Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu này xác định hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ đất ngập nước kiến tạo (wetland) đối với dòng chảy đứng, thực vật sử dụng trong đó là cây chuối hoa (Canna generalis).
Số 59 - Tháng 7/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản công nghệ Wetland trồng chuối hoa (Canna Generalis) dòng chảy đứng Treatment of Seafood Processing Wastewater by Canna Generalis in a Vertical Flow Constructed Wetlands Sinh viên Nguyễn Bửu Lộc, Trường Đại học Sài Gòn Nguyen Buu Loc, Student, Saigon University PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến, Trường Đại học Sài Gòn Pham Nguyen Kim Tuyen, Assoc Prof., Ph.D., Saigon University ThS Dương Thị Giáng Hương, Trường Đại học Sài Gòn Duong Thi Giang Huong, M.Sc., Saigon University Tóm tắt Nghiên cứu xác định hiệu xử lý nước thải chế biến thủy sản công nghệ đất ngập nước kiến tạo (wetland) dòng chảy đứng, thực vật sử dụng chuối hoa (Canna generalis) Thí nghiệm thực ba thời gian lưu (HRT) khác nhau: HRT1= 12 giờ; HRT2= 24 giờ; HRT3= 36 giờ; tương ứng với tải lượng thủy lực (HLR): HLR1= 20 mm/ngày, HLR2 = 12 mm/ngày, HLR3 = mm/ngày Kết xử lý TSS đạt 80%, COD 75% ba thời gian lưu khảo sát Hiệu xử lý TP tăng từ 33,3% đến 57,6% tăng thời gian lưu từ 12 đến 36 Hiệu suất xử lý NH4+ ổn định khoảng 50,5 – 57,9%, hiệu xử lý tổng N tăng đáng kể từ 68 – 80,4% Điều cho thấy hiệu suất xử lý cao, áp dụng vào thực tế cần kết hợp với loài thực vật khác để xử lý tối ưu Từ khóa: Wetland, xử lý nước thải, nước thải chế biến thủy sản, chuối hoa Abstact To determine the efficiency of seafood processing wastewater treatment by constructed wetland with vertical flow, the plant used in the study is Canna generalis The experiment was conducted on three hydraulic retention times (HRT): HRT1 = 12 hours; HRT2 = 24 hours; HRT3 = 36 hours; corresponding to hydraulic loading rates (HLR): HLR1 = 20mm d-1, HLR2 = 12mm d-1, HLR3 = 8mm d-1 TSS mass removal rates were very high with efficiencies >80%, COD >75% in all three survey periods The TP removal increased from 33.3% to 57.6% when the retention time increased from 12 hours to 36 hours The NH4+ removal was quite stable at 50.5 - 57.9%, while total N removal increased significantly from 68 - 80.4% This showed that the processing efficiency is quite high and it can be applied in practice but the process needs to be combined with other plants for optimal processing Keywords: Wetland, wastewater treatment, seafood processing wastewater, Canna Generalis 19 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND… Giới thiệu Theo khảo sát Bộ Nông nghiệp Phát triển nơng thơn năm 2012, có khoảng 4,33% doanh nghiệp sở chế biến thủy sản chưa thực báo cáo đánh giá tác động môi trường, gần 16% doanh nghiệp chưa xây dựng hệ thống xử lý nước thải mà thải vào hệ thống cống chung sông hồ gây ô nhiễm môi trường nước [2] Xử lý nước thải phương pháp sinh học phương án tối ưu nhiều doanh nghiệp ưa chuộng phải kể đến cơng nghệ Wetland Cơng nghệ Wetland xử lý nước thải nghiên cứu ứng dụng từ năm 1950 Đức, Hoa Kỳ năm 1970 [5] sử dụng phổ biến để xử lý loại nước thải khác cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí Trong đó, nước thải thị nghiên cứu