Nghiên cứu sử dụng cây cỏ năng tượng (Scripus littoralis Schrab) để xử lý nước thải đầu ra khu công nghiệp Tân Bình đạt tiêu chuẩn loại A QCVN 24 2009

Việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải, xét về mặt kinh tế, thì tốn nhiều chi phínhư xây dựng công trình, thiết bị, hoá chất ….Do đó, một trong những biện pháp đượcmột số nhà máy, khu cô

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong thời kỳ công nghiệp hoá – hiện đại hoá hiện nay, nhu cầu tạo ra sản phẩmhàng hoá cung cấp cho xã hội ngày càng nhiều Đi đôi với việc này là nguồn thải từquá trình sản xuất chế biến, đặc biệt là nguồn nước thải phát sinh từ các cụm, khucông nghiệp trong quá trình hoạt động Tuy nhiên, hiện nay nhiều nhà máy xí nghiệp

ở nước ta nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, chưa có hệ thống xử lýnước thải trước khi đổ vào hệ thống nước thải chung, hoặc nếu có thì việc xây dựngcũng mang tính đối phó với cơ quan chức năng nên hiệu quả xử lý chưa đạt quychuẩn

Việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải, xét về mặt kinh tế, thì tốn nhiều chi phínhư xây dựng công trình, thiết bị, hoá chất ….Do đó, một trong những biện pháp đượcmột số nhà máy, khu công nghiệp bước đầu đưa vào áp dụng hiện nay là biện phápsử dụng thực vật đất ngập nước để xử lý nước thải Ở các khu công nghiệp, diện tíchkhu vực dùng để trồng cây xanh đều phải có theo tiêu chuẩn quy định Chúng ta cóthể tận dụng trực tiếp các khu vực đó để làm nơi xử lý nước thải Chúng có thể hấpthu các chất ô nhiễm hay hạn chế mức độ ô nhiễm của các chất đến một giới hạncho phép mà không ảnh hưởng đến môi trường và con người, đồng thời tiết kiệmđược chi phí và tạo ra “bức tranh thiên nhiên” trong khu công nghiệp

Chính vì vậy mà việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý nước thải bằngthực vật đất ngập nước là vấn đề cần thiết hiện nay Do đó, tác giả quyết định chọn

đề tài “Nghiên cứu sử dụng cây cỏ Năng Tượng (Scripus littoralis schrab) để xử lý

nước thải đầu ra ở Khu công nghiệp Tân Bình đạt loại A QCVN 24:2009” để thực

hiện Khoá luận Tốt nghiệp của mình Thông qua đề tài này, tác giả muốn đem lạicái nhìn mới hơn về khả năng xử lý nước thải của cây cỏ Năng Tượng và khả năngứng dụng vào thực tế của nó.

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đất ngập nước và cây cỏ Năng Tượng (Scripus littoralis Schrab) trong đất ngập

nước

Nước thải sau xử lý tại khu công nghiệp Tân Bình đạt chỉ tiêu loại B (QCVN24:2009)

1.3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cây cỏ Năng Tượng (Scripus littoralis Schrab) để xử lý nước

thải đầu ra ở Khu công nghiệp Tân Bình đạt loại A QCVN 24:2009

Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra các thông số liên quan:

 Khả năng xử lý nước ô nhiễm của mô hình đất ngập nước nhân tạo trồngcây cỏ Năng Tượng thể hiện qua các khảo sát về lượng nước cần thiết chocỏ và cách tưới, thời gian lưu nước, các chỉ tiêu lý hoá và hiệu quả xử lýnước

 Nghiên cứu khả năng sử dụng nguồn nước thải như một chất dinh dưỡngthông qua việc khảo sát sự biến đổi các chỉ tiêu tăng trưởng: chiều caothân cây, chiều dài rễ

1.4 Nội dung nghiên cứu

Thí nghiệm bao gồm 3 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: nuôi dưỡng cây cỏ Năng Tượng (Scripus littoralis Schrab).

Giai đoạn 2: tạo môi trường thích hợp cho cây phát triển và sinh trưởng

Giai đoạn 3: vận hành mô hình thí nghiệm:

 Xác định lượng nứơc cần thiết cho cỏ Năng Tượng và thời gian lưunước tối ưu.

