BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA CÂY CÙ NÈO (Limnocharis flava) TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (CONSTRUCTED WETLAND) Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện: PHAN MINH TIẾN Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 7/2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC PHÂN HEO CỦA CÂY CÙ NÈO (Limnocharis flava) TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (CONSTRUCTED WETLAND) Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực PGS.TS BÙI XUÂN AN PHAN MINH TIẾN Tháng 7/2010 LỜI CẢM ƠN Bài khóa luận hồn thành với nổ lực thân em giúp đỡ q báo tận tình q thầy cơ, bạn bè gia đình Qua em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Con xin gửi lòng biết ơn chân thành đến cha mẹ sinh thành, nuôi dưỡng, dạy dỗ nên người Ln dìu dắt bên con, tạo cho nghị lực, tâm, niềm tin để vững bước đường đời Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Xuân An tận tình truyền đạt, hướng dẫn giúp đỡ để em hồn thành tốt khóa luận Em xin cảm ơn thầy Lê Đình Đơn trưởng Bộ môn Công nghệ Sinh học tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận cách tốt Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, thầy cô môn Cùng tất quý thầy cô truyền đạt kiến thức cho em suốt trình học tập Các anh chị Trung tâm Phân tích Mơi trường- Viện Cơng nghệ Sinh học Mơi trường tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em q trình phân tích Cám ơn bạn bè lớp Cơng nghệ Sinh học khóa 32 chia vui buồn thời gian học, hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tơi thời gian thực khóa luận TPHCM, ngày 14 tháng năm 2010 Sinh viên thực PHAN MINH TIẾN i TĨM TẮT Hiện nay, chăn ni phát triển mạnh Điều làm cho lượng chất thải chăn nuôi thải mơi trường ngày lớn Do đó, tạo nên vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt dễ lây lan bệnh tật với quy mơ rộng Vì em thực đề tài “Nghiên cứu khả xử lý nước phân heo cù nèo (Limnocharis flava) mơ hình đất ngập nước kiến tạo(constructed wetland)” Mơ hình xây dựng trại thực nghiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học bố trí gồm hai mơ hình đất ngập nước kiến tạo có trồng hai mơ hình đất ngập nước kiến tạo khơng trồng Mơ hình tưới nước phân heo nồng độ 1,5% tương ứng với tải trọng 125g/m2/ngày Các tiêu theo dõi bao gồm: chiều cao cây, sinh khối kết thúc thí nghiệm, COD, BOD5, tổng Nitơ, tổng Photpho, kim loại (Fe, Cu, Zn) Kết quả: cù nèo phát triển tốt mơ hình đất ngập nước kiến tạo, sinh khối thu sau thí nghiệm lớn Hiệu suất xử lý COD đạt 84% 85%, BOD5 đạt 87% 90%, Nitơ đạt 45% 51%, Photpho đạt 83% 44%, sắt đạt 77% 94% tương ứng với mơ hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy đứng mơ hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy bề mặt ii SUMMARY "Research efficiency of pig wastewater treatment Constructed Wetland model by Limnocharis flava '' Currently, the livestock industry is strong development This makes livestock waste emissions on a large Therefore, it creates problems of serious environmental pollution, especially highly contagious disease with large scale So I implementation of the project The model was built in the experimental farm of Department of Biotechnology and the model includes two built Constructed Wetland tree model and two models Constructed Wetland not in trees The model was watering pig