phổ biến Mount Pleasant (Utah), Yue Zang thiết kế hệ thống xử lý nước thải đô thị đạt hiệu suất xử lý BOD 90%, TSS 87,2% Maurizio Borin thiết kế xử lý nước thải từ trang trại nuôi heo Italy công nghệ wetland với công suất m3/ngày, kết xử lý tốt với hiệu suất loại bỏ COD 79%, TN 64%, Photpho 61% [1] [10] Hiện nay, nước ta có số nghiên cứu công nghệ Wetland trồng chuối hoa (Canna generalis) ứng dụng Nguyễn Xuân Cường để xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà, xử lý 83,7% BOD 75,5% TSS HLR = cm/ngày [4] Tuy nhiên, nước thải chế biến thủy sản chưa nghiên cứu xử lý công nghệ Wetland trồng chuối hoa Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản công nghệ Wetland trồng chuối hoa (Canna generalis) dòng chảy đứng” đóng góp nhiều nghiên cứu ứng dụng trình xử lý nước thải chế biến thủy sản Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Bố trí thí nghiệm a Mơ hình Wetland Mơ hình đặt phòng thí nghiệm Khoa Khoa học Mơi trường, Trường Đại học Sài Gòn, bao gồm bể chứa có kích thước 100 x 100 x 100 (cm) với độ dốc 1% Hình Chi tiết mơ hình thí nghiệm 20 NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG Hình Mơ hình thí nghiệm thực tế bể 25 cây/m2 vận hành với nước thải chế biến thủy sản 10 ngày để thực vật vi sinh vật phát triển trước đưa vào xử lý thức d Nước thải đầu vào Nước thải chế biến thủy sản lấy ngày/lần bể thu gom công ty chế biến thủy sản Agrex Sài Gòn (Số 10 Đường Bến Nghé, phường Tân Thuận Đông, quận 7, Tp Hồ Chí Minh) Kết thể Bảng b Giá thể Giá thể chứa bể xếp thành lớp, loại giá thể chiều cao lớp từ lên sau: Đá x (cm) có chiều cao 30 cm Đá x (cm) có chiều cao 30 cm Sỏi 0,5 x (cm) có chiều cao 10 cm c Cây trồng Cây trồng dùng thí nghiệm chuối hoa (Canna generalis) có kích thước trung bình từ 30 – 40 cm Mật độ Bảng 1: Thông số nước thải đầu vào mơ hình thí nghiệm (số mẫu = 45) Đơn vị Trung bình QCVN 11MT:2015 /BTNMT cột B Độ lệch chuẩn - 5,7 5,5 - 0,5 5,1 6,8 Độ màu Pt- Co 153,9 - 95 80,6 490 TSS mg/L 303,6 100 211,4 110 956,7 NH4+ mg/L 25,5 20 11,7 15,5 62,5 COD mg/L 1822,5 150 393,6 1010,5 256 TN mg/L 71,3 60 46,4 46,4 95,5 TP mg/L 50,6 20 21 21 90 Thông số pH 21 Nhỏ Lớn NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND… 30/10), lưu lượng Q2 = 0,012 m3/ngày, ứng với tải lượng thủy lực HLR2 = 12 mm/ngày HRT3 = 36 (từ ngày 31/10 đến 21/11), lưu lượng Q3 = 0,008 m3/ngày, ứng với tải lượng thủy lực HLR3 = mm/ngày 2.2.3 Phân tích nước thải đầu Nước thải đầu phân tích tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+, tổng N, tổng P so sánh kết với QCVN 11 – MT: 2015/BTNMT cột B từ đánh giá, nhận xét khả xử lý mô hình thí nghiệm Thí nghiệm lặp lại lần, ngày/lần từ ngày 1/10/2017 đến 21/11/2017 Kết 3.1 Biến động hiệu xử lý 2.2 Tiến hành thí nghiệm 2.2.1 Phân tích nước thải đầu vào Nước thải đầu vào phân tích tiêu pH, độ màu, TSS, COD, N-NH4+, tổng N, tổng P, so sánh với QCVN 11 – MT: 2015/BTNMT cột B Thí nghiệm lặp lại lần, ngày/lần từ 1/10/2017 đến 21/11/2017 2.2.2 Vận hành mơ hình Nước cấp liên tục vào mơ hình vận hành ba thời gian lưu: HRT1 = 12 (từ ngày 1/10 đến 15/10), lưu lượng Q1 = 0,025 m3/ngày, ứng với tải lượng thủy lực HLR1 = 25 mm/ngày HRT2 = 24 (từ ngày 16/10 đến Bảng Hiệu xử lý HRT1 = 12 Thông số Đơn vị HRT1 = 12 Đầu vào