 Theo dõi sự biến đổi của các chỉ tiêu tăng trửơng: thân cây, rễ cây vàsự biến đổi các chỉ tiêu lý hoá

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp tiếp cận thực tế:

+ Khảo sát thực địa nơi lấy cỏ và nơi áp dụng mô hình nghiên cứu

+ Khảo sát và thu thập tài liệu từ các mô hình áp dụng thực vật đất ngập nướctrong xử lý nước thải

+ Khảo sát các đặc điểm về hình thái, sinh trưởng và phát triển của cỏ NăngTượng để phục vụ cho mô hình nghiên cứu

+ Phương pháp bố trí mô hình thực nghiệm và khảo sát 2 yếu tố

+ Phương pháp tổng hợp tài liệu từ internet, báo chí, đài…

 Phương pháp thực hành thí nghiệm:

+ Phương pháp phân tích sự biến đổi đầu vào và đầu ra các chỉ tiêu lý hoá sinhhọc:pH, SS, BOD5, COD, Tổng Nitơ, Tổng Photpho

+ Phương pháp quan sát vá ghi hình mô hình nghiên cứu và mô hình đối chứng,để nhận xét về những thay đổi của thực vật, cơ chế hập thụ và sử dụng chất ô nhiễmcủa thực vật

 Phương pháp tích và xử lý số liệu để xác định hiệu quả xử lý nước thải của cỏNăng Từ đó so sánh với các chỉ tiêu với qui chuẩn Việt Nam (QCVN 24:2009)nguồn đầu ra

 Phương pháp chứng minh: đưa ra dẫn chứng gồm các điều đã đã được côngnhận, lý luận, tài liệu thu thập, hình ảnh nhằm chứng minh cho điều cần thể hiện

1.6 Giới hạn đề tài

Vùng nghiên cứu: khu vực nhà máy xử lý nứơc thải và cây xanh của khu côngnghiệp Tân Bình

Vật liệu nghiên cứu: cây cỏ Năng Tượng (Scripus littoralis Schrab).

Tiêu chuẩn: thông số pH, SS, COD, BOD5, tổng Nitơ, tổng Photpho

1.7 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài

Thời gian: thực hiện gần 3 tháng từ ngày 5/04/2010 đến ngày 30/06/2010

Địa điểm nghiên cứu: Khu Công nghiệp Tân Bình

Địa điểm phân tích chỉ tiêu: các chỉ tiêu phân tích được thực hiện tại phòng thínghiệm (khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học thuộc Đại học Kỹ Thuật CôngNghệ)

1.8 Ý nghĩa

 Ý nghĩa khoa học:

- Thiết kế khu vực đất ngập nước sau khi xử lý nước thải của nhà máy xử lý nướcthải khu công nghiệp Tân Bình, để tạo nguồn nước sạch tái sử dụng cho nhà máynước cấp khu công nghiệp

- Aùp dụng phương pháp xử lý tự nhiên, khả năng tự làm sạch của đất đồng thờikết hợp với nguồn thực vật có trong tự nhiên để xử lý

 Ý nghĩa thực tiễn:

- Tạo cảnh quan xanh, không khí trong lành cho khu công nghiệp

- Xây dựng và đề xuất phương pháp khả thi về kinh tế, bảo vệ môi trường; giảiquyết bài toán giữa nhu cầu phát triển, hoạt động sản xuất của khu công nghiệp vàyêu cầu môi trường xung quanh

- Xử lý nước thải bằng thực vật ít tốn kém chi phí so với các biện pháp khác.Thực tế cho thấy xử lý nước thải bằng thực vật chỉ chiếm khoảng 10 – 20% so vớicác biện pháp khác.

- Tận dụng nguồn cỏ sau khi xử lý để làm đồ gia dụng xuất khẩu

- Tạo thêm nguồn thu nhập cho người trồng cỏ

- Ứùng dụng phổ biến biện pháp xử lý nước thải bằng thực vật đất ngập nước trongcác khu công nghiệp

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU KHU CÔNG NGHIỆP TÂN BÌNH

2.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình KCN TB

2.1.1 Vị trí địa lý

Phía Tây Bắc giáp Quận 12

Phía Tây Nam giáp huyện Bình Chánh

Phía Đơng là đường Chế Lan Viên (lộ giới 30m)

KCN là đầu mối quan trọng với các tỉnh miền Tây và Đơng Nam Bộ, cĩ vị trí rấtthuận lợi:

 Cách trung tâm Thành phố 10km

 Nằm cạnh sân bay Tân Sơn Nhất

 Cách cảng Sài Gịn 11 km theo đường vận chuyển container

 Cách xa lộ vành đai Quốc lộ 1A 600m

 Cách Quốc lộ 22 khoảng 400m (tương lai là trục Bắc Nam của TP – là đoạnđường Xuyên Á)

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Độ cao trung bình khoảng 3m so với mực nước biển Độ dốc khu vực nằm trong thếđất chung từ đầu sân bay Tân Sơn Nhất hạ thấp dần về phía hệ thống thốt nước chínhKCN là kinh 19/5 và kinh Tham Lương Thành phần nền đất chủ yếu là đất cát và sét.Sức chịu tải 1.25 kg/cm2

