STT Kí hiệu của cơng thức Cơng thức
1 Đối chứng Nước thải khơng có vật liệu lọc 2 Vật liệu 2 (VL2) SN + CT + CM (10:4:4 cm) 3 Vật liệu 3 (VL3) ĐN + CT + CM (10:4:4 cm) 4 Vật liệu 4 (VL4) CT + CM + 50% XT (4:4:10 cm) 5 Vật liệu 5 (VL5) CT + CM + 30% XT (4:4:4 cm)
Cách tiến hành: Cho nước thải vào các thùng xốp tương ứng với 5 công thức vật liệu, sau 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày lấy nước thải ra phân tích.
Các chỉ tiêu phân tích:
- Chỉ tiêu vật lý của nước thải sinh hoạt sử dụng trong thí nghiệm trước và sau khi xử lý như mùi, màu bằng phương pháp cảm quan (định tính).
- Nồng độ trước và sau khi xử lý của pH, BOD5, COD, NH4+ ở các cơng thức được phân tích tại phịng thí nghiệm theo tiêu chuẩn quy định.
- Tính hiệu suất xử lý của các cơng thức vật liệu.
Thí nghiệm 2: Thử nghiệm trồng các loại thực vật thủy sinh khác nhau trên
môi trường nền của xỉ than, chọn ra loại cây phát triển tốt.
Thí nghiệm sử dụng các loại cây trồng có trong vùng nghiên cứu như bảng 2.3. Các loại cây trồng được chuẩn bị từ trước có chiều cao tùy từng giống cây sử dụng. Các loại cây được trồng riêng trong các thùng xốp nhỏ để xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây trên chất nền là xỉ than và thử ngưỡng chịu nồng độ COD của cây đối với nước thải sinh hoạt đầu vào.
Bảng 2.3. Các loại cây đƣợc sử dụng trong thí nghiệm STT Kí hiệu Tên thơng thƣờng Tên khoa học
1 PL Phát Lộc Dracaena Sanderia
2 MN Mon Nước Colocasia esculenta
3 DR Dong Riềng Canna edulis Ker
4 TT Thủy Trúc Cyperus alternifolius Linn
Thí nghiệm trồng cây trên vật liệu 4 (cát to, cát mịn, và 50% xỉ than).
Thời gian bố trí thí nghiệm 40 ngày kể từ ngày trồng cây.
Nước thải sinh hoạt dùng để thử khả năng phát triển cho các cây trồng trên xỉ than là nước thải lấy trực tiếp tại cống xả nước thải.
Các nồng độ thử được pha loãng theo cơng thức pha lỗng. Cơng thức pha lỗng: W = W0 (C1 – C2)/(C2 – C3)
Trong đó: W – Lượng nước pha (lít); W0 – Lượng nước nồng độ đậm đặc (l) C1 là nồng độ COD đậm đặc chưa pha (100%)
C2 là nồng độ COD cần pha;
C3 là nồng độ COD của nước dùng để pha loãng.
Sau pha lỗng có tải lượng COD dịng vào (trước xử lý) ở các công thức như sau: Nồng độ 1: ND1 – Hàm lượng COD 25% so với đậm đặc
Nồng độ 2: ND2 – Hàm lượng COD 50% so với đậm đặc Nồng độ 3: ND3 – Hàm lượng COD 75% so với đậm đặc Nồng độ 4: ND4 – Hàm lượng COD 100% đậm đặc
Phương pháp tiến hành:
Các loại cây thân cao, dạng bụi lớn được trồng riêng trong thùng xốp, một số cây thân nhỏ, tán gọn được trồng chung trong một thùng xốp.