Đầu 5,9 6,7 E (%) QCVN 11-MT:2015/BTNMT cột B pH - 5,5 - Độ màu Pt- Co 198,8 54,2 75,3 - TSS mg/L 518,2 80,5 83,9 100 + mg/L 27,9 14,3 50,5 20 COD mg/L 1466,8 367 75,1 150 TN mg/L 67,1 20,5 68 60 TP mg/L 47,1 31,4 33,3 20 E (%) QCVN 11-MT:2015/BTNMT cột B NH4 Bảng Hiệu xử lý HRT2 = 24 Thông số Đơn vị HRT2 = 24 Đầu vào Đầu 5,7 6,9 pH - 5,5 - Độ màu Pt- Co 127,1 17,2 86,1 - TSS mg/L 178,6 19 88,6 100 + mg/L 27,1 12,1 53,8 20 COD mg/L 1924,2 197,9 89,5 150 N mg/L 68,4 13,7 80,2 60 TP mg/L 45,9 25,9 42,6 20 NH4 22 NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG Bảng Hiệu xử lý HRT3 = 36 Thông số Đơn vị HRT3 = 36 Đầu vào Đầu 5.7 6,8 E (%) QCVN 11-MT:2015/BTNMT cột B pH - 5,5 - Độ màu Pt- Co 135,7 20,1 84,9 - TSS mg/L 214 17,1 92 100 NH4+ mg/L 21,5 57,9 20 COD mg/L 2076,3 163,6 91,9 150 TN mg/L 83,7 16,5 80,4 60 TP mg/L 58,9 24,2 57,6 20 Hình Hiệu suất xử lý HRT1, HRT2 HRT3 Bảng - hình thể hiệu suất mơ hình HRT1 = 12 giờ, HRT2 = 24 HRT3 = 36 Khi tăng thời gian lưu hiệu suất (E) COD, TSS, NH4+, TN, TP tăng Nồng độ đầu COD TP vượt quy chuẩn khoảng lần 3.2 Kết xử lý COD, TSS, độ màu Hình Kết nồng độ COD HRT1, HRT2, HRT3 23 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CƠNG NGHỆ WETLAND… Hình Kết nồng độ TSS HRT1, HRT2, HRT3 lượng thấp HLR = 15 mm/ngày, hiệu suất COD 82,3%, nồng độ COD 143,3 mg/L [8] Hiệu xử lý trung bình TSS tăng từ HRT1 – HRT3 có hiệu suất 80%; HRT1 có hiệu suất cao 83,9%, hiệu suất xử lý TSS HRT2 cao so với HRT1 88,6% tương đối hiệu so với báo cáo Jerry Coleman HLR = 12,6 mm/ngày, hiệu suất xử lý TSS trung bình 70% [3] HRT3 có hiệu suất cao 92% Kết hiệu suất nồng độ COD, TSS, độ màu, NH4+, TN, TP thể Bảng - Hình - Hiệu suất xử lý COD 75% ba HRT, tăng dần từ HRT1 – HRT3 Trong đó, HRT1 75,1% tương đối cao, HRT2 có hiệu suất tăng mạnh so với HRT1 89,5% HRT3 có hiệu suất cao 91,9% Tại HRT1 (với tải lượng thủy lực HLR1 = 25 mm/ngày) có hiệu suất trung bình 75,1%, nồng độ COD 367 mg/L, đáng kể so với báo cáo Hanna Obarska-Pemkowiak tải Hình Kết giá trị độ màu HRT1, HRT2, HRT3 24 NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG Độ màu có hiệu suất xử lý 75% ba HRT nghiên cứu, tương đối hiệu so với hiệu suất xử lý 43,6% báo cáo Oladejo, O Seun (2015) thời gian lưu 10 ngày [7] Hiệu xử lý độ màu cuối giai đoạn vận hành giảm nhẹ, ảnh hưởng thối hóa thực vật, làm tăng độ màu nước thải đầu Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để đánh giá xác 3.3 Kết xử lý NH4+, TN, TP Hình Kết nồng độ NH4+ HRT1, HRT2, HRT3 Khi tăng thời gian lưu hiệu suất xử lý NH4+ ổn định từ 50,5 – 57,9% Trong đó, HRT1 có hiệu suất xử lý NH4+ thấp 50,5%, HRT2 53,8% HRT3 có hiệu suất cao 57,9% Tương tự nghiên cứu Hanna Obarska-Pemkowiak có hiệu suất xử lý NH4+ từ 48 – 59% với HLR = 15 mm/ngày [8] Hiện tượng xảy trình vận hành khơng có sục khí nên q trình nitrat hóa diễn chậm Do nghiên cứu thêm trình thơng khí anh hưởng lên hiệu xử lý amoni (NH4+) nước thải Hình Kết nồng độ TN HRT1, HRT2, HRT25 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND… Hình Kết nồng độ TP HRT1, HRT2, HRT3 Hiệu xử lý TN từ 68 – 80,4% tăng thời gian lưu (HRT) từ 12 – 36 giờ, tương tự báo cáo Prapa Sohsalam (2007) HRT từ – ngày với hiệu suất xử lý TN từ 78 – 87% nghiên cứu với mơ hình tương tự sử