Ngồi vị trí rất thuận tiện nêu trên, KCN Tân Bình cịn được đầu tư xây dựng các cơ

sở hạ tầng hiện đại đạt tiêu chuẩn Quốc gia nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho các nhà đầu

tư và hoạt động

2.2 Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật KCN TB

2.2.1 Giới thiệu KCN TB

KCN Tân Bình là KCN sạch duy nhất nằm trong Thành phố được thành lập theoQuyết định số 65/TTg ngày 01/02/1997 của Thủ Tướng Chính Phủ với quy mô142.35 ha, trong đó bao gồm 84.59 ha là phần diện tích đất cho thuê, được chia thành

4 nhóm công nghiệp I, II, III, IV

Ngoài ra để phục vụ cho nhu cầu tái định cư của KCN, Thủ Tướng Chính Phủcũng ban hành Quyết định số 64/TTg ngày 01/02/1997 cho phép đầu tư và kinhdoanh Khu phụ trợ nhà ở cạnh KCN TB với quy mô 86.92 ha

Chủ đầu tự: Cả hai dự án trên đều do Công ty Sản xuất Kinh doanh Xuất nhậpkhẩu Dịch vụ và Đầu tư Tân Bình (TANIMEX) làm chủ đầu tư

Tổng diện tích toàn KCN: 142.35 ha, trong đó:

+ Diện tích đất cho thuê: 84.5 ha

+ Khu phụ trợ – kho hàng: 13.4 ha

+ Hệ thống giao thông: 36.2 ha

+ Cây xanh: 18,2 ha

2.2.2 Ngành nghề kinh doanh của KCN TB

2.2.2.1 Sản xuất kinh doanh

Sản xuất hành công nghiệp, phục vụ tiêu dùng nội địa và xuất khẩu

Sản xuất thuốc lá điếu, mua bán thuốc lá đếu sản xuất trong nước, sản xuất kinhdoanh cây đầu lọc (thuốc lá điếu)

Sản xuất và mua bán nước tinh khiết, sản xuất suất ăn công nghiệp

Sản xuất gia công khung kèo thép, cáx sản phẩm cơ khí phục vụ cho sản xuất,xây dựng và tiêu dùng, lắp dựng khung kèo thép, san lắp mặt bằng

Kinh doanh kho hàng, sản xuất và giao nhận hàng

Sản xuất và chế biến các loại thực phẩm, thức ăn gia súc, thuỷ hải sản, kinhdoanh vật tư phục vụ cho nuôi trồng thủy sản

Khai thác, xử lý và mua bán nước ngầm.

Kinh doanh công viên cây xanh (trồng cây, chăm sóc, cây xanh)

Mua bán lương thực, thực phẩm, quần áo, văn phòng phẩm, mỹ phẩm, hàng giadụng, điện, điện tử, các mặt hàng nhu yếu phẩm

Kinh doanh các loại hoá chất (trừ các chất có tính độc hại mạnh)

Mua bán thiết bị xử lý môi trường

Kinh doanh vận chuyển hành khách theo hợp đồng, kinh doanh lữ hành quốc tế Trồng rừng, khai thác cát đen, khai thác đất sét, sản xuất gạch ngói, nguyên vậtliệu xây dựng, khai thác và chế biến khoáng sản, sản xuất vật liệu xây dựng

2.2.2.2 Xuất nhập khẩu

Xuất khẩu hàng nông lâm sản, thủy hải sản, hàng công nghiệp và TTCN, rauquả và thực phẩm chế biến

Nhập khẩu nguyên nhiên liệu, vật tư, máy móc, thiết bị, hàng tiêu dùng, phụliệu, phụ tùng, vật liệu xây dựng, trang trí nội thất, phương tiện giao thông vận tải Đầu tư và hợp tác sản xuất hàng xuất khẩu Đầu tư và hợp tác xây dựng nhà,xưởng sản xuất các mặt hàng xuất khẩu

Gia công xuất khẩu ngành hàng giày dép, may mặc

2.2.2.3 Đầu tư

Thi công xây dựng: các công trìn dân dụng và công nghiệp, các công trình giaothông, cấp thoát nước và cây xanh (gồm mới và duy tư), các công trình thuỷ lợi và hệthống chiếu sáng

Đầu tư xây dựng và kinh doanh nhà ở, siêu thị, cơ sở hạ tầng KCN

Đầu tư xây dựng và văn phòng cho thuê

2.2.2.4 Dịch vụ

Dịch vụ nhà hàng, khách sạn, kiều hối

Dịch vụ thể dục thể thao (sân tennis, hồ bơi và các loại hình thể dục, thể thaogiải trí khác.

