Đề tài Điều tra hiện trạng ô nhiễm nước nuôi cá tại Thịnh Liệt -Thanh Trì và tìm giải pháp tận dụng xử lý chúng bằng tảo Chlorella pyrenoidosa kết hợp vi sinh vật

Lời nói đầu Cá là một sản phẩm thực phẩm bổ dưỡng và rất được ưa chuộng trong đời sống hàng ngày. Song hiện nay, rất nhiều các cơ sở nuôi cá hồ đều sử dụng nguồn nước trực tiếp từ các sông ngòi, hồ ao là nơi nước thải chưa được xử lý trước khi đổ vào dòng chảy, làm chất lượng cá nuôi giảm, khả năng cá bị nhiễm độc rất cao, gây tác hại cho sức khoẻ người dân, cho đời sống thuỷ sinh vật và cho môi trường. Đã có nhiều phương pháp (cơ học, hoá lý...) để xử lý nước, trong đó biện pháp sinh học mang lại những kết quả khả quan, giảm thiểu ô nhiễm và chi phí lại rẻ. Tuy nhiên hiện nay, đa số các phương pháp sinh học dường như mới chỉ dựa trên nền hoạt động của vi sinh vật, do vậy, cần phải mở rộng tìm hiểu các phương pháp xử lý sinh học khác có khả năng xử lý an toàn, hiệu quả và đem lại lợi ích kinh tế . Trong những năm gần đây, trên thế giới cũng như Việt Nam rất quan tâm đến Tảo có vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch sinh học nguồn nước. Tảo là những cơ thể quang tự dưỡng, có khả năng làm giàu oxi trong nước bằng quá trình quang hợp, điều đó thúc đẩy quá trình oxi hoá, khoáng hoá các chất hữu cơ có trong nước và tảo còn có đặc điểm mang tính kháng khuẩn. Đặc biệt, trong môi trường có hàm lượng N từ 10- 40mg/l, các loài vi tảo Chlorella có thể hoàn toàn lấy N ra khỏi môi trường trong khoảng 5-7 ngày. Ngoài ra, sinh khối tảo thu được có thể sử dụng làm thức ăn giầu dinh dưỡng trong chăn nuôi thuỷ sản, gia cầm và động vật có sừng cần được vỗ béo. Nước có tảo nếu như không chảy qua máy ly tâm, lọc tảo lại có thể sử dụng tực tiếp cho nuôi tôm, cá hoặc để tưới cho cây trồng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung tảo vào đất trồng trọt đã nâng cao độ phì của đất làm tăng năng suất mùa màng. Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi thực hiện đề tài: Điều tra hiện trạng ô nhiễm nước nuôi cá tại Thịnh Liệt -Thanh Trì và tìm giải pháp tận dụng xử lý chúng bằng tảo Chlorella pyrenoidosa kết hợp vi sinh vật. Chương I: Đặc điểm và hiện trạng ô nhiễm nước nuôi cá Đặc điểm hồ cá Thịnh Liệt: Xã Thịnh Liệt nằm ở phía Nam thành phố Hà nội trên địa bàn huyện Thanh Trì với diện tích 4km2 được chia làm 3 thôn Giáp Nhất, Giáp Nhị, Giáp Tứ cùng rất nhiều các hồ lớn nhỏ trong địa bàn xã và là nơi cung cấp 65% cá cho thị trường Hà nội. Hồ Đồng Tầu thuộc xã Thịnh Liệt, có diện tích 21 hecta với độ sâu trung bình 1,5- 2m, là một hồ có diện tích trung bình trong hệ thống hồ nơi đây và hồ được kè đất xung quanh chống xói lở, tạo khoảng trống bờ là 5-7m để trồng rau và đường đi. Với khoảng hơn 30.000 m3 nước, hồ thực sự là nơi nuôi trồng thuỷ sản lý tưởng. Tuy nhiên, việc kiểm định chất lượng nước hồ không được chú trọng đúng mức. Hiện nay, cùng với chủ trương xây dựng công viên Yên Sở - Thanh Trì, thành phố đã có một dự án quy hoạch nhằm cải tạo hồ và các hệ thống nước thải trong làng song chưa được triển khai thực hiện, do vậy, nước thải của các hộ dân xung quanh hồ vẫn thải trực tiếp xuống hồ. Ngoài ra, hồ còn là nơi tiếp nhận nước thải của lò mổ và xưởng sản xuất bia hơi (của hai hộ gia đình trong làng) - đây cũng là hai nguồn gây ô nhiễm chính cho nước hồ. Từ những năm 90, xã chủ trương cho các hộ gia đình trong xã nhận thầu hồ Đồng Tâù để nuôi cá theo hình thức đấu giá. Năm 2000 đến nay, hồ được gia đình anh Bùi Văn Bắc nhận thầu, nuôi các loại cá như: Rôphi, Trôi, Mè, Trắm cỏ, Chép...với nguồn thức ăn chủ yếu là các chất hữu cơ có sẵn trong nước hồ. Nguồn nước cung cấp chính cho hồ được bơm từ sông Sét qua trạm bơm vào thẳng hồ và được thay nước hàng ngày để tăng nguồn thức ăn cho cá bằng cách