủy kỵ khí bằng bể Biogas thích hợp trong xử lý loại chất thải này. Ít bùn, sinh năng lượng, dể vận hành, ít tốn kém...Nhiều công trình Biogas truyền thống làm được điều đó. Nhận thấy phế phẩm trong nông nghiệp cũng là một loại tài nguyên có thể tái sử dụng, tác giả sử dụng bã mía bổ sung vào ngăn đầu tiên trong bể Biogas như là một loại vật liệu lọc và còn là nguồn cacbon đầu vào cho vi sinh vật sử dụng. Dòng thải sau công trình Biogas còn được xử lý bằng hồ sinh học thực vật góp phần nâng cao hiệu quả xử lý dòng thải trước khi thải ra môi trường. 1.5.2. Phương pháp cụ thể Phương pháp thu thập tài liệu: tổng hợp, biên hội những tài liệu, những đề tài, những công trình nghiên cứu có liên quan Phương pháp xây dựng và vận hành mô hình thực nghiệm: xây dựng mô hình thí nghiệm, chạy mô hình và theo dõi các vấn đề phát sinh trong thời gian nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 4 Phương pháp phân tích mẫu: phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước trước, trong, và sau xử lý. Các chỉ tiêu được quan trắc là: pH, SS, COD, BOD5, tổng Ni – tơ, tổng Phospho, Tổng Coliform Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu: thu thập, phân tích và xử lý số liệu có được từ nghiên cứu bằng phần mềm Microsoft Excel 2007 1.6. Giới hạn đề tài 1.6.1. Thời gian tiến hành nghiên cứu: Nghiên cứu tiến hành trong thời gian 3 tháng ( 5/4/2010 – 30/6/2010) 1.6.2. Thời gian phân tích mẩu: Đối với mô hình Biogas: Phân tích mẩu ngày 0 (thông số đầu vào), sau 5 ngày, sau 10 ngày, sau 15 ngày, sau 20 ngày, sau 25ngày, sau 30 ngày, sau 35 ngày, sau 40 ngày, sau 45 ngày, sau 50 ngày, sau 55 và sau 60 ngày. Đối với mô hình Hồ sinh học thực vật: phân tích dòng thải dẫn từ mô hình Biogas vào với các mức thời gian lưu nước trong hồ 0 ngày (đầu vào của hồ, cũng là đầu ra của mô hình Biogas), sau 2 ngày, sau 4 ngày, sau 6 ngày, sau 8 ngày, sau 10 ngày, sau 12 ngày, sau 14 ngày, sau 16 ngày, sau 18 ngày và sau 20 ngày. 1.6.3. Các thông số quan trắc: Do điều kiện khách quan, nghiên cứu quan tâm đến các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước như: pH, SS, COD, BOD5, Ni – tơ Kjeldahl, Phospho tổng , Tổng Coliform. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 5 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ CÁC ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN MÔI TRƢỜNG 2.1. Tổng quan về nƣớc thải chăn nuôi heo, Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tính chất nƣớc thải chăn nuôi 2.1.1. Chất thải rắn và lỏng  Phân Trong phân chứa một lượng lớn các chất như Nito, phospho, kali, kẽm, đồng. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân. Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau cả về khối lượng lẫn thành phần. Bảng 2.1 Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm Loại gia súc Phân nguyên (kg/con/ngđ) Nƣớc tiểu (kg/con/ngđ) Trâu 18 – 25 8,0 – 12,0 Bò 15 – 20 6,0 – 10,0 Ngựa 12 – 18 4,0 – 6,0 Heo < 10 kg 0,5 – 1,0 0,3 – 0,7 Heo 15 - 45 kg 1,0 – 3,0 0,7 – 2,0 Heo 45 - 100 kg 3,0 – 5,0 2,0 – 4,0 Dê 1,5 – 2,5 0,6 – 1,0 (Nguồn: Lăng Ngọc Huỳnh, 2001) Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm… Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 6 Bảng 2.2 Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm Phân loại gia súc, gia cầm Mức Nitơ (%) P2O5 (%) K2O (%) C/N Trâu Tối đa 0,358 0,205 1,600 20 Tối thiểu 0,246 0,115 1,129 18 Trung bình 0,306 0,171 1,360 19 Bò Tối đa 0,380 0,294 0,992 19 Tối thiểu 0,302 0,164 0,424 17 Trung bình 0,341 0,227 0,958 18 Heo Tối đa 1,200 0,900 0,600 22 Tối thiểu 0,450 0,450 0,350 20 Trung bình 0,840 0,850 0,580 21 Gà Tối đa 2,000 0,950 1,720 17 Tối thiểu 1,800 0,450 1,210 15 Trung bình 1,900 0,850 1,421 16 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng & ctv ,2003) Phân heo nói chung được xếp vào dạng lỏng hoặc hơi lỏng. Theo Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên (1997, 1998) thì thành phần hóa học của phân heo từ 70 kg – 100 kg được thể hiện qua bảng sau: Bảng 2.3 Thành phần hóa học của phân heo từ 70 – 100 kg Đặc tính Đơn vị Giá trị Vật chất khô g/kg 213 – 342 NH4 – N g/kg 0,66 – 0,76 N tổng g/kg 7,99 – 9,32 Chất xơ g/kg 151 – 261 Carbonnatri g/kg 0,23 – 2,11 Các acid béo mạch ngắn g/kg 3,83 – 4,47 pH 6,47 – 6,95 ( Nguồn: Trương Thanh Cảnh & ctv) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 7 Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân heo nói riêng còn chức các loại virus, vi khuẩn, trứng giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức khỏe của con người và vật nuôi. Theo quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước của tiến sĩ Lê Trình đã thống kê các loại vi khuẩn gây bệnh trong phân gia súc, gia cầm như sau: Bảng 2.4 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc và điều kiện bị diệt Tên vi trùng, ký sinh trùng Khả năng gây bệnh Điều kiện bị diệt Nhiệt độ (0C) Thời gian (phút) Salmonella typhi Thương hàn 55 30 Salmonella paratyphi Phó thương hàn 55 30 Shigella spp. Lỵ 55 60 Vibrio Cholera Tả 55 60 Escherichia coli Viêm dạ dày, ruột 55 60 Hepatite A Viêm gan 55 3-5 Tenia Soginata Sán 50 3-5 Micrococcus var Ung nhọt 54 10 Streptococcus Sinh mủ 50 10 Ascarie cumbricoides Giun đũa 50 60 Mycobacterium Lao 60 20 Tubecudsis Bạch hầu 55 45 Corynerbarterium Bại liệt 65 30 Diptheriac Sởi 45 10 Polio virus Hominis Giun tóc 55 10 Coiardia lomblia Sán bò 60 30 Trichuris trichiura Sán heo 60 30 ( Nguồn: Lê Trình, 1997) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 8  Xác súc vật chết Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi.  Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, bao bố, rơm rạ,…  Nƣớc thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh gia súc, chuồng trại, nước ăn uống và phân lỏng hòa tan. Đây là một nguồn chất thải ô nhiễm nặng, chứa các chất hữu cơ và vô cơ có trong phân, nước tiểu, thức ăn của gia súc. Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…). Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành công nghiệp khác (acid, kiềm, kim loại nặng, chất oxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có trong phân gia súc. Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hydrat cacbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, nước tiểu và thức ăn thừa. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, ammonium, muối Clorua, muối Sunfat. 2.1.2. Khí thải  Mùi hôi chuồng nuôi Là do hỗn hợp khí được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu gia súc, thức ăn dư thừa… Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, ẩm độ, mật độ nuôi. Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của thú. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 9  Sự hình thành khí chuồng nuôi NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do các vi sinh vật gây thối, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ nước tiểu. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của thú. Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2. Theo Phạm Thị Thu Lan (2000), trong từ 3 – 5 ngày đầu, mùi hôi sinh ra rất ít do vi sinh vật chưa phát triển mạnh. Nhóm –NH2 của amin được tách ra để hình thành NH3 Alanine acid lactic + NH3 Serine acid pyruvic + NH3 NH3 Protein H2S Indole Scatole phenol Acid hữu cơ mạch ngắn Sơ đồ 2.1: Quá trình khử amin CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 ít bền vững nên dễ bị phân hủy tiếp (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Sơ đồ 2.2: Quá trình phân giải urê của nước tiểu  Phân loại khí chuồng nuôi Theo tác giả Trương Thanh Cảnh (1999), các khí sinh ra từ chăn nuôi được chia thành các nhóm sau: + Nhóm các khí kích thích: Những khí này có tác dụng gây tổn thương đường hô hấp và phổi, đặc biệt là gây tổn thương niêm mạc của đường hô hấp. Nhất là NH3 gây nên hiện tượng kích thích thị giác, làm giảm thị lực. + Nhóm các khí gây ngạt: Các chất khí gây ngạt đơn giản (CO2 và CH4): Những chất khí này trơ về mặt sinh lý. Đối với thực vật, CO2 có ảnh hưởng tốt, tăng cường khả năng quang hợp. Nồng Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 10 độ CH4 trong không khí từ 45% trở nên gây ngạt thở do thiếu oxy. Khi hít phải khí này có thể gặp các triệu chứng nhiễm độc như: co giật, ngạt, viêm phổi. Các chất khí gây ngạt hóa học (CO): là những chất khí gây ngạt bởi chúng liên kết với Hemoglobin của hồng cầu máu làm ngăn cản quá trình thu nhận hoặc quá trình sử dụng oxy của các mô bào. Nhóm các khí gây mê: Những chất khí (Hydrocacbon) có ảnh hưởng nhỏ hoặc không gây ảnh hưởng tới phổi nhưng khi được hấp thu vào máu thì có tác dụng như dược phẩm gây mê. Nhóm các chất khí khác: Những chất khí này bao gồm các nguyên tố và chất độc dạng dễ bay hơi. Chúng có nhiều tác dụng độc khác nhau khi hấp phụ vào cơ thể chẳng hạn như khí phenol ở nồng độ cấp tính. 2.2. Ảnh hƣởng đến môi trƣờng 2.2.1. Ô nhiễm môi trường nước Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi heo khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, gây thiếu oxy cho các quá trình hô hấp và quang hợp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân hủy yếm khí (< 2 mg O2/l) sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động lớn đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị cạn kiệt sẽ gây mất cân bằng sinh thái, vô hiệu hóa quá trình tự làm sạch của sông rạch nhờ các vi sinh vật có lợi do đó môi trường nước mặt càng bị xuống cấp trầm trọng. Con người, động vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Hiện nay, hầu hết nước thải chăn nuôi đều qua hệ thống xử lý mà được thải trực tiếp ra môi trường kênh, rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung của khu vực. Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam (1999) cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại heo quốc doanh tại Thành phố Hồ Chí Minh là rất cao. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 11 Bảng 2.5: Thành phần nước thải ở một số trại heo quốc doanh tại Tp. Hồ Chí Minh Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Mẫu phân tích vào mùa khô Mẫu phân tích vào mùa mưa pH 7,1 6,7 6,8 6,7 6,6 6,7 COD mg/l 2880 2240 3600 - - - BOD5 mg/l 1600 450 1800 2250 2260 3400 Ptổng mg/l 88 49 98 47 33 74 Ntổng mg/l 9 15 10 560 599 1224 TS mg/l 2080 670 3747 865 490 1366 Tổng Coiform MPN/100 ml 93x10 4 110x10 5 1100x10 4 110x10 6 >240x10 6 >240x10 6 (Nguồn: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam ,1999) Ngoài ra trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng hoặc trứng giun sán (bảng 2.4). Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những động vật khác. Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần chuồng nuôi. Khi phân hủy thức ăn gia súc, là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, giàu Nito, Phospho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất như: acid amin, acid béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc hại. Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm. Quá trình chuyển hóa ure trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể trong việc gây ô nhiễm môi trường nước. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 12 Enzyme ureaza CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Nitrosomonas bacteria NH3 + O2 NO2 - + 2H + + H2O Nitro bacteria NO2 + O2 NO3 NO3 N2O N2 Sơ đồ 2.3: Quá trình chuyển hóa Ure Trong nước, nồng độ NO3 - cao có thể gây độc hại cho con người. Do trong hệ tiêu hóa, ở điều kiện thích hợp NO3 - chuyển thành NO2 - có thể hấp thu vào máu kết hợp với hồng cầu, ức chế chức năng vận chuyển oxi của hồng cầu. 2.2.2. Ô nhiễm môi trường không khí Theo kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí ở một số xí nghiệp chăn nuôi quốc doanh của Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam (1999), cho thấy môi trường không khí trong khu vực chăn nuôi và văn phòng bị ô nhiễm nặng. Bảng 2.6: Chất lượng không khí chuồng nuôi của các xí nghiệp quốc doanh Vị trí lấy mẫu Hàm lƣợng chất gây ô nhiễm (mg/m3) Bụi NH3 H2S Xí nghiệp giống cấp 1 Khu vực văn phòng 0,250 0,120 0,060 Khu vực chăn nuôi 0,300 0,640 1,100 Xí nghiệp chăn nuôi heo Phước Long Khu vực văn phòng 0,420 0,300 0,076 Khu vực chăn nuôi 0,300 3,420 3,470 Xí nghiệp chăn nuôi heo 3/2 Khu vực văn phòng 0,320 0,040 0,072 Khu vực chăn nuôi 0,350 1,360 1,450 ( Nguồn: Viện Khoa Học Miền Nam (1999), trích dẫn bởi Trần Thị Ngọc Diệu (2001) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 13 Có rất nhiều loại khí sinh ra trong quá trình phân hủy hiếu khí hay kỵ khí chất thải chăn nuôi. Thành phần chất thải chăn nuôi có thể chia làm 3 nhóm: protein, carbohydrate và mỡ. Quá trình phân hủy kỵ khí sinh ra nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối khác nhau. NH3 Protein Indole, Schatole, phenol Acid hữu cơ mạch ngắn Alcoho Aldehydes,ketones Carbohydrates Các acid hữu cơ H2O, CO2, hydrocarbon mạch ngắn Alcoho Aldehydes và ketones Mỡ Acid béo H2O, CO2 và CH4 Sơ đồ 2.4: Các sản phẩm của quá trình phân hủy kỵ khí chất thải chăn nuôi (Nguồn : Trương Thanh Cảnh ,1999) Khí thường gặp trong chăn nuôi là NH3, H2S, CH4 và CO2. Những khí này tạo nên mùi hôi thối trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, sức khỏe con người và các loài động vật khác. Bảng 2.7: Đặc điểm các khí sinh ra khi phân hủy kỵ khí. Loại khí Mùi Đặc điểm Giới hạn tiếp xúc Tác hại NH3 Mùi hăng, xốc Nhẹ hơn không khí 20 ppm Kích thích mắt và đường hô hấp trên, gây ngạt ở nồng độ cao, dẫn đến tử vong CO2 Không mùi Nặng hơn không khí 1000ppm Gây uể oải, nhức đầu, có thể gây ngạt dẫn đến tử vong ở nồng độ cao H2S Mùi trứng thối Nặng hơn không khí 10 ppm Là khí độc gây nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn, bất tỉnh, tử vong CH4 Không mùi Nhẹ hơn không khí 1000 ppm Gây nhức đầu, gây ngạt. gây nổ ở nồng độ 5 – 15% trong không khí ( Nguồn : Trương Thanh Cảnh, 1999) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 14 Bảng 2.8: Triệu chứng thấy ở công nhân khi có khí độc chăn nuôi Triệu chứng Tỷ lệ quan sát (%) Ho 67 Đàm 56 Đau họng 54 Chảy mũi 45 Đau mắt (xốn mắt, chảy nước mắt) 39 Nhức đầu 39 Tức ngực 37 Thở ngắn 30 Thở khò khè 27 Đau nhức cơ 25 (Nguồn: Dương Nguyên Khang ,2004)  Ảnh hƣởng của khí NH3 : Trong chăn nuôi heo, lượng nước tiểu sinh ra hằng ngày rất nhiều với thành phần khí NH3 là chủ yếu. Chất khí này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng tăng tiết dịch, hay gây phỏng do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt, gây co thắt khí quản và gây ho. Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu, lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu, NH3 bị oxy hóa tạo thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận chuyển oxy đến các cơ quan, gây bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ, trường hợp nặng có thể gây thiếu oxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 15 Bảng 2.9 : Tác hại của amonia lên người, gia súc, gia cầm Đối tƣợng Nồng độ NH3 Tác hại Ngƣời > 6 – 20 ppm Ngứa mặt, khó chịu ở đường hô hấp 100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc 400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng 1720 ppm (<30 phút) Ho, co giật dẫn đến tử vong 700 ppm (< 60 phút) Lập tức ngứa mặt, mũi và cổ họng 5000 – 10000 ppm (vài phút) Gây khó thở, ngạt thở, xuất huyết phổi, ngất, có thể tử vong > 10000 ppm Tử vong Heo >10 ppm Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho 50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 - 1 3% 61 ppm Giảm 5% lượng ăn Gà > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và thịt 30 ppm Gây hội chứng viêm phổi Nguồn: Dương Nguyên Khang (2004)  Ảnh hƣởng của khí H2S: H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các Amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kỵ khí chất thải. Cơ quan khứu giác của con người có thể cảm nhận H2S ở ngưỡng 0,025 ppm. H2S là khí độc, có thể gây chết khi tiếp xúc với một lượng nhỏ. Ngoài ra, H2S còn gây rối loạn hoạt động một số men vận chuyển điện tử trong chuỗi hô hấp mô bào gây rối loạn hô hấp mô bào. H2S còn chuyển hóa Hemoglobin làm ức chế khả năng vận chuyển oxy của Hemoglobin. Tiếp xúc với H2S ở nồng độ 500 ppm khoảng 15 – 20 phút sẽ sinh bệnh tiêu chảy và viêm cuống phổi. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 16 Bảng 2.10: Tác hại của H2S lên người và gia súc Đối tƣợng Nồng độ tiếp xúc Tác hại Ngƣời 10 ppm Ngứa mắt > 20 ppm/ 20 phút Ngứa mắt, mũi, họng 50 – 100 ppm Nôn mửa, tiêu chảy 200 ppm/ giờ Choáng váng, thần kinh suy nhược, dễ gây viêm phổi 300 ppm/30 phút Nôn mửa trong trạng thái hưng phấn, bất tỉnh > 600 ppm Mau chóng tử vong Heo Liên tục tiếp xúc với 20 ppm Sợ ánh sáng, ăn không ngon, có biểu hiện thần kinh không bình thường 200 ppm Có thể sinh chứng thủy thủng ở phổi nên khó thở và có thể trở nên bất tỉnh, chết. (Nguồn: Barker và cộng tác viên )  Ảnh hƣởng của khí CH4: Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi. CH4 là khí không màu, không mùi, có thể cháy. Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở do thiếu oxy. Nếu tiếp xúc với CH4 ở nồng độ 40000 mg/m 3 sẽ dẫn đến tai biến cấp tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm… Khi hít thở CH4 với nồng độ lên đến 60000 mg/m 3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong. Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng vào mục đích năng lượng.  Ảnh hƣởng của CO2: CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy. Trong không khí, nồng độ CO2 khoảng 0,3 – 0,4%. Nồng độ CO2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ, độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải. Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể ngất. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị giác. Khi Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 17 tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập. Khi nồng độ CO2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong.  Ảnh hƣởng của bụi: Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gia súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo các chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh. Khi người tiếp xúc với bụi sẽ bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (vì hạt bụi nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối lạon hô hấp và tổn thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể con người. 2.2.2.1. Ô nhiễm môi trường đất Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,… làm thức ăn cho người và động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,… Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 18 CHƢƠNG 3 CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỲ KHÍ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ HỒ SINH HỌC THỰC VẬT 3.1. Quá trình lên men kị khí các chất hữu cơ 3.1.1. Cơ chế của quá trình lên men kị khí Quá trình lên men kị khí chất thải hữu cơ trong điều kiện kị khí là một quá trình diễn ra phức tạp liên quan đến hàng trăm phản ứng, chất trung gian và mỗi phản ứng sẽ được xúc tác bởi một loại enzyme hay chất xúc tác: Phương trình chuyển hóa chất hữu cơ đã được đơn giản hóa như sau: 3.1.1.1. Quá trình phát triển của vi khuẩn kỵ khí Hình 3.1: Sự phát triển các nhóm VSV trong lên men Methane. (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003.) Tổng số VSV/mL 10 6 10 4 Vùng phát triển vi khuẩn tạo Methane Vùng phát triển vi khuẩn thủy phân và tạo acid Vùng phát triển hỗn hợp VSV Thời gian (ngày) 15 10 2 Lên men kị khí Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Q Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 19 Vi sinh vật (VSV) hấp thu thức ăn trong môi trường để tăng trưởng. Vậy, sự tăng trưởng của tế bào VSV là sự tăng trưởng về số lượng của các cấu tử trong tế bào gia tăng kích thước và trọng lượng. Đến cuối giai đoạn tăng trưởng thì tế bào phân cắt cho ra tế bào con. Quá trình sinh học xảy ra trong lên men Methane là quá trình phát triển các VSV yếm khí và quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ thành các chất khí, trong đó khí Methane chiếm tỉ trọng lớn nhất.  Quá trình này đƣợc chia làm 2 giai đoạn:  Giai đoạn 1: Là sự phát triển hỗn hợp rất nhiều loài VSV có trong chất thải, pha này kéo dài khoảng 2 ngày. Trong dịch lên men ta thấy có sự phát triển của vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc. Sỡ dĩ trong thời gian đầu có sự phát triển của cả vi khuẩn hiếu khí vì trong dịch lên men chất thải còn tồn tại một lượng oxy hòa tan nhất định, các loài vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy hòa tan này để tăng số lượng. Khi lượng oxy hết dần, lượng vi khuẩn hiếu khí giảm dần và chết hết khi quá trình tạo Methane xuất hiện.  Giai đoạn 2: Trong giai đoạn 2 thấy có sự phát triển rất mạnh của các vi khuẩn thủy phân các chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo acid. Giữa 2 giai đoạn này có sự phát triển rất mạnh các loài vi khuẩn sinh Methane. Đây là loài vi khuẩn chiếm số lượng nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên men Methane. Toàn bộ vi khuẩn tham gia quá trình lên men Methane từ giai đoạn đầu cho đến giai đoạn cuối được phân lập và định dạng gồm 4 nhóm chính: (1) Nhóm vi khuẩn lên men và thủy phân. (2) Nhóm vi khuẩn tạo acid. (3) Nhóm vi khuẩn sử dụng H2 tạo Methane. (4) Nhóm vi khuẩn sử dụng acid acetic tạo Methane. Các vi khuẩn kỵ khí tham gia vào quá trình chuyển hóa chất hữu cơ: Clotridium spp, Peptoccocus anaerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovibrio spp, Corynebactorium spp, Lactobacillus, Actinomyces và Staphylococcus. Các vi khuẩn sinh Methane trong mẻ phản ứng bao gồm: Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 20 (1) Nhóm vi khuẩn hình que (Methanobacterium, Methanobacillus). (2) Nhóm vi khuẩn hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina). 3.1.1.2. Quá trình phản ứng sinh hóa Toàn bộ quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ xảy ra trong quá trình lên men kỵ khí được thể hiện theo sơ đồ sau: Quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ được chia làm 3 giai đoạn: (1) Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử. (2) Tạo nên acid và H2. (3) Tạo Methane. Vi khuẩn acetogenic Chất thải hữu cơ (chất béo, gluxit, protein) Thủy phân và lên men Axit hữu cơ, alcohol, các hợp chất trung tính ._. Acetate Decarboxyl hóa acetat Methane + CO2 Methane + CO2 H2 + CO2 Hạn chế tạo thành Methane Vi khuẩn phân hủy Vi khuẩn lên men Vi khuẩn acetolastic Vi khuẩn methane sử dụng H2 Hình 3.2: Cơ chế tạo Methane từ chất hữu cơ (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 21 Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân Phân giải các chất hữu cơ và chất hữu cơ chứa polymer hữu cơ cao phân tử như protein, cacbohydrate, chất béo, lignin,… Phần lớn trong số các polymer cao phân tử này được phân hủy bởi các enzyme ngoại bào của vi khuẩn tạo thành những chất có phân tử lượng nhỏ hơn và có khả năng tan trong nước. Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ tan được, là nguyên liệu cho các vi khuẩn sinh acid hấp thụ ở giai đoạn 2. Những phản ứng thủy phân ở giai đoạn này biến đổi những chất hữu cơ như protein thành aminoacid, cacbohydrate thành các đường đơn, chất béo thành các acid chuỗi dài. Tuy nhiên là các chất hữu cơ như là cellulose, lignin rất khó phân hủy đây là giới hạn của quá trình phân hủy kỵ khí. Chất hữu cơ Protein Chất béo Carbohydrate Amino acid Đường đơn Acid béo CH4 +CO2 Acetate Acid béo bay hơi Amôn Vi khuẩn H2 + CO2 Thủy phân và lên men Sinh acid và H2 Sinh CH4 Hình 3.3: Ba giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí. (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 22 Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh acid và hydro Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 được các vi khuẩn acetogenic chuyển hóa thành các acid acetic, H2 và CO2, ethanol, methanol. Số lượng các sản phẩm này tùy thuộc vào thành phần hóa học của nguyên liệu lên men, phương pháp lên men. Giai đoạn 3: Giai đoạn tạo thành khí Methane Sản phẩm ở giai đoạn 2 được nhóm vi khuẩn tạo Methane chuyển hóa thành CH4 và các sản phẩm khác. Vi khuẩn Methane phát triển và tham gia trao đổi chất trong điều kiện hoàn toàn kỵ khí, tốc độ phát triển rất chậm so với vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2. Các vi khuẩn này sử dụng các acid acetic, methanol, CO2, H2 để sản xuất Methane trong đó acid acetic là nguyên liệu chính với 70% - 80% CH4 được sinh ra từ nó. Các phản ứng có thể diễn ra như sau: Sơ đồ 3.1: Các phản ứng sinh hóa trong quá trình lên men methane Phần Methane còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ ethanol, methanol, acid formic nhưng phần này không quan trọng vì phần này chiếm số lượng ít trong quá trình lên men kỵ khí. Theo một số tài liệu tham khảo khác nhau lượng khí sinh ra như sau: Nguyên liệu CO2 + H2 + acetate Nguyên liệu Propionate + Butyrate + Ethanol CH3COO - + H2O CH4 + HCO3 - + năng lượng 4H2 + HCO3 - + H + CH4 + 3H2O + năng lượng Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 23 Bảng 3.1: Thành phần khí Biogas theo các tài liệu khác nhau. Thành phần Tỷ lệ % Theo Chongrak Polpraset, 1989 Theo sổ tay xử lý nƣớc thải, 1999 Theo Trần Hiếu Nhuệ, 1992 CH4 55 – 65 55 – 75 65 – 76 CO2 23 – 45 25 – 40 25 – 30 N2 0 – 3 2 – 7 Ít H2 0 – 1 1 – 5 Ít NH3 0 – 1 Ít Ít H2S - Ít Ít 3.1.2 Những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh khí Methane Để sinh trưởng và phát triển, tất cả VSV đều có nhu cầu chung: nước, nguồn năng lượng, nguồn C, nguồn N và hợp chất khoáng. Đây là những yếu tố cơ bản cần cho sự sinh trưởng, mà chúng không tự tổng hợp được, ta gọi đó là các nhân tố tăng trưởng. Ngoài ra các nhân tố vật lý có thể tham gia vào quá trình dinh dưỡng, chúng có thể cản trở, ức chế, hay tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng trưởng của các VSV như: nhiệt độ, pH, oxy, áp suất, độ ẩm, ánh sáng và tia năng lượng. Sinh trưởng, sinh sản và trao đổi chất của VSV liên quan chặc chẽ với các điều kiện bên ngoài, các điều kiện bao gồm hàng loạt các yếu tố khác nhau, tác động qua lại với nhau. 3.1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ kỵ khí  Mức độ kỳ khí Khí sinh học được sinh ra do hoạt động của nhiều chủng loại vi khuẩn, trong đó có vi khuẩn sinh Methane là quan trọng nhất, những vi khuẩn sống trong môi trường kỵ khí bắt buộc. Vì vậy đảm bảo cho môi trường phân hủy tuyệt đối kỵ khí là một yếu quan trọng đầu tiên.  Nhiệt độ Hoạt động của vi khuẩn trong mẻ ủ chịu ảnh hưởng rất mạnh của nhiệt độ môi trường bên ngoài, nhiệt độ ở đây là nhiệt độ môi trường bên ngoài ảnh hưởng đến quá Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 24 trình lên men. Nhiều thí nghiệm cho thấy có 2 khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn ưa ấm và ưa nhiệt hoạt động.  Vi khuẩn ưa ấm 250C – 400C  Vi khuẩn ưa nhiệt 500C – 650C Nhìn chung nhiệt độ bên ngoài tăng thì quá trình tạo Methane tăng. Nhưng khi nhiệt độ 450C có hiện tượng tạo khí chậm lại. Nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí kìm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 650C.  pH pH thích hợp cho vi khuẩn yếm khí hoạt động khoảng 6.6 – 7.6, thích hợp từ 7.0 – 7.2 tuy nhiên vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5.5, nhưng vi khuẩn tạo Methane bị ức chế ở pH đó.  Tỷ lệ Cacbon và Nitơ (C/N) Để tăng trưởng, mỗi VSV phải tìm trong môi trường các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tổng hợp các cấu tử tế bào cũng như nguồn năng lượng để hoạt động. Các nguyên tố cần thiết là C, H, O, N, S, P, Mg, Fe, Ca, Mn và các nguyên tố vi lượng như Zn, Co, Cu và Mo. Trong các chất hữu cơ các nguyên tố Cacbon và Nitơ là chủ yếu và rất quan trọng trong quá trình tạo sinh khối của vi khuẩn kỵ khí. Do đó tỷ lệ C/N cần được kiểm soát để tạo điều kiện cho quá trình sinh khí Methane tốt nhất. Tỷ lệ C/N thích hợp từ 25/1 – 30/1, bởi vì vi khuẩn sử dụng C nhiều hơn N từ 25 – 30 lần.Tỷ lệ C/N quá cao thì quá trình phân hủy xảy ra chậm. Ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá trình phân hủy ngừng trệ vì tích lũy nhiều amoniac là một độc tố đối với vi khuẩn ở nồng độ cao. Nói chung, phân trâu bò, heo có tỷ lệ C/N gần khoảng thích hợp. Phân người và phân gia cầm có tỷ lệ C/N thấp, các nguyên liệu thực vật thường có tỷ lệ C/N cao. Để đảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp ta nên dùng hỗn hợp các loại nguyên liệu, chẳng hạn dùng phân người, phân gia súc với rơm rạ… Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 25 Bảng 3.2: Tỷ lệ C/N của một số chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật Nguyên liệu Tỷ lệ C/N Chất cặn hầm cầu 10/1 – 60/1 Nước tiểu 0.8/1 Phân bò, heo 18/1 Phân gà 15/1 Phân ngựa 25/1 Bùn thải tươi 11/1 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Bảng 3.3: Tỷ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật Thực vật Tỷ lệ C/N Rơm rạ 48 – 117 Bèo tây tươi 12 – 25 (Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001)  Hàm lƣợng chất khô Hàm lượng chất khô là tỷ lệ giữa trọng lượng chất khô và tổng trọng lượng của nguyên liệu, thường biểu thị bằng phần trăm. Đối với các loại phân, hàm lượng khô thích hợp vào khoảng 7% - 9%. Nguyên liệu ban đầu thường có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi nạp vào thiết bị khí sinh học phải pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng thích hợp là 1 – 3 L nước cho 1 kg phân ( Nguyễn Quang Khải, 2001). Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 26  Các độc tố Bảng 3.4: Khả năng gây độc hại của một số chất (US EPA, 1979) STT Các chất Liều lƣợng gây độc cho vi khuẩn mg/L STT Các chất Liều lƣợng gây độc cho vi khuẩn mg/L 1 Acid bay hơi >200 (Tính theo acid acetic) 8 Đồng 0.5 2 Nitơ (Ammoniac) 1500 – 3000 (ở pH=7.6) 9 Cadmi 500 3 Sulfide >200 10 Sắt 1750 4 Canxi 2500 – 4500 11 Crom(VI) 3 5 Magie 1000 – 1500 12 Crom(III) 500 6 Kali 2500 – 4500 13 Nikel 2 7 Natri 3500 – 5500 ---- (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)  Thời gian lƣu Là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị ủ yếm khí. Trong thời gian này nguyên liệu bị phân hủy kỵ khí và sinh ra khí sinh học. Quá trình phân hủy trong điều kiện tự nhiên xảy ra trong thời gian dài, đối với phân động vật thời gian này có thể kéo dài tới hang tháng, đối với nguyên liệu thực vật thời gian này có thể kéo dài tới hàng năm.. Thời gian lưu được chọn căn cứ vào thời tiết địa phương và loại nguyên liệu nạp. Bảng 3.5: Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất Biogas Nguyên liệu Nhiệt độ (0C) Tỷ lệ C/N Hàm lƣợng chất khô (%) Thời gian lƣu (ngày) Phân động vật 30 – 40 30 7 – 9 30 – 50 Thực vật 30 – 40 30 4 – 8 100 (Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 27 Chất độc ức chế vi khuẩn kỵ khí làm ảnh hưởng đến quá trình sinh khí của quá trình ủ kỵ khí. Những biểu hiện thường gặp như: làm ngăn cản quá trình sinh khí dẫn đến giảm lượng khí sinh ra và nồng độ acid dễ bay hơi tăng. Đây là quá trình lên men kỵ khí, do đó sự có mặt của oxy thường gây ức chế toàn bộ quá trình chuyển hóa. Trong trường hợp này, oxy được xem như là chất tạo độc đối với những loài vi khuẩn kỵ khí. Ngoài ra những chất độc có thể có trong dịch lên men.  Độ mặn Vi khuẩn tham gia quá trình sinh khí Methane có khả năng thích nghi dần dần với nồng độ của NaCl trong nước. Giới hạn cho phép độ mặn dưới 30/00, khả năng sinh khí không bị ảnh hưởng đáng kể. Do đó khả năng phát triển biogas trong mùa khô ở những vùng nước lợ không bị ảnh hưởng nhiều (Lê Hoàng Việt, 1998).  Chế độ khuấy trộn Khuấy trộn là tác động cơ học vào dung dịch lên men, khuấy trộn có những tác động tích cực như sau: Khuấy trộn làm tăng khả năng tiếp xúc giữa chất hữu cơ với vi khuẩn, từ đó làm tăng nhanh quá trình chuyển hóa vật chất. Khuấy trộn làm phá vỡ lớp váng nổi phía mặt trên của bề mặt dung dịch, tạo điều kiện tốt cho sự thoáng khí từ dung dịch vào buồng thu khí. 3.1.2.2. Các yếu tố thúc đẩy quá trình sinh khí  Trộn chất thải để lên men Ở nông thôn, rất nhiều chất thải có thể dùng để sản xuất ra khí đốt. Những chất thải này có mặt ở khắp nơi như là phân người và phân gia súc, cọng rơm rạ, cỏ, các thân cây, rác thải và các chất thải thủ công nghiệp có thành phần hữu cơ là nguyên liệu tốt cho sản xuất khí sinh học. Tỷ lệ C/N thích hợp 25/1 – 30/1. Các chất thải khác nhau có tỷ lệ C/N khác nhau và ngay cùng loại chất thải cũng có tỷ lệ C/N khác nhau khi có điều kiện khác nhau. Do đó, khi đưa chất thải vào hầm, người ta không phải chỉ có một lượng nhất định vật liệu lên men mà cần lưu ý đến các vật liệu lên men khác nhau đưa vào hầm ủ yếm khí. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 28 Nguyên liệu được phối trộn phải có tỷ lệ C/N thích hợp, đặc biệt chất thải có thành phần sợi nhiều như: rơm rạ, thân cây, cỏ và các chất có lượng Nitơ cao như phân người, phân gia súc, gia cầm. Các chất này phải sử dụng phối trộn với nhiều vật liệu khác nhau. Thực tế chứng tỏ rằng, làm lên men một chất thải thường cho ta kết quả kém. Ở một số vùng nông thôn đã duy trì khoảng tỷ lệ sau: 10% phân người gồm cả nước tiểu, 40% phân bò và phân gia súc khác cùng với cây cỏ và 50% lượng nước. Với hỗn hợp này kết quả lên men tương đối tốt. Tuy nhiên tùy vào các nguồn chất thải có ở nông thôn mà linh hoạt áp dụng tỷ lệ hỗn hợp để đạt được kết quả tốt. Một chất thải thích hợp phải tùy thuộc vào điều kiện địa phương, làm sao có sự tận dụng hiệu quả các vật liệu có sẵn ở địa phương, mà tạo hỗn hợp tốt nhất.  Xử lý nguyên liệu Để làm tăng tỷ lệ lên men vật liệu và làm tăng lượng khí sản sinh ra, các vật liệu phải được trộn và chất đống trước khi cho vào hầm sinh khí. Các vật liệu sợi, đặc biệt là rơm rạ, cỏ, cỏ dại và thân cây, phải xử lý trước. Vì trong chúng có lớp vỏ cứng bên ngoài nên phải có quá trình làm chúng mục nát. Khi đưa vào trong hầm, nó sẽ nổi lên mặt và gây khó khăn cho việc trộn vật liệu khác. Để chất đống và trộn đều, vật liệu cần phải cắt thành những đoạn ngắn và chất thành từng lớp, mỗi lớp dày khoảng 50 cm. Tốt nhất là phun lên trên lớp vật liệu một lượng vôi từ 2% – 5% hoặc lượng tro và sau đó đổ vào một ít phân người, phân gia súc hoặc nước thải, rồi trát lên một lớp bùn mỏng, vào mùa hè, việc trộn và chất đống phải từ 7 – 10 ngày và mùa đông phải để 1 tháng. Khi vật liệu đã được bảo quản như vậy, lớp mặt ngoài bị phá hủy và lần lượt các chất thải dạng sợi cũng bị phá hủy. Việc cắt nhỏ thân cây cũng làm tăng mặt tiếp xúc của vật liệu với các vi khuẩn, tạo quá trình lên men nhanh hơn ở trong hầm. Khi phân người và phân gia súc đã hoai theo phương pháp ủ, sau đó đưa vào hầm, nó cung cấp các vi khuẩn tự nhiên để tạo ra khí sinh học một cách nhanh chóng trong hầm và làm tăng đáng kể lượng khí sinh ra. Cũng theo nghiên cứu, tỷ lệ C/N đối với các chất thải thực vật già, cằn cỗi là 60/1 – 100/1. Nhưng khi để chất đống lên men thì có thể giảm tỷ lệ C/N còn từ Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 29 15/1 – 21/1, gần tiến tới một môi trường lý tưởng cho vi khuẩn sinh Methane hoạt động tốt.  Sự phân giải cellulose và lignin trong điều kiện tự nhiên  Sự phân giải cellulose Cellulose là thành phần cơ bản nhất của thực vật. Trong bông vải cenlulose chiếm 90%, trong các tế bào thực vật khác chúng chiếm từ 40% – 55%. Cellulose là chất rất bền vững, không tan trong nước. Cellulose không bị phân hủy trong đường tiêu hóa của động vật mà chỉ bị phân hủy trong đường tiêu hóa của động vật nhai lại. Cellulose là chất hóa học có trọng lượng phân tử lớn, chúng không thể xâm nhập vào tế bào VSV, chúng bị phân giải ở ngoài màng tế bào VSV bởi enzyme ngoại bào. Các enzyme này thay phiên nhau phân giải cenlulose để giải phóng năng lượng và glucose, phục vụ cho sinh trưởng, sinh sản và phát triển của VSV. Trong điều kiện nuôi cấy nhân tạo lượng glucose nhiều. Nhưng trong khối chất thải trong điều kiện tự nhiên, quá trình thủy phân thì lượng glucose tạo ra thường rất ít, các nghiên cứu cho thấy các sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân này thường nhiều hơn. Tham gia vào quá trình phân giải các chất cellulose và các hợp chất lignocellulose, pectinocellulose bao gồm rất nhiều loài VSV khác nhau, trong đó có cả các loài thuộc nhóm vi khuẩn, thuộc nhóm xạ khuẩn và các loài thuộc nhóm nấm sợi. Các chất cellulose trong điều kiện tự nhiên được phân hủy trong điều kiện hiếu khí lẫn điều kiện yếm khí.  Sự phân giải lignin Lignin là một hợp chất cao phân tử có nhiều trong gỗ, trong thành phần của lignin có 69% là Cacbon, 7% là Hydro, 24% là Oxy. Lignin là chất vô định hình, không tan trong nước và không tan trong các acid vô cơ. Lignin có rất nhiều trong thực vật, nhưng chúng lại không thay đổi trong suốt quá trình phát triển của thực vật. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 30 Do đó, trong chất thải hữu cơ từ thực vật lignin tồn tại một lượng rất lớn trong khối chất thải đó. Có nhiều loài VSV tham gia phân giả hợp chất này, trong đó đáng chú ý nhất là các loài Polysticus versicolor, Stereum hirsutum … Quá trình phân giải lignin của các loài VSV trên giúp quá trình phân giải cellulose trong thực vật tốt hơn.  Lƣợng nƣớc thích hợp Sự hoạt động bình thường của vi khuẩn Methane cần khoảng 90% nước để lên men vật liệu thải và 8% – 10% chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2001). Bảng 3.6: Lượng nước có trong vật liệu thải Loại vật liệu thải Phân lợn rắn Phân lợn lỏng Phân ngựa Phân khô thông thƣờng Thân lúa khô Phân bò Lượng nước(%) 82 96 76 30 – 40 10 – 20 83 (Nguồn: Nguyễn Duy Thiện, 2001) Trên thực tế ở nhiều nơi, lượng nước ở trong hầm được tính theo vật liệu thải lên men. Thông thường nước chiếm khoảng 50% vật liệu trong hầm. Khi cho vật liệu thải lên men, nên làm loãng hơn thích hợp cho các VSV hoạt động. 3.1.3. Tổng quan về túi ủ Biogas: 3.1.3.1. Nguyên lý hoạt động Nguyên liệu đầu vào là các chất thải trong chăn nuôi như phân trâu, bị, heo, gà, vịt, …có thể kết hợp với nguyên liệu thực vật: lục bình, rơm rạ khô băm nhuyễn. Khi cho vào túi ủ, dưới tác dụng phân hủy của các vi sinh vật có trong chất thải sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ trong phân. Sau thời gian từ 15-30 ngày sẽ sinh ra khí (CH4), khí này sau đó sẽ theo ống thu khí đến túi chứa khí. Túi chứa khí có nhiệm vụ làm gia tăng áp suất đẩy khí biogas đến bếp đun. Trong trường hợp túi chứa khí đầy thì khí sinh ra sẽ được chuyển trực tiếp đến bếp để sử dụng . Nếu túi chứa khí đầy và bếp đun ngưng đun thì khí sinh ra sẽ được thoát ra ngoài qua van an toàn . Khi thiết bị đi vào hoạt động phải kiểm tra thường xuyên để theo dõi sản lượng khí , áp suất khí, lấy bỏ cặn lắng, xả nước đọng đường ống, đề phòng cháy nổ, đề phòng ngạt thở khi sửa chữa, ngoài ra Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 31 cần kiểm tra những trục trặc trong vận hành hoặc hư hỏng để phát hiện nguyên nhân và khắc phục kịp thời. 3.1.3.2. Ưu điểm và nhược điểm của túi ủ  Ƣu điểm Có khả năng áp dụng rộng rãi: phù hợp với điều kiện chăn nuôi của từng hộ gia đình ở nông thôn. Tính khả thi cao: giá thành rẻ, dễ lắp đặt, vận hành đơn giản. Tận dụng chất khí sinh học: phục vụ nhu cầu năng lượng cho đời sống; giải quyết vấn đề ô nhiễm trong chăn nuôi ở nông thôn.  Nhƣợc điểm Do túi ủ làm bằng cao su nên dễ hỏng bởi điều kiện tự nhiên, ngoài ra cũng có thể bị gà, vịt, chuột…làm thủng gây hỏng hệ thống. Thời gian sử dụng ngắn (từ 3 - 5 năm). 3.1.3.3. Những thuận lợi và bất lợi trong quá trình sản xuất biogas  Thuận lợi Trong quá trình phân hủy kỵ khí không đòi hỏi oxy, giảm được chi phí cung cấp oxy cho quá trình xử lý chất thải. Quá trình xử lý kỵ khí tạo ra lượng bùn thấp hơn (từ 3 – 20 lần so với quá trình hiếu khí). Vì lượng bùn do vi khuẩn yếm khí tạo ra tương đối thấp. Hầu hết năng lượng rút ra từ sự phân hủy chất nền được trữ lại trong sản phẩm cuối cùng là CH4. Đối với việc tạo tế bào 50% carbon hữu cơ được chuyển thành sinh khối trong các điều kiện kỵ khí. Quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra năng lượng có ích đó là khí Methane, chất khí này chứa tới 90% năng lượng. Vì thế có khả năng giải quyết được vấn đề chất đốt ở nông thôn và giải quyết được vấn đề chất thải hữu cơ ở nông thôn, hạn chế được những tác nhân gây ô nhiễm môi trường do các chất hữu cơ gây ra như hiện nay. Giá trị năng lượng khí Methane là khá lớn và kinh tế hơn so với các loại nguyên liệu truyền thống. So sánh khoảng nhiệt trị giữa Methane với biogas và dầu mỏ được thể hiện qua bảng sau: Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 32 Bảng 3.7: Khoảng nhiệt trị của một số loại nguyên liệu Loại nguyên liệu Đơn vị Khoảng nhiệt trị Methane Kcal/m 3 9000 Biogas Kcal/m 3 4500 – 6000 Dầu mỏ Kcal/m3 15600 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)  Sử dụng biogas Dựa trên cơ sở nhiệt trị của biogas (4500 – 6300), Hesse (1982) ước tính rằng 1 m 3 biogas đủ để: Bảng 3.8: Sử dụng biogas tương đương Sử dụng Đơn vị Giá trị Chạy động cơ Giờ 2 Cung cấp một điện năng kWh 1,25 (tương đương 60W) Nấu ăn Buổi (5 người ăn) 3 Chạy một tủ lạnh m3 1 Chạy một lò úm m3 0,5 (Nguồn: Hesse, 1982. Được trích từ Lê Hoàng Việt, 2003) Như vậy 1 m3 biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa, 0,8 kg than (Hesse, 1982. Được trích từ Lê Hoàng Việt, 2003). Năng lượng cần cho sử lý nước thải giảm. Xử lý được chất hữu cơ có độ ô nhiễm cao. Có khả năng tăng công suất. Chất thải không còn mùi hôi. Bã thải có giá trị cao được làm phân bón và cải tạo đất. Chất thải không còn hấp dẫn chuột, ruồi. Việc xử lý chất thải đậm đặc trong điều kiện kỵ khí không những có lợi về mặt công nghệ mà còn có lợi về mặt xây dựng và quản lý như chiếm diện tích rất ít, chi phí vận hành thấp hơn quá trình xử lý hiếu khí. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 33 Theo Lương Đức Phẩm (2002) thì giai đoạn phân giải kỵ khí loại bỏ tới 40% – 60% COD và SS, hơn 90% BOD5, loại bỏ Nitơ ở giai đoạn này là rất kém.  Bất lợi Rất nhạy cảm với chất độc. Đòi hỏi thời gian dài để hoạt động quá trình. Bã thải sau quá trình ủ chứa hàm lượng nước rất cao nếu không được quản lý và xử lý tiếp thì vẫn còn có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước. Vốn đầu tư còn tương đối cao. Cần phải có những kiến thức nhất định trong bảo quản và vận hành thiết bị. Nếu như sử dụng để chạy các động cơ đốt trong phải xử lý hơi nước và các chất khí khác như CO2, H2S để đạt hiệu quả cao. 3.2. Tổng quan về Hồ sinh học trong xử lý nƣớc thải 3.2.1. Khái quát chung: Xử lý nước thải trong các ao hồ là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ thời xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí vận hành rẽ tiền, quản lý hệ thống đơn giản . Quy trình xử lý nước thải theo phương pháp hồ sinh học khá đơn giản và được tóm tắt như sau: Nước thải  Loại bỏ cát, sỏi  Các hồ ổn định  Nước đã xử lý Cơ sở khoa học của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là hệ vi sinh vật trong nước và các thủy sinh vật khác. Các chất bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá trình làm sạch nước thải không thuần túy là quá trình hiếu khí mà còn có quá trình kị khí và tùy nghi. Phương pháp sử dụng hệ thống hồ sinh học để xử lý nước thải có một số ưu điểm sau: + Đây là phương pháp rẻ, dễ thiết kế và xây dựng, dễ vận hành, không đói hỏi cung cấp năng lượng + Có khả năng làm giảm các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải xuống tới mức thấp nhất + Có khả năng loại bỏ chất hữu cơ, chất vô cơ tan trong nước Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 34 + Hệ vi sinh vật hoạt động trong hồ chịu được nồng độ các kim loại nặng tương đối cao ( > 30 mg/l) Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm: + Thời gian xử lý dài + Mặt bằng rộng + Trong quá trình vận hành phụ thuộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên + Các hồ kị khí thường phát sinh mùi hôi do phân hủy các chất hữu cơ làm phát sinh khí, làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Bảng 3.9: Phân loại hồ sinh học Phân loại Tên thông dụng Các đặc điểm Các ứng dụng Hiếu khí a) Hồ xử lý chậm Được thiết kế sao cho điều kiện hiếu khí đạt được suốt chiều sâu của ao, hồ. Xử lý chất hữu cơ hòa tan và nước thải đã qua xử lý sơ cấp b) Hồ cao tốc Được thiết kế để đạt sản lượng cao. Loại các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ hòa tan c) Hồ xử lý cấp ba Giống như hồ xử lý chất hữu cơ rất thấp Xử lý cấp ba nước thải từ hệ thống xử lý thứ cấp để đạt chất lượng cao hơn Kết hợp hiếu khí-kị khí (có thông khí) Hồ Facultative có thông khí Sâu hơn hồ xử lý cao tốc; thiết bị thông khí và quá trình quang hợp cung cấp oxy cho hệ thống ở lớp nước mặt; ở lớp giữa là quá trình kị khí không bắt buộc; lớp đáy hồ là quá trình kị khí Xử lý nước thải qua lọc hoặc chưa qua lọc, nước thải công nghiệp Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 35 Kết hợp hiếu khí - kị khí (nguồn oxy từ tảo) Hồ facultative Giống như ở trên nhưng không có thiết bị thông khí Xử lý nước thải qua lọc hoặc chưa qua lọc, nước thải công nghiệp Kị khí Hồ xử lý kị khí Điều kiện kị khí trong toàn hồ, thường có thêm hồ hiếu khí hoặc facultative để xử lý tiếp nước thải sau giai đoạn kị khí này. Xử lý nước thải đô thị, nước thải công nghiệp Kị khí kết hợp với kị khí - hiếu khí Hệ thống hồ xử Lý Kết hợp giữa các loại hồ đã nêu trên. Thường có thêm giai đoạn hoàn lưu nước từ hồ hiếu khí sang hồ kị khí. Xử lý triệt để nước thải đô thị với hiệu suất khử vi sinh vật gây bệnh cao. (Nguồn: Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, 2003) 3.2.2. Quan hệ giữa giới thủy sinh trong hệ thống hồ sinh học và vai trò của chúng trong làm sạch nước thải 3.2.2.1. Khái quát chung: Giới thủy sinh vật có trong nước là vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn, nguyên sinh động vật…), các loại động thực vật phù du (tiêu biểu là tảo), các động vật bậc cao ( tôm, cua, sò, cá…), thực vật (lục bình, rong, bèo…)….Tùy vào nồng độ các chất ô nhiễm hay nồng độ các chất hữu cơ trong nước, oxi hòa tan, độc tố…trong nước sẽ ảnh hưởng đến các loại này. Nói chung, nếu nước bị ô nhiễm nặng, trước hết sẽ không còn oxi hòa tan làm ảnh hưởng chung đến hệ sinh thái nước và đời sống của sinh vật thủy sinh nói riêng. Dần theo thời gian, dưới tác động của nhiều yếu tố, hệ sinh thái nước sẽ được làm sạch trở lại. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 36 Quá trình làm sạch nước liên quan quan trực tiếp đến giới thủy sinh. Quá trình sống của chúng hoạt động dựa vào quan hệ cộng sinh (hoặc hội sinh) của toàn bộ quần thể sinh vật có trong nước. Phần chất không tan của hợp chất hữu cơ khi vào nước sẽ lắng xuống đáy, phần hòa tan sẽ được hòa lẫn trong nước. Theo chiều sâu của ao hồ sẽ chia thành 3 vùng: kỵ khí, tùy nghi và hiếu khí. Vùng kỵ khí sẽ xảy ra quá trình phân hủy chất hữu cơ ở điều kiện không có oxi. Sản phẩm của quá trình này trước hết là các acid hữu cơ, sau đó thành CH4, NH3, H2S, CO2,… Trên vùng kỵ khí sẽ là vùng tùy nghi với các khu hệ vi sinh vật khá phong phú, gồm: Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Achromobacter,…Các vi khuẩn này phân giải chất hữu cơ thành nhiều chất trugn gian khác, cuối cùng là CO2 và H2O, đồng thời tạo ra các tế bào mới, chúng sử dụng O2 do tảo và các loài thực vật trong nước sinh ra. Các sinh vật nitrate hóa sẽ oxi hóa amone hoặc ammoniac thành nitrate. Cạnh đó, một số nhóm khử nitrate, biến nitrate thành các phân tử N2, như là: Pseudomonas denitrificans, Bacillus licheniformis, Thiobacillus denitrificans… Các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành các chất vô cơ (quá trình khoáng hóa) sẽ cung cấp cho các thực vật thủy sinh, trước hết là tảo. Tảo và các thực vật thủy sinh khác lại cung cấp oxi cho vi khuẩn. Các loài thực vật thủy sinh (tảo, rong đuôi chó, rong xương cá, lau, sậy, bèo các loại…) có rễ và thân tạo điều kiện cho vi sinh vật bám mà không bị chìm xuống đáy. Chúng cung cấp oxi cho vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn cung cấp cho vi sinh vật những hoạt chất sinh học cần thiết. Ngược lại, vi khuẩn cung cấp ngay tại chỗ cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất của mình, đồng thời thực vật cũng che chắn cho vi sinh vật không bị chết dưới ánh nắng mặt trời. Còn tảo, khi sống sẽ là thức ăn cho cá và các loại thủy sản khác, khi chết đi sẽ là dinh dưỡng cho vi sinh vật. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 37 Hình 3.4: Phân bố các vùng trong Hồ thực vật 3.2.2.2. Xử lý nước thải bằng thực vật (áp dụng công nghệ Phytoremediation)  Xử lý nước thải bằng tảo Tảo là nhóm vi sinh vật có khả năng quang hợp, chúng có thể ở dạng đơn bào (vài loài có kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các loài rong biển, có chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng. Hình 3.5: Một số loài tảo tiêu biểu Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 38 Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo để: + Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng. Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo. + Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật. Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột... Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống. + Tiêu diệt các mầm bệnh. Thông qua việc xử lý nước thải bằng cách nuôi tảo các mầm bệnh có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt do các yếu tố sau đây: Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưởng của quá trình quang hợp , các độc tố tiết ra từ tế bào tảo, và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV) , thông thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải và sản xuất và thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên tảo rất khó thu hoạch (do kích thước rất nhỏ), đa số có thành tế bào dày do đó các động vật rất khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các mầm bệnh còn lại trong nước thải. Các phản ứng diễn ra trong ao tảo chủ yếu là "hoạt động cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn". Các yếu tố cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng tảo + Dưỡng chất: Ammonia là nguồn đạm chính cho tảo tổng hợp nên protein của tế bào thông qua quá trình quang hợp. Phospho, Magnesium và Potassium cũng là các dưỡng chất ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. Tỉ lệ P, Mg và K trong các tế bào tảo là 1,5 : 1 : 0,5. + Độ sâu của ao tảo: độ sâu của ao tảo được lựa chọn trên cơ sở tối ưu hóa khả năng của nguồn._.5 0 N g à y 5 5 N g à y 6 0 BOD5 - B0 (mg/l) 7181 8065 9298 8214 7415 5906 3730 2927 2706 2064 1937 1938 1882 BOD5 - B1 (mg/l) 7181 8554 11601 8629 7194 4386 2479 2118 1863 1908 1231 1217 1126 (Trong đó: B0 là mẫu đối chứng, B1 là mẫu nâng cao hiệu quả) Đồ thị 4.18: Diễn biến BOD5 (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ hai Tương tự như diễn biến BOD5 trong lần nghiên cứu thứ nhất, BOD5 lần lượt biến thiên theo chiều hướng: tăng trong khoảng 10 ngày đầu do ảnh hưởng quả quá trình thủy phân, giảm trong những ngày tiếp theo do quá trình lên men acid, lên men 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Ngày 0 Ngày 5 Ngày 10 Ngày 15 Ngày 20 Ngày 25 Ngày 30 Ngày 35 Ngày 40 Ngày 45 Ngày 50 Ngày 55 Ngày 60 B O D 5 ( m g /l ) NGÀY Diễn biến BOD5 (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ 2 BOD5 - B0 (mg/l) BOD5 - B1 (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 85 methane…có nghĩa là lượng BOD5 đã được chuyển hóa thành những dạng sản phẩm khác trong quá trình chuyển hóa. Tại nghiệm thức đối chứng B0, BOD5 giảm nhanh đến ngày thứ 45 (2064mg/l). Từ ngày 45 về sau, BOD5 tiếp tục giảm nhưng giảm rất nhẹ so với tốc độ giảm trước đó. Hiệu quả khử BOD5 của nghiệm thức B0 là 73,79%. Còn tại nghiệm thức B1, BOD5 tăng cao nhất tại ngày thứ 10 (11601 mg/l). Sau đó, từ sau ngày thứ 10 trở đi, BOD5 giảm nhanh đến cuối ngày 30 (2479 mg/l). Từ ngày 30 đến ngày thứ 45, BOD5 giảm rất nhẹ, trong khoảng ban đầu là 2118 mg/l xuống còn 1863 mg/l. Ngày thứ 50, BOD5 giảm nhanh so với giai đoạn trước nó (còn 1231 mg/l). Sau 60 ngày nghiên cứu, BOD5 trong nghiệm thức B1 còn lại là 1126 mg/l. Hiệu quả khử BOD5 của nghiệm thức B1 là 81,32%. Kết thúc 60 ngày nghiên cứu, hiệu quả khử BOD5 tại nghiệm thức B0 thấp hơn tại nghiệm thức B1 là 7,53%. e. Diễn biến T-N (mg/l) theo thời gian ở hai nghiệm thức B0 và B1: Bảng 4.21: Diễn biến T-N (mg/l) ở 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu N g à y 0 N g à y 5 N g à y 1 0 N g à y 1 5 N g à y 2 0 N g à y 2 5 N g à y 3 0 N g à y 3 5 N g à y 4 0 N g à y 4 5 N g à y 5 0 N g à y 5 5 N g à y 6 0 TN - B0 (mg/l) 166,67 180,7 216,2 217,5 177,4 134,7 110,9 83,7 80,3 77,2 60,1 59,3 58,5 TN - B1 (mg/l) 166,67 230,2 334,1 168,3 117,8 91,1 81,3 74,1 70,2 59,3 49,3 48,2 47,4 (Trong đó: B0 là mẫu đối chứng, B1 là mẫu nâng cao hiệu quả) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 86 Đồ thị 4.19: Diễn biến T-N (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ hai Nhận thấy, trong 10 ngày đầu tại nghiệm thức B1, Ni-tơ gia tăng nhanh so với giá trị 166,67 mg/l, đạt 334,1 mg/l. Sau đó, giảm nhanh và đạt giá trị 168,3 mg/l vào cuối ngày nghiên cứu thứ 15. Kể từ ngày thứ 20 trở đi, từ giá trị Ni-tơ là 117,8 mg/l giảm đều đặn về giá trị 47,4 mg/l vào cuối ngày thứ 60. Hiệu quả khử Ni-tơ trong nghiệm thức B1 là 71,56%. Trong nghiệm thức B0, Ni-tơ cũng tăng trong khoảng thời gian đầu – lúc xảy ra quá trình thủy phân. Tuy nhiên, Ni-tơ tăng cao nhất vào cuối 15 ngày, đạt giá trị 217,5 mg/l – thấp hơn mước tăng cao nhất của Ni-tơ tại nghiệm thức B1 (là 334,1 mg/l – đạt tại ngày thứ 10). Cuối 60 ngày nghiên cứu, hiệu quả khử Ni-tơ tại nghiệm thức B0 là 64,9%. So sánh với hiệu quả khử Ni-tơ trong nghiệm thức B1, ta thấy ban đầu, bã mía tiết ra một lượng Ni-tơ vào hệ thống xử lý, nhưng sau đó, cơ chế dung hòa và hấp thu Ni-tơ của vi sinh vật đã góp phần làm giảm Ni-tơ trong nghiệm thức B1 này. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Ngày 0 Ngày 5 Ngày 10 Ngày 15 Ngày 20 Ngày 25 Ngày 30 Ngày 35 Ngày 40 Ngày 45 Ngày 50 Ngày 55 Ngày 60 T - N ( m g /l ) NGÀY Diễn biến T - N (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ 2 TN - B0 (mg/l) TN - B1 (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 87 f. Diễn biến T-P (mg/l) theo thời gian ở hai nghiệm thức B0 và B1: Bảng 4.22: Diễn biến T-P (mg/l) ở 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu N g à y 0 N g à y 5 N g à y 1 0 N g à y 1 5 N g à y 2 0 N g à y 2 5 N g à y 3 0 N g à y 3 5 N g à y 4 0 N g à y 4 5 N g à y 5 0 N g à y 5 5 N g à y 6 0 TP - B0 (mg/l) 38,2 40,1 39,5 38,1 36,3 34,9 32,4 26,8 24,7 25,8 23,8 23,2 22,8 TP - B1 (mg/l) 38,2 40,2 38,2 31,3 29,7 24,4 23,8 21,3 20,8 19,8 21,1 20,4 20,5 (Trong đó: B0 là mẫu đối chứng, B1 là mẫu nâng cao hiệu quả) Đồ thị 4.20: Diễn biến T-P (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ hai Ở nghiệm thức B0, trong 15 ngày đầu của nghiên cứu, T-P tăng so với giá trị ban đầu (giá trị cao nhất là 40,1 mg/l tại ngày thứ 5 nghiên cứu). T-P tại nghiệm thức B0 này giảm rõ rệt nhất trong 35 ngày đầu (từ 38,2 mg/l vào ngày đầu – còn 26,8 mg/l vào ngày thứ 35). Sau đó, từ ngày 40 trở đi, tốc độ tiêu thụ Phospho của vi sinh vật trong hệ thống xử lý chậm lại, từ 24,7 mg/l vào ngày thứ 40 , chỉ giảm xuống còn 22,8 mg/l vào ngày thứ 60. Hiệu quả xử lý T-P ở nghiệm thức B0 là 40,31%. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ngày 0 Ngày 5 Ngày 10 Ngày 15 Ngày 20 Ngày 25 Ngày 30 Ngày 35 Ngày 40 Ngày 45 Ngày 50 Ngày 55 Ngày 60 T - P NGÀY Diễn biến T - P (mg/l) trong 2 nghiệm thức B0 và B1 trong lần thí nghiệm thứ 2 TP - B0 (mg/l) TP - B1 (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 88 Đối với nghiệm thức B1, trong 30 ngày đầu, sau quá trình tăng Phospho lên giá trị 40,2 tại thời điểm sau 5 ngày nghiên cứu, T-P trong nước thải tiếp tục giảm đạt giá trị 22,4 mg/l tại thời điểm sau 25 ngày. Tại ngày 30, T-P có biểu hiện tăng nhẹ - đạt 23,8 mg/l. Từ ngày thứ 40 trở đi, T-P bắt đầu giảm dần và đạt giá trị 20,4 mg/l vào ngày thứ 55. Hiệu suất xử lý T –P lớn nhất tại thời điểm này (46,34%) vì ngày thứ 60, T-P lại tăng trở lại (20,5 mg/l). g. Thành phần khí Biogas sinh ra trong hai nghiệm thức ở lần nghiên cứu thứ nhất Bảng 4.23: Thành phần % khí trong hổn hợp khí Biogas trong 2 nghiệm thức Khí Thể tích (lít) và Phần trăm khí trong hỗn hợp NTB0 NTB1 Biogas L 9.895 10.352 % 100 100 CH4 L 5.601 6.087 % 56.6 58.8 CO2 L 3.800 3.571 % 38.4 34.5 H2S ppm 4976 2120 % 0.005 0.00212 Khác L 0.490 0.691 % 5.00 6.7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 89 Đồ thị 4.21: Thành phần khí sinh ra trong hỗn hợp khí Biogas sau 60 ngày nghiên cứu tại lần nghiên cứu thứ hai tại nghiệm thức đối chứng B0 Đồ thị 4.22: Thành phần khí sinh ra trong hỗn hợp khí Biogas sau 60 ngày nghiên cứu tại lần nghiên cứu thứ hai tại nghiệm thức B1 Nhận thấy, thành phần khí Methane sinh ra trong 2 nghiệm thức đều cao hơn 50%, kết quả này, phù hợp với những kết luận lý thuyết về thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas. CH4 58,8 59% CO2 34,5 34% H2S 0,00212 0% KHÁC 6,7 7% Thành phần khí Biogas trong nghiệm thức B0 lần thí nghiệm thứ hai CH4 CO2 H2S KHÁC CH4 58,8 59% CO2 34,5 34% H2S 0,00212 0% KHÁC 6,7 7% Thành phần khí Biogas trong nghiệm thức B1 lần thí nghiệm thứ hai CH4 CO2 H2S KHÁC Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 90 Tại nghiệm thức B0, methane sinh ra là 56,6% trong khi tại nghiệm thức B1 là 58,8%. Tương tự tỷ trọng các khí thành phần trong hỗn hợp khí Biogas tại lần thí nghiệm thứ nhất, phần trăm khí H2S tại nghiệm thức B1 bé hơn tại nghiệm thức B0. Hai lần thí nghiệm không chênh lệch nhiều về mặt số liệu. Chứng tỏ,khả năng xử lý của mô hình Biogas có bổ sung bã mía, đã cung cấp những điều kiện thuận lợi cho hệ vi sinh vật trong nước thải phân hủy các chất hữu cơ một cách thuận lợi nhất. 4.4.3.2. Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý của hồ sinh học thực vật lần nghiên cứu thứ hai (tiếp theo nghiệm thức B1): Với việc tiếp nhận nước đầu ra của nghiệm thức B1 từ mô hình Biogas, khả năng xử lý của Hồ thực vật thể hiện cụ thể dưới đây: a. Diễn biến pH trong hồ thực vật Bảng 4.24: Diễn biến pH tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 pH 8,1 7,6 7,1 7,5 8 7,6 7,8 7,4 7,1 7,5 7 Đồ thị 4.23: Diễn biến pH tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai 8,1 7,6 7,1 7,5 8 7,6 7,8 7,4 7,1 7,5 7 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 p H Ngày Diễn biến pH tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai pH Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 91 Diễn biến pH trong hồ thực vật có sự biến thiên liên tục. pH ban đầu là 8,1 sau đó giảm nhanh về giá trị 7,1 sau 4 ngày nghiên cứu. Quá trình tăng giảm pH tiếp tục xảy ra. Ngày thứ 20, pH giảm từ giá trị 7,5 của ngày thí nghiệm thứ 18 về 7.0. Nhìn chung, pH cuối cùng có chênh lệch so với pH lần thí nghiệm thứ nhất (6,8 của lần thứ nhất so với 7,0 của lần thí nghiệm này). b. Diễn biến SS (mg/l) trong hồ thực vật Bảng 4.25: Diễn biến SS (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 SS (mg/l) 874 885 902 769 793 513 439 395 408 327 502 Đồ thị 4.24: Diễn biến SS (mg/l) tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai Trong khoảng thời gian 4 – 5 ngày đầu, SS tăng nhẹ do ảnh hưởng của quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong rễ thực vật. Sau ngày thứ 6, SS có dấu hiệu giảm và giảm mạnh tại ngày thứ 18 (327mg/l), hiệu quả xử lý SS cao nhất cũng tại đây (đạt 65,59%). Từ ngày 19 – 20 trở đi, hệ thống hồ quá tải, SS tăng theo đúng quy luật trong hồ. 874 885 902 769 793 513 439 395 408 327 502 0 200 400 600 800 1000 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 S S ( m g /l ) Ngày Diễn biến SS (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai SS (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 92 c. Diễn biến COD (mg/l) trong hồ thực vật Bảng 4.26: Diễn biến COD (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 COD (mg/l) 1656 1705 1812 1420 1480 1206 1128 942 880 650 760 Đồ thị 4.25: Diễn biến COD (mg/l) tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai Diễn biến COD trong hồ phụ thuộc vào khả năng hấp thu chất bẩn thong qua hệ rễ và khả năng trao đổi chất của cây. COD tăng từ ngày đầu thí nghiệm đến ngày 4 – 5, đạt giá trị cao nhất là 1812 mg/l tại ngày thứ 4. Sau đó tăng và giảm nhẹ trong các ngày còn lại. Đếnn ngày thứ 18, hiệu quả khử COD là cao nhất (60,61%). Ngày thứ 19 – 20 trở về sau, COD có dấu hiệu gia tăng, do thực vật bị phân hủy. Diễn biến BOD5 trong nước thải cũng tương tự. Được ghi nhận trong kết quả như sau: 1656 1705 1812 1420 1480 1206 1128 942 880 650 760 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 C O D ( m g /l ) Ngày Diễn biến COD (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai COD (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 93 d. Diễn biến BOD5 (mg/l) trong hồ thực vật Bảng 4.27: Diễn biến BOD5 (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 BOD5 (mg/l) 1126 938 997 781 814 663 620 518 484 358 418 Đồ thị 4.26: Diễn biến BOD5 (mg/l) tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai Hiệu quả khử BOD5 đạt cực đại tại ngày thứ 18 của nghiên cứu là 68,21%. Tương tự lần thí nghiệm thứ nhất, sau 20 ngày thì BOD5 cũng gia tăng trở lại. e. Diễn biến T-N(mg/l) trong hồ thực vật Bảng 4.28: Diễn biến T-N (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 T-N (mg/l) 47,4 48,2 49,1 45,2 42,7 40,5 38,5 36,6 32,8 30,2 36,7 Khác với lần thí nghiệm thứ nhất – Ni-tơ gia tăng trong 8 ngày đầu, lần thứ 2 này, Ni-tơ gia tăng trong khoảng 5 -6 ngày đầu, sau đó giảm nhẹ. 1126 938 997 781 814 663 620 518 484 358 418 0 200 400 600 800 1000 1200 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 B O D 5 ( m g /l ) Ngày Diễn biến BOD5 (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai BOD5 (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 94 Đồ thị 4.27: Diễn biến T-N (mg/l) tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai Hiệu suất khử Ni-tơ cao nhất sau 17 - 18 ngày, đạt 36,39%, cao nhất trong loạt thí nghiệm này nhưng vẫn thấp hơn lần thí nghiệm đầu tiên Biến thiên T-P trong hồ thực vật cũng tương tự như quá trình thay đổi T-N trong hồ. Ban đầu hồ có dấu hiệu gia tăng P, N do hệ rễ thực vật chưa kịp thích nghi, phân hủy…Nhưng sau đó, khi thực vật chịu đựng được với nước thải thì quá trình tích tụ sinh học xảy ra. Sau 16 – 17 – 18 ngày, N và P giảm. Ngày thứ 19 – 20 trở đi có dấu hiệu tăng do hồ quá tải và khả năng chịu đựng của thực vật không còn nữa. f. Diễn biến T-P(mg/l) trong hồ thực vật Bảng 4.29: Diễn biến T-P (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai Chỉ tiêu Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 T - P (mg/l) 20,5 23,1 24,6 22,8 20,1 19,6 19,1 18,9 17,1 17,5 20,1 47,4 48,2 49,1 45,2 42,7 40,5 38,5 36,6 32,8 30,2 36,7 0 10 20 30 40 50 60 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 T - N ( m g /l ) Ngày Diễn biến T - N (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai N - Kjeldahl Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 95 Đồ thị 4.28: Diễn biến T-P (mg/l) tại hồ thực vật trong xử lý tiếp tục dòng thải đầu ra của nghiệm thức B1 tại lần thí nghiệm thứ hai Dựa vào kết quả, P giảm không nhiều theo thời gian so với N trong quá trình xử lý. Hiệu suất khử P cao nhất tại ngày thứ 16, đạt 16,59%. 4.5. Bàn luận: 4.5.1. Về hiệu quả xử lý của mô hình Biogas truyền thống Khả năng xử lý của mô hình Biogas truyền thống tại hai nghiệm thức B0 sau 2 lần thí nghiệm là cơ sở để kết luận về khả năng xử lý của mô hình Biogas truyền thống. Hiệu quả xử lý SS lần thí nghiệm thứ nhất đạt 74,91% và lần thứ hai đạt 71,06% thời gian, đều là giá trị hiệu suất tối ưu sau 60 ngày nghiên cứu. Hiệu quả khử SS của mô hình truyền thống đạt từ 70 – 75%. Đối với hiệu suất xử lý COD, sau 60 ngày xử lý, hai lần thí nghiệm lần lượt cho kết quả là 75,95% và 73,79%. Vậy, hiệu quả khử COD của mô hình truyền thống là từ 73 – 76%. Tương tự, hiệu quả khử BOD5 cũng nằm trong khoảng từ 70 – 71% ở sau 2 lần nghiên cứu. 20,5 23,1 24,6 22,8 20,1 19,6 19,1 18,9 17,1 17,5 20,1 0 5 10 15 20 25 30 Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Ngày 16 Ngày 18 Ngày 20 T - P ( m g /l ) Ngày Diễn biến T - P (mg/l) tại Hồ thực vật trong lần thí nghiệm thứ hai T - P (mg/l) Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 96 Quá trình khử Ni-tơ đạt hiệu quả cao nhất sau 60 ngày lần lượt là 67,12% và 64,9% sau 2 lần nghiên cứu. Như vậy, mô hình Biogas truyền thống có khả năng loại bỏ từ 64 – 68% Ni-tơ trong nước thải chăn nuôi trong quá trình xử lý. Hiệu quả khử P là thấp nhất so với hiệu quả khử các thong số ô nhiễm khác, chỉ đạt 41,62 tại lần thí nghiệm thứ nhất và 40,31% tại lần thí nghiệm thứ 2, giá trị tối ưu đó ghi nhận trong thời gian 45 – 50 ngày. Điều này chứng tỏ, sự tiêu thụ P của hệ vi sinh vật kỵ ký ít hơn nhiều so với tiêu thụ nguồn cơ chất khác cho hoạt động sống của nó. Về khả năng loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, Tổng Coliform sau quá trình xử lý là 60 ngày chỉ còn 120 x 104 CFU/100ml tại lần 1 và 220 x104 CFU/100ml tại lần 2. Đạt 99,94% và 99,89%. Kết quả này thể hiện khả năng loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải của quá trình phân hủy kỵ khí, sau các quá trình lên men acid, lên men methane, trên 99% vi sinh vật gây bệnh được loại bỏ khỏi nước thải. Về khả năng sinh khí, sau 2 lần nghiên cứu, lượng khí Methane sinh ra từ 2 thí nghiệm lần lượt là 54,5% và 56,6% so với tống lượng khí sinh ra sau 60 ngày nghiên cứu. Thành phần khí H2S (sản phẩm có hại trong quá trình lên men kỵ khí) chỉ chiếm 0,005% trong tổng lượng khí sinh ra. Nhìn chung, hiệu quả xử lý sau 60 ngày của mô hình Biogas truyền thống còn khá cao so với tiêu chuẩn, nếu dòng thải này được thải ra môi trường, thì vấn đề ô nhiễm môi trường vẫn xảy ra. 4.5.2. Về hiệu quả xử lý của mô hình Biogas bổ sung ngăn lọc bằng bã mía nâng cao hiệu quả xử lý Về cơ chế xử lý chất thải trong nước thải chăn nuôi, mô hình Biogas cải tiến bằng cách thêm vật liệu bã mía vào ngăn đầu của bể phân hủy tương tự như mô hình Biogas truyền thống. Trong thời gian xử lý, bã mía tiết ra một phần chất hữu cơ (đường saccharose, lignin,…) làm tải trọng các thông số ô nhiễm gia tăng. Tuy nhiên, sau quá trình thích nghi của vi sinh vật, tỷ lệ C/N được cân bằng, thì hiệu quả xử lý tăng cao so với mô hình truyền thống. Qua 2 lần nghiên cứu, tổng hợp kết quả ở hai nghiệm thứ B1 cho kết quả như sau Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 97 Hiệu quả xử lý SS lần thí nghiệm thứ nhất đạt 84,77% và lần thứ hai đạt 83,11% thời gian, đều là giá trị hiệu suất tối ưu sau 60 ngày nghiên cứu. Hiệu quả khử SS của mô hình nghiên cứu nâng cao đạt từ 83 - 85%. Đối với hiệu suất xử lý COD, sau 60 ngày xử lý, hai lần thí nghiệm lần lượt cho kết quả là 85,23% và 84,32%. Hiệu quả khử COD tại đây là từ 84 – 86%. Tương tự, hiệu quả khử BOD5 cũng nằm trong khoảng từ 83 – 86% ở sau 2 lần nghiên cứu. Quá trình khử Ni-tơ đạt hiệu quả cao nhất sau 60 ngày lần lượt là 74,14% và 71,56% sau 2 lần nghiên cứu. Như vậy, mô hình Biogas cải tiến có khả năng loại bỏ từ 70 – 75 % Ni-tơ trong nước thải chăn nuôi trong quá trình xử lý. Hiệu quả khử P là thấp nhất so với hiệu quả khử các thông số ô nhiễm khác, Sau 50 ngày xử lý, hiệu quả đạt tối ưu là 48% tại hai nghiệm thức B1. Về khả năng loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, Tổng Coliform sau quá trình xử lý là 60 ngày chỉ còn 220 x 104 CFU/100ml và 340x104 CFU/100ml. Đạt 99,89% và 99,83%. Về khả năng sinh khí, sau 2 lần nghiên cứu, lượng khí Methane sinh ra từ 2 thí nghiệm lần lượt là 55,5% và 58,8% so với tống lượng khí sinh ra sau 60 ngày nghiên cứu. Thành phần khí H2S (sản phẩm có hại trong quá trình lên men kỵ khí) chỉ chiếm 0,001% và 0,00212%trong tổng lượng khí sinh ra. Từ đó, ta thấy hiệu quả xử lý của mô hình Biogas nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng cách bổ sung vật liệu bã mía luôn cho kết quả về khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn mô hình Biogas truyền thống từ 8 – 11%. Điều đó, ta thấy rằng, bổ sung bã mía là cần thiết về ý nghĩa môi trường lẫn ý nghĩa kinh tế. Lượng khí methane sinh ra nhiều hơn (từ 1 -2%), H2S sinh ra ít hơn so với mô hình truyền thống (từ 3 – 5 lần), tận dụng được lượng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu trong quá trình xử lý..là những thành công mà kết quả nghiên cứu của đề tài thể hiện được. 4.5.3. Về khả năng xử lý của hệ thống hồ sinh học thực vật Dòng vào của hệ thống hồ thực vật là dòng ra của hệ thống Biogas nghiên cứu nâng cao sau 2 lần thí nghiệm. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 98 Hồ thực vật loại bỏ, từ 62,39% - 62,59% SS trong nước thải đầu ra của mô hình Biogas cải tiến. Loại bỏ từ 60,75% - 67,82% COD, từ 68,25% - 76,34% BOD5 trong nước thải sau 18 ngày nghiên cứu. Đối với khả năng loại bỏ hai tác nhân chủ yếu gây phú dưỡng hóa ao hồ - là N và P: Bằng khả năng tiêu thụ dinh dưỡng nuôi tế bào của mình, các loài thực vật (ban đầu là lục bình và rau muống, sau đó có thêm tảo và hệ vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ chất ô nhiễm) đã hấp thu từ 36,29% - 48,47% N sau 18 và từ 12,44 – 14,63% P. Về khả năng xử lý chỉ tiêu T- Coliform, từ lượng T – Coliform là 120x104 CFU/100ml và 220 x104 CFU/100ml sau mô hình Biogas cải tiến, khi ra khỏi hồ thực vật, lượng Coliform còn lại là 148 x 103 CFU/100ml (lần 1) và 160x103 CFU/100ml (lần 2). Hiệu quả loại bỏ Coliform lần lượt là 87,66% và 92,97% ( giá trị phân tích lúc 18 ngày vận hành mô hình Hồ sinh học) Thời gian xử lý tối ưu của hồ thực vật tối ưu trong khoảng 16 – 18 ngày. Từ ngày thứ 19 – 20 trở đi, hiện tượng quá tải xảy ra, các chỉ tiêu ô nhiễm gia tăng trở lại. Thời gian vận hành này khá ngắn so với thực tế hoạt động của các hồ sinh học ngoài tự nhiên. 4.5.4. Về áp việc bổ sung bã mía vào mô hình Biogas kết hợp với hồ thực vật trong xử lý nước thải chăn nuôi: Với việc kết hợp mô hình Biogas có bổ sung bã mía vào ngăn đầu tiên trong quá trình xử lý sau 2 thí nghiệm, có có hiệu quả xử lý như trong bảng sau Bảng 4.30: Đối chiếu hiệu quả xử lý của mô hình Biogas truyền thống và cải tiến Chỉ tiêu SS COD BOD5 T-N T-P Coliform Hiệu quả MH nâng cao(%) 83 -85 84 - 86 84 - 86 71-75 48 -49 99,89% Hiệu quả MH đối chứng(%) 71 - 76 74 - 76 74 - 76 65 – 68 41 - 42 99,94% Áp dụng mô hình Biogas cải tiến kết hợp hồ sinh học thực vật, nghiên cứu đã nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo so với việc chỉ đơn thuần sử dụng mô hình Biogas truyền thống. Kết quả cho trong bảng sau: Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 99 Bảng 4.31: Đối chiếu hiệu quả xử lý của mô hình Biogas truyền thống với Hệ thống Biogas cải tiến kết hợp hồ sinh học Chỉ tiêu SS COD BOD5 T-N T-P Coliform Hiệu quả của B+HTV(%) 93,68 – 94,16 93,85 – 95,25 93,02 – 96,51 81,88 – 86,74 53,93 – 54,19 99,99 Hiệu quả MH truyền thống(%) 71 - 76 74 – 76 74 - 76 65 - 68 41 - 42 99,94 Vì vậy, ta thấy rằng cần thiết phải kết hợp quá trình phân hủy kỵ khí nước thải chăn nuôi bổ sung vật liệu bã mía vào mô hình Biogas với hồ sinh học thực vật trong xử lý nước thải. Dòng thải đầu ra của nghiên cứu, tuy chưa đúng theo quy chuẩn môi trường hiện hành, nhưng đã cho thấy vai trò của quá trình phân hủy chất hữu cơ có mức độ ô nhiễm cao bằng con đường kỵ khí. Bã mía đã góp phần cân bằng tỷ lệ C/N trong suốt quá trình xử lý, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển – đó cũng là một lý do làm hiệu quả của mô hình Biogas cải tiến cao hơn các mô hình truyền thống. Tuy nhiên, thời gian xử lý còn dài (60 ngày là tối ưu) là một nhược điểm của hệ thống. Lý do là nghiên cứu tiến hành trong điều kiện nhân tạo, thiếu nhiều điều kiện như khi áp dụng trong thực tiễn (chế độ khuấy trộn, hệ vi sinh vật, nhiệt độ,…) Và việc ứng dụng hồ thực vật đã xử lý tiếp tục lượng chất ô nhiễm còn lại trong quá trình phân hủy kỵ khí. Kết quả đề tài mang lại, sẽ là cơ sở để triển khai các công trình xử lý nước thải chăn nuôi tại gia đình, góp phần giải quyết bài toàn ô nhiễm do hoạt động này ngày nay. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 100 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Việc bổ sung mã mía vào nghiên cứu là cần thiết vì tạo được tỉ lệ C/N thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra trong mô hình biogas. Lượng khí biogas sinh ra có thành phần khí methane vượt trội hơn khi sử dụng mô hình biogas có bổ sung bã mía (cao hơn từ 1 – 2%), lượng khí H2S giảm từ 2 – 3 lần so với mô hình truyền thống (sau 60 ngày nghiên cứu). Sau 60 ngày, hiệu quả xử lý SS, COD, BOD5 của mô hình biogas cải tiến có bổ sung bã mía đều đạt trên 90%, cao hơn từ 8 – 11% so với mô hình truyền thống. Loại bỏ trên 70% Ni-tơ, tương đương 50% Phosphore, 99,9% Tổng Coliform trong nước thải. Thời gian xử lý khá lâu, thành phần chất ô nhiễm còn khá cao trong dòng thải sau xử lý là những tồn tại của nghiên cứu. Như vậy, có thể ứng dụng việc bổ sung bã mía vào ngăn đầu tiên của mô hình biogas với lượng nước thải mà nông hộ hiện có để nâng cao khả năng sinh khí và thu được lượng khí nhiều hơn phục vụ cho những nhu cầu khác nhau của nông hộ. Việc sử dụng hồ sinh học thực vật trong đó, chủ yếu là lục bình (Eichhornia crassipers) và cây rau muống (Aquatica Ipomoea) thì cây rau muống tỏ ra có sức chịu đựng ô nhiễm cao hơn, hấp thu chất hữu cơ nhiều hơn, thời gian sống lâu hơn so với cây lục bình. Theo quá trình nghiên cứu, từ ngày thứ 4, cây lục bình đã có dấu hiệu phân hủy bộ rễ, héo dần và chết. Kết quả cũng cho thấy , hồ thực vật có thể loại bỏ từ 62,39% - 62,59% SS trong nước thải đầu ra của mô hình Biogas cải tiến. Loại bỏ từ 60,75% - 67,82% COD, từ 68,25% - 76,34% BOD5 trong nước thải sau 18 ngày nghiên cứu. Thực tế nghiên cứu cho thấy, thời gian xử lý của hồ thực vật ngắn hơn nhiều so với thực tế, nguyên nhân là do không đảm bảo những yêu cầu cần thiết như hệ thống hồ tự nhiên. Tổng hợp kết quả của hệ thống xử lý (Biogas và Hồ thực vật), ta thấy rằng công nghệ xử lý này đạt từ 93 – 94% trong việc loại bỏ SS, từ 93 – 96% đối với COD và BOD5, 81 – 82% Ni-tơ, 53 – 55% Phospho và 99,99% Coliform có trong nguồn Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 101 thải ban đầu tại nông hộ chăn nuôi. Nhìn chung, chưa đủ điều kiện thải ra nguồn tiếp nhận, nhưng đã góp phần vào việc quản lý dòng thải, giảm áp lực cho môi trường. Song, nếu nhìn nhận khác quan, với hiệu quả này, ở một số nông nộ chăn nuôi cá thể, nước thải đầu vào không quá cao (như nước thải trong nghiên cứu này) thì có thể xử lý đạt quy chuẩn. Kết luận cuối cùng của nghiên cứu xin nhìn nhận lại tính khả thi của việc bổ sung bã mía vào mô hình biogas và việc áp dụng hồ thực vật để xử lý nước thải chăn nuôi hoàn toàn bằng công nghệ sinh học, không tiêu thụ hóa chất hay bất cứ chế phẩm sinh học thị trường nào cả. Kết quả của đề tài giúp ta nhìn nhận lại ý nghĩa khoa học của một công nghệ xử lý chất thải không mới nhưng mang tính thực tiễn, tính kinh tế, tính thân thiện môi trường và tính nhân văn của đề tài. Từ đó, góp phần khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi tại các nông hộ chăn nuôi. 5.2. Kiến nghị Từ những tồn tại của đề tài, tác giả kiến nghị những vấn đề khi vận hành mô hình như sau: Chú trọng chế độ khuấy trộn trong mô hình một cách thường xuyên, đảm bảo chất hữu cơ và vi sinh vật trộn đều vào nhau, tăng cường hiệu quả xử lý. Có thể nghiên cứu bổ sung thêm một vài chế phẩm sinh học phân hủy kỵ khí nước thải vào mô hình để tăng cường hiệu quả xử lý. Cũng có thể sử dụng chất mồi, là hỗn hợp bùn của các công trình xử lý kỵ khí khác, tạo điều kiện cho vi sinh vật nhanh thích nghi và đồng thời cũng nâng cao hiệu quả xử lý. Do điều kiện vận chuyển và kinh phí thực hiện, đề tài còn hạn chế nên không thể theo dõi thường xuyên thành phần % các khí (nhất là khí Methane) theo thời gian. Các nghiên cứu tiếp sau nên chia nhỏ các thời điểm khảo sát thành phần % các khí biogas (nhất là khí Methane) để thấy rõ hơn sự thay đổi. Hệ thống hồ thực vật nên sử dụng nhiều loại thực vật thủy sinh, đảm bảo tính cộng sinh giữa các loài trong quá trình xử lý. Cần bổ sung thêm hệ thống làm thoáng cưỡng bức (sục khí oxy) để tăng DO trong nước, cũng như oxi hóa một phần chất hữu cơ dễ phân hủy, đồng thời tạo điều kiện cho hệ vi sinh hiếu khí trong hồ hoạt động tốt, tăng cường hiệu quả xử lý nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Trần Ngọc Phương – MSSV: 106108020 Trang 102 Cần nghiên cứu các chỉ tiêu độc học trong thực vật, xác định ngưỡng chịu đựng và lượng độc tố tích lũy trong thực vật. Từ đó, có thể sử dụng thực vật từ hồ sinh học vào những mục đích khác (làm compost, thức ăn gia súc, cá…) Cần tăng cường số lần lặp lại cho mỗi thí nghiệm. Có thể lặp lại ba lần theo thời gian hay mở rộng nghiên cứu lặp lại ba lần theo nghiệm thức. Trong áp dụng thực tiễn, cần tăng cường khâu hướng dẫn quy trình, chuyển giao công nghệ cho nông hộ chăn nuôi khi xây lắp, vận hành mô hình. Tăng cường các giải pháp quản lý (tuyên truyền, giáo dục, cưỡng chế…) trong quản lý dòng thải. Hướng nghiên cứu tiếp theo: triển khai nghiên cứu thực tiễn trên quy mô lớn hơn, có thể nghiên cứu phối trộn thêm thân lục bình thay thế bã mía vào bể Biogas làm chất độn trong quá trình xử lý. ._.