Thu gom và vận chuyển rác, dịch vụ rửa xe

Vận chuyển hàng hóa, địa lý vận tải

Duy tu nạo vét cống rãnh

Cho thuê xe du lịch, xe tải, vận chuyển hành khách theo hợp đồng

Sữa chữa và bão trì ô tô và xe cơ giới các loại

Du lịch, lữ hành quốc tế

Đại lý vé máy bay

Đại lý khai thuê dịch vụ hàng hóa xuất nhập khẩu (đại lý khai thuê hải quan) Đại lý bán lẽ xăng dầu, gas, nhớt, dầu mỡ, sang chiết gas

Đại lý bảo hiểm, đại lý dịch vụ bưu chính viễn thông

2.2.2.5 Tư vấn

Tư vấn du học, đào tạo nghề

Tư vấn cung cấp giải phóng công nghệ và thi công các hệ thống xử lý nước thải,nước tinh khiết, rác, khí thải và các tác nhân gây ô nhiễm môi trường

Lập tổng dự toán vá dự toán công trình, lập dự án đầu tư, thẩm tra thiết kế và dựtoán

Tư vấn đấu thầu và tư vấn đầu tư ( trừ tư vấn đầu tư tài chính)

2.2.2.6 Khu phụ trợ KCN TB

Có diện tích 13.42 ha dùng bố trí các công trình cung cấp năng lượng, cung cấpnước và cung cấp dịch vụ vận tải, kho bãi, kho ngoại quan

Ngoài ra, để đa dạng hoá kinh doanh cũng như ngày càng hoàn thiện các dịch vụhỗ trợ cho các hoạt động sản xuất của các nhà đầu tư, ngay từ đầu năm 2000, KCNđã đồng loại triển khai các dự án lọai hình dịch vụ như: xây dựng khu nhà kho xưởng

cho thuê, Xưởng cung cấp khẩu phần ăn công nghiệp, Đội cây xanh – Môi trường,

Xí nghiệp xây lắp và cơ khí xây dựng (trực thuộc công ty TANIMEX) Trạm cungcấp nhiên liệu, thực hiện dịch vụ Đại lý Bảo hiểm, Phòng giao dịch ngân hàngVietcombank chi nhánh Tp.HCM Dự kiến sắp tới torng năm 2010 – 2020 sẽ triểnkhai thêm một số loại hình dịch vụ khác như: Trạm khai thác nước ngầm, bán trả gópcho các căn hộ Chung cư cho các đối tượng có thu nhập thấp, khu vui chơi, khuVHTDTT, văn phòng cho thuê, kho ngoại quan, trạm xử lý nước thải, bưu chính viễnthông và các công trình tiện ích phục vụ dân cư như: trường học, y tế

Bên cạnh đó công tác tuyển dụng lao động để cung ứng các nhà máy trong KCNđược công ty TANIMEX đặc biệt quan tâm Đối với công tác bảo vệ trật tự côngcộng cũng được KCN quan tâm và được hiện chuyên trách bởi Đội bảo vệ KCN,đồng thời thường xuyên phối hợp với các cơ quan địa phương

2.3 Đánh giá chung về hiện trạng hệ thống hạ tầng kỹ thuật

2.3.1 Hệ thống giao thông

Tổng chiều dài các tuyến đường trong KCN TB khoảng 13.2 km với các loạiđường lộ giới từ 16m – 32m được trãi bê tông nhựa nóng và nối trực tiếp với xa lỗvành đai (QL1A), quốc lộ 22, tải trọng H.30

2.3.2 Nguồn cung cấp điện

Nhằm đảm bảo hoạt động của các nhà máy được liên tục, KCN có 2 nguồn cungcấp điện:

+ Trạm TB I nằm trong KCN: 110/22 KV – 2x40 MVA

+ Đường dây dự phòng Hóc Môn và Vina texco từ trạm 110/15 Bà Qụeo

2.3.3 Nguồn cung cấp nước

Để đáp ứng tối đa nhu cầu về nước của các doanh nghiệp, KCN sử dụng 2 hệthống cung cấp nước:

+ Công ty khai thác và cung cấp nước ngầm TP: 50.000 m3/ ngàyđêm.

+ Hệ thống nước sông Sài Gòn: 300.000 m3/ ngàyđêm

+ Hệ thống cấp nước nội bộ KCN: 6.000 m3/ ngàyđêm

2.3.4 Hệ thống xử lý nước thải

Nhà máy xứ lý nứơc thải KCN TB với công suất 2.000 m3/ ngàyđêm, lưu lượngtrung bình là 84 m3/h và phí xử lý nước thải trung bình 3950/m3.Nhà máy xử lý nướcthải tập trung KCN Tân Bình được áp dụng cơng nghệ xử lý theo mẻ thơng qua các bểSBR xử lý bằng vi sinh

 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ:

Hình 2.1: Công nghệ xử lý nước thải KCN Tân Bình.