bơm nước từ hồ qua kênh xả vào sông Kim Ngưu. Hiện trạng nước hồ và cách thức xử lý nước nuôi cá ở hồ Thịnh Liệt: ảnh hưởng nguồn chất thải của lò mổ và các hộ dân xung quanh tới chất lượng nước hồ và tình hình nuôi cá hồ Thịnh Liệt: Theo kết quả khảo sát thực tế của chúng tôi từ tháng 7- tháng 9/2002 cho thấy: Do nước thải từ lò mổ, cơ sở sản xuất bia và các hộ dân thải trực tiếp vào hồ không qua xử lý nên hồ vừa được coi là bể lắng vừa là hồ sinh vật (các điểm thải này đều tập trung ở 1phía của bờ hồ và ở ngay kề sông Sét). Khi trời mưa to, lưu lượng và vận tốc dòng chảy lớn sẽ kéo theo nhiều cặn lắng vào hồ. Khi trời nắng, vùng cặn lắng lên men kị gây ô nhiễm vùng hồ, nhất là tại khu vực lò mổ, do hoạt động giết mổ diễn ra hàng ngày, các phụ phẩm được thải thẳng xuống hồ; kết quả là lượng ôxi hoà tan giảm, nước đục. Số lượng nước thường dùng mỗi ngày để rửa lợn (khoảng 150 con mỗi ngày), cọ rửa lò mổ và các sinh hoạt khác khoảng 10- 15m3 nước. Lượng nước như trên sau khi sử dụng được thải theo hai hệ thống thoát - một thải ra thẳng hồ nước, một được dẫn qua một cống nhỏ (chiều dài khoảng 4m) đổ vào sông Sét đem theo rất nhiều cặn bẩn, các phụ phẩm trong giết mổ và các chất cọ rửa, trong đó có các chất hữu cơ và vô cơ không được xử lý gây ra sự ô nhiễm nước khi thải ra hồ. Ngoài lý do trên, hiện tượng ô nhiễm hồ còn bởi nguồn nước chính để thay nước hồ hàng ngày lại được lấy trực tiếp từ sông Sét - là con sông nằm trong hệ thống thoát nước thải của thành phố - không qua xử lý đổ thẳng vào hồ. Do vậy, mặc dù được thay nước hàng ngày nhưng chất lượng nước không được cải thiện nhiều. Đối với cơ sở sản xuất bia, đây là cơ sở sản xuất nhỏ, sản lượng thấp, lượng nước thải ra từ đây là nhỏ so với lò mổ, song nước thải của các công đoạn sản xuất được thải vào hồ nên cũng góp phần làm giàu thêm hàm lượng tinh bột, đường, protein, chất khoáng... trong hồ. Khu vực hồ nuôi cá là một phân khu trong hệ thống sản xuất và kinh doanh của gia đình anh Bùi Văn Bắc. Các chủng loại cá rất phong phú bao gồm: Rôphi, Trôi, Mè, Trắm cỏ, Chép...là những loại các được sử dụng nhiều trên thị trường với sản lượng cá tương đương 90 - 120 tấn/năm. Tuy nhiên, thức ăn cho cá chủ yếu lấy từ các chất hữu cơ sẵn có trong nguồn nước từ các phụ phẩm lò mổ và nước thải sinh hoạt từ các hộ dân, chỉ khi cần thiết mới cho thêm bã men và bã sắn. Thức ăn từ nguồn này chủ yếu là các protein lẫn vào trong nước thải ở dạng cặn bẩn, các hạt vụn của thịt, da, tiết... ngoài ra trong nước thải còn lẫn rất nhiều các chất tẩy rửa, lông, phân.... Điều này làm cho sản lượng cá thấp và trong cá tích tụ nhiều chất độc hại cho sức khoẻ người sử dụng. Với mong muốn nâng cao sản lượng và chất lượng cá, bảo vệ sức khoẻ người dân, bước đầu chúng tôi đã tiến hành khảo sát hiện trạng và đề xuất biện pháp xử lý nước nuôi cá hồ Đồng Tỗu theo hướng vừa cung cấp nguồn dinh dưỡng đảm bảo vệ sinh cho cá vừa kết hợp làm sạch nước hồ. Kết quả phân tích nước nuôi cá ở hồ cá Thịnh Liệt: Thời gian lấy mẫu: Từ tháng 7-2002 đến tháng 9-2002, chúng tôi tiến hành khảo sát nghiên cứu mức độ ô nhiễm của hồ theo một số chỉ tiêu lý, hoá học và sinh học nhằm đề xuất một số ý kiến về các biện pháp xử lý để nâng cao chất lượng nước hồ. Mẫu nước được lấy tại các điểm sau: Để tiến hành xác định tính chất nước của hồ nuôi cá, chúng tôi đã khảo sát địa hình và chọn 3 điểm lấy mẫu nước từ đầu nguồn thải đến chỗ nước chảy ra hồ ở các vị trí sau: -Điểm 1: Nước từ sông Sét qua mương nước bơm vào hồ nuôi. -Điểm 2: Nước thải từ lò mổ chảy xuống hồ . -Điểm 3: Nước tại phía bên kia mặt hồ là điểm thoát nước ra sông Kim Ngưu. Bảng 1: Kết quả phân tích chất lượng nước ở hồ nuôi cá Thịnh Liệt. tt Các chỉ tiêu Đơn vị Các điểm lấy mẫu 1 2 3 Nhiệt độ nước oC 28 29,5 28 pH 7,5 7,26 6,93 SS mg/l 225 300 90 CODKMnO4 mg/l 57,2 66 38 DO mg/l 1,2 0,8 3,70 BOD5 mg/l 160 162,5 112,5 NH4+ mg/l 7,5 14,4 4,6 PO43- mg/l 2,7 4 2,5 Tổng VK hiếu khí TB/100ml 32. 