Q trình thí nghiệm được tiến hành như sau: thay đổi nồng độ COD trong nước thải đầu vào theo hướng tăng dần từ nồng độ 1 đến nồng độ 4. Trong quá trình thử nồng độ, nếu cây nào héo chết thì dừng lại và sẽ lấy khả năng chịu ở mức thấp hơn nồng độ đó. Thời gian thay đổi nồng độ là sau 10 ngày. Lượng nước ở mức độ nước thải nguyên chất là 5 lít, ở các mức nồng độ sau lượng nước lấy theo tính tốn. Nước thải được lấy về đổ vào thùng và ngâm trong vòng thời gian 10 ngày, trước khi thay nước thử ở nồng độ sau thì xả sạch nước ở nồng độ trước, xả nước sạch vào và xả ra mới cho nước nồng độ sau vào.
Các chỉ tiêu theo dõi
- Khả năng sinh trưởng phát triển của cây: chiều cao cây, số lá.
- Số rễ, chiều dài rễ.
- Các biểu hiện màu sắc của lá ở các nồng độ thử
Phương pháp theo dõi thí nghiệm:
- Theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng của cây: Thời gian đo đếm 10 ngày đo 1 lần.
- Đo chiều cao cây (cm) được đo từ gốc cây đến đỉnh sinh trưởng của cây (đo đếm 3 cây/1 ơ thí nghiệm).
- Số lá (chiếc) được đếm từ thời điểm cây bắt đầu được theo dõi đến khi kết thúc thí nghiệm.
- Đếm số rễ trước trồng và sau trồng 40 ngày tiến hành thí nghiệm.
- Đo chiều dài ở rễ dài nhất, đo sau 40 ngày trồng.
- Tỉ lệ chết được đếm trực tiếp các cây chết (nếu có) rồi tính ra %.
- Kiểu hình của lá, cây: bằng phương pháp trực quan.
Từ kết quả thu được chọn ra hai loại cây phát triển tốt nhất là Mon Nước và Thủy Trúc.
Thí nghiệm 3: Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống
đất ngập nước nhân tạo với chất nền là xỉ than và trồng 2 loại cây được chọn.
Bố trí các cơng thức (CT) cây trồng trong thí nghiệm
Bảng 2.4. Các cơng thức cây trồng trong thí nghiệm Kí hiệu Cơng thức thí nghiệm
CT1 Chỉ có vật liệu 4, khơng có cây trồng (đối chứng)
CT2 VL4 + Mon Nước
CT3 VL4 + Thủy Trúc
Kiểu thí nghiệm: Bán tự nhiên, sử dụng xơ, thùng xốp lớn, để ngồi trời, có thể che được khi cần thiết.
Đo chỉ tiêu: pH, TSS, COD, NO3-
, NO2-, NH4+, PO43- sau 5, 10 ngày.
Thí nghiệm 4: Thay đổi thời gian lưu nước để chọn ra thời gian lưu tối ưu. So
sánh khả năng xử lý của 2 loại thực vật được lựa chọn.
Thay đổi thời gian lưu nước từ 5, 10 ngày.
Phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, NO3-
, NO2-, NH4+, PO43- sau 5, 10 ngày.
2.3.2.3. Phương pháp phân tích mẫu
Một số chỉ tiêu màu, mùi được đánh giá bằng phương pháp cảm quan.
Nồng độ trước và sau xử lý: pH, TSS, COD, NO3-
, NO2-, NH4+, PO43 được phân tích tại Viện Môi trường Nông nghiệp, Viện Công nghệ Môi trường theo đúng quy định trong TCVN:
- TCVN 6492:2011: Chất lượng nước – Xác định pH.
- Xác định TSS theo phương pháp SMEWW 2540D:2012.
- TCVN 6180:1996: Chất lượng nước – Xác định Nitrat.
- TCVN 6179 – 1:1996: Chất lượng nước – Xác định Amoni.
- Xác định phốtphát theo phương pháp SMEWW 4500 P E:2012.
- Xác định COD theo phương pháp SMEWW 5220C:2012.
- Xác định Nitrit theo phương pháp SMEWW 4500NO2- B:2012.