Bể điều hịa

NaOHHCl

Bể SBR 2

Bể SBR 1

Khuấy đảo

Thổi khíThổi khí

Bể khử trùng

Bể chứa bùnMáy ép bùn

Nước sau ép về lại

bể gom nước thải Bùn sau ép

NaOCl

Sân phơi bùn

 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Dòng nước thải cần được xử lý trong KCN Tân Bình được tập trung về nhà máy theo

ba tuyến ống từ ba vị trí này sẽ được nối vào bể gom nước thải của hệ thống xử lý.Trước khi nước thải vào bể gom phải wa sàn lọc rác thô với khoản cách giữa các thanhchắn là 10mm tại đây các loại rác có kích thước lớn được giữa lại và thu gom nhờ hệthống cào rác tự động và liên tục rác thải được chứa trong giỏ rác và được chuyển đếnbãi rác chung của KCN Nước thải từ bể gom được đưa lên thiết bị lọc rác tinh bằng sựhoạt động của 3 bơm chìm Khi lưu lượng nước thải khu công nghiệp ở mức trung bìnhthì chỉ có một bơm hoạt động, khi lưu lượng cao thì hai bơm hoạt động, một bơm đặt dựphòng khi một trong hai bơm có sự cố không hoạt động tại bể này sẽ có mùi hôi củanước thải chưa xử lý Sau khi qua thiết bị lọc rác tinh có kích thước khe là 0.75mmnhầm mục đích làm giảm lượng chất lơ lững vô cơ trong nước thì tự chảy vào bể táchdầu mỡ tại bể vớt dầu mỡ thì lớp dầu mỡ nổi lên trên bờ mặt và được gạt thải vàománg bằng thanh gạt, phần nước còn lại sẽ chảy tràn qua bể điều hòa

Trước khi qua bể điều hào, pH của nước được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH

và HCl, NaOH và HCl được cấp bởi bơm riêng và hoạt động dựa trên tín hiệu nhậnđược từ máy điều khiển pH Thông thường pH làm việc tốt nhất là 6.5 – 7.5 Tại bể điềuhòa, nước được khuấy trộn chìm liên tục để điều hòa nồng độ và lưu lượng nước Bơmchìm được sử dụng tại bể điều hòa để vận chuyển nước thải đến bể SBR Đồng thời bểđiều hòa cũng có vai trò là bể chứa nước thải mỗi khi hệ thống dừng lại để sữa chữahoặc bảo trì

Tiếp đến nước từ bể điều hòa được bơm sang bể SBR và trải qua 5 giai đoạn: cấpnước, cấp nước và sục khí, sục khí, lắng và chắt nước Các giai đoạn này được vận hànhliên tục và điều khiển bởi chương trình tự động SBR Khi thời gian cấp nước kết thúc thìgiai đoạn cấp nước và sục khí diễn ra, nước được cấp đủ vào hồ trong quá trình sục khíthì sẽ dừng lại nhưng vẫn tiếp tục sục khí, lúc này nước được xáo trộn để tăng hiệu quả

xử lý bằng vi sinh Thời gian sục khí kết thúc, tiếp đến là giai đoạn lắng, ở giai đoạn nàybùn sẽ lắng xuống trong điều kiện tĩnh, các bông cặn nặng sẽ lắng xuống với tốc độ

chắt ra được đưa vào bể khử trùng Tại đây, clorine được châm vào một liều lượng xácđịnh tùy thuộc vào dòng thải để khử trùng nước trước khi đưa ra hồ chứa nước sau xửlý.

Ngoài ra, sau quá trình xử lý ở bể SBR một phần bùn dư nén ở đáy được chuyểnđến máy ép bùn để xử lý bằng bơm bùn Nước sinh ra trong quá trình ép bùn sẽ đượcchảy lại hố gom nước thải

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC

3.1 Đất ngập nước (ĐNN)

3.1.1 Gíơi thiệu

Đất ngập nước là nơi chuyển tiếp giữa vùng đất cao và nơi nước sâu cuả các thuỷvực Đất ngập nước được coi là một cấu phần của cảnh quan tự nhiên, phản ánhnhững đặc trưng về các điều kiện tự nhiên và sinh học mà ở đó con người đã dựa vào

để tạo nền văn minh rực rỡ trong lịch sử phát triển của mình Paul A Keddy (2000),

nhà khoa học người Anh đã viết “Tất cả sự sống đều chứa nước và cần nước Loạitrừ không gian ngoài hành tinh, Trái đất tồn tại như một khảm giữa màu xanh củanước và màu lục của cây cỏ Đất ngập nước chính là nơi gặp gỡ giữa màu xanh vàmàu lục, nơi xuất hiện những quần xả sinh vật ngập nước”