concentration is 1.5% corresponding to the load is 125g/m2/day The monitoring indicators include: plant height, plant biomass at the end of the experiment, COD, BOD5, total nitrogen, total phosphorus, heavy metals (Fe, Cu, Zn) Results: limnocharis flava model developed in constructed wetland, biomass obtained after a great experiment Efficiency of COD reached 84% and 85%, BOD5 reached 87% and 90%, reached Nitrogen 45% and 51%, reached phosphorus 83% and 44%, reached 77% and 94% respectively with the model constructed Wetland flow and vertical flow models constructed Wetland surface Plants grow well Limnocharis flava in constructed wetland model, plant biomass was collected after a great experiment iii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Summary iii Mục lục iv Danh sách chữ viết tắt vii Danh sách bảng viii Danh sách hình ix Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Yêu cầu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan cù nèo 2.1.1 Giới thiệu sơ lược 2.1.2 Đặc tính thực vật 2.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi 2.2.1 Thành phần tính chất nước thải chăn ni 2.2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi 2.2.3 Các tiêu ô nhiễm đặc trưng 2.2.3.1 Chất rắn tổng cộng 2.2.3.2 Tổng Nitơ 2.2.3.3 Tổng Photpho 2.2.3.4 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 2.2.3.5 Nhu cầu oxy sinh học (BOD) iv 2.3 Tổng quan đất ngập nước 2.3.1 Định nghĩa đất ngập nước (ĐNN) 2.3.2 Đất ngập nước kiến tạo (ĐNNKT) 2.3.3 Phân loại đất ngập nước kiến tạo 2.3.3.1 ĐNNKT có dòng chảy tự bề mặt 2.2.3.2 ĐNNKT có dòng chảy ngầm 2.3.4 Vai trò thực vật bãi lọc 11 2.3.5 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm ĐNNKT 11 2.3.6 Tiềm ứng dụng ĐNNKT xử lý nước thải Việt Nam 13 2.4 Khả xử lý nước thải thực vật thủy sinh (TVTS) 13 2.4.1 Các nhóm thực vật thủy sinh 14 2.4.2 Khả chuyển hóa số tiêu nước thải TVTS 15 2.4.2.1 Nhu cầu oxy sinh học 15 2.4.2.2 Chuyển hóa Nitơ 15 2.4.2.3 Chuyển hóa Photpho 15 2.5 Năng suất sinh khối thực vật thủy sinh 16 2.6 Ưu nhược điểm sử dụng thực vật thủy sinh 16 2.6.1 Ưu điểm 16 2.6.2 Nhược điểm 17 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 3.1 Thời gian địa điểm tiến hành thí nghiệm 18 3.2 Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm 18 3.2.1 Chuẩn bị 18 3.2.2 Vật liệu thí nghiệm 18 3.2.2.1 Vật liệu dựng mơ hình 18 3.2.2.2 Vật liệu đựng nước thải 18 3.2.2.3 Dụng cụ pha loãng nước thải đo lượng nước thải thất thoát 19 3.3 Phân cách pha loãng nước thải 19 3.4 Mơ hình thí nghiệm 19 3.4.1 Mơ hình (mơ hình VFS) 19 3.4.2 Mơ hình (mơ hình FWS) 20 v 3.5 Nội dung phương pháp nghiên cứu 20 3.5.1 Các giai đoạn thí nghiệm 20 3.5.2 Bố trí thí nghiệm 21 3.5.3 Phương pháp thí nghiệm 21 3.6 Phương pháp phân tích số liệu 22 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 4.1 Kết 23 4.1.1 Hàm lượng tiêu nước phân heo đầu vào 23 4.1.2 Sự tăng trưởng chiều cao cù nèo 23 4.1.3 Chiều dài trọng lượng sau thí nghiệm 24 4.1.4 Sự bốc nước 25 4.1.5 Nhu cầu oxy hóa học 27 4.1.6 Nhu cầu oxy sinh học 29 4.1.7 Tổng Nitơ 31 4.1.8 Tổng Photpho 34 4.1.9 Sắt 36 4.2 Thảo luận 37 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40 5.1 Kết luận 40 5.2 Đề nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD5 : Nhu cầu oxy sinh học COD: Nhu cầu oxy sinh học Cu: đồng ĐNN: Đất ngập nước ĐNNKT: Đất ngập nước kiến tạo