TIỂU LUẬN SINH THÁI ỨNG DỤNG ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ BẢO TỒN ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TIỂU LUẬN SINH THÁI ỨNG DỤNG ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ BẢO TỒN ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI GVHD PGS TS Lê Quốc Tuấn HVTH Lê Vũ Quốc Bảo Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 92017 TP Hồ Chí Minh, tháng 092017 ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI GVHD PGS TS Lê Quốc Tuấn ii HVTH Lê Vũ Quốc Bảo MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ v MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 Ô NH.



TIỂU LUẬN SINH THÁI ỨNG DỤNG

ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ BẢO TỒN

ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 9/2017 TP.Hồ Chí Minh, tháng 09/2017

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn ii HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3

1.1 Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm môi trường nước: 3

1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường nước: 3

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước: 4

1.4 Tình hình ô nhiễm nước 5

1.4.1 Ô nhiễm nước trên thế giới 5

1.4.2 Ô nhiễm nước tại Việt Nam 6

CHƯƠNG 2 ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 7

2.1 Đất ngập nước và đất ngập nước nhân tạo: 7

2.2 Chức năng của đất ngập nước 8

2.2.1 Chức năng sinh thái của đất ngập nước: 8

2.2.2 Chức năng kinh tế 9

2.2.3 Giá trị đa dạng sinh học 9

2.3 Một số loại vùng đất ngập nước: 10

2.4 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước 11

2.5 Các loại hình đất ngập nước nhân tạo 12

2.5.1 Bãi lọc trồng cây ngập nước(FWS) 13

2.5.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây 13

2.6 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh 15

2.6.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước 15

2.6.2 Nhóm thực vật trôi nổi 15

2.6.3 Nhóm thực vật nửa ngập nước 16

2.7 Cơ chế các quá trình xử lý 17

2.7.1 Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học 18

2.7.2 Loại bỏ chất rắn 19

2.7.3 Loại bỏ Nitơ 20

2.7.4 Loại bỏ Phốtpho 21

2.7.5 Loại bỏ kim loại nặng 22

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn iii HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

2.7.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ 22

2.7.7 Loại bỏ vi khuẩn và virut 23

2.8 Ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải 23

2.8.1 Ưu điểm 23

2.8.2 Nhược điểm 24

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 25

3.1 Tổng quan về ngành chăn nuôi 25

3.1.1 Sự phân bố đàn vật nuôi 25

3.1.2 Qui mô chăn nuôi 25

3.1.3 Cơ sở vật chất 25

3.1.4 Vai trò của ngành chăn nuôi 26

3.2 Ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi 26

3.2.1 Nguồn phát thải ô nhiễm 26

3.2.2 Thành phần chất thải rắn 27

3.2.3 Thành phần chất thải lỏng 28

3.2.4 Ảnh hưởng của một số chất ô nhiễm chính đến môi trường nước 30

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI 33

4.1 Thông tin nguồn ô nhiễm: 33

4.2 Tính toán trung bình lưu lượng phát thải nước thải cho trang trại chăn nuôi 1000 con heo: 33

4.3 Diện tích đất ngập nước cần thiết: 34

4.4 Đặc tính của các loài thực vật được bố trí trong các ao xử lý 38

4.4.1 Cây Sậy 38

4.4.2 Cây Lục Bình (Bèo Tây) 39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40

Kết luận 40

Kiến nghị 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn iv HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt 13

Hình 2.2: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầm theo chiều ngang (Cooper và cộng sự, 1996) 14

Hình 2.3: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng (Cooper và cộng sự, 1996) 14

Hình 2.4: Đường đi của BOD/Cacbon trong đất ngập nước 19

Hình 2.5: Đường đi của các hạt rắn trong đất ngập nước 20

Hình 2.6: Đường đi của Nitơ trong đất ngập nước 21

Hình 2.7: Đường đi của phốtpho trong đất ngập nước 22

Hình 2.8: Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong đất ngập nước 23

Hình 4.1: Mô hình thiết kế sơ bộ đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi 38

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn v HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ

Bảng 2.1: Danh sách một số thực vật thuỷ sinh tiêu biểu 16

Bảng 2.2: Nhiệm vụ của các loài thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý 17

Bảng 3.1:Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính trên phần trăm trọng lượng cơ thể 26

Bảng 3.2:Thành phần hoá học của phân heo 70-100kg 27

Bảng 3.3: Thành phần hóa học của phân gia súc 27

Bảng 3.4: Thành phần hoá học của nước tiểu heo có trọng lượng từ 70-100kg 28

Bảng 3.5: Tính chất nước thải chăn nuôi heo 29

Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu khí ở một số trại chăn nuôi gia đình 30

Bảng 3.7: Kết quả phân tích vi sinh mẫu nước giếng tại các hộ gia đình 32

Bảng4.1: Lượng nước tiểu trung bình trong ngày tính cho 1 con lợn tại trang trại 33

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 1 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

MỞ ĐẦU

Trong quá trình phát triển kinh tế đất nước, ngành chăn nuôi đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là ngành chăn nuôi Song song với nguồn lợi kinh tế mang lại, chăn nuôi cũng đã thải ra môi trường lượng nước thải lớn làm ô nhiễm môi trường nếu không được

xử lý Việc áp dụng công nghệ xử lý hóa lý cho nước thải chăn nuôi rất tốn kém và không mang lại hiệu quả cao đối với đặc tính của nước thải Do đó, đặt ra vấn đề phải nghiên cứu mô hình ứng dụng công nghệ mới, phù hợp với đặc trưng tính chất của nước thải chăn nuôi, không tốn kém về kinh tế và việc áp dụng là khả thi

Trên thế giới, việc sử dụng hệ thống Đất ngập nước để xử lý nước thải đã được áp dụng và mang lại kết quả khả quan Ở Việt Nam cũng đã có những ứng dụng nhưng chỉ

ở qui mô nhỏ lẻ nhưng đã mang lại những hiệu quả nhất định Chính vì thế tác giả chọn giải pháp áp dụng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo hiện đã được sử dụng cho việc xử lý các loại nước thải có chứa nhiều chất hữu

cơ trong nước như nước thải nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến cà phê, cơ sở giết mổ… và đạt hiệu quả xử lý tương đương các công nghệ khác Điều đó cho thấy việc nghiên cứu và áp dụng mô hình đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải chăn nuôi là mang tính khả thi cao

Hệ thống đất ngập nước nhân tạo được xây dựng để xử lý nước thải phỏng theo các quá trình sinh học, hoá và lý học của các vùng đất ngập nước tự nhiên Các vùng đất ngập nước có thể loại bỏ chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất ít gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường

Với những lý do và điều kiện trên, tác giả đã tiến hành nghiên cứu đề tài

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 2 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

“ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI”

Đối tượng nghiên cứu:

 Đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải áp dụng cho trang trại chăn nuôi

Mục tiêu nghiên cứu:

 Tóm tắt công nghệ, nguyên lý và các mô hình sử dụng công nghệ đất nghập nước nhân tạo cho quá trình xử lý nước thải trên thế giới và áp dụng tại việt nam

 Nghiên cứu tình hình ô nhiễm nước, thành phần nước thải chăn nuôi

 Nghiên cứu, đánh giá đề xuất thiết kế mô hình xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi bằng đất ngập nước nhân tạo

Phạm vi nghiên cứu

 Đề tài nghiên cứu các mô hình áp dụng đất ngập nước nhân tạo cho quá trình xử lý nước thải Đề tài được tiến hành trong thời gian 1 tháng: tháng 9/2017

Phương pháp nghiên cứu:

Đề tài tiến hành chủ yếu dựa trên phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu các dự án, nghiên cứu có liên quan đến sử dụng đất ngập nước nhân tạo

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 3 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi

và các loài hoang dã"