106 24.106 Total coliform Tb/100ml 22.106 17.106 + Nhiệt độ : Qua khảo sát, chúng tôi nhận thấy sự dao động của nhiệt độ nước là từ 270C đến 320C và nhiệt độ không khí là 270C đến 340C. Nhiệt độ nước giữa các điểm lấy mẫu không có sự sai khác hoặc rất ít, với nhiệt độ này vẫn đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cá và các thuỷ sinh vật khác. + pH: Giá trị pH của nước trong hồ dao động từ 5,7 -8, phạm vi pH này thích hợp cho việc nuôi cá và các hệ thuỷ sinh vật. +Độ trong: Nước trong hồ nuôi chứa nhiều các chất huyền phù, các hạt cặn, nguyên nhân là do nước vào được bơm trực tiếp từ sông Sét và do nước thải từ lò mổ, từ các hộ dân xung quanh. + Màu sắc nước: Trong suốt thời gian nghiên cứu, nước hồ thường có mầu xanh đến xanh sẫm. Mức độ xanh giảm dần từ điểm đầu vào đến điểm cuối hồ và khác nhau sau mỗi lần thay nước. Đặc điểm này có thể do hệ thuỷ sinh vật phát triển mạnh cùng với hàm lượng cặn lơ lửng ở các điểm gần lò mổ và các cống nhỏ là rất lớn do đó làm thay đổi đặc tính lý hoá của hồ. + Mùi của nước: Do mặt thoáng của hồ tương đối lớn, trong hồ cũng có quá trình tự làm sạch nên mùi của nước hồ không gây quá khó chịu cho các hộ dân sống xung quanh hồ và có xu hướng giảm dần ở đầu nước ra. + Cặn lơ lửng: Tại các điểm lấy mẫu thấy hàm lượng các loại cặn cao. Tại các điểm đầu hồ hàm lượng cặn dao động rất lớn từ 200- 300mg/l, tương ứng tại điểm cuối là 50-120 mg/l. Như vậy, sự biến động giữa điểm đầu và cuối tương đối lớn chứng tỏ lượng cặn đã lắng đọng dần theo dòng nước khi chảy từ đầu xuống cuối hồ. Theo bảng1 ta thấy hàm lượng cặn lơ lửng tại điểm 2 là 300 mg/l lớn gấp 4 lần TC cho phép nước loại B. + Hàm lượng oxy hoà tan (DO): Hàm lượng oxy hoà tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như: áp suất, nhiệt độ, đặc tính của nguồn nước. Từ bảng 1 cho thấy DO của nước rất thấp dao động từ 0,8 mg/l (tại điểm2) tới 1,2mg/l (điểm 1). Qua các đợt khảo sát ta thấy DO tại điểm 1và 2 rất thấp là do nước thải chứa một lượng lớn chất hữu cơ và vô cơ, nước thải trực tiếp đổ vào hồ làm tăng nhanh số lượng các vi sinh vật. Các vi sinh vật này hoạt động mạnh phân huỷ hữu cơ thành những chất đơn giản hơn, do đó chúng tiêu thụ một lượng lớn oxy trong nước. Tuy nhiên, qua một đoạn nước chảy nhất định, hoạt động vi sinh vật giảm làm tăng hàm lượng oxy hoà tan. Tại điểm 3, giá trị DO tăng cao (khoảng gần 4mg/l) là do hoạt động của các loài tảo trong quá trình quang hợp đã thải vào nước một lượng lớn oxy. + Hàm lượng CODKMnO4: Các kết quả xác định COD bằng KMnO4 tính trung bình chỉ bằng 21% so với sử dụng K2Cr2O7 nhưng xu thế biến động của các giá trị thu được trong cả 2 phương pháp là tương tự nhau. CODKMnO4 thay đổi từ 38- 66 mg/l lớn hơn nhiều lần so với TCVN. Điều này chứng tỏ lượng chất hữu cơ trong hồ là rất lớn (do lượng rác, nước sinh hoạt và nước thải lò mổ thải xuống hồ) + Hàm lượng BOD5 : Từ các bảng 1,2 cho thấy BOD5 của nước thải tại các điểm lấy mẫu có chỉ số thấp nhất là 112.5mg/l và cao nhất là 212,5mg/l đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép đối với nước mặt (<25mg/l) + Hàm lượng NH4+: Lượng amon tại các điểm lấy mẫu dao động từ 4 đến 14, 5 mg/l, so với tiêu chuẩn cho phép thì chỉ số này cao gấp 15 lần. Lượng NH4+ trong nước ít gây độc cho cá, song lại là tiền đề cho quá trình hình thành NH3 khi pH nước tăng, mà NH3 lại là chất rất độc cho cá và gây ô nhiễm xung quanh bởi mùi hôi khó chịu của nó. + Hàm lượng PO43-: Từ kết quả phân tích nước bảng 2 ta thấy hàm lượng PO43- ít hơn so với nitơ và dao động trong khoảng 2,5 đến 4mg/l. Tuy nhiên cùng với