Diện tích đất ngập nứơc trên thế giới được đánh giá vào khoảng 5.2 triệu cây sốvuông, phân bố rất rộng, từ các bãi đầm lầy rừng ngập mặn nhiệt đới đến đất thanbùn cận cực, từ các vực nước sông nông đến những nơi đất cao bão hoà nước… Dù ởđâu, điều kiện xác định của môi trường đất, nước và chế độ ngập nước quần xã sinhvật – 1 thành phần đặc biệt được sinh ra trong hoàn cảnh cụ thể của đất và chế độngập nước, là những yếu tố cơ bản hình thành nên ĐNN Trong hoạt động sống, quầnxã sinh vật lại làm biến đổi cấu trúc và các đặc tính vật lý, hoá học của đất cũngnhư của nước chứa trong đó Mối quan hệ nhiều chiều này quyết định đến sự hìnhthành, tồn tại và phát triển của hệ sinh thái ĐNN

Đến nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã ngày càng nhận thức rõ hơn về nhữnggiá trị và tầm quan trọng của ĐNN đối với cuộc sống của con người Từ chỗ nhậnthức rằng ĐNN là những vùng hoang dã, không có năng suất, chỉ có côn trùng, cá

sấu và dịch bệnh Ngày nay, con người đã hiểu rằng ĐNN là hệ sinh thái có năngsuất cao nhất, nếu được quản lý tốt, nó có thể đáp ứng các nhu cầu của cuộc sốngcon người, nhất là các nhu cầu ngày càng cao trong khi dân số ngày càng tăng.

Sự thoái hoá hoặc mất đi các hệ sinh thái ĐNN sẽ làm gia tăng áp lực về kinh tếđối với các cộng đồng dân cư nông thôn sống trong vùng ĐNN

ĐNN nước được gọi bằng tiếng Anh là “Wetland” Ở Việt Nam, trước đây cónhiều cách gọi khác nhau, có người gọi là “đất ngập nước”, “đất ướt” hay “đất ẩm”.Tại nghị định số 109/2003/NĐ – CP ngày 23/09/2003 của Chính Phủ về việc bảo tồnvà phát triển bền vững các vùng ĐNN, từ “đất ngập nước” đã chính thức được sửdụng trong một văn bản pháp luật nước ta

Các định nghĩa về đất ngập nước

Thuật ngữ đất ngập nước được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tuỳ theo quanđiểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau Các định nghĩa về đấtngập nước có thể chia làm 2 nhóm chính Một nhóm theo định nghĩa rộng, nhóm thứhai theo định nghĩa hẹp

Các định nghĩa về đất ngập nước theo nghĩa rộng như định nghĩa của công ướcRamsar, định nghĩa theo chương trình điều tra đất ngập nước của Mỹ, Canada, NewZealand và Oâxtrâylia

3.1.2 Các kiểu đất ngập nước ứng dụng xử lý bằng thực vật

Có ba phương thức hệ thống ĐNN cơ bản dùng xử lý nước ô nhiễm:

 Đất ngập nước tự nhiên:

Dù ĐNN nhân tạo hiện nay được dùng thường hơn ĐNN tự nhiên, việc sử dụngĐNN tự nhiên cho xử lý nên được cân nhắc kỹ khi phác thảo tổng thê chi phí xâydựng Để xác định rõ nếu một vùng ĐNN tự nhiên có thể sử dụng, cần tính toán đếnsố lượng kích thước dự án Thêm vào đó, cần xử lý sơ bộ, xác định rõ loại ống dẫn

nước, điều khiển dòng ngập lũ và rủi ro sinh thái để đánh giá dài hạn và ngắn hạnvề tiềm năng và ứng dụng môi trường.

Thực vật là nhân tố quan trọng nhất để ĐNN hoạt động như là phương pháp xửlý thay thế phù hợp Nhiều loại cây thuộc ĐNN tự nhiên không thể sống lâu trong

ĐNN do chế độ dòng chảy thay đổi (theo EPA, 1993) Chỉ một số ít trong tổng số các

loài vùng ĐNN thích nghi chịu được gia tăng trong nước tự nhiên Hầu hết các vùngĐNN tự nhiên không thích hợp dùng xử lý nước thải do các loài cây không có khảnăng chống đỡ khi có sự tăng cao chất thải, dù vậy có ba loại ĐNN tự nhiên thể hiệnkhả năng xử lý nước thải và nước mưa như: đầm lầy; vùng đất ngập lũ; vùng đất câybụi rậm Nhìn chung, đây là ba loại hình ĐNN cơ bản thích hợp xử lý : dòng chảyngang bề mặt trong một hồ, dòng chảy mặt trong một con sông và dòng chảy thẳngđứng hay chéo, chuyển động thẳng đứng trong mặt đất nghiêng thuộc vùng nhậnnước