Hiện tượng ô nhiễm nước xảy ra khi các loại hoá chất độc hại, các loại vi khuẩn gây bệnh, virut, kí sinh trùng phát sinh từ các nguồn thải khác nhau như chất thải công nghiệp từ các nhà máy sản xuất, các loại rác thải của các bệnh viện, các loại rác thải sinh hoạt bình thường của con người hay hoá chất, thuốc trừ sâu, phân bón hữu cơ sử dụng trong sản xuất nông nghiệp được đẩy ra các ao, hồ, sông, suối hoặc ngấm xuống nước dưới đất mà không qua xử lí hoặc với khối lượng quá lớn vượt quá khả năng tự điều chỉnh và tự làm sạch của các loại ao, hồ, sông, suối

1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường nước:

 Nước ngầm: Các cặn lơ lửng trong nước mặt, các chất thải nặng lắng xuống đáy sông, sau khi phân huỷ, một phần lượng chất được các sinh vật tiêu thụ, một phần thấm xuống mạch nước bên dưới (nước ngầm) qua đất, làm biến đổi tính chất của loại nước này theo chiều hướng xấu (do các chất chứa nhiều chất hữu cơ, kim loại nặng…)

 Nước mặt: Do nhiều nguyên nhân khác nhau, gây ra sự mất cân bằng giữa lượng chất thải ra môi trường nước (rác thải sinh hoạt, các chất hữu cơ,…) và các sinh vật tiêu

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 4 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

thụ lượng chất thải này (vi sinh vật, tảo,…) làm cho các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng,… không được phân huỷ, vẫn còn lưu lại trong nước với khối lượng lớn, dẫn đến việc nước dần mất đi sự tinh khiết ban đầu, làm chất lượng nguồn nước bị suy giảm nghiêm trọng

 Ô nhiễm nước ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật nước, đặc biệt là vùng sông, do nước chịu tác động của ô nhiễm nhiều nhất Nhiều loài thuỷ sinh do hấp thụ các chất độc trong nước, một số trường hợp gây đột biến gen, tạo nhiều loài mới, một số trường hợp làm cho nhiều loài thuỷ sinh chết

 Ô nhiễm đất: nước bị ô nhiễm mang nhiều chất vô cơ và hữu cơ thấm vào đất gây

ô nhiễm nghiêm trọng cho đất Nước ô nhiễm thấm vào đất làm liên kết giữa các hạt keo đất bị bẻ gãy, cấu trúc đất bị phá vỡ Làm thay đổi đặc tính lý học, hóa học của đất vai trò đệm, tính oxy hóa, tính dẫn điện, dẫn nhiệt của môi trường đất thay đổi mạnh Thành phần chất hữu cơ giảm nhanh làm khả năng giữ nước và thoát nước của đất bị thay đổi

Sự thay đổi thành phần Ion trong đất cũng làm thay đổi tính chất của đất

 Gây ô nhiễm không khí: Ô nhiễm môi trường nước không chỉ ảnh hưởng đến con người, đất, nước mà còn ảnh hưởng đến không khí Các hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại trong nước thải thông qua vòng tuần hoàn nước, theo hơi nước vào không khí làm cho mật độ bụi bẩn trong không khí tăng lên Không những vậy, các hơi nước này còn là giá bám cho các vi sinh vật và các loại khí bẩn công nghiệp độc hại khác Một số chất khí được hình thành do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải như SO2, CO2, CO,… ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường khí quyển và con người

 Ô nhiễm nước là môi trường phát sinh và truyền nhiễm gây nên các bệnh mãn tính

và cấp tính cho con người như tiêu chảy, viêm màng kết, ngộ độc, ung thư do các chất độc hại tồn tại trong nước

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước:

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Là do mưa,tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc

do các sản phẩm hoạt sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng Cây cối, sinh vật chết

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 5 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

đi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh

từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt

là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày

là khác nhau Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càng cao

Nước thải công nghiệp từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể Ví dụ: nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm thường chứa lượng lớn các chất hữu cơ; nước thải của các xí nghiệp thuộc da ngoài các chất hữu

cơ còn có các kim loại nặng, sulfua, Các chỉ tiêu ô nhiễm nước chính thường được sử dụng để so sánh là COD (nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa), SS (chất rắn lơ lửng) Ngoài các nguồn gây ô nhiễm chính như trên thì còn có các nguồn gây ô nhiếm nước khác như từ y tế hay từ các hoạt động sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp của con người…

