Nghiên c TAP CHI SINHtây Eichhornia crassipes<br />
u s d ng Bèo HOC 2014, 37(1): 53-59<br />
DOI: 10.15625/0866-7160/v37n1.6047<br />
<br />
NGHIÊN C U S D NG BÈO TÂY Eichhornia crassipes (Mart.) Solms<br />
Đ X LÝ NITƠ VÀ PHÔTPHO TRONG NƯ C TH I CHĂN NUÔI L N<br />
SAU CÔNG NGH BIOGAS<br />
Vũ Th Nguy t*, Tr n Văn T a, Nguy n Trung Kiên, Đ ng Đình Kim<br />
Vi n Công ngh môi trư ng, Vi n Hàn lâm KH & CN Vi t Nam, *tranvunguyet@gmail.com<br />
TÓM T T: Bài báo này trình bày các k t qu nghiên c u v kh năng lo i b N và P trong nư c<br />
th i chăn nuôi l n ñã x lý qua h m biogas b ng vi c s d ng Bèo tây (Eichhornia crassipes) qui<br />
mô pilot. K t qu th c nghi m cho th y, t i lư ng 50 l/m2.ngày, v i t ng s nitơ (TN) và t ng s<br />
phôtpho (TP) ñ u vào trung bình là 89,79 mg/l và 15,69 mg/l, hi u su t x lý tương ng 65,79% và<br />
55,19%. T i lư ng 100 l/m2.ngày, v i TN và TP ñ u vào trung bình 100,38 mg/l và 12,52 mg/l,<br />
hi u su t x lý tương ng 39,70% và 43,29%. Như v y, t i lư ng 50 l/m2.ngày, lư ng TN và TP<br />
lo i b là 2953,64 mgN/m2.ngày và 432,96 mgP/m2.ngày, còn t i lư ng 100 l/m2.ngày, các giá tr<br />
tương ng 3985,09 mgN/m2.ngày và 541,99 mgP/m2.ngày. H th ng pilot cho th y, hi u qu lo i<br />
b TN và TP khá cao trong khi v n hành ñơn gi n nên có tri n v ng áp d ng trong ñi u ki n th c<br />
t ñ x lý nư c th i chăn nuôi l n. Tuy nhiên, ñ ñánh giá tính n ñ nh, h th ng c n ñư c ho t<br />
ñ ng v i th i gian lâu dài hơn.<br />
T khóa: Bèo tây, nư c th i chăn nuôi l n, th c v t n i, lo i b nitơ và phôtpho<br />
M<br />
<br />
Đ U<br />
<br />
Chăn nuôi c a Vi t Nam là m t trong nh ng<br />
ngành quan tr ng trong nông nghi p, nhưng<br />
cũng là ngành gây ô nhi m n ng cho môi trư ng<br />
do ngu n nư c th i chăn nuôi không ñư c x lý,<br />
ñ c bi t v các ch tiêu vi sinh v t [18]. Vì v y,<br />
vi c ki m soát và x lý nư c th i chăn nuôi c n<br />
ñư c ñ c bi t quan tâm.<br />
Nư c th i chăn nuôi l n có hàm lư ng COD,<br />
nitơ và phôtpho r t cao. Sau khi x lý nư c th i<br />
chăn nuôi b ng phương pháp sinh h c (k khí,<br />
hi u khí), m c dù ch t ô nhi m gi m ñáng k<br />
nhưng nư c v n chưa ñ t yêu c u x th i, nh t<br />
là ñ i v i nitơ, phôtpho - nh ng tác nhân gây ra<br />
hi n tư ng phú dư ng t i th y v c ti p nh n.<br />
Công ngh sinh thái s d ng th c v t th y sinh<br />
(TVTS) có nhi u ưu ñi m so v i h th ng x lý<br />
nư c th i thông thư ng, trong ñó, có v n ñ<br />
gi m nitơ và phôtpho ñ n m c ch p nh n v<br />
m t môi trư ng. Phương pháp này r t thân thi n<br />
môi trư ng, r ti n, d v n hành và có tính hi u<br />
qu [4, 8, 16]. T i Hoa Kỳ, công ngh ñ t ng p<br />