 Đất ngập nước dòng chảy bề mặt (surface flow wetland)

ĐNN dòng chảy bề mặt có cây mọc dày đặc do sự đa dạng của các loài cây vàđặc trưng có độ sâu nước ít hơn 4m Những vùng nước mỡ có thể được kết hợp trongthiết kế ống dẫn nứơc và nâng cao môi trường sống hoang dã Tỷ lệ nạp đặc trưngcủa thuỷ lực đối với ĐNN dòng chảy bề mặt vào 4 cm/ngày ĐNN dòng chảy bề mặtsử dụng một cái nền bằng sỏi hay cát cho sự sinh trưởng của thực vật ĐNN bén rễ.Nước thải được xử lý ban đầu và loại bỏ xuyên qua chất nền của ĐNN nhờ vào trọnglực, tại đó nó vào bên trong tiếp xúc với hỗn hợp các vi khuẩn tuỳ nghi trong lớpdưới và rễ cây Độ sâu của nền ĐNN dòng chảy dưới bề mặt điển hình là nhỏ hơn6m và tầng đáy thường là bùn loãng là giảm tới mức tối thiểu dòng chảy qua đất.Khi xem xét một vị trí thích hợp để xây dựng khu ĐNN dòng chảy bề mặt cần xácđịnh rõ các đặc tính sau: địa hình; quyền sở hữu địa điểm; tính chất của đất

 Đất ngập nước dòng chảy dưới bề mặt (subsurface flow wetland):

Nhìn chung, mô hình tiêu chuẩn đối với ĐNN dòng chảy ngầm không khác dòngchảy mặt nhiều, chỉ một vài sự khác nhau: hệ thống thoát nước và tốc độ loại bỏ ônhiễm Trong ĐNN dòng chảy ngầm, chất nền ô nhiễm được vận chuyển qua vậtliệu lọc (đá cuội) tại đó vi khuẩn trong chất nền và trên cây sẽ tiếp xúc nhau trognnước thải và làm thoái hoá một cách hiệu quả hoặc làm kết vón chất ô nhiễm Cáctham số cơ bản được xem xét khi hoàn thánh việc bố trí và thiết kế ĐNN dòng chảyngầm: hệ thống phân phối nước đầu vào; hình lòng chảo; hệ thống điều chỉnh đầu ra

3.2 Cấu trúc và chức năng đất ngập nước

3.2.1 Cấu trúc

Nói về hệ sinh thái đầm lầy ngập cần chú ý đến các khía cạnh của các yếu tốnhư: địa chất, thuỷ văn, hoá học của dung dịch đất, thực vật, vật tiêu thụ, chức nănghệ sinh thái bao gồm năng suất sơ cấp, sự phân huỷ, tổn thất lượng hữu cơ, xuất khẩuchất dinh dưỡng, dòng chảy, quỹ dinh dưỡng

3.2.2 Chức năng sinh thái của đất ngập nước

Nạp nước ngầm: nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngậpnước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ởvùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng

Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt : bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa nhưbồn chứa tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế lũ ởvùng hạ lưu

Ổn định vi khí hậu: do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờlớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O2 và CO2 trong khí quyển làmcho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định

Chống sống, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn: nhờ lớp phủ thực vật, đặcbiệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng làm giảm sức gió của bão vàbào mòn đất của dòng chảy bề mặt.

Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm: vùng đất ngập nước được coi nhưlà bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc( chất thải sinhhoạt và công nghiệp)

Nước thải chứa các chất ô nhiễm khi chảy vào vùng đất ngập nước thông quanhiều cơ chế như quá trình trầm lắng, suy thoái sinh học, bị kết tủa và thực vật hấpthu và vi sinh vật biến đổi tạo thành nguồn năng lượng cho chúng

Trong đất quá trình oxy hoá khử có vi sinh vật tham gia, sử khử giúp giải phóng

N2 và NH3vào khí quyển theo quá trình:

Giao thông thủy : hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùngngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long,vận chuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triểnkinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương

Giải trí, du lịch : các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim (Tam Nông,Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động

và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều dukhách đến tham quan giải trí.