NH4+, PO43- là nguyên nhân gây sự phì nhưỡng của hồ. PO43- không gây hại trực tiếp cho cá nhưng nó sẽ gây hiện tượng “nở hoa” của nước, dẫn đến các tác động gián tiếp khác như làm giảm lượng ôxy và thải ra các độc tố ảnh hưởng xấu đến cá nuôi. + Số lượng vi sinh vật: Chất lượng nước về mặt sinh học được biểu hiện bởi các sinh vật chỉ thị. ở đây, chúng tôi đề cập tới Total coliform, tổng VK hiếu khí làm sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng nước. Từ bảng 1 cho thấy Total coliform dao động từ 17.106 đến 26.106 TB/ 100ml, tổng vi khuẩn hiếu khí từ 24.106 TB/100ml đến 32.106 TB/100ml. Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm các VSV gây bệnh đường ruột. Sở dĩ trong hồ có số lượng Coli lớn là do hồ trực tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ các khu xung quanh và nước từ lò mổ không qua xử lý đổ vào hồ. Qua các phân tích trên có thể kết luận rằng chất lượng nước sử dụng để nuôi các ở hồ này chưa đảm bảo về vệ sinh an toàn. Khi sử dụng nguồn nước nuôi như vậy trong cá sẽ tích tụ nhiều chất độc hạicho người sử dụng. Ngoài ra, với mục đích sử dụng hồ này là nơi điều hoà nước mưa, tiếp nhận và xử lý nước thải của các hộ dân khi chưa có hệ thống thoát nước riêng và trong tương lai là nơi thư giãn nghỉ ngơi, rèn luyện sức khoẻ cho người dân trong vùng, chúng tôi đề xuất một số biện pháp xử lý sau: Tách nước thải từ khu vực lò mổ và xưởng bia không cho chảy trực tiếp vào hồ.. Nước thải từ đây sẽ được dẫn vào sông Sét nhập với hệ thống thoát nước thải phía Nam thành phố. Biện pháp này có thể sử dụng được vì hệ thống lò mổ và xưởng bia nằm gần nhau và ở bên sông Sét nhưng sẽ không được lấy nước trực tiếp từ sông Sét. Xử lý nước thải trước khi xả vào hồ: Xây các trạm xử lý gần hồ để xử lý sơ bộ nguồn nước thải trước khi cho chảy vào hồ. Phương án này có tính lâu dài, giải quyết được nguồn nước đầu vào cho hồ, tạo nguồn thức ăn cho cá và giảm thiểu ô nhiễm. Chương II: Giải pháp cải tạo chất lượng nước 1. Giới thiệu vai trò và ứng dụng của vi tảo trong quá trình làm sạch nước: Trong xử lý sinh học bằng vi tảo (microalgae) người ta thường sử dụng Chlorella và Scenedesmus. Những vi tảo này có đặc điểm là : - Sinh sản rất nhanh theo luỹ thừa, với một bình chứa 1000 tế bào/ cm3, thì sau 25 giờ sẽ có 200.000 bào/ cm3 (tương đương với 2,5g/lít). Trong sản xuất, mỗi m2/ngày sản sinh 20g tảo, suy ra 1000m2 sản sinh được 7000kg tảo mỗi năm (có khoảng 3500 kg protein) -Về mặt thành phần hoá học Chlorella chứa rất nhiều axit amin cần thiết cho cơ thể, nhất là lizin và arginin, giầu vitamin, ergosterol (cho vitamin D), vitamin C... Trong quá trình sống tảo hấp thu một số chất gây ô nhiễm và khiến cho nước trở nên sạch hơn, do vậy đã có nhiều nghiên cứu thăm dò những biện pháp dùng tảo để xử lý nước thải, xem xét những ứng dụng hiện có và tiềm ẩn nhằm nhấn mạnh khả năng của tảo, định hướng tương lai cho những nghiên cứu và ứng dụng. Một đặc điểm nổi bật của vi tảo là sinh khối có hàm lượng protêin cao, trung bình 50-65% tính theo trọng lượng khô. Sinh khối tảo Chlorella ở Nhật Bản đã được đóng viên và sử dụng như một loài thức ăn bổ dưỡng (heath food). ở Liên Xô cũ, tảo Chlorella được pha chế dưới dạng dung dịch và được gọi là sữa xanh. Sữa xanh hạn chế tác dụng xấu của gossipol và tăng hàm lượng vitamin trong khẩu phần thức ăn của gia súc. Năm 1978, D.Khuzakhmedop đã dùng tảo Chlorella vulgaris và Scenedesmus obliquus để xử lý nước thải nuôi lợn ở Tatxken(Liên Xô), sau 8-10 ngày thu được sinh khối tảo Chlorella vulgaris và làm sạch nước nhanh chóng. Theo Laliberte và cộng sự(1994), việc dùng vi tảo để xử lý nước thải có những ưu thế riêng biệt. Vi tảo có tác dụng diệt khuẩn gây bệnh thông qua việc tiết vào môi trường các chất kháng sinh, thay đổi pH của môi