Phương pháp xác định pH, độ ẩm, tỷ trọng thể rắn, thành phần khoáng và thành phần kim loại của xỉ than NMNĐ Mông Dương.
- Độ ẩm:
Nguyên lí phương pháp: Thường dùng phương pháp sấy khô ở 1050C –
1100C. Khi đó nước hút ẩm bị bay hơi mà CHC chưa bị phân hủy. Tuy nhiên mẫu có hàm lượng CHC cao thường khó đạt được đến lượng khơng đổi sau sấy, nên thường lấy mẫu sấy ở 1050C trong thời gian quy định. Khi hàm
lượng CHC quá cao có thể áp dụng phương pháp sấy áp suất thấp (sấy ở nhiệt độ 700
C – 800C, áp suất 20mmHg). Dựa vào khối lượng giảm sau khi sấy tính được lượng nước của xỉ than.
Trình tự phân tích: Sấy cốc cân bằng nhơm ở 1050C đến khối lượng khơng
đổi. Cho cốc vào bình hút ẩm, để ở nhiệt độ trong phịng. Cân chính xác khối lượng cốc bằng cân phân tích (W1).
Cho vào cốc 1g xỉ than đã hong khơ khơng khí và đã rây qua 1 mm. Cân khối lượng cốc đã sấy và xỉ than (W2).
Cho vào tủ sấy ở 1050C–1100C trong 8h, lấy ra cho vào bình hút ẩm để hạ nhiệt độ tới nhiệt độ phịng (thơng thường với hộp nhôm để 20 phút). Cân khối lượng cốc và xỉ than sau khi sấy (W3) đến khối lượng không đổi.
Lượng nước (%) là lượng nước tính trong 100g xỉ than đem phân tích được tính theo cơng thức:
- pH:
Xác định pH của xỉ than bằng phương pháp cực chọn lọc hiđro.
Nguyên lí phương pháp: Ion H+
được chiết rút bằng chất chiết rút thích hợp (nước cất hoặc muối trung tính), dùng một điện cực chỉ thị (điện cực chọn lọc hyđro) và một điện cực so sánh để xác định hiệu thế của dung dịch. Từ đó tính được pH của dung dịch.
Trình tự phân tích: Lấy 10g xỉ than (đã qua rây 1mm) để 15 phút trên máy
lắc với 25ml KCl 1N(với pKCl). Sau đó để n khoảng 2 giờ (khơng q 3 giờ), lắc 2 đến 3 lần, rồi đo pH ngay trong dung dịch huyền phù.
Hiệu chỉnh máy: Trước khi đo pH cần hiệu chỉnh bằng cách đo dung dịch
đệm pH tiêu chuẩn. Chỉnh cho kim chỉ đúng trị số pH của dung dịch đệm.
- Tỉ trọng thể rắn (d):
Xác định tỷ trọng của xỉ than bằng phương pháp picnômet.
Nguyên tắc của phương pháp: xác định thể tích chất lỏng trơ tương ứng
với thể tích mẫu lấy để phân tích.
Trình tự phân tích: Picnomet được rửa sạch, tráng nước cất, sấy khô ở nhiệt độ khơng q 600
C, sau đó đem cân.
Cho đầy nước cất vào picnomet, đậy nắp, đem cân khối lượng. Xác định A Đổ hết nước trong picnomet, sấy khô. Cân 10g xỉ than cho vào picnomet (B=10) và đem cân khối lượng của picnomet + xỉ than, tia nước cất vào picnomet sao cho sau khi xỉ than ngấm hết nước, còn thừa lớp nước từ 3 – 5mm. Cẩn thận lắc và trộn xỉ than và nước nhưng chú ý không cho xỉ than bám lên thành picnomet. Đậy nắp và để ngấm từ 10 -12 giờ.
Sau đó tia thêm nước cất cho đến khoảng ½ thể tích của picnomet và đặt lên bếp điện đun. Chú ý không đun sôi mạnh, làm nguội picnomet và tia nước cất cho đầy, đậy nắp rồi đem cân. Xác đinh C.