3.2.3Giá 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 sinhthái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinhthái có năng suất cao, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bảo vệ môi trườngvà đa dạng sinh học Đó là nơi cung cấp các lâm sản, nông sản và hải sản có giá trịkinh tế cao Bên cạnh vai trò điều hoà khí hậu, hạn chế xói lở, ổn định và mở rộngbãi bồi

Giá trị đa dạng sinh học của đất ngập nước bao gồm cả giá trị văn hóa, nó liênquan tới cuộc sống tâm linh, các lễ hội truyền thống phản ánh ước vọng của ngườidân địa phương sống trong đó và các hoạt động du lịch sinh thái… giá trị văn hoá baogồm cả tri thức bản địa của người dân trong nuôi trồng, khai thác và sử dụng các tàinguyên thiên nhiên và cách thích ứng của con người với môi trường tự nhiên( lũ lụt,hiện tượng ngập nước theo mùa hoặc đột biến của thiên nhiên…) Nhiều kết quảnghiên cứu đã chứng minh mối quan hệ giữa tự nhiên, xã hội, ngôn ngữ và văn hoálà không thể tách rời, nó thể hiện lòng tin của con người Thông thường nơi nào cógiá trị đa dạng sinh học cao thì cũng là nơi cư trú của người dân bản địa Người tachưa thống kê được bao nhiêu xã hội truyền thống nhưng loại trừ các cư dân thànhthị còn khoảng 85% dân số thế giới sống ở các vùng địa lý khác nhau : vùng địa cực,vùng sa mạc, vùng savan, các vùng rừng nhiệt đới và vùng đất ngập nước… tất cả cácyếu tố tự nhiên này góp phần không nhỏ tạo nên văn hoá truyền thống của người

dân địa phương Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên trong đó có các hệ sinh thái đấtngập nứơc cũng là bảo vệ cái nôi văn hoá truyền thống.

3.3 Đặc điểm và tính chất đất ngập nước

Gía trị của ĐNN được thể hiện qua các đặc tính của chúng: là nơi tích và cungcấp cho nước ngầm, điều tiết nước ngầm, khống chế lũ lụt, giữ chất lắng đọng vàchất độc, giữ chất dinh dưỡng, sản xuất sinh khối, chắn gió bão, ổn định khí hậu, giữtài nguyên rừng, tài nguyên động thực vật hoang dại, tạo điều kiện cho nghề cá, tàinguyên nông nghiệp, cung cấp nước và giữ gìn tính đa dạng sinh học Ngoài ra, tínhđộc đáo về sinh cảnh cũng là một trong những tiềm năng du lịch có gía trị

ĐNN là vùng chuyển tiếp giữa môi trường cạn và nước ngập và mang lợi ích vềdinh dưỡng, năng lượng, cây trồng và sinh vật đi vào từ hệ sinh thái bên cạnh

Những vùng ĐNN thường thụ động đối với chế độ nước Sự điều hoà chế độ nướccó thể trực tiếp làm biến đổi những chất dinh dưỡng, mức độ thiếu oxy trong thểnứơc ở chất nên, muối đất và pH Sự cung cấp nước là nguồng cung cấp chất dinhdưỡng, những dòng chảy ra thường làm những vật chất vô sinh và hữu sinh thoátkhỏi vùng đất ngập nước tác động trực tiếp đến sự thích nghi của vi sinh vật

Sự thích nghi môi trường của sinh vật tạo ra sự phong phú và đa dạng trong hệsinh thái ĐNN

3.4 Phân loại

Hiện nay, có nhiều kiểu phân loại đất khác nhau tuỳ thuộc vào cảnh quan, mụcđích sử dụng và quản lý mỗi vùng Ở Việt Nam, việc phân loại ĐNN được khởi

xướng và áp dụng vào năm 1989 do D.Scott và tác giả Lê Diên Dực Năm 2001, Cục

Môi Trường thuộc Bộ Khoa Học, Công Nghệ và Môi Trường đã công bố tài liệu

“Các vùng đất ngập nước có gía trị đa dạng sinh học và môi trường Việt Nam”,trong đó có đưa ra một bảng phân loại ĐNN dựa trên cách phân loại của Ramsar

Việc phân loại ĐNN tiến hành khi xây dựng bảng đồ ĐNN của quốc gia, các nhàkhoa học Việt Nam sử dụng hệ thống phân loại ĐNN của Viện Điều tra Quy hoạchRừng (1999).

Bảng 3.1 Hệ thống phân loại đất ngập nước

3.5 Thực vật đất ngập nước

3.5.1 Giới thiệu chung

Kể từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất, vật chất trong thiên nhiên được chuyểnhoá theo một chuỗi mắt xích chuyển hoá mới: chuỗi chuyển hoá vật chất trong cơthể các sinh vật Chuỗi chuyển hoá này được gọi là chuỗi thực phẩm, trong đó thựcvật được coi như giới sinh vật quan trọng nhất tạo ra những chất hữu cơ từ nhữngchất vô cơ nhờ ánh sáng mặt trời Khối lượng các chất hữu cơ được tạo nên quá trình

Hệ thống Chính Hệ thống phụ

chịu ảnh huởng trực tiếp của biển)

1.1 Đất ngập nước mặn, ven biển ĐNN

mặn, ven biển

ở cửa sông)

mặn, đầm phá)

tiếp của biển)

ngọt, thuộc sông)

quan hợp này rất lớn Nếu không có thