Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ Wetland trồng cây chuối hoa (Canna Generalis) đối với dòng chảy đứng

TAÏP CHÍ KHOA HOÏC ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 59 - Thaùng 7/2018<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản<br /> bằng công nghệ Wetland trồng cây chuối hoa<br /> (Canna Generalis) đối với dòng chảy đứng<br /> Treatment of Seafood Processing Wastewater by Canna Generalis in a Vertical<br /> Flow Constructed Wetlands<br /> <br /> Sinh viên Nguyễn Bửu Lộc, Trường Đại học Sài Gòn<br /> Nguyen Buu Loc, Student, Saigon University<br /> <br /> PGS.TS. Phạm Nguyễn Kim Tuyến, Trường Đại học Sài Gòn<br /> Pham Nguyen Kim Tuyen, Assoc. Prof., Ph.D., Saigon University<br /> <br /> ThS. Dương Thị Giáng Hương, Trường Đại học Sài Gòn<br /> Duong Thi Giang Huong, M.Sc., Saigon University<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Nghiên cứu này xác định hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ đất ngập nước kiến<br /> tạo (wetland) đối với dòng chảy đứng, thực vật sử dụng trong đó là cây chuối hoa (Canna generalis).<br /> Thí nghiệm thực hiện trên ba thời gian lưu (HRT) khác nhau: HRT1= 12 giờ; HRT2= 24 giờ; HRT3= 36<br /> giờ; tương ứng với tải lượng thủy lực (HLR): HLR1= 20 mm/ngày, HLR2 = 12 mm/ngày, HLR3 = 8<br /> mm/ngày. Kết quả xử lý TSS đạt trên 80%, COD trên 75% ở cả ba thời gian lưu khảo sát. Hiệu quả xử<br /> lý TP tăng từ 33,3% đến 57,6% khi tăng thời gian lưu từ 12 giờ đến 36 giờ. Hiệu suất xử lý NH4+ khá ổn<br /> định ở khoảng 50,5 – 57,9%, trong khi hiệu quả xử lý tổng N tăng đáng kể từ 68 – 80,4%. Điều này cho<br /> thấy hiệu suất xử lý khá cao, có thể áp dụng vào thực tế nhưng cần kết hợp với các loài thực vật khác để<br /> xử lý tối ưu hơn.<br /> Từ khóa: Wetland, xử lý nước thải, nước thải chế biến thủy sản, cây chuối hoa.<br /> Abstact<br /> To determine the efficiency of seafood processing wastewater treatment by constructed wetland with<br /> vertical flow, the plant used in the study is Canna generalis. The experiment was conducted on three<br /> hydraulic retention times (HRT): HRT1 = 12 hours; HRT2 = 24 hours; HRT3 = 36 hours; corresponding<br /> to hydraulic loading rates (HLR): HLR1 = 20mm d-1, HLR2 = 12mm d-1, HLR3 = 8mm d-1. TSS mass<br /> removal rates were very high with efficiencies >80%, COD >75% in all three survey periods. The TP<br /> removal increased from 33.3% to 57.6% when the retention time increased from 12 hours to 36 hours.<br /> The NH4+ removal was quite stable at 50.5 - 57.9%, while total N removal increased significantly from<br /> 68 - 80.4%. This showed that the processing efficiency is quite high and it can be applied in practice but<br /> the process needs to be combined with other plants for optimal processing.<br /> <br /> Keywords: Wetland, wastewater treatment, seafood processing wastewater, Canna Generalis.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 19<br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…<br /> <br /> <br /> 1. Giới thiệu suất loại bỏ COD là 79%, TN là 64%,<br /> Theo khảo sát của Bộ Nông nghiệp và Photpho là 61% [1] [10].<br /> Phát triển nông thôn năm 2012, có khoảng Hiện nay, nước ta đã có một số nghiên<br /> 4,33% doanh nghiệp và cơ sở chế biến thủy cứu về công nghệ Wetland trồng cây chuối<br /> sản chưa thực hiện báo cáo đánh giá tác hoa (Canna generalis) như ứng dụng của<br /> động môi trường, gần 16% doanh nghiệp Nguyễn Xuân Cường để xử lý nước thải<br /> chưa xây dựng hệ thống xử lý nước thải mà sinh hoạt của thành phố Đông Hà, xử lý<br /> thải vào hệ thống cống chung hoặc ra sông 83,7% BOD và 75,5% TSS ở HLR = 5<br /> hồ gây ô nhiễm môi trường nước [2]. Xử lý cm/ngày [4]. Tuy nhiên, đối với nước thải<br /> nước thải bằng phương pháp sinh học là chế biến thủy sản thì hiện nay vẫn chưa<br /> phương án tối ưu được nhiều doanh nghiệp được nghiên cứu xử lý bằng công nghệ<br /> ưa chuộng trong đó phải kể đến công nghệ Wetland trồng cây chuối hoa.<br /> Wetland. Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước<br /> Công nghệ Wetland xử lý nước thải đã thải chế biến thủy sản bằng công nghệ<br /> được nghiên cứu và ứng dụng từ năm 1950 Wetland trồng cây chuối hoa (Canna<br /> ở Đức, ở Hoa Kỳ những năm 1970 [5] và generalis) đối với dòng chảy đứng” sẽ<br /> hiện nay đã được sử dụng phổ biến để xử đóng góp rất nhiều trong các nghiên cứu và<br /> lý các loại nước thải khác nhau một cách ứng dụng các quá trình xử lý nước thải chế<br /> hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Trong đó, nước biến thủy sản.<br /> thải đô thị đã được nghiên cứu khá phổ 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu<br /> biến ở Mount Pleasant (Utah), được Yue 2.1. Bố trí thí nghiệm<br /> Zang thiết kế hệ thống xử lý nước thải đô a. Mô hình Wetland<br /> thị và đạt hiệu suất xử lý BOD hơn 90%, Mô hình được đặt tại phòng thí nghiệm<br /> TSS là 87,2%. Maurizio Borin đã thiết kế Khoa Khoa học Môi trường, Trường Đại<br /> xử lý nước thải từ một trang trại nuôi heo ở học Sài Gòn, bao gồm một bể chứa có kích<br /> Italy bằng công nghệ wetland với công suất thước 100 x 100 x 100 (cm) với độ dốc<br /> 5 m3/ngày, kết quả xử lý khá tốt với hiệu là 1%.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Chi tiết mô hình thí nghiệm<br /> <br /> 20<br />  NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Mô hình thí nghiệm thực tế<br /> <br /> b. Giá thể trong bể là 25 cây/m2 vận hành với nước<br /> Giá thể được chứa trong bể và được thải chế biến thủy sản trong 10 ngày để<br /> xếp thành 3 lớp, trong đó các loại giá thể thực vật và vi sinh vật phát triển trước khi<br /> và chiều cao từng lớp từ dưới lên như sau: đưa vào xử lý chính thức.<br />  Đá 4 x 6 (cm) có chiều cao 30 cm d. Nước thải đầu vào<br />  Đá 1 x 2 (cm) có chiều cao 30 cm Nước thải chế biến thủy sản được lấy 3<br />  Sỏi 0,5 x 1 (cm) có chiều cao 10 cm ngày/lần tại bể thu gom của công ty chế<br /> c. Cây trồng biến thủy sản Agrex Sài Gòn (Số 10<br /> Cây trồng dùng trong thí nghiệm là Đường Bến Nghé, phường Tân Thuận<br /> cây chuối hoa (Canna generalis) có kích Đông, quận 7, Tp. Hồ Chí Minh). Kết quả<br /> thước trung bình từ 30 – 40 cm. Mật độ cây thể hiện trên Bảng 1.