trường. Trong nước thải giàu chất hữu cơ, sự cộng tác - tương tác của vi tảo và vi khuẩn có thể khái quát theo sơ đồ sau. Nước thải hữu cơ Chất hữu cơ ánh sáng Oxy hoà tan Oxy hoá vi khuẩn Quang hợp vi tảo CO2, PO4, NH4 Bùn hữu cơ Sinh khối vi tảo Tại Singapore (M.A.Aziz,1991) sử dụng tảo hoạt hoá làm sạch nước thải và công nghiệp từ trại chăn nuôi lợn và nhà máy dầu cọ. Sau 15 ngày loại bỏ được 80-88% BOD, 70-82% COD, 60-70%N, 50-60%P. Tại ấn Độ (B.D.Tripathi,1991) dùng tảo với thực vật thuỷ sinh làm sạch nước thải thành phố . Thí nghiệm sau 25 ngày có thể làm giảm 78.1% thể rắn huyền phù, 89.2% PO43-, 81.7%NO3-, 95.1%NH4, 7.9%COD, DO tăng đến 70%. ở Việt Nam, TS. Dương Đức Tiến và cộng sự (1989) đã nuôi tảo Spirulina platensis trong nước thải nhà máy phân đạm Hà Bắc, kết quả đã loại trừ NH3 ra khỏi nước thải và thu sinh khối tảo này giàu prôtêin. Các nhà khoa học Việt Nam đã thử nghiệm đưa sinh khối Spirulina vào thức ăn của cá mè trắng, mè hoa, trắm cỏ, rôphi với tỷ lệ 5% đã làm tăng tỷ lệ sống và tốc độ sinh trưởng của cá. Ngoài ra,việc đưa sinh khối Chlorella, Scenedesmus, Spirulina vào khẩu phần thức ăn của gà với tỷ lệ 7,5-10% là giải pháp có lợi về kinh tế và tăng chất lượng của trứng. 2. Xử lý nước bằng các vi sinh vật: Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ thành các chất vô cơ(khoáng hoá) cung cấp cho các thực vật thuỷ sinh trước hết là tảo. Chúng có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ hydratcacbon, protein, chất béo cùng với nguồn nitơ, phospho... Với mục tiêu giảm thiểu chi phí, tận dụng được nguồn vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên và do đặc điểm nước hồ ở đây có hàm lượng chất hữu cơ cao, chúng tôi bước đầu tiến hành nghiên cứu sử dụng các vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình chuyển hoá hợp chất hữu cơ, đặc biệt là quá trình chuyển hoá amôn thành nitrit cụ thể là chế phẩm Bacillu sp, Nitrosomonas và Nitrobacter (Vi khuẩn nitrat hoá). Chế phẩm Bacillus sp là tập hợp các vi khuẩn cần có ôxy để hoạt động phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước(đặc biệt là Protein). Nitrosomonas là vi khuẩn gram âm có tế bào hình elíp, đứng riêng rẽ hoặc thành chuỗi, phát triển tốt trong nước ngọt có chứa nhiều NH4+, ôxy hoá NH4+ thành N02-, dùng quá trình cố định CO2 để thoả mãn nhu cầu về năng lượng và nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Nitrobacter là vi khuẩn gram âm, tế bào hình que ngắn, phát triển được trong giới hạn nhiệt độ 5- 400C, pH là 6,5- 8,5, tham gia chuyển hoá nitri(N02-) thành nitrat (NO3-). Các chủng trên đều có khả năng sử dụng tốt các nguồn nitơ, NH4+ thường được hấp thụ nhanh hơn, sau đó mới hấp thụ đến gốc NO2(nhờ Nitrosomonas) , NO3-(nhờ Nitrobacter), làm chất lượng nước phù hợp hơn cho các quá trình xử lý tiếp theo như xử lý bằng tảo, thực vậy thuỷ sinh như: bèo, ớt ruộng... Để chứng minh điều này trong thực tế, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm so sánh giữa việc xử lý nước thải có và không bổ sung nguồn vi sinh vật, giữa xử lý kết hợp tảo và chế phẩm vi sinh vật trên. + Cách tiến hành : Nước thải được lấy về phòng thí nghiệm trước hết đánh giá các chỉ tiêu ban đầu của nước thải như vi sinh vật, COD, BOD5, SS, pH, nhiệt độ, DO, NH4+, PO43-. Sau đó chúng tôi lấy 1000ml nước thải cho vào hai chai có dung tích 1,25l . Chai một : Bổ sung thêm chế phẩm vi sinh vật (với tỷ lệ chế phẩm: nước là 1:20) . Chai hai : Không bổ sung vi sinh vật. ở đây, chúng tôi thấy tại điểm 2 là nước có các chỉ tiêu ô nhiễm cao nhất, vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải tại điểm 2 sau khi đã để lắng. Tiến hành sục khí ở hai chai liên tục trong 24 giờ để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động và kết quả được thể hiện tại bảng 2: Bảng 2 : Chất lượng nước thải trước và sau khi xử lý bằng vi sinh vật Các chỉ tiêu Đơn vị Trước xử lý Sau xử lý trong đ/k hiếu khí Chai thứ nhất Chai thứ hai NH4+ mg/l 14,4 10,4 12,2 PO43- mg/l 4 2,7 3 COD mg/l 66 41 57 BOD5 mg/l 162,5 120 140 Theo các tài liệu nghiên cứu đã có trước đây, tỷ lệ pha hỗn hợp vi sinh vật với nước là 1: 20 (1l chế phẩm pha trong 20l nước) là tỷ lệ phát triển thích hợp cho khả năng xử lý của hỗn hợp vi sinh vật. Do đó, chúng tôi chọn tỷ lệ này để tiến hành thí nghiệm. Sau khi xử lý bằng sục khí, chúng tôi thấy rằng ở chai thứ hai các chỉ tiêu có giảm nhưng không đáng kể. Nhưng ở chai thứ nhất thì hiệu quả xử lý tương đối tốt khi bổ sung thêm hỗn hợp vi sinh vật vào nước như: COD giảm 53,34%, NH4+ giảm 27,78%, PO43- giảm 37,5%.... Như vậy, khi bổ sung chế phẩm vi sinh vào nước thì khả năng xử lý tăng hơn so với nước không bổ sung vi sinh vật là 10 -20%. 3. Kết quả xử lý nước nuôi cá bằng vi tảo Chlorella pyrenoidosa: Ngoài việc xử lý nước bằng vi khuẩn, người ta còn làm sạch nước bằng cách nuôi tảo để tận dụng được nguồn sinh khối. Nước của hệ thống xử lý này có thể sử dụng lại với nhiều mục đích khác nhau như: làm thức ăn cho cá, tưới cho rau... Mặt khác, nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới có số giờ nắng rất cao 2000- 3000h/năm, rất thích hợp cho việc phát triển của tảo. Do vậy, chúng tôi tiến hành thí nghiệm nuôi cấy tảo Chlorella pyrenoidosa và tảo Chlorella pyrenoidosa kết hợp phun vi sinh vật làm sạch nước hồ trong các khoảng thời gian khác nhau. Tại vị trí lấy mẫu (điểm 2), lấy lượng mẫu là 5000ml, có sục khí ở cả 3 mẫu. ở mẫu ĐC chỉ sục khí kích thích hệ vi sinh vật tự nhiên có trong nước hoạt động, ở TN1 ngoài hệ sinh vật tự nhiên còn bổ sung tảo Chlorella pyrenoidosa với tỷ lệ bổ sung tảo là 1:5 (theo các tài liệu đã được nghiên cứu trong và ngoài nước, đây là tỷ lệ thích hợp để tảo phát triển, do vậy, chúng tôi chọn tỷ lệ này để tiến hành các thí nghiệm), TN2 có bổ sung tảo Chlorella pyrenoidosa kết hợp phun chế phẩm vi sinh vật, tỷ lệ bổ sung vi sinh vật là 1:20 và với tảo là 1:5. Các kết quả phân tích thành phần của nước hồ sau khi xử lý trong các khảng thời gian khác nhau được trình bày ở bảng 3 Bảng 3: Sự thay đổi chất lượng nước sau xử lý bằng tảo và tảo kết hợp vi sinh vật. Chỉ tiêu Ngày đầu Sau 3 ngày Sau 5 ngày Sau 7 ngày ĐC TN1 TN2 ĐC TN1 TN2 ĐC TN1 TN2 BOD5 162,5 96 67 61 67,6 37,5 20,8 48,2 25,48 13,6 COD 66 48 42 34,6 36,9 25,6 16 24,72 15,7 7,56 NH4+ 14,4 8,25 5.7 4,8 4,2 3,36 2,5 1 0,7 0,25 PO43- 4 3 1,75 1,5 2,5 0,75 0,5 1,5 0,25 0 pH 7,26 7,18 7.5 7,33 7,3 8,2 7,73 7,28 8,33 7,8 ĐC : Mẫu chỉ có hệ vi sinh vật tự nhiên, không bổ sung thêm tảo và vi sinh vật TN1: Mẫu có nuôi tảo, không bổ sung thêm vi sinh vật. TN2: Mẫu nuôi tảo và vi sinh vật. Bảng 4: Hiệu quả xử lý nước hồ theo thời gian (tính theo %). Chỉ tiêu Sau 3 ngày Sau 5 ngày Sau 7 ngày ĐC TN1 TN2 ĐC TN1 TN2 ĐC TN1 TN2 BOD5 41 58,77 62,46 58,4 76,92 87,2 70,34 84,32 91,63 COD 27,3 36,37 47,58 44,1 61,21 77,76 62,55 76,21 88,55 NH4+ 41 60,42 66,67 70,83 76,67 84,64 93,06 95,14 98,26 PO43- 25 56,25 62,5 37,5 81,25 87,5 62,5 93,75 100 Bảng 4 là hiệu quả xử lý nước hồ theo thời gian khi nuôi tảo Chlorella pyrenoidosa đối với các chỉ tiêu BOD5 , COD, NH4+. Trong bảng này tính toán được hiệu quả làm sạch của các mẫu thí nghiệm và đối chứng ở 3 ngày, 5 ngày và 7 ngày. Sau 3 ngày hiệu quả xử lý ở TN2 đạt 50- 70%. Sau 5 ngày hiệu quả xử lý ở TN2 đạt 75- 90%. Sau 7 ngày hiệu quả xử lý ở TN2 đạt 85- 100%. Để thấy rõ hơn hiệu quả xử lý ở các khoảng thời gian khác nhau, đặc biệt là ở 3 ngày đến 5 ngày. Chúng tôi biểu diễn hiệu quả ở đồ thị sau: Như vậy, sau 3-5 ngày, hiệu quả xử lý làm sạch nước đã đạt 70-90% và thời gian này cũng là thời gian tảo phát triển sinh khối mạnh làm thức ăn cho cá. Do vậy, với mục đích sử dụng nước sau xử lý tảo làm nguồn nước nuôi, cung cấp thức ăn cho cá và để tăng hiệu quả kinh tế, giảm thể tích bể nuôi, chúng tôi lựa chọn thời gian nuôi tảo là 4 ngày. Chương III: Quy trình xử lý Nước vào Song chắn Bể chứa, lắng Hồ xử lý tảo Nước đãxử lý Từ những kết quả thực nghiệm trên, chúng tôi đưa ra sơ đồ công nghệ xử lý nước bằng sinh học như sau: Với việc xây dựng hệ thống xử lý tại khoảng đất trống sát bên cạnh lò mổ, đối diện trạm bơm, chúng tôi có thể tận dụng được đường ống dẫn nước, hệ thống máy bơm và đường điện cũ của trạm bơm và lò mổ. Nước từ sông Sét qua song chắn được đặt trước đường nước vào trạm bơm để loại bớt rác, các chất bẩn kích thước lớn rồi được bơm điều hoà vào bể lắng, nước thải từ lò mổ và xưởng bia cũng được dẫn về từ các hệ thống ống dẫn cũ, qua một lưới chắn rồi được hoà chung vào nguồn nước bơm từ sông Sét chảy vào bể lắng. Bể lắng được cấu tạo thành 2 khoang có vách ngăn song song và độ dốc để dòng chảy chậm lại và lắng tiếp các tạp chất về cửa xả bùn. Tại đây, nước lưu lại để lắng sơ bộ trong 90 phút và phun chế phẩm vi sinh vật, trong thời gian này nước bắt đầu phân huỷ một phần chất hữu cơ do tác dụng của chế phẩm vi sinh vật. Sau quá trình lắng sơ bộ, phần nước trong được chảy tràn qua ống dẫn nước sau lắng vào hồ xử lý tảo. Tại hồ nuôi tảo, nước được tràn từ bể lắng dẫn vào hồ, thời gian lưu nước là 4 ngày để sinh khối tảo phát triển và làm sạch nước. Sau đó, nước và sinh khối tảo được xả ra hồ nuôi theo một máng tràn hàng ngày. Lượng nước xả ra này có tính tuần hoàn, gối tiếp lượng nước cần xử lý khác để đảm bảo lượng nước lưu trong hồ và lượng xả ra mỗi ngày. Lượng bùn thải của quá trình lắng và nuôi tảo được nạo vét định kỳ, sau khi nạo vét được đem phối trộn với than mùn + bùn hoạt tính, ủ yếm khí trong các túi nilon. Sau một thời gian ủ, phân được bón cho cây trồng làm tăng độ mùn, tăng các chất dinh dưỡng cho đất trồng. Tính toán xây dựng bể: Bể lắng: Thông số chọn: Chiều cao vùng lắng: 2,5m Tải trọng bề mặt: Uo = 30 m3/m2 ngày. Qmax = 450 m3/ngày. Tính toán: Diện tích bề mặt cần thiết: Chiều rộng bể: H = B ị F =H ´B = 4 B2 =16 m2 ị B= 2m ịChiều dài : L = 8m ị Diện tích thực S =16 m2 H chọn = 1m Uo= 450/16 ằ 30 m3 / m2 ngày(trong giới hạn cho phép) Thể tích bể lắng: V = 16 ´2 – 1/2 ´(7,5´0,5´2) ằ 28,25 m3 Thời gian lưu nước trong bể: Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: VH ằ 0,063 m/s Û 0,2254km/h Bố trí máng thu nước ra là 1máng ngang chạy suốt chiều rộng bể : + Rộng: 0,40m + Dài: 2m ị Tải trọng thuỷ lực của máng: q =500/2 = 250 m3/ m dài ngày ịVận tốc nước chảy vào máng thu: V = Q / F = 450/ 2´ 0,2´ 84 ´ 600 = 0,0133 w/s Đường kính ống xả nước vào: VH = Q / F ị F = 450/ 0,063 .84. 600 =0,142 w/s Fống = 84,43 c m2 Dống tròn = 25 cm Hiệu quả xử lý BOD và SS: Tương tự ta có RSS = 52,63% Như vậy bể lắng cần xây dựng có diện tích S = 18 m2, Chiều cao bể là 2m, thời gian lưu nước trong bể là 1,5h ị Thể tích phần xây dựng: Chọn bề dầy tường là 22cm VXD = 9,44 .2,44 .2 = 46 m3 Các thiết bị phụ trợ: ống dẫn nước vào tận dụng đường ống cũ dẫn nước từ trạm bơm vào hồ. Máng thu nước ra khỏi bể lắng: Rộng : 0,4m; Dài 4m; Cao 0,3m Tấm chắn ổn định dòng: Kích thước (1,6 ´1,6); Dày 1,5mm. Bơm : Máy bơm nước công suất bơm 50 m3/h Tính toán hồ nuôi tảo: Để tiết kiệm diện tích bề mặt và tận dụng nguồn nước trong hồ, chúng tôi xây dựng hồ nuôi tảo bằng cách đắp đê ngăn. SS sau xử lý = 225 .31,25% = 70,3125 BOD sau xử lý = 84,208 Hằng số động học chọn: Y =0,65 (hệ số tạo bùn max tính theo bùn tạo ra khi khử 1mg BOD5) K = 0,07 (hệ số phân huỷ nội bào) K = 2,4(hằng số tốc độ xử lý BOD5 theo phản ứng ở 20 oC) Z =0,2 ( độ tro của bùn hoạt tính) Điều kiện đầu ra SS= 22, BOD =30 Lượng BOD hoà tan ở đầu ra: a = SSra . Y . BOD /COD .1,42 =22.0,65 .1,2. 