nư c nhân t o, m t lo i hình công ngh sinh<br />
thái, ñư c s d ng khá ph bi n ñ x lý nư c<br />
th i chăn nuôi [9].<br />
Cây bèo tây, Eichhornia crassipes (Mart.)<br />
Solms, là m t trong các loài th c v t th y sinh<br />
(TVTS) ñư c s d ng thành công cho x lý<br />
<br />
nư c th i nhi u nư c trên th gi i. Bèo tây có<br />
ti m năng l n trong vi c lo i b nhi u ch t ô<br />
nhi m trong nư c th i [5, 10, 11] và nhi u công<br />
ngh s d ng loài TVTS này như là c u thành<br />
cơ b n ñã ñư c xây d ng [1]. H th ng x lý<br />
nư c th i s d ng bèo tây ñư c áp d ng ch<br />
y u vùng khí h u m vì nó m n c m v i nhi t<br />
ñ th p và băng giá. Ph n Nam c a Hoa Kỳ có<br />
nhi u h th ng x lý v i bèo tây [1, 23]. H<br />
th ng này cũng ñư c s d ng mi n Nam nư c<br />
Pháp, Brazil, Argentina, n Đ , Ai C p, Trung<br />
Qu c và các nư c khác có nhi t ñ mùa ñông<br />
không quá th p [2, 5, 6, 7, 10, 11, 16, 17].<br />
Vi t Nam là qu c gia có tri n v ng trong<br />
vi c ng d ng công ngh sinh thái s d ng<br />
TVTS trong x lý ô nhi m nư c do có ñi u ki n<br />
khí h u nhi t ñ i cùng v i h th c v t khá<br />
phong phú và ña d ng. Tuy nhiên, các nghiên<br />
c u và ng d ng hi n nay còn ít ñư c quan tâm<br />
và thi u tính h th ng.<br />
V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U<br />
<br />
V t li u ñư c s d ng là Bèo tây (Eichhornia<br />
crassipes), thu c h L c bình (Pontederiaceae)<br />
[3]. Bèo s d ng cho th c nghi m là cây bánh t ,<br />
sinh trư ng m nh, ñư c l y t ao thu c khu v c<br />
C Nhu (T Liêm, Hà N i).<br />
Th c nghi m<br />
53<br />
<br />
Vu Thi Nguyet et al.<br />
<br />
ch nh n ng ñ các thành ph n như COD, NH4+,<br />
NO3-, PO43- trư c khi ti n hành th c nghi m.<br />
<br />
Đ c trưng nư c th i chăn nuôi<br />
Ngu n nư c th i s d ng trong nghiên c u<br />
này ñư c l y t nư c th i sau quá trình x lý<br />
y m khí h m biogas t i Trung tâm nghiên c u<br />
l n Th y Phương (T Liêm, Hà N i), có các<br />
thông s chính như sau: pH trong kho ng 7,838,2; T ng s ch t r n lơ l ng (TSS) trong<br />
kho ng 5460-9450 mg/l; Nhu c u ôxy hóa h c<br />
(COD) trong kho ng 775,53-1985,98 mg/l; TN<br />
trong kho ng 744,59-1114,24 mg/l; TP trong<br />
kho ng 50,04-115,24 mg/l. Trong các d ng nitơ<br />
(N) thì d ng NH4+ là ch y u (703,82-892,11<br />
mg/l) còn d ng NO3- là không ñáng k (0,651,68 mg/l). Nh m ñ t tiêu chu n th i sau x lý,<br />
nư c th i ñ u vào ñư c pha loãng và ñi u<br />
<br />
Thí nghi m ñư c ti n hành t i pilôt c a<br />
Phòng Th y sinh h c môi trư ng. Các s li u<br />
ñư c phân tích t i phòng thí nghi m c a Phòng<br />
Th y sinh h c môi trư ng, Vi n Công ngh môi<br />
trư ng.<br />