1.4 Tình hình ô nhiễm nước

1.4.1 Ô nhiễm nước trên thế giới

Ô nhiễm nước đang là vấn đề đáng báo động trên thế giới hiện nay Đặc biệt là ở các nước đang phát triển đã xả thải ra môi trường lượng chất độc hại làm cho nguồn nước ở đây bị ô nhiễm nặng nề Ví dụ tại Sukinda, Ấn Độ các nữ công nhân phải tiếp

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 6 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

xúc với nước nhiễm kim loại nặng thường xuyên Dẫn đến hậu quả là tình trạng vô sinh

và thai nhi bị dị tật và chết lưu Hàm lượng thủy ngân trong nước ngầm ở Vapi Ấn Độ

cao gấp 96 lần so với tiêu chuẩn sức khỏe do tổ chức y tế thế giới quy định Năm 1984,

Bhopal, Ấn Độ xảy ra sự cố tại nhà máy thuốc trừ sâu Union Carbide India và thải ra

mô trường.Năm 2000, tại nạn hầm mỏ tại công ty Aurul, Rumani thải ra 100 tấn Xianua

và kim loại nặng vào dòng sông ở Baia Mare làm chết hàng loạt các loài thủy sản tổn

hại hệ thực vật và thiếu nước sạch ảnh hưởng 2,5 triệu người

1.4.2 Ô nhiễm nước tại Việt Nam

Tại Việt Nam, với tốc độ công nghiệp hóa hiện đại hóa cao, dù đã có nhiều cố gắng

trong chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường nhưng tình trạng ô nhiễm nước vẫn

là vấn đề hàng đầu Các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm môi trường nước do chưa có hệ

thống xử lý nước thải hoặc chưa vận hành đúng Ví dụ nước thải ngành dệt may, giấy và

bột giấy nước thải có tính kiềm pH 9-11, chỉ số oxy sinh hoá BOD và nhu cầu oxy hóa

học COD cao lên đến 700 mg/l và 2.500 mg/l, cùng hàm lượng rắn lơ lửng SS cao nhiều

lần giới hạn cho phép Song song đó là các gốc xyanua (CN-) và các kim loại nặng như

chì (Pb), thủy ngân (Hg), Asen (As) v…v.Tại các khu đô thị lớn, điển hình là Thành phố

Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà nội, nước thải sinh hoạt chưa có hệ thống xử lý tập trung mà

xả thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận (mương, kênh, hồ, sông ) Các cơ sở sản xuất chăn

nuôi không có xử lý nước thải làm ô nhiễm nước nghiêm trọng Tình trạng này còn diễn

ra tại các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng nơi tập trung đông dân cư

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 7 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

CHƯƠNG 2 ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 2.1 Đất ngập nước và đất ngập nước nhân tạo:

Theo công ước Ramsar (1971) đất ngập nước được định nghĩa như sau: "Đất ngập nước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủy triều

ở mức thấp nhất không vượt quá 6m."

Theo USFWS (Cowardin, 1979): “Đất ngập nước là khu vực sinh thái chuyển tiếp giữa đất và hệ thống nước, và nước là yếu tố trội có thường xuyên trong hệ thống, đất được bao phủ bởi tầng nước nông”

Theo Lê Văn Khoa (2005) đất ngập nước có 3 thuộc tính:

1/ Khu vực đảm bảo nuôi dưỡng chủ yếu thực vật nước;

2/ Không tháo nước thường xuyên, đất ở dạng khử;

3/ Nền không phải chỉ là đất, đá hay sỏi mà phải được bão hoà nước hay được bao phủ bởi tầng nước nông trong suốt thời kỳ phát triển vụ mùa;

Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở các vùng trũng thấp như các cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nước, vườn cây, rừng ngập nước mặn hoặc nước ngọt, các cửa sông tiếp giáp biển Quá trình xử lý nước thải của đất ngập nước tự nhiên thường chậm , không có sự kiểm soát và đòi hỏi diện tích lớn với hiệu quả khác nhau để giải quyết vấn đề này các nhà khoa học đã đưa ra khái niệm đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland)