dụng thực vật T deabata J Fraser [9] Hiệu xử lý TP thấp, dao động từ 33,3 – 57,6% , tương đồng với báo cáo Xianqiang Tang (2011) với hiệu suất TP trung bình 60% tải lượng thủy lực (HLR) 19,6 mm/ngày Kết tương tự Dennis Konnerup báo cáo nghiên cứu xử lý nước thải đô thị sử dụng chuối hoa với hiệu suất xử lý TP 35% tải lượng HLR = 55 mm/ngày [6] Do thực vật hấp thụ phần TP ảnh hưởng hàm lượng TP phần lắng đến nước thải đầu ra, nên hiệu suất xử lý thấp Kết luận Kết cho thấy mơ hình thí nghiệm thời gian lưu từ 12 – 36 có khả xử lý hiệu cao, hầu hết tiêu đạt quy chuẩn; riêng TP COD vượt QCVN 11-MT:2015/BTMT cột B đến lần, nên cần tiếp tục nghiên cứu mơ hình tương tự loại thực vật khác để đảm bảo nước thải đầu đạt quy chuẩn hành Tuy nhiên, hiệu suất xử lý COD, TSS TN cao do, áp dụng mơ hình vào thực tế nước thải cần xử lý thông số để tiết kiệm chi phí tối ưu TÀI LIỆU THAM KHẢO Borin, M et al (2012), Performance of a hybrid constructed wetland treating piggery wastewate, University of Padova, Viale Dell’Università 16, 35020 Legnaro (Padova), Italy Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2012), Hội thảo thực trạng môi trường sở chế biến thủy sản Coleman, J (2001), Treatment of Domestic Wastewater by Three Plant Species in Constructed Wetlands, Water Air and Soil Pollution Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Thị Loan (2015), Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt hệ thống đất ngập nước nhân tạo tích hợp, Đại Học Huế Nguyễn Thị Thanh Huệ (2012), Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý nước thải thực vật thủy sinh, Đại Học Khoa học Tự nhiên Konnerup, D et al (2008), Treatment of domestic wastewater in tropical, subsurface flow constructed wetlands planted with Canna and Heliconia, ecological engineering 35 26 NGUYỄN BỬU LỘC - PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN - DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG (2009) 248–257 Oladejo, O Seun et al (2015), Kitchen Wastewater Treatment with Constructed Wetland Using Water Hyacinth, International Journal of Scientific & Engineering Research Pemkowiak, H.O et al (2010), Application of Vertical Flow Constructed Wetlands for Highly Contaminated Wastewater Treatment: Preliminary Result, Springer Science Ngày nhận bài: 04/10/2017 +Business Media B.V 2010 Sohsalam, P et al (2007), Seafood wastewater treatment in constructed wetland: Tropical case, Bioresource Technology 99 (2008) 1218–1224 10 Zang, Y (2012), Design of a Constructed Wetland for Wastewater Treatment and Reuse in Mount Pleasant, Utah, Utah State University Biên tập xong: 15/7/2018 27 Duyệt đăng: 20/7/2018 ... lý công nghệ Wetland trồng chuối hoa Do đó, đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản công nghệ Wetland trồng chuối hoa (Canna generalis) dòng chảy đứng đóng góp nhiều nghiên cứu. .. chậm Do nghiên cứu thêm q trình thơng khí anh hưởng lên hiệu xử lý amoni (NH4+) nước thải Hình Kết nồng độ TN HRT1, HRT2, HRT25 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CƠNG NGHỆ WETLAND ...NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WETLAND Giới thiệu Theo khảo sát Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn năm 2012, có khoảng 4,33% doanh nghiệp sở chế biến thủy sản