Tỉ trọng thể rắn được tính theo cơng thức sau:
(A+B-C): thể tích nước do khối lượng của xỉ than chốn chỗ; B: khối lượng xỉ than khô; A: khối lượng picnômet + nước; C: khối lượng picnômet + nước + xỉ than.
- Thành phần kim loại nặng
Xác định hàm lượng kim loại nặng tổng số: bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, phá mẫu bằng hỗn hợp cường thủy (HCl:HNO3=3:1).
Quy trình thực hiện: Cân 3g xỉ than đã rây qua rây 1mm + 21ml HCl + 7ml HNO3 đặc cho vào cốc teflon.Đậy bằng kính đồng hồ ngâm trong 16 giờ. Đun hồi lưu trên bếp 2 giờ ở nhiệt độ 2000
100ml. Lọc cặn, lấy dịch trong đem đo hàm lượng KLN bằng máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Xác định hàm lượng kim loại nặng dễ tiêu: bằng phương pháp chiết.
Quy trình thực hiện: Cân 2,5g xỉ than đã rây qua rây 1mm cho vào bình
tam giác dung tích 100ml. Thêm 50ml HNO3 0,43N vào rồi lắc trong vòng 1 giờ trên máy lắc (tốc độ 120 vòng/phút). Lọc lấy dung dịch trong đem đo hàm lượng KLN dễ tiêu trong xỉ than bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử.
2.3.2.4. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm
Phân tích đánh giá các số liệu có sẵn, các số liệu thu thập được. Tổng hợp các số liệu đó trên Excel để đưa ra các nhận xét, đánh giá một cách đầy đủ.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu
Điều kiện thời tiết khí hậu là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng của các loại cây trồng. Bên cạnh đó hiệu quả xử lý của các loại cây trồng lại phụ thuộc trực tiếp vào sự phát triển của các loại cây nghiên cứu đặc biệt là tốc độ phát triển của bộ rễ. Nhân tố thời tiết khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng và phát triển của cây trồng cụ thể là: nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa... Khí hậu của Hà Nội mang đầy đủ tính chất của vùng nhiệt đới gió mùa với mùa đơng lạnh, khơ và mùa hè nóng ẩm mưa nhiều địi hỏi các loại cây trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo phải chịu được các yếu tố thời tiết như lạnh vào mùa đông hay nhiệt độ cao vào màu hè.
Thí nghiệm được tiến hành từ tháng 05/2015 đến tháng 10/2015. Với các công việc cụ thể là thiết kế các công thức trên nền xỉ than khơng trồng cây và có trồng cây, lấy mẫu nước thải sinh hoạt tiến hành thí nghiệm xác định khả năng xử lý của xỉ than cũng như các công thức cây trồng.
Bảng 3.1. Bảng số liệu điều kiện thời tiết khí hậu Hà Nội Yếu tố Đặc trƣng Tháng Yếu tố Đặc trƣng Tháng 05/2015 Tháng 06/2015 Tháng 07/2015 Tháng 08/2015 Tháng 09/2015 Tháng 10/2015 Nhiệt độ (0C) L nhất 40 39 40 37 36 33 N nhất 24 25 25 24 24 18 TBL nhất 31,7 32,8 32,2 32 30,9 28,8 TBN nhất 24,2 25,5 25,7 25,4 24,3 21,6 Độ ẩm (%) Tương đối trung bình 83 83 83 85 85 81 Lượng mưa mm 335 229 366 247 107 8 Tổng BXMT MJ/m2 .ngày 18,94 19,11 20,11 18,23 17,22 15,04
Qua bảng số liệu ta thấy nhiệt độ dao động trong khoảng 240
C - 400C.
- Trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 7, thời tiết khá nóng đặc trưng của mùa hè nên cây phát triển chậm khả năng tiếp nhận các chất dinh dưỡng kém vì vậy trong giai đoạn này cần tưới tiêu, chăm sóc cho cây sinh trưởng tốt.