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 8 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

Đất ngập nước kiến tạo là hệ thống đất ngập nước được thiết kế và xây dựng tương

tự như vùng đất ngập nước tự nhiên nhưng tăng hiệu quả xử lý nước đồng thời tiết kiệm, tăng hiệu quả sử dụng diện tích và đồng thời có thể quản lý được quá trình vận hành (Tuấn, 2007)

Việc xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100 năm nay ở Mỹ, châu Âu và gần đây nhất là các nước châu Á, châu Úc Việc nghiên cứu đất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt là các công trình của Kadlec và Knight (1996), Moshiri (1993), US-EPA (1988),… cho thấy hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm như BOD5, COD, DO, TSS, Photpho, Coliform,…có giảm đáng kể trong nước thải

2.2 Chức năng của đất ngập nước

2.2.1 Chức năng sinh thái của đất ngập nước:

 Nạp nước ngầm : nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt

 Bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa từ đó có thể làm giảm lũ ở vùng hạ lưu

 Ổn định vi khí hậu : do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định

 Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn : nhờ lớp phủ thực vật có tác dụng làm giảm sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt

 Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm : vùng đất ngập nước được coi như là

bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc

 Sản xuất sinh khối : rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi sản xuất và xuất khẩu sinh khối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật

 Giao thông thủy : hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 9 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương

 Giải trí, du lich : các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim ( Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, hiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí

2.2.3 Giá trị đa dạng sinh học

 Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của đất ngập nước Nhiều vùng đất ngập nước là nơi cư trú rất thích hợp của các loài động vật hoang dã, đặc biệt

là loài chim nước, trong đó có nhiều loài chim di trú

 Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh thái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái có năng suất cao

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 10 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

2.3 Một số loại vùng đất ngập nước:

 Đất ngập nước mặn:

+Thuộc biển: Thuỷ vực nông bao gồm cả vịnh và eo biển Thảm thực vật thuỷ sinh (rong,

cỏ biển), rạn san hô,bờ biển đá gồm vách đá và bờ đá, bãi đá, bãi cát, bãi bùn, bãi có rừng ngập mặn, bãi có cỏ, cói, lau sậy, đầm lầy mặn

+Thuộc cửa sông: Nước vùng cửa sông: bãi cát, bãi bùn, bãi có cỏ, cói lau, sậy, bãi có rừng ngập mặn, dừa nước, dừa nước, đầm lầy

+Thuộc đầm phá,hồ nước mặn: Đầm phá nước mặn, nước lợ, hồ nước mặn, nước lợ

 Đất ngập nước ngọt:

+Thuộc sông suối,kênh rạch: Sông suối, kênh rạch có nước thường xuyên, thác nước,vùng Châu thổ sông, sông suối, kênh rạch có nước theo mùa, đồng bằng ngập nước theo mùa

+Thuộc ao hồ: Ao hồ có nước thường xuyên, ao hồ có nước theo mùa, vùng trũng ven

ao hồ ngập nước theo mùa

+Thuộc đầm lầy: Đầm lầy nước ngọt thường xuyên, đầm lầy nước ngọt theo mùa, đất than bùn, suối phun nước ngọt và đất ngập nước ở các ô trũng trên núi, đầm lầy có rừng cây chịu ngập úng(rừng tràm), đầm lầy có rừng cây bụi

 Đất ngập nước nhân tạo:

+Đất nuôi trồng thuỷ sản: Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng bãi bồi cửa sông, ven biển Đất trồng thuỷ sản ở vùng ngập mặn Đất nuôi trồng thuỷ sản ở đất ruộng lúa.Đất nuôi trồng thuỷ sản ở trên cát Nuôi ở hồ ao,sông cụt, đấu, thùng đào

+Đất canh tác nông nghiệp: Đất trồng lúa được tưới nước, đất trồng lúa ở vùng trũng +Đất công nghiệp: khu vực khai thác, đào bới,nơi xử lý nước thải

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 11 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

+Hồ chứa nước và hệ thống đập, kênh dẫn nước

2.4 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước

Trên thế giới, đất ngập nước được sử dụng để cải thiện chất lượng nước đã được biết đến vào những thập kỷ 20 của thế kỷ trước, nhưng hầu hết là các đất ngập nước tự nhiên (EPA, 1999) Những nghiên cứu xây dựng đất ngập nước để xử lý nước thải bắt đầu vào những năm 1950 ở Đức (trích dẫn bởi Vymazal 2008), ở Hoa kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển mạnh trong những năm 1990, người ta xây dựng nhiều

hệ thống xử lý nước thải bằng đất ngập nước và áp dụng rộng rải không chỉ để xử lý nước thải đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu công nghiệp vùng khai khoáng

và nước thải nông nghiệp

Bãi lọc trồng cây ở Bắc Âu miền bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được

sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị Nghiên cứu của J.L Andersson, S Kallner Bastviken và K S Tonderski đã đánh giá hoạt động trong 3 – 8 năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn( diện tích 20 – 28 ha) Các bãi lọc hoạt động khá ổn định, loại bỏ 0,7-1,5 tấn N/ha.năm Lượng P bị khử cũng biến đổi trong khoảng

10 đến 41 kg/ha.năm, phụ thuộc vào các giá trị tải trọng khác nhau (J L Andersson, 2005)

Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt vào năm 1991 Ngày nay vùng nông thôn Nauy áp dụng hệ thống gồm bể tự hoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành cho phép đạt hiệu suất khử P ổn định > 90% Hiệu suất loại bỏ N khoảng 40-60% Hiệu quả loại bỏ các vi khuẩn chỉ thị rất cao, thường đạt tới < 1000 coliform chịu nhiệt/ 100 ml (Peter D Jenssen, 2005)

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 12 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

Tại Việt Nam, các nghiên cứu và áp dụng đã được thực hiện và đem lại hiệu quả như: Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên cứu thực hiện Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm như : với sơ đồ bậc 1, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây cho phép đạt tiêu chuẩn nước loại B đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP Với sơ đồ bậc 2 nối tiếp, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây đạt tiêu chuẩn nước loại A với các chỉ tiêu COD, SS, TP Tuy nhiên, với chế độ luôn ngập nước, chỉ tiêu NH4-N và vi sinh vật trong nước còn vượt quá tiêu chuẩn (Nguyễn Việt Anh, 2005)

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình

của Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đạt hiệu quả xử lý 90-95%COD, BOD5 đạt 70% Phốt pho, 78% Nito nước thải sau xử lý đạt loai A theo QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT (Phạm Khánh Huy, 2012)

Ngô Thị Diễm Trang và Hans Brix đã tiến hành nghiên cứu áp dụng xử lý nước tải sinh hoạt bằng hệ thống đất ngập nước kiến tạo nền cát vận hành mức tải nạp thủy lực cao Kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng cây Sậy với nền cát dòng chảy ngầm ngang với khả năng xử lý BOD 41-71%, COD là 68-84% Chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn

xả thải vào nguồn nước mặt (Hans Brix, 2012)

Áp dụng đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải ao nuôi cá nước ngọt của tác giả Lê Anh Tuấn năm 2007 cho thấy thông số BOD5 và COD đều có hiệu suất xử lý là trên 85%, riêng độ đục và tổng coliform đạt 96% (Tuấn, 2007)

2.5 Các loại hình đất ngập nước nhân tạo

Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dòng chảy, môi trường và các loài thực vật trồng trên bãi lọc Một cách tổng quát ta có thể phân loại bãi lọc trồng cây thành hai loại:

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 13 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

2.5.1 Bãi lọc trồng cây ngập nước(FWS)

Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên Dưới đáy bãi lọc

là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa chống thấm Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát triển của thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nước Dòng nước nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc Hình dạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm

Hình 2.1: Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt

Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy mặt điển hình có một hoặc nhiều bể cạn chứa lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển dày 20 ÷ 30cm và chiều sâu lớp nước

20 ÷ 40 cm Thực vật nổi dày đặc thường bao phủ hơn 50% diện tích bề mặt Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0,3 m Dưới đáy được thiết kế lớp chống thấm nhằm hạn chế

sự rò rỉ, thất thoát nước Dòng nước thải sẽ được cho chảy ngang qua lớp vật liệu lọc

Có khả năng triển khai mở rộng kích thước từ thấp hơn 1 ha cho đến lớn hơn 1.000 ha

2.5.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây

- Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên gọi khác nhau như lọc ngầm trồng cây, hệ thống xử lý với vùng rễ , bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy hay bể lọc vi sinh và vật liệu Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước nhưng nước thải chảy

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 14 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

ngầm trong phần lọc của bãi lọc Lớp lọc, nơi thực vật phát triển trên đó, thường gồm

có đất, cát, sỏi, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc, kích thước sỏi hay đá được sử dụng phổ biến khoảng 10 ÷ 20mm Bề dày lớp vật liệu dao động từ 0,6 ÷ 1 m

Phân loại dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới lên, từ trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang

Hình 2.2: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầm theo chiều ngang

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 15 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ cũng có một vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí

- Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn lơ lửng tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện thiếu oxy, kị khí trong các bãi lọc không cho phép nitrat hoá amoni nên khả năng xử lý nitơ bị hạn chế Xử lý phốtpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng (sỏi, đá dăm) có khả năng hấp phụ kém

2.6 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh

Thực vật thuỷ sinh là những loài có khả năng thích nghi cao với môi trường sống ngập trong nước và một số trong các loài đó có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nguồn nước với hiệu quả rất cao Thực vật thuỷ sinh được sử dụng để cử lý nước ô nhiễm

có thể chia làm 3 loại : nhóm thực vật ngập nước, nhóm thực vật trôi nổi, nhóm thực vật nữa ngập nước

2.6.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước

- Là những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới mặt nước) Đặc điểm quan trọng của các loài thực vật ngập nước là chúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong nước

2.6.2 Nhóm thực vật trôi nổi

- Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước trong vùng nhiệt đới Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần, phần lá và thân mềm nổi trên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm

- Nhóm thực vật này bao gồm ba loài sau : bèo lục bình(water hyacinth), bèo tấm (duck week), rau diếp nước( water lettuce) Rễ của các loài thực vật này như những giá

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 16 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

thể để vi sinh vật bám và, phân huỷ hay tiến hành quá trình vô cơ hoá các chất hữu cơ trong nước thải Thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao

2.6.3 Nhóm thực vật nửa ngập nước

- Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước Phần rễ bám vào đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước

để tiến hành quá trình quang hợp Việc làm sạch môi trường nước đối với các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước Các loài thân cỏ thuộc nhóm này bao gồm : cỏ đuôi mèo( cattails), sậy (reed), cỏ lõi bấc(bulrush)

Bảng 2.1: Danh sách một số thực vật thuỷ sinh tiêu biểu

Loại Tên thông

thường Tên khoa học Hình ảnh

Bèo tấm Wolfia arrhiga

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 17 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

mặt nước hoặc phía

2.7 Cơ chế các quá trình xử lý

Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm: các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và các vi sinh vật gây bệnh Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các quá trěnh vật lý, hóa học và sinh học

-Vật lý: Lắng do trọng lực: Các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp lọc,

qua tầng rễ; Lực hấp dẫn giữa các phần tử; Sự bay hơi NH3 từ nước thải

GVHD: PGS TS Lê Quốc Tuấn 18 HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

-Hóa học: Tạo thành các hợp chất; Hấp phụ trên bề mặt lớp lọc và bề mặt thực vật;

Phân hủy hoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi các tác nhân như tia tử ngoại, oxy hóa

-Sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy và vi

sinh vật bám dính trên thực vật Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động của vi sinh vật; Dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ trong môi trường

2.7.1 Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

Trong các bãi lọc, phân huỷ sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh học (BOD) có trong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hoà tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuếch tán Vai trò của thực vật trong bãi lọc là cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học( hiếu khí) cư trú Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