<br /> <br /> Bảng 1: Thông số nước thải đầu vào mô hình thí nghiệm (số mẫu = 45)<br /> <br /> QCVN 11-<br /> Trung Độ lệch<br /> Thông số Đơn vị MT:2015 Nhỏ nhất Lớn nhất<br /> bình chuẩn<br /> /BTNMT cột B<br /> pH - 5,7 5,5 - 9 0,5 5,1 6,8<br /> Độ màu Pt- Co 153,9 - 95 80,6 490<br /> TSS mg/L 303,6 100 211,4 110 956,7<br /> NH4+ mg/L 25,5 20 11,7 15,5 62,5<br /> COD mg/L 1822,5 150 393,6 1010,5 256<br /> TN mg/L 71,3 60 46,4 46,4 95,5<br /> TP mg/L 50,6 20 21 21 90<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 21<br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…<br /> <br /> <br /> 2.2. Tiến hành thí nghiệm 30/10), lưu lượng Q2 = 0,012 m3/ngày, ứng<br /> 2.2.1. Phân tích nước thải đầu vào với tải lượng thủy lực HLR2 = 12 mm/ngày.<br /> Nước thải đầu vào được phân tích các  HRT3 = 36 giờ (từ ngày 31/10 đến<br /> chỉ tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+, 21/11), lưu lượng Q3 = 0,008 m3/ngày, ứng<br /> tổng N, tổng P, rồi so sánh với QCVN 11 – với tải lượng thủy lực HLR3 = 8 mm/ngày.<br /> MT: 2015/BTNMT cột B. Thí nghiệm 2.2.3. Phân tích nước thải đầu ra<br /> được lặp lại 3 lần, 3 ngày/lần từ 1/10/2017 Nước thải đầu ra sẽ được phân tích các<br /> đến 21/11/2017. chỉ tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+,<br /> 2.2.2. Vận hành mô hình tổng N, tổng P và so sánh kết quả với<br /> Nước được cấp liên tục vào mô hình QCVN 11 – MT: 2015/BTNMT cột B từ<br /> và vận hành ở ba thời gian lưu: đó đánh giá, nhận xét khả năng xử lý của<br />  HRT1 = 12 giờ (từ ngày 1/10 đến mô hình thí nghiệm. Thí nghiệm được lặp<br /> 15/10), lưu lượng Q1 = 0,025 m3/ngày, ứng lại 3 lần, 1 ngày/lần từ ngày 1/10/2017 đến<br /> với tải lượng thủy lực HLR1 = 25 21/11/2017.<br /> mm/ngày. 3. Kết quả<br />  HRT2 = 24 giờ (từ ngày 16/10 đến 3.1. Biến động hiệu quả xử lý<br /> <br /> Bảng 2. Hiệu quả xử lý của HRT1 = 12 giờ<br /> HRT1 = 12 giờ QCVN 11-MT:2015/BTNMT<br /> Thông số Đơn vị cột B<br /> Đầu vào Đầu ra E (%)<br /> pH - 5,9 6,7 5,5 - 9<br /> Độ màu Pt- Co 198,8 54,2 75,3 -<br /> TSS mg/L 518,2 80,5 83,9 100<br /> +<br /> NH4 mg/L 27,9 14,3 50,5 20<br /> COD mg/L 1466,8 367 75,1 150<br /> TN mg/L 67,1 20,5 68 60<br /> TP mg/L 47,1 31,4 33,3 20<br /> <br /> Bảng 3. Hiệu quả xử lý của HRT2 = 24 giờ<br /> HRT2 = 24 giờ QCVN 11-MT:2015/BTNMT<br /> Thông số Đơn vị cột B<br /> Đầu vào Đầu ra E (%)<br /> pH - 5,7 6,9 5,5 - 9<br /> Độ màu Pt- Co 127,1 17,2 86,1 -<br /> TSS mg/L 178,6 19 88,6 100<br /> +<br /> NH4 mg/L 27,1 12,1 53,8 20<br /> COD mg/L 1924,2 197,9 89,5 150<br /> N mg/L 68,4 13,7 80,2 60<br /> TP mg/L 45,9 25,9 42,6 20<br /> <br /> 22<br />  NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG<br /> <br /> <br /> Bảng 4. Hiệu quả xử lý của HRT3 = 36 giờ<br /> HRT3 = 36 giờ QCVN 11-MT:2015/BTNMT<br /> Thông số Đơn vị<br /> Đầu vào Đầu ra E (%) cột B<br /> pH - 5.7 6,8 5,5 - 9<br /> Độ màu Pt- Co 135,7 20,1 84,9 -<br /> TSS mg/L 214 17,1 92 100<br /> NH4+ mg/L 21,5 9 57,9 20<br /> COD mg/L 2076,3 163,6 91,9 150<br /> TN mg/L 83,7 16,5 80,4 60<br /> TP mg/L 58,9 24,2 57,6 20<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Hiệu suất xử lý ở HRT1, HRT2 và HRT3<br /> <br /> Bảng 2 - 4 và hình 3 thể hiện hiệu suất lưu thì hiệu suất (E) của COD, TSS, NH4+,<br /> của mô hình ở HRT1 = 12 giờ, HRT2 = 24 TN, TP tăng. Nồng độ đầu ra của COD và<br /> giờ và HRT3 = 36 giờ. Khi tăng thời gian TP vẫn còn vượt quy chuẩn khoảng 2 lần.