B trí thí nghi m qui mô pilôt<br />
Thí nghi m ñư c ti n hành trong b có kích<br />
thư c: C × D × R = 60 cm × 200 cm × 50 cm<br />
(hình 1).<br />
Th tích ngăn phân ph i: Cp × Dp × Rp = 10<br />
cm × 20 cm × 50 cm = 10 lít.<br />
Th tích ngăn tr ng bèo tây: Hs × Ds × Rs =<br />
40 cm × 180 cm × 50 cm = 360 lít.<br />
20 cm<br />
<br />
180 cm<br />
<br />
40 cm<br />
<br />
Nư c ra<br />
<br />
Ngăn tr ng<br />
bèo<br />
Ngăn phân ph i nư c<br />
<br />
Van x ñáy<br />
<br />
Thùng ch a nư c th i<br />
<br />
Bơm ñ nh<br />
lư ng<br />
<br />
Hình 1. Sơ ñ th c nghi m t i pilôt<br />
Ho t ñ ng c a h th ng: Nư c th i ban ñ u<br />
bơm t thùng ch a vào ngăn phân ph i nư c qua<br />
bơm ñ nh lư ng sau ñó ch y vào ngăn x lý<br />
tr ng bèo. Bèo tây ñư c th vào chi m 4/5 di n<br />
tích m t nư c. Nư c sau x lý ch y ra ngoài qua<br />
ng thoát theo cơ ch ch y tràn. T i lư ng nư c<br />
th i nghiên c u là 50 l/m2.ngày (tương ng v i<br />
th i gian lưu là 8 ngày) và 100 l/m2.ngày (tương<br />
ng v i th i gian lưu là 4 ngày).<br />
Phương pháp<br />
Các ch tiêu: NH4+, NO3- , NO2- , PO43- , TP<br />
và TN ñư c xác ñ nh theo phương pháp chu n<br />
(APHA, 1995), so màu trên máy ño quang UVVis 2450, Shimadzu-Nh t B n.<br />
54<br />
<br />
K T QU VÀ TH O LU N<br />
<br />
Hi u qu x lý nitơ<br />
Hi u qu x lý nitơ t nư c th i chăn nuôi<br />
l n c a h th ng s d ng bèo tây (hình 2) cho<br />
th y, t i lư ng nư c th i 50 l/m2.ngày, v i TN<br />
ñ u vào trung bình 89,79 mg/l, khi ra kh i h<br />
th ng lư ng TN còn 30,71 mg/l, hi u su t x lý<br />
ñ t 65,79%. V i t i lư ng nư c th i 100<br />
l/m2.ngày, TN ñ u vào trung bình 100,38 mg/l,<br />
khi ra kh i h th ng lư ng TN trung bình còn<br />
60,53 mg/l, hi u su t x lý TN ñ t trung bình<br />
39,70 %. Như v y hi u su t x lý TN xét v t<br />
l % t i lư ng 50 l/m2.ngày cao hơn 1,65 l n<br />
so v i t i lư ng 100 l/m2.ngày.<br />
<br />
Nghiên c u s d ng Bèo tây Eichhornia crassipes<br />
<br />
A<br />
<br />
B<br />
<br />
C<br />
<br />
Hình 2. Hi u qu lo i b TN c a Bèo tây t i lư ng 50 l/m2.ngày (A),<br />
100 l/m2.ngày (B) và hi u su t x lý TN c 2 t i lư ng (C)<br />
A<br />
<br />
B<br />
<br />
C<br />
<br />
Hình 3. Hi u qu lo i b NO3- c a Bèo tây t i lư ng 50 l/m2.ngày (A),<br />
100 l/m2.ngày (B) và hi u su t x lý NO3- 2 t i lư ng (C)<br />
A<br />
<br />
B<br />
<br />
C<br />
<br />
+<br />
Hình 4. Hi u qu lo i b NH4 c a Bèo tây t i lư ng 50 l/m2.ngày (A),<br />
+<br />
100 l/m2.ngày (B) và hi u su t x lý NH4 2 t i lư ng (C)<br />
<br />
K t qu nh n ñư c v i nitơ d ng nitrat và<br />
amôn trình bày hình 3 và 4. V i lư ng ñ u<br />
vào t i lư ng 50 l/m2.ngày, trung bình 41,19<br />