Fe: sắt NS ý nghĩa mặt thống kê MH1: Mơ hình ĐNNKT dòng chảy đứng có trồng cù nèo MH2: Mơ hình ĐNNKT có dòng chảy bề mặt có trồng cù nèo TVTS: Thực vật thủy sinh Zn: chì * : có ý nghĩa mặt thống kê ** : Rất có ý nghĩa mặt thống kê *** : hồn tồn có ý nghĩa mặt thống kê vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần loại phân gia súc Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi Bảng 2.3 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm nước thải chăn nuôi 12 Bảng 2.4 Nhiệm vụ thủy sinh thực vật 15 Bảng 3.1 Phương pháp phân tích tiêu thí nghiệm 22 Bảng 4.1 Hàm lượng tiêu nước phân heo đầu vào 23 Bảng 4.2 So sánh thống kê chiều cao tăng cù nèo mơ hình 24 Bảng 4.3 Chiều dài rễ trọng lượng cù nèo sau thí nghiệm 24 Bảng 4.4 So sánh thống kê lượng nước bốc mơ hình 26 Bảng 4.5 So sánh thống kê lượng nước bốc MH1 DC1 26 Bảng 4.6 So sánh thống kê lượng nước bốc MH2 DC2 26 Bảng 4.7 So sánh thống kê hàm lượng COD đầu mô hinh 28 Bảng 4.8 So sánh thống kê hàm lượng COD đầu MH1 DC1 28 Bảng 4.9 So sánh thống kê hàm lượng COD đầu MH2 DC2 28 Bảng 4.10 So sánh thống kê hàm lượng BOD5 đầu mơ hình 30 Bảng 4.11 So sánh thống kê hàm lượng BOD5 đầu MH1 DC1 30 Bảng 4.12 So sánh hàm thống kê lượng BOD5 đầu MH2 DC2 30 Bảng 4.13 So sánh hàm thống kê lượng tổng Nitơ đầu mơ hình 32 Bảng 4.14 So sánh hàm thống kê lượng tổng Nitơ đầu MH1 DC1 32 Bảng 4.15 So sánh thống kê tổng Nitơ đầu MH2 DC2 32 Bảng 4.16 So sánh thống kê tổng Photpho đầu mơ hình 35 Bảng 4.17 So sánh thống kê tổng photpho đầu MH1 DC1 35 Bảng 4.18 So sánh thống kê tổng Photpho đầu giũa MH2 DC2 35 Bảng 4.19 Hiệu suất xử lý mơ hình ĐNNKT dòng chảy đứng 38 Bảng 4.20 Hiệu suất xử lý mơ hình ĐNNKT dòng chảy bề mặt 38 viii Bảng (tt) Lượng nước bốc nước mơ hình bãi lọc Tuần Ngày MH1 MH2 DC1 DC2 (L/m2) (L/m ) (L/m /ngày) (L/m ) 2 5 4 3 6 5 5 6 4 6 5 6 6 5 7 6 5 5 4 6 Bảng 2(tt) Lượng nước bốc nước mơ hình bãi lọc Tuần Ngày MH1 MH2 DC1 DC2 (L/m2) (L/m ) (L/m ) (L/m ) 2 3 4 7 5 6 2 7 2 2 1 5 4 5 4 3 Bảng (tt) Lượng nước bốc trung bình tuần MH1 MH2 DC1 DC2 (L/m2/ngày) (L/m2/ngày) (L/m2/ngày) (L/m2/ngày) 3,3 5,8 2,0 2,3 4,0 7,4 2,6 3,0 4,4 6,7 3,3 3,6 4,7 7,0 3,1 3,9 5,7 6,1 4,3 4,9 5,3 6,7 3,6 3,9 4,6 6,6 3,0 2,6 3,4 4,3 2,6 2,2 Tuần Bảng Hiệu suất bốc nước tuần Tuần MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 12 4 15 6 13 14 11 12 10 11 13 8 13 6 Bảng Chỉ tiêu sinh trưởng cù nèo mô hình ĐNNKT Trọng lượng tươi Chiều Trọng lượng khơ cao trung Nghiệm Thức Chiều bình Trên Dưới dài rễ thân mặt mặt (cm) cuối nước nước 2 thí (kg/m ) (kg/m ) Tổng cộng (kg/m2) Trên Dưới mặt mặt nước nước 2 (kg/m ) (kg/m ) Tổng cộng (kg/m2) nghiệm (cm) MH1 25 74,9 ,4 4,1 9,5 0,2 0,15 0,35 MH2 32 111,5 5,9 7,5 13,4 0,2 0,25 0,45 Bảng Mức tăng trưởng chiều cù nèo mơ hình ĐNNKT MH1 MH2 Chiều cao trung bình thân (cm) Chiều cao Chiều cao tăng TB tăng (cm/tuần) tháng (cm/tháng) Chiều cao trung bình thân (cm) Chiều cao Chiều cao tăng TB tăng (cm/tuần) tháng (cm/tháng) 23,35 41,85 29,45 6,1 51,4 9,55 34,75 5,3 58,7 7,3 43,95 9,2 74,5 15,8 55,5 11,55 88,4 13,9 65,2 9,7 98,8 10,4 68,7 3,5 103,75 4,95 72 3,3 107,9 4,15 74,9 2,9 111,5 3,6 Tuần Tổng 52,55 8,2875 4,85 72,65 12,3875 5,775 Bảng Nhiệt độ khơng khí Tuần Nhiệt độ (oC) Ngày Thấp Cao TB ngày 24 33 28,5 25 36 30,5 24 36 30 24 36 30 25 33 29 27 36 31,5 24 33 28,5 24 34 29 25 32 28,5 24 34 29 27 35 31 