<br /> <br /> 3.2. Kết quả xử lý COD, TSS, độ màu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Kết quả nồng độ COD ở HRT1, HRT2, HRT3<br /> <br /> 23<br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Kết quả nồng độ TSS ở HRT1, HRT2, HRT3<br /> <br /> Kết quả hiệu suất và nồng độ COD, lượng thấp HLR = 15 mm/ngày, hiệu suất<br /> TSS, độ màu, NH4+, TN, TP được thể hiện COD là 82,3%, nồng độ COD ra là 143,3<br /> ở Bảng 2 - 4 và Hình 4 - 9. Hiệu suất xử lý mg/L [8].<br /> COD trên 75% ở cả ba HRT, tăng dần từ Hiệu quả xử lý trung bình TSS tăng<br /> HRT1 – HRT3. Trong đó, ở HRT1 là 75,1% đều từ HRT1 – HRT3 và có hiệu suất trên<br /> tương đối cao, HRT2 có hiệu suất tăng 80%; trong đó HRT1 có hiệu suất khá cao<br /> mạnh so với HRT1 là 89,5% và HRT3 có là 83,9%, hiệu suất xử lý TSS ở HRT2 cao<br /> hiệu suất cao nhất là 91,9%. Tại HRT1 (với hơn so với HRT1 là 88,6% tương đối hiệu<br /> tải lượng thủy lực HLR1 = 25 mm/ngày) có quả so với báo cáo của Jerry Coleman ở<br /> hiệu suất trung bình 75,1%, nồng độ COD HLR = 12,6 mm/ngày, hiệu suất xử lý TSS<br /> ra là 367 mg/L, khá đáng kể so với báo cáo trung bình 70% [3] và HRT3 có hiệu suất<br /> của Hanna Obarska-Pemkowiak ở tải cao nhất là 92%.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Kết quả giá trị độ màu ở HRT1, HRT2, HRT3<br /> <br /> <br /> 24<br />  NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG<br /> <br /> <br /> Độ màu có hiệu suất xử lý trên 75% ở cuối giai đoạn vận hành giảm nhẹ, có thể<br /> cả ba HRT nghiên cứu, tương đối hiệu quả do ảnh hưởng của sự thoái hóa thực vật,<br /> so với hiệu suất xử lý 43,6% trong báo cáo làm tăng độ màu trong nước thải đầu ra.<br /> của Oladejo, O. Seun (2015) ở thời gian Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để đánh<br /> lưu 10 ngày [7]. Hiệu quả xử lý độ màu ở giá chính xác hơn.<br /> <br /> 3.3. Kết quả xử lý NH4+, TN, TP<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Kết quả nồng độ NH4+ ở HRT1, HRT2, HRT3<br /> <br /> Khi tăng thời gian lưu thì hiệu suất xử NH4+ từ 48 – 59% với HLR = 15 mm/ngày<br /> lý NH4+ vẫn ổn định từ 50,5 – 57,9%. [8]. Hiện tượng này xảy ra vì trong quá<br /> Trong đó, ở HRT1 có hiệu suất xử lý NH4+ trình vận hành không có sự sục khí nên quá<br /> thấp nhất là 50,5%, HRT2 là 53,8% và trình nitrat hóa diễn ra chậm. Do đó nghiên<br /> HRT3 có hiệu suất cao nhất là 57,9%. cứu thêm các quá trình thông khí anh<br /> Tương tự như nghiên cứu của Hanna hưởng lên hiệu quả xử lý amoni (NH4+)<br /> Obarska-Pemkowiak có hiệu suất xử lý trong nước thải.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Kết quả nồng độ TN ở HRT1, HRT2, HRT-<br /> <br /> 25<br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Kết quả nồng độ TP ở HRT1, HRT2, HRT3<br /> <br /> Hiệu quả xử lý TN từ 68 – 80,4% khi khác để đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy<br /> tăng thời gian lưu (HRT) từ 12 – 36 giờ, chuẩn hiện hành. Tuy nhiên, hiệu suất xử<br /> tương tự như báo cáo của Prapa Sohsalam lý COD, TSS. TN là khá cao do, đó có thể<br /> (2007) ở HRT từ 1 – 5 ngày với hiệu suất áp dụng mô hình vào thực tế đối với nước<br /> xử lý TN từ 78 – 87% được nghiên cứu với thải cần xử lý các thông số trên để tiết kiệm<br /> mô hình tương tự sử dụng thực vật T. chi phí tối ưu hơn.