mg/l và 10,52 mg/l tương ng. ñ u ra lư ng<br />
NO3- trung bình còn 10,92 mg/l và lư ng NH4+<br />
còn 2,24 mg/l. Theo tính toán có 73,48% nitrat<br />
+<br />
và 78,70% lư ng NH4 ñư c lo i b .<br />
t i<br />
2<br />
lư ng 100 l/m .ngày, khi lư ng nitrat và amôn<br />
ñ u vào tương ng 47,89 mg/l và 32,67 mg/l.<br />
ñ u ra lư ng NO3- còn 13,86 mg/l và lư ng<br />
NH4+ còn 14,78 mg/l. Như v y, có 71,05%<br />
+<br />
nitrat và 54,75% lư ng NH4 ñã ñư c lo i b .<br />
<br />
V i hai t i lư ng nư c th i th c nghi m nêu<br />
trên, t i lư ng TN ñưa vào h th ng là 4489,5<br />
mg/m2.ngày và 10038 mg/m2.ngày và lư ng TN<br />
lo i b tương ng là 2953,64 mg/m2.ngày (hi u<br />
su t 65,79%) và 3985,09 mg/m2.ngày (hi u su t<br />
39,70 %).<br />
So v i h th ng x lý nư c th i chăn nuôi<br />
l n tr ng cây s y theo công ngh dòng m t [20]<br />
và h th ng dòng ng m tr ng c vetiver [13]<br />
cùng t i lư ng (hình 5), kh năng lo i b t ng<br />
nitơ c a bèo tây cao hơn. N u như h th ng bèo<br />
tây lo i b 65,59% TN t i lư ng 50 l/m2.ngày<br />
55<br />
<br />
Vu Thi Nguyet et al.<br />
<br />
và 39,7 % TN<br />
t i lư<br />
th ng dòng m t tr ng<br />
53,52% và 35,02%, còn<br />
th ng dòng ng m tr ng c<br />
38,63%.<br />
<br />
ng 100 l/m2.ngày h<br />
s y lo i tương ng<br />
các s li u này h<br />
Vetiver là 63,52% và<br />
<br />
Hi u qu x lý phôtpho<br />
Hi u qu x lý phôtpho t nư c th i chăn<br />
nuôi l n c a h th ng s d ng bèo tây ñư c<br />
trình bày hình 6.<br />
t i lư ng 50 l/m2.ngày,<br />
hàm lư ng TP trong nư c vào h th ng là 15,69<br />
mg/l và ñ u ra còn l i là 7,03 mg/l, hi u qu x<br />
lý TP là 55,19%. V i lư ng TP này nư c th i<br />
g n ñ t tiêu chu n th i lo i B cho nư c th i<br />
công nghi p (QCVN 40/2011-BTNMT-6 mg/l).<br />
Tính trên ñơn v di n tích, t i lư ng TP ñưa vào<br />
h th ng là 784,5 mg/m2.ngày và lư ng lo i b<br />
<br />
A<br />
<br />
B<br />
<br />
theo hi u su t 55,19%<br />
mg/m2.ngày.<br />
<br />
ng v i 432,96<br />
<br />
Hình 5. Hi u qu lo i b TN c a m t s TVTS<br />
<br />
C<br />
<br />
Hình 6. Hi u qu lo i b T-P c a Bèo tây t i lư ng 50 l/m2.ngày (A),<br />
TP t i lư ng 100 l/m2.ngày (B) và hi u su t x lý T-P 2 t i lư ng (C)<br />
t i lư ng 100 l/m2.ngày, hi u qu x lý TP là 43,29% khi giá tr ñ u vào c a h th ng là<br />
12,52 mgP/l và khi ra kh i h th ng, hàm lư ng<br />
TP còn l i trong nư c là 7,10 mg/l. V i lư ng<br />
TP này, nư c th i cũng g n ñ t tiêu chu n th i<br />
lo i B cho nư c th i công nghi p (QCVN<br />
40/2011-BTNMT-6 mg/l). Tính trên ñơn v di n<br />
tích, t i lư ng TP ñưa vào h th ng là 1252<br />
mg/m2.ngày và lư ng lo i b theo hi u su t<br />