1,42 = 24,32mg/ml ị b = 50 - 24,32 = 25,68 (mg/ml) Chọn thời gian lưu: 4 ngày: V = 4 . 450 = 1800 m3 Chiều sâu hồ 2,5 m Diện tích hồ 1800/ 2,5 = 720 m2 Tính nhiệt độ nước trong hồ: Chọn: Nhiệt độ nước hồ vào mùa đông : 18oC, nhiệt độ không khí 15 oC Nhiệt độ nước mùa hè: 28 oC, nhiệt độ không khí 35 oC Mùa đông: Mùa hè: Th = 29,17 oC Trong đó: Ti: nhiệt độ nước vào Ta: Nhiệt độ không khí A : Diện tích hồ Q: lưu lượng f: Hệ số tỷ lệ = 0,5 Hằng số tốc độ phản ứng KT: KT = K20 qT-20 (q: Hệ số đối với phản ứng khử BOD và Nitrat hoá = 1,06) Mùa đông : K20 = 2,5(chọn) T= 17,5 oC ị KT= 2,5 / (1,06)2,5 = 2,136 Mùa hè: KT = 2,5 . (1,06) 9,17= 4,265 Hiệu quả xử lý: S : Nồng độ BOD ra So: Nồng độ BOD trong nước thải T : thời gian lưu. ị Từ những tính toán trên, chúng tôi lựa chọn hồ nuôi tảo có: Diện tích 720m2, sâu 2,5m, thời gian lưu 4 ngày Trường hợp này chỉ đắp đê ngăn hình thang: (hình vẽ) Hai cạnh a = 30m, b = 24m Đáy lớn 1,8m, Đáy nhỏ 1m, Chiều cao đê 3m Diện tích đê = 4,2 m2 Chiều dài cần đắp L = a + b = 54m. Khối lượng đất cần: V = Sđê . L = 227 m3 1m 3m â 1,8 m 1,8m Hồ nuôi tảo Đê bao hồ Tính giá thành xây dựng, vận hành hệ thống xử lý: Chi phí xây dựng hệ thống xử lý: Bể lắng ước tính giá xây dựng là 13.821.000đồng. Hồ nuôi tảo ước tính giá xây dựng là 12.500.000 đồng. Điện tiêu hao cho vận hành hệ thống xử lý là: Máy bơm nước 50m3/h là: 5kw/h. 800đ/kw = 4000đ/h Máy bơm bùn: 2,2 kw/h . 800 đ/kw = 1760 đ/h Tổng cộng: 5760đ/h Quy về m3 là: 5760đ/50 m3 = 115.2đ/m3 Vì đây là bơm nước của hồ cá nên người chủ hồ cá cũng là người bơm nước hàng ngày do vậy, không phải tính chi phí cho nhân công vận hành hệ thống. Tổng chi phí toàn bộ cho xử lý 1 m3 nước nuôi cá là 115.2đ/m3 Trước đây, khi chưa xây dựng hệ thống xử lý nước, hàng ngày chủ hồ cá vẫn phải bơm nước vào hồ để thay nước hồ, do đó chi phí điện cho máy bơm nước không phải chi phí phát sinh mà chỉ phát sinh thêm chi phí chạy máy bơm bùn chạy định kỳ 4ngày/lần. Những lợi ích thu được nếu cải tạo chất lượng nước hồ: Giảm số lần thay nước hồ trong ngày, tiết kiệm năng lượng, tăng giá trị kinh tế. Tận dụng được nguồn thức ăn sạch cho cá là tảo và các vi sinh vật khác nâng cao sản lượng, chất lượng cá. Tận dụng nguồn nước tưới giầu dinh dưỡng cho các ruộng rau xung quanh. Ngoài những lợi ích kinh tế kể trên, xây dựng hệ thống cải tạo chất lượng nước còn đem lại những lợi ích lâu dài mà không thể lượng hoá được bằng tiền như: Bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng thông qua các sản phẩm cá chất lượng cao, góp phần giảm chi phí phúc lợi xã hội. Giảm thiểu ô nhiễm, duy trì được môi trường sinh thái và đa dạng sinh học. Chương iV: Kết luận. Qua những khảo sát và thử nghiệm thực tế thu được, cho phép chúng tôi đưa ra các kết luận sau: Nước hồ nuôi cá Thịnh Liệt chưa đảm bảo được các tiêu chuẩn về môi trường cũng như để nuôi cá. Lượng oxy hoà tan trong nước rất thấp (0,8 mg/l), lượng COD cao gấp 4-10 lần, BOD5 cao gấp 4 -8 lần, N-NH4+ gấp 5-15 lần (PO43 - = 4,6 mg/l , NH4+ = 14,4 mg/l) so với mức độ giá trị B của TCVN 5242- 1995 về chất lượng nước mặt. Do vậy, việc xử lý nước hồ để đáp ứng các tiêu chuẩn cũng như chất lượng cá nuôi là rất cần thiết. Để xử lý nước hồ nuôi cá thì biện pháp dùng vi tảo chiếm ưu thế về mặt chất lượng nước xử lý cũng như về mặt giá trị kinh tế. Chứng minh được xử lý nước hồ Thịnh Liệt bằng tảo Chlorella pyrenoidosa kết hợp phun chế phẩm vi sinh vật đem lại hiệu quả cao hơn khi chỉ xử lý bằng tảo. Hiệu quả xử lý sau 3 á 5ngày, COD giảm 77,76% , BOD giảm 87,2%, NH4+ và PO43- giảm 80 á 90 %. Đề ra phương án kết hợp dùng vi tảo và chế phẩm vi sinh vật và tính toán hệ thống xử lý nước hồ Thịnh Liệt công suất 450 m3/ngày.