Tổng quan nghiên cứu

Cây dứa là một trong những cây trồng chủ lực tại vùng Đồng Giao, tỉnh Ninh Bình với diện tích chuyên canh khoảng hơn 2000 ha. Sản phẩm dứa Đồng Giao đã được xuất khẩu sang nhiều thị trường khó tính như Nhật Bản, Mỹ và châu Âu, góp phần nâng cao thu nhập và giảm nghèo cho người dân địa phương. Tuy nhiên, việc phát triển cây dứa đang gặp nhiều thách thức về nguồn nước tưới do đặc điểm địa hình đồi núi thấp, nguồn nước khan hiếm và yêu cầu ngày càng khắt khe về chất lượng sản phẩm xuất khẩu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định cơ sở khoa học và tính khả thi của việc sử dụng nước thải sau xử lý từ nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao làm nguồn nước tưới cho cây dứa. Nghiên cứu tập trung vào đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý, khả năng xử lý sinh học, tác động của nước thải đến sinh trưởng cây trồng, cũng như phân tích hiệu quả kinh tế - xã hội của việc tái sử dụng nguồn nước này. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực Đồng Giao, tỉnh Ninh Bình, trong giai đoạn sản xuất cao điểm từ tháng 7 đến tháng 8 hàng năm.

Việc sử dụng nước thải sau xử lý làm nguồn nước tưới không chỉ giúp tiết kiệm nguồn nước sạch, giảm chi phí đầu tư hệ thống tưới mà còn góp phần bảo vệ môi trường, nâng cao ý thức tiết kiệm nước và phát triển bền vững trong sản xuất nông nghiệp tại vùng khan hiếm nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ xử lý nước thải sinh học: Áp dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, sử dụng hệ lọc sinh học với vật liệu lọc là sỏi nhẹ Kamezit để tạo màng vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong nước thải.
  • Khả năng tổng hợp Amino levulinic acid (ALA) của vi khuẩn quang hợp tia: Nghiên cứu vai trò của ALA như một hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, được tổng hợp và tiết ra bởi các chủng vi khuẩn quang hợp tia trong môi trường nước thải.
  • Phân tích kinh tế dự án tưới tiêu: Sử dụng các chỉ tiêu kinh tế như NPV (Net Present Value), IRR (Internal Rate of Return), B/C (Benefit/Cost ratio) để đánh giá hiệu quả đầu tư cho hệ thống tưới sử dụng nước thải.

Các khái niệm chính bao gồm: BOD (Biochemical Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), vi khuẩn quang hợp tia (VKQHT), hệ lọc sinh học, và tiêu chuẩn chất lượng nước tưới theo QCVN 07-2010/BXD.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ nhà máy chế biến hoa quả thuộc Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao, các mẫu nước thải trước và sau xử lý, mẫu nước mặt và nước ngầm khu vực Đồng Giao, cùng các thí nghiệm nuôi cấy vi khuẩn quang hợp tia trong phòng thí nghiệm.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích chất lượng nước dựa trên các chỉ tiêu BOD, COD, pH, H2S, và các chỉ tiêu vi sinh vật. Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ lọc sinh học và mô hình thực tế dựa trên nguyên lý đồng dạng. Sử dụng phương pháp thống kê và xây dựng đường hồi quy để đánh giá mối quan hệ giữa tưới nước và sinh trưởng, năng suất cây dứa.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn sản xuất cao điểm từ tháng 7 đến tháng 8, với các thí nghiệm xử lý nước thải kéo dài 48-72 giờ trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm nuôi cấy vi khuẩn kéo dài 6-7 ngày, và khảo sát thực địa tại Đồng Giao.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm khoảng 10-15 mẫu nước thải và nước mặt/ngầm được lấy mẫu định kỳ, cùng các mẫu thực nghiệm vi sinh vật và cây trồng trong nhà lưới. Phương pháp chọn mẫu theo phương pháp ngẫu nhiên có chủ đích nhằm đảm bảo đại diện cho các điều kiện xử lý và tưới khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải sau xử lý: Nước thải sau xử lý tại nhà máy có chỉ số COD giảm từ 260 mg/l xuống còn khoảng 110 mg/l, BOD giảm từ 120 mg/l xuống 55,35 mg/l, tuy nhiên pH vẫn hơi thấp ở mức 5,2. Các chỉ tiêu này chưa hoàn toàn đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2008/BTNMT khi thải ra môi trường, nhưng khi nước thải chảy vào suối thì các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép.