43,29% ng v i 541,99 mg/m2.ngày. Như v y,<br />
khi tăng t i lư ng nư c lên g p ñôi thì hi u qu<br />
x lý phôtpho gi m (hi u qu x lý T-P th p<br />
hơn 1,27 l n (hình 6c).<br />
Kh năng lo i b TP c a h th ng s d ng<br />
bèo tây cũng ñư c so sánh v i m t s h th ng<br />
x lý tr ng TVTS khác (hình 7) cho th y, kh<br />
năng lo i b phôtpho c a bèo tây cao hơn s y<br />
dòng ch y m t và c vetiver dòng ch y ng m.<br />
56<br />
<br />
Tính trung bình, kh năng lo i b TP c a h<br />
th ng bèo tây cao hơn 1,28 l n so v i h th ng<br />
tr ng s y dòng ch y m t (có hi u su t x lý TP<br />
42,83% t i lư ng 50 l/m2.ngày và TP 33,03%<br />
t i lư ng 100 l/m2.ngày [20]), cao hơn 1,46<br />
l n so v i h th ng c vetiver dòng ch y ng m<br />
(hi u su t x lý TP 39,55%<br />
t i lư ng 50<br />
l/m2.ngày và TP 27,6%<br />
t i lư ng 100<br />
l/m2.ngày) [13].<br />
Nhìn chung, v i c hai t i lư ng nư c th i<br />
ñã th nghi m, h th ng x lý v i Eichhornia<br />
crassipes ñã lo i b hi u qu c TN và TP. K t<br />
qu nghiên c u c a chúng tôi tương t v i m t<br />
s công b trong và ngoài nư c [12,14, 15, 19,<br />
21, 22]. Sooknah et al. (2004) [15], ñã nuôi bèo<br />
tây trong thí nghi m theo m 31 ngày v i nư c<br />
th i phân chu ng nuôi bò s a ñã qua phân h y<br />
y m khí. V i nư c pha loãng 2 l n có t ng Nitơ<br />
<br />
Nghiên c u s d ng Bèo tây Eichhornia crassipes<br />
<br />
kjeldahl (TKN) 164 mg/l, TP 16,5 mg/l và SS<br />
487 mg/l, bèo tây ñã lo i b TKN 91,7%, amoni<br />
99,6%, ph t pho t ng s 98,5%.<br />
Nghiên c u x lý nư c th i chăn nuôi l n qui<br />
mô pilôt b ng h th ng UASB k t h p máng<br />
TVTS (là bèo tây) ñã làm gi m 70% lư ng NNH4+, 58-65% lư ng PO43-. Nư c sau x lý b ng<br />
máng TVTS có pH n ñ nh 6,8-6,9 [14].<br />
<br />
Hình 7. Hi u qu lo i b TP c a m t s TVTS<br />
Lâm Ng c Th và Đào Văn B y (2005) [22]<br />
+<br />
nghiên c u kh năng bèo tây lo i b NH4 trong<br />
nư c sông Tô L ch cho th y, sau 3 ngày nuôi<br />
+<br />
bèo, hàm lư ng NH4 t 10,41 mg/l gi m xu ng<br />
2,51 mg/l và sau 5 ngày thì g n h t hoàn toàn<br />
(ch còn 0,01 mg/l). Nư c sau khi nuôi bèo ñ t<br />
+<br />
+<br />
lo i A xét v NH4 . M c dù hàm lư ng NH4<br />
này chưa cao và không rõ TN là bao nhiêu, tuy<br />
v y cũng cho th y kh năng c a bèo tây trong<br />
+<br />
lo i b ion NH4 t nư c th i.<br />
Nghiên c u trư c ñây c a chúng tôi cũng<br />
cho th y, bèo tây có kh năng lo i b khá t t<br />
ch t h u cơ, N và P t nư c phú dư ng. Trong<br />
thí nghi m qui mô pilôt, h th ng s d ng bèo<br />
tây lo i b 30,43-32,64% TN, 57,32-67,36% TP<br />
[21]. Tuy nhiên, hàm lư ng ch t dinh dư ng<br />
trong nư c phú dư ng nghiên c u không cao so<br />