- Từ tháng 8,9,10 nhiệt độ thấp hơn, khơng nắng nóng thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây. Trong giai đoạn này cây sinh trưởng và phát triển mạnh, bộ rễ của cây phát triển có khả năng hút các chất dinh dưỡng tốt và xử lý được nước thải. Lúc này, tiến hành lấy mẫu nước thải sinh hoạt cho vào mơ hình trồng cây trên nền xỉ than và tiến hành theo dõi khả năng xử lý của mơ hình sau 5, 10 ngày.
=> Qua phân tích ở trên ta có thể nhận thấy rằng khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trong mơ hình phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ khu vực nghiên cứu. Nhiệt độ thấp hơn hoặc cao quá mức tối ưu cây sinh trưởng phát triển chậm, nhiệt độ phù hợp với cây thì cây sinh trưởng phát triển mạnh.
Qua bảng số liệu ta thấy rằng độ ẩm trong thời gian tiến hành nghiên cứu dao động không lớn nằm trong khoảng từ 81 – 85%. Với điều kiện độ ẩm như vậy rất thích hợp cho sự nẩy mầm, phát triển của cây trồng đặc biệt là bộ rễ.
Qua bảng cho thấy 3 tháng đầu lượng mưa khá cao vì vậy rất thuận lợi cho cây sinh trưởng và phát triển tốt. Do đó tiến hành trồng cây trong giai đoạn này. Sang tháng 8, 9 lượng mưa giảm so với giai đoạn đầu nhưng vẫn cao. Tại thời điểm này nước thải được đưa vào mơ hình để cây xử lý chính vì vậy cần che đậy cẩn thận các mơ hình để khơng bị nước mưa hắt vào trong mơ hình thí nghiệm, do các thí nghiệm được tiến hành ngồi trời.
3.2. Kết quả phân tích tính chất lý hóa của xỉ than Mơng Dƣơng
Năm mẫu xỉ than được phân tích để tính độ ẩm trung bình, pH và tỉ trọng
Bảng 3.2. Độ ẩm của xỉ than NMNĐ Mông Dƣơng 1 W1 (g) W2 (g) W3 (g) W (%) Mẫu 1 16,677 17,677 17,658 1,9 Mẫu 2 17,155 18,155 18,134 2,1 Mẫu 3 16,357 17,357 17,339 1,8 Mẫu 4 16,668 17,668 17,645 2,3 Mẫu 5 17,148 18,148 18,128 2 Trung bình 2,02
Bảng 3.3. pH của xỉ than NMNĐ Mông Dƣơng 1
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Trung bình
pHKCl 9,88 9,86 9,87 9,99 9,91 9,9
Bảng 3.4. Tỉ trọng của xỉ than
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Trung bình
Tỉ trọng d (g/cm3)
2,792 2,412 2,545 2,642 2,892 2,656
Thành phần hóa học chính của xỉ than bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 và một số hợp chất khác như bảng 3.5:
Bảng 3.5. Thành phần khống của xỉ than NMNĐ Mơng Dƣơng 1
Thơng số Thành phần khống (%)
Giá trị thấp Giá trị cao Giá trị điển hình
SiO2 58,1 62,41 59,38 Al2O3 23,98 27,53 24,27 Fe2O3 4,97 13,55 7,92 V2O2 0,011 0,036 0,024 TiO2 0,5 0,95 0,84 CaO 0,42 1,03 0,83 MgO 0,69 1,82 1,42 K2O 3,2 4,97 4,12 Na2O 0,22 0,64 0,6 P2O5 0,18 0,35 0,28 SO3 0,219 0,515 0,304 MnO 0,006 0,06 0,012
Bảng 3.6. Hàm lƣợng kim loại nặng của xỉ than NMNĐ Mông Dƣơng 1