  2. Hiệu quả xử lý sinh học: Qua thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ lọc sinh học với vi khuẩn phân lập từ bùn lắng, nồng độ BOD và COD giảm đáng kể sau 48-72 giờ xử lý, đồng thời nồng độ H2S giảm gần như không xác định (0,0084 mg/l), chứng tỏ quá trình phân hủy chất hữu cơ hiệu quả.

  3. Khả năng tổng hợp ALA của vi khuẩn quang hợp tia: Chủng VKQHT 4bII nuôi trong nước thải chế biến dứa có khả năng tổng hợp ALA đạt gần 100 µM sau 4-5 ngày nuôi cấy. Việc bổ sung glycin và axit levulinic với nồng độ 2,5-3 mM tối ưu cho quá trình tổng hợp ALA.

  4. Ảnh hưởng của nước thải đã xử lý đến sinh trưởng cây trồng: Nước thải sau xử lý và nuôi VKQHT khi pha loãng 10-20% phun tưới cho cây cải xanh làm tăng năng suất lên gần 50% so với đối chứng. Nước thải này cũng kích thích mạnh sự ra rễ ở cây đậu và tăng sinh trưởng cây dứa trong nhà lưới.

  5. Khả năng cung cấp nước tưới từ nước thải: Với lượng nước thải sau xử lý trung bình 400-700 m³/ngày, có thể tưới cho khoảng 5 ha dứa mỗi ngày, tương đương gần 100 ha trong giai đoạn sản xuất cao điểm 7-8 tháng/năm.

Thảo luận kết quả

Kết quả xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học cho thấy hiệu quả giảm tải chất hữu cơ cao, phù hợp với tiêu chuẩn nước tưới theo TCVN 6773-2002. Việc sử dụng vi khuẩn quang hợp tia không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn tạo ra hoạt chất ALA có tác dụng kích thích sinh trưởng cây trồng, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng dứa. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc kết hợp xử lý sinh học và tái sử dụng nước thải trong nông nghiệp là xu hướng bền vững, tiết kiệm nguồn nước và giảm ô nhiễm môi trường.

Việc áp dụng nước thải sau xử lý làm nguồn nước tưới tại Đồng Giao là giải pháp khả thi trong bối cảnh nguồn nước mặt và nước ngầm khan hiếm, đặc biệt trong mùa khô. Phân tích kinh tế dự án cho thấy hiệu quả đầu tư cao với các chỉ tiêu NPV dương, IRR vượt mức lãi suất chiết khấu và tỷ số B/C lớn hơn 1, đồng thời góp phần tạo việc làm, tăng thu nhập và giảm nghèo cho người dân địa phương.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ giảm dần nồng độ BOD, COD theo thời gian xử lý, bảng so sánh năng suất cây trồng giữa các nhóm tưới nước thải và đối chứng, cũng như bảng phân tích các chỉ tiêu kinh tế của dự án tưới.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống xử lý nước thải sinh học quy mô lớn: Áp dụng công nghệ hệ lọc sinh học với vật liệu sỏi nhẹ Kamezit và vi khuẩn quang hợp tia để xử lý nước thải nhà máy chế biến hoa quả, đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn tưới theo TCVN 6773-2002. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: Công ty Cổ phần Thực phẩm Xuất khẩu Đồng Giao phối hợp với các đơn vị tư vấn kỹ thuật.

  2. Xây dựng hệ thống thu gom và phân phối nước thải sau xử lý cho tưới tiêu: Thiết kế mạng lưới dẫn nước thải đến các vùng trồng dứa, đảm bảo lượng nước tưới ổn định cho khoảng 100 ha diện tích chuyên canh. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: Ban quản lý nông trường và chính quyền địa phương.

  3. Ứng dụng vi khuẩn quang hợp tia để tăng cường chất lượng nước tưới: Nuôi cấy và bổ sung chủng VKQHT 4bII trong nước thải để tăng hàm lượng ALA, kích thích sinh trưởng cây trồng, nâng cao năng suất và chất lượng dứa. Thời gian: liên tục trong mùa vụ. Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu và nhà máy chế biến.

  4. Tuyên truyền, đào tạo nâng cao nhận thức về tiết kiệm nước và bảo vệ môi trường: Tổ chức các khóa tập huấn cho người dân và công nhân nhà máy về lợi ích của việc tái sử dụng nước thải, kỹ thuật tưới tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước. Thời gian: hàng năm. Chủ thể: Sở Nông nghiệp, Trường Đại học Thủy lợi, các tổ chức xã hội.

  5. Nghiên cứu mở rộng và hoàn thiện quy hoạch thủy lợi vùng Đồng Giao: Đầu tư xây dựng các hồ chứa, hệ thống tiêu thoát hợp lý để đảm bảo nguồn nước tưới chủ động, giảm thiểu tình trạng ngập úng và hạn hán. Thời gian: 3-5 năm. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, chính quyền tỉnh Ninh Bình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý nông nghiệp và thủy lợi: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để quản lý nguồn nước tưới hiệu quả, đặc biệt trong điều kiện khan hiếm nước và yêu cầu bảo vệ môi trường.

  2. Doanh nghiệp chế biến nông sản: Thông tin về xử lý nước thải và tái sử dụng giúp doanh nghiệp giảm chi phí vận hành, nâng cao uy tín thương hiệu và đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu khắt khe.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường, nông nghiệp: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm, mô hình xử lý nước thải sinh học và ứng dụng vi sinh vật trong nông nghiệp, làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Người dân và nông dân vùng chuyên canh dứa: Hiểu rõ lợi ích của việc sử dụng nước thải sau xử lý, áp dụng kỹ thuật tưới phù hợp để tăng năng suất, cải thiện thu nhập và bảo vệ môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nước thải sau xử lý có an toàn để tưới cây không?
    Nước thải sau xử lý bằng công nghệ sinh học đạt tiêu chuẩn nước tưới theo TCVN 6773-2002, giảm đáng kể các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD, COD và vi sinh vật gây hại, do đó an toàn khi sử dụng tưới cây, đặc biệt khi pha loãng theo tỷ lệ phù hợp.

  2. Vi khuẩn quang hợp tia có vai trò gì trong xử lý nước thải?
    Chủng vi khuẩn quang hợp tia không chỉ giúp phân hủy chất hữu cơ trong nước thải mà còn tổng hợp Amino levulinic acid (ALA), một hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, giúp tăng năng suất và chất lượng cây trồng.

  3. Lượng nước thải sau xử lý có đủ để tưới cho diện tích lớn không?
    Với lượng nước thải trung bình 400-700 m³/ngày, có thể tưới cho khoảng 5 ha dứa mỗi ngày, tương đương gần 100 ha trong giai đoạn sản xuất cao điểm, góp phần đáng kể vào nguồn nước tưới tại vùng Đồng Giao.

  4. Việc sử dụng nước thải có ảnh hưởng đến chất lượng quả dứa không?
    Nghiên cứu cho thấy nước thải sau xử lý và nuôi vi khuẩn quang hợp tia không những không ảnh hưởng tiêu cực mà còn kích thích sinh trưởng, giúp quả dứa đồng đều, trọng lượng tăng lên, đáp ứng yêu cầu xuất khẩu.

  5. Chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý và tưới nước thải có cao không?
    Phân tích kinh tế dự án cho thấy chi phí đầu tư hợp lý, với các chỉ tiêu NPV dương, IRR vượt mức lãi suất chiết khấu và tỷ số B/C lớn hơn 1, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế - xã hội và môi trường lâu dài.

Kết luận

  • Đã xác định được tính khả thi và cơ sở khoa học của việc sử dụng nước thải sau xử lý từ nhà máy chế biến hoa quả Đồng Giao làm nguồn nước tưới cho cây dứa.
  • Công nghệ xử lý sinh học kết hợp vi khuẩn quang hợp tia hiệu quả trong giảm tải chất hữu cơ và tạo ra hoạt chất kích thích sinh trưởng ALA.
  • Nước thải sau xử lý có thể tưới cho gần 100 ha dứa trong giai đoạn sản xuất cao điểm, góp phần tiết kiệm nguồn nước sạch và nâng cao năng suất