v i nư c th i chăn nuôi l n. V i nư c th i ch<br />
bi n th y s n, h th ng s d ng bèo tây ñã lo i<br />
+<br />
b 33,9% TN; 38,9% NH4 và 47,33% TP t<br />
+<br />
nư c th i ch a các TN, NH4 và TP, tương ng<br />
là 45,63 mg/l; 40,19 mg/l và 7,69 mg/l [19].<br />
Trương Th Nga và nnk. (2010) [12] ñã<br />
nghiên c u x lý nư c th i chăn nuôi b ng th c<br />
v t khác như rau ng và bèo tây t i H u Giang.<br />
<br />
K t qu cho th y, rau ng x lý ñư c 53,60%<br />
TN, 33,56% TP trong khi bèo tây gi m ñư c<br />
64,36% TN và 42,54% TP. Tác gi cũng có<br />
nh n xét là rau ng và bèo tây có kh năng thích<br />
nghi và phát tri n t t trong môi trư ng nư c<br />
th i.<br />
Hi n nay Vi t Nam, x lý nư c th i chăn<br />
nuôi l n trang tr i ch y u m i ch x lý k khí<br />
(b biogas, h k khí ph b t) và h sinh h c.<br />
Nư c th i sau x lý chưa ñáp ng yêu c u x<br />
th i, nh t là ñ i v i nitơ và phôtpho. Vi c x lý<br />
ch t ô nhi m N và P h u như chưa ñư c chú ý<br />
trong khi ñây là y u t chính gây phú dư ng<br />
môi trư ng nư c các thu v c ti p nh n d n ñ n<br />
“n hoa nư c” do vi khu n lam (VKL) ñ c phát<br />
tri n m nh, làm m t cân b ng sinh thái và suy<br />
gi m ch t lư ng nư c, nh hư ng x u ñ n môi<br />
trư ng s ng và s c kh e c ng ñ ng.<br />
K t qu nghiên c u s d ng h th ng th c<br />
v t n i v i cây Bèo tây, Eichhornia crassipes,<br />
ñ x lý nư c th i chăn nuôi l n sau biogas cho<br />
hi u qu x lý nitơ và phôtpho cao. Công ngh<br />
này n u ñư c hoàn thi n s góp ph n tích c c<br />
vào phát tri n h th ng nông nghi p b n v ng<br />
trong ñó chăn nuôi là m t b ph n c u thành<br />
quan tr ng c a h th ng này.<br />
K T LU N<br />
<br />
H th ng s d ng bèo tây ñã x lý hi u qu<br />
N và P. t i lư ng 50 l/m2.ngày, hi u su t x<br />
lý các ch t ô nhi m TN, NO3-, NH4+ và TP l n<br />
lư t là là 65,79%; 73,48%; 78,70% và 55,19%.<br />
Tính ra, t i lư ng TN và TP ñưa vào h th ng là<br />
4489,5 mgN/m2.ngày và 784,5 mgP/m2.ngày và<br />
lư ng ñư c lo i b tương ng là 2953,64<br />
mgN/m2.ngày và 432,96 mgP/m2.ngày. V i t i<br />
lư ng 100 l/m2.ngày, hi u su t x lý các ch t ô<br />
nhi m TN, NO3-, NH4+ và TP l n lư t là<br />
39,70%; 71,05%; 54,47% và 43,29%. Tính trên<br />
ñơn v di n tích, khi ñưa vào h th ng 10038<br />
mgTN/m2.ngày và 1252 mgTP/m2.ngày thì<br />
lư ng ñư c lo i b tương ng là 3985,09 mg<br />
N/m2.ngày và 541,99 mgP/m2.ngày.<br />
L i c m ơn: Công trình ñư c th c hi n trong<br />
khuôn kh Đ tài c p Nhà nư c KC08.04/11-15.<br />
Các tác gi chân thành cám ơn B KH&CN,<br />
Văn phòng các Chương trình Khoa h c Công<br />
ngh tr ng ñi m c p Nhà nư c, Chương trình<br />
57<br />
<br />