<br /> deabata J. Fraser [9].<br /> Hiệu quả xử lý TP khá thấp, dao động TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> từ 33,3 – 57,6% , cũng tương đồng với báo 1. Borin, M. et al (2012), Performance of a hybrid<br /> cáo của Xianqiang Tang (2011) với hiệu constructed wetland treating piggery wastewate,<br /> suất TP trung bình 60% ở tải lượng thủy University of Padova, Viale Dell’Università 16,<br /> lực (HLR) là 19,6 mm/ngày. Kết quả tương 35020 Legnaro (Padova), Italy.<br /> tự được Dennis Konnerup báo cáo trong 2. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn<br /> nghiên cứu xử lý nước thải đô thị sử dụng (2012), Hội thảo thực trạng môi trường các<br /> cơ sở chế biến thủy sản.<br /> cây chuối hoa với hiệu suất xử lý TP là<br /> 3. Coleman, J. (2001), Treatment of Domestic<br /> 35% ở tải lượng HLR = 55 mm/ngày [6].<br /> Wastewater by Three Plant Species in<br /> Do thực vật chỉ hấp thụ một phần TP Constructed Wetlands, Water Air and Soil<br /> và sự ảnh hưởng của hàm lượng TP trong Pollution.<br /> phần lắng đến nước thải đầu ra, nên hiệu 4. Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Thị Loan<br /> suất xử lý vẫn còn khá thấp. (2015), Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt<br /> 4. Kết luận của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích<br /> Kết quả cho thấy mô hình thí nghiệm ở hợp, Đại Học Huế.<br /> thời gian lưu từ 12 – 36 giờ có khả năng xử 5. Nguyễn Thị Thanh Huệ (2012), Nghiên cứu và<br /> đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực<br /> lý hiệu quả cao, hầu hết chỉ tiêu đạt quy vật thủy sinh, Đại Học Khoa học Tự nhiên.<br /> chuẩn; riêng TP và COD vẫn còn vượt<br /> 6. Konnerup, D. et al (2008), Treatment of<br /> QCVN 11-MT:2015/BTMT cột B đến 2 domestic wastewater in tropical, subsurface<br /> lần, nên cần tiếp tục nghiên cứu ở những flow constructed wetlands planted with Canna<br /> mô hình tương tự đối với các loại thực vật and Heliconia, ecological engineering 35<br /> <br /> 26<br />  NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG<br /> <br /> <br /> (2009) 248–257. +Business Media B.V. 2010.<br /> 7. Oladejo, O. Seun et al (2015), Kitchen 9. Sohsalam, P. et al (2007), Seafood wastewater<br /> Wastewater Treatment with Constructed treatment in constructed wetland: Tropical<br /> Wetland Using Water Hyacinth, International case, Bioresource Technology 99 (2008)<br /> Journal of Scientific & Engineering Research. 1218–1224.<br /> 8. Pemkowiak, H.O et al (2010), Application of 10. Zang, Y. (2012), Design of a Constructed<br /> Vertical Flow Constructed Wetlands for Wetland for Wastewater Treatment and Reuse<br /> Highly Contaminated Wastewater Treatment: in Mount Pleasant, Utah, Utah State<br /> Preliminary Result, Springer Science University.<br /> <br /> <br /> <br /> Ngày nhận bài: 04/10/2017 Biên tập xong: 15/7/2018 Duyệt đăng: 20/7/2018<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 27<br />