Luận Văn Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác cây trồng nông nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
​

1.1 Đặt vấn đề
Môi trường và những vấn đề liên quan tới môi trường là đề tài được bàn luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của mỗi quốc gia trên thế giới. Trái đất đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần nguồn tài nguyên. Nguồn gốc của sự biến đổi về môi trường trên thế giới hiện này là do các hoạt động kinh tế - xã hội của con người. Con người là một phần của hệ sinh thái môi trường,các hoạt động của con người ngày càng tác động đến môi trường càng rõ rệt. Các hoạt động này, một mặt cải thiện cuộc sống của con người và môi trường, mặt khác lại mang hàng loạt các vấn đề như : khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên môi trường và vấn đề nan giải nhất là ô nhiễm môi trường trên khắp thế giới .
Trong top 10 về vấn đề ô nhiễm hiện nay thì ô nhiễm nguồn nước là vấn đề mà xã hội hiện nay đang quan tâm nhiều nhất .
Theo báo cáo của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, đến hết năm 2008 cả nước có khoảng 200 khu công nghiệp. Ngoài ra còn có hàng trăm cụm, điểm công nghiệp được Ủy ban nhân dân các tỉnh, thành phố trục thuộc Trung ương quyết định thành lập. Theo báo cáo giám sát của Ủy ban Khoa học Công nghệ và môi trường của Quốc hội , tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải tập trung ở một số địa phương rất thấp. Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ thống xử ly nước thải nhưng không vận hành vì để giảm chi phí. Đến nay, mới có 60 khu công nghiệp đã hoạt động đã có trạm xử lý nước thải tập trung ( chiếm 42% số khu công nghiệp đã vận hành ) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng trạm xử lý nước thải .
Ở nước ta hiện nay , phần lớn nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị, ven đô thị, nông thôn đều chưa được xử lý đúng cách. Nước thải từ các khu vệ sinh mới chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa được yêu cầu, xả ra môi trường là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Điều kiện nước ta hiện nay, phần lớn các dự án thoát nước và xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, và nếu có thì cũng chỉ hướng tới giải quyết các vấn đề thoát nước mưa, khắc phục tình trạng ngập úng . Khó khăn về kinh tế để duy trì vận hành bảo dưỡng hệ thống đó, do đó việc nghiên cứu làm sạch nước thải tại chỗ cho hộ gia đình hay cụm dân cư bằng công nghệ phù hợp, đơn giản, chi phí xây dựng và vận hành thấp ,đảm bảo vệ sinh môi trường là một hướng giải quyết hợp lí và khả thi .
Trên thế giới gần đây, Bãi lọc trồng cây ( Constructed Wetland ) được biết là một công nghệ xử lý nước thải trong điều khiện tự nhiên. Chi phí thấp, vị trí ổn định, hiệu xuất cao, nhất là tăng năng xuất cây trồng. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý còn có giá trị kinh tế cao. Công nghệ xử lý này ở Việt Nam còn rất mới mẻ.
Trong phạm vi hạn hẹp về thời gian và kiến thức về khóa luận em chọn đề tài “Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp” Công trình ứng dụng cho đề tài là hệ thống xử lý nước thải bằng Bãi lọc trồng cây.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .
Sản xuất bền vững là hướng phấn đấu của ngành nông nghiệp nhiều nước tiên tiến trên thế giới hiện nay. Tiêu chí của sản xuất nông nghiệp bền vững có nhiều vấn đề, nhưng tập trung là tạo ra sản phẩm sạch, an toàn và bảo vệ môi trường (trong đó có bảo vệ nguồn nước và bảo tồn tài nguyên đất).
Khai thác, sử dụng chất hữu cơ là một giải pháp để bảo tồn tài nguyên đất trong sản xuất nông nghiệp bền vững. Nước thải chứa chất hữu cơ cung cấp đủ chất hữu cơ và các vitamin cho cây trồng. Việc tận dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp cần được khai thác và sử dụng .
1.3 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào việc tăng năng xuất cây trồng bằng Bãi lọc trồng cây.
1.4 Nội dung của đề tài
- Thu thập số liệu , tài liệu đánh giá tổng quan về Bãi lọc trồng cây.
- Khảo sát , phân tích các phương pháp xử lý nước thải của Bãi lọc trồng cây.
- Các công nghệ xử lý kết hợp với phát triển nông nghiệp nước ta hiện nay.
- Xây dựng các hệ thống xử lý cho từng loại cây trồng nhằm làm tăng năng xuất.
1.5 Phương pháp thực hiện.
- Phương pháp thu thập và khảo sát thực tế.
- Phương pháp tổng hợp tài liệu .
- Phương pháp kế thừa : kế thừa những kết quả số liệu của những nghiên cứu đã có.
- Phương pháp phân tích đánh giá so sánh .
- Tiến hành các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm .
- Tiến hành thực hiện mơ hình ở thực tiễn .
1.6 Tính mới của đề tài.
Việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp là một vấn đề mới ở nước ta . Hệ thống Bãi lọc trồng cây là một công nghệ mới, hệ thống xử lý đơn giản và có thể ứng dụng vào phát triển nông nghiệp.
1.7 Ý nghĩa khoa học .
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ của Bãi lọc trồng cây nhân tạo kết hợp với canh tác nông nghiệp .
1.8 Ý nghĩa thực tiễn.
Đưa ra hướng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ, góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường ở nước ta hiện nay.