24 34 29 25 33 29 27 33 30 24 34 29 25 32 28,5 25 33 29 25 32 28,5 27 35 31 26 34 30 28 36 32 TB tuần 29,7 29,4 29,7 Bảng (tt) Nhiệt độ khơng khí Tuần Nhiệt độ (oC) Ngày Thấp Cao TB ngày 28 37 32,5 26 37 31,5 27 37 32 26 37 31,5 26 37 31,5 28 36 32 27 36 31,5 28 37 32,5 26 38 32 28 37 32,2 25 37 31 27 37 32 26 37 31,5 28 36 32 28 37 32,5 26 35 30,5 26 36 31 27 34 30,5 25 33 29 25 35 30 25 36 30,5 TB tuần 31,8 31,9 30,6 Bảng (tt) Nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ (oC) Tuần Ngày Thấp Cao TB ngày TB tuần 30 25 36 30,5 26 36 31 23 34 28,5 25 36 30,5 26 36 31 27 35 31 26 35 30,5 27 36 31,5 26 35 30,5 24 35 29,5 24 35 29,5 26 35 30,5 30,7 30,3 Bảng COD đầu mơ hình Tuần MH1 (mg/L) MH2 (mg/L) DC1 (mg/L) DC2 (mg/L) 883 634 944 1062 614 551 1459 1653 492 403 1189 1152 360 340 920 786 226 304 452 480 157 177 344 354 196 TB=170 275 TB=216 255 TB=311 236 157 197 334 275 315 393 354 330 160 181 400 363 TB=288 Bảng Hiệu suất xử lý COD mơ hình Tuần MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 65 75 62 58 76 78 42 34 80 84 53 54 86 86 63 69 91 88 82 81 93 91 88 89 87 84 86 87 94 93 84 86 Bảng 10 BOD5 đầu mơ hình Tuần MH1 (mg/L) MH2 (mg/L) DC1 (mg/L) DC2 (mg/L) 186 101 732 701 115 87 369 332 125 110 113 124 51 59 172 145 Bảng 11 Hiệu suất xử lý BOD5 mơ hình Tuần MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 79 89 18 21 87 90 58 63 86 88 87 86 94 93 81 84 Bảng 12 Tồng Nitơ đầu mơ hình Tuần MH1 (mg/L) MH2 (mg/L) DC1 (mg/L) DC2 (mg/L) 45 27 53 25 11 24 59 32 48 39 61 38 54 49 68 58 Bảng 13 Hiệu suất xử lý Nitơ mơ hình Tuần MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 37 62 25 65 85 66 17 55 32 45 14 46 24 31 18 Bảng 14 Tồng Photpho đầu mơ hình Tuần MH1 (mg/L) MH2 (mg/L) DC1 (mg/L) DC2 (mg/L) 3 47 48 5 42 54 13 40 25 47 26 23 38 36 Bảng 15 Hiệu suất xử lý Photpho mơ hình Tuần MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 96 31 91 28 93 38 88 21 81 41 63 31 62 66 44 47 Bảng 16 Kim loại nước thải Kim loại Fe MH1 MH2 (mg/L) (mg/L) Đầu vào Đầu 11,09 2.6 0,639 Đầu vào Cu Đầu DC1 (mg/L) DC2 (mg/L) Đầu 0,736 - - - - 0,086 - - Đầu vào Zn 2.866 0,25 - - Bảng 17 Hiệu suất xử lý Fe mô hình MH1 (%) MH2 (%) DC1 (%) DC2 (%) 77 94 74 93 Bảng 18 Các tiêu ô nhiễm đầu vào Tuần COD (mg/l) BOD (mg/l) N (mg/l) P (mg/l) 2203 1158 71 57 2597 - - - 2754 756 74 83 2518 750 68 62 TB 2518 888 71 68 Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG THÍ NGHIỆM Hình Cây cù nèo trồng vào mơ hình Hình Cây cù nèo sau tuần mơ hình Hình Rễ cù nèo mơ hình sau kết thúc thí nghiệm Hình Rễ cù nèo sau kết thúc thí nghiêm mơ hình Hình Nước thải đầu đối chứng mơ hình tuần Hình Nước thải đầu đối chứng mơ hình tuần Hình Mơ hình ĐNNKT dòng chảy bề mặt ngồi thực tế Hình Mơ hình ĐNNKT dòng chảy đứng ngồi thực tế ... NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (CONSTRUCTED WETLAND) Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực PGS.TS BÙI XUÂN AN PHAN MINH TIẾN Tháng 7/2010 LỜI CẢM ƠN Bài khóa luận hồn thành với nổ lực thân em giúp đỡ q báo tận... lòng hỗ trợ, giúp đỡ tơi thời gian thực khóa luận TPHCM, ngày 14 tháng năm 2010 Sinh viên thực PHAN MINH TIẾN i TĨM TẮT Hiện nay, chăn ni phát triển mạnh Điều làm cho lượng chất thải chăn nuôi... khóa luận cách tốt Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, thầy cô môn Cùng tất quý thầy cô truyền đạt kiến thức