MỤC LỤC
​

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
trang
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 3
1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 4
1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4
1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4
1.6 TÍNH MỚI ĐỀ TÀI 4
1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC 4
1.8 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 6
2.1 Tổng quan về nước sạch 7
2.1.1 Khái niệm nước sạch 7
2.1.2 Định nghĩa nước thải 7
2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 8
2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 8
2.1.2.3 Nước thải tự nhiên 8
2.1.2.4 Nước thải đô thị 8
2.1.2.5 Mục đích xử lý nước thải 8
2.1.3 Thành phần tính chất nước thải 9
1.1.3.1 Tính chất vật lý 9
1.1.3.2 Tính chất hóa học 9
2.1.4 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu cầu xử lý 10
2.2 Tổng quan xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 12
2.2.1 Vi sinh vật trong quá trình xử lý 13
2.2.1.1 Khái niệm vi sinh vật và tầm quan trọng của vi sinh vật 13
2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học 14
2.2.3 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa 16
2.2.4 Sự phát triển tế bào và động học của phản ứng lên men 18
2.2.5 Ảnh hưởng các yếu tố lên quá trình oxy hóa sinh hóa 21
2.2.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 21
2.2.5.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng 21
2.2.5.3 Hấp thụ và nhu cầu oxy 21
2.2.5.4 Các yếu tố dinh dưỡng và vi lượng 21
2.2.6 Cấu trúc và các chất ô nhiễm bùn hoạt tính 22
2.2.6.1 Quá trình oxy hóa sinh hóa và cấu trúc 22
2.2.6.2 Các dạng và cấu trúc các VSV tham gia xử lý 22
2.2.7 Các phương pháp yếm khí 23
a. Quá trình xử lý kỵ khí sinh trưởng lơ lửng 24
b. Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính 24
2.2.7.1 Bể yếm khí 24
2.2.7.1.1 Nguyên lý chung 24
2.2.7.1.2 Quá trình công nghệ bể yếm khí 26
a. Quá trình công nghệ 26
b. Vi sinh vật tham gia xử lý 27
2.2.7.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xuất phân hủy tạo khí mêtan
28
a. Aûnh hưởng nhiệt độ 28
b. Liều lượng nạp nhiên liệu 28
c. Các chất dinh dưỡng 29
d. pH và độ kiềm 29
e. Độ mặn 29
2.2.7.2 Hồ yếm khí 30
2.2.8 Các phương pháp hiếu khí 31
2.2.8.1 Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo 32
2.2.8.1.1 Xử lý tong các bể Arotenk 32
2.2.8.1.2 Bể Lọc sinh học( Biophin) 36
2.2.8.2 Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 35
2.2.8.2.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 35
2.2.8.2.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 36
2.2.8.2.3 Hồ sinh học 37
a. Hồ hiếu khí 38
b. Hồ hiếu khí tùy nghi 39
c. Hồ kỵ khí 40
2.2.9 Xử lý bùn cặn 41
CHƯƠNG III TỔNG QUAN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BÃI LỌC TRỒNG CÂY VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 44
3.1Tổng quan về bãi lọc trồng cây (Constructed Wetland) 46
3.1.1 Khái niệm 46
3.1.2 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc 46
3.1.3 Các dạng Bãi lọc ngập nước nhân tạo 47
3.1.3.1 BLNT có dòng chảy bề mặt (FWS) 48
a. Các nguyên lý cơ bản 48
b. Tác dụng của cây trong FWS 48
c. Cơ chế vận chuyển oxy trong FWS 49
3.1.3.2 BLNT có dòng chảy ngầm (SSF) 49
a. Phân loại 49
b. Các nguyên lý cơ bản 50
c. Vận chuyển oxy trong SSF 50
d. Loại bỏ P qua hấp phụ (phân hủy các phần tử P) 50
3.1.3.2.1 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm ngang (HSF) 50
3.1.3.2.2 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm thẳng đứng (VSF)
51
3.1.4 Cấu tạo và các cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong BLNT 52
3.1.4.1 Cấu tạo hệ thống BLNT 52
3.1.4.2 Cơ chế loại bỏ chất ôi nhiễm trong BLNT 54
a. Quá trình vật lý 54
b. Quá trình hóa học 55
c. Quá trình sinh học 55
3.1.5 Khả năng xử lý của BLNT 57
3.1.6 Thực vật trong bãi lọc 59
3.1.6.1 Các nhóm thực vật thủy sinh 59
3.1.6.2 Vai trò của thực vật trong Bãi lọc 61
3.1.6.3 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải 62
3.1.7 Vi sinh vật trong bãi lọc nhân tạo 63
3.1.8 Vận hành và bảo dưỡng hệ thống BLNT 64
3.1.9 Ưu và nhược điểm của BLNT 66
3.2 Ứng dụng của BLNT trong canh tác nông nghiệp 68
3.2.1 Trên thế giới 68
3.2.2 Tại Việt Nam 70
CHƯƠNG IV MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN 72
4.1 Kết quả thí nghiệm 73
4.1.1 Quy mô phòng thí nghiệm 73
4.1.2 Mô hình nghiên cứu 73
4.1.2.1 Địa điểm thí nghiệm 73
4.1.2.2 Các công đoạn của mô hình 74
4.2 Kết quả và thảo luận 74
4.2.1 Kết quả 74
4.2.2 Thảo luận 78
4.2.2.1 Chiều cao cây X 79
4.2.2.2 Số lá cây Y 81
4.2.2.3 Diện tích lá Z 82
4.2.3 Các điều kiện ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của rau cải
xanh 84
4.2.3.1 Aûnh hưởng thời tiết khí hậu 84
4.2.3.2 Chất dinh dưỡng 84
4.2.3.3 Các yếu tố môi trường 86
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87
5.1 Kết luận 88
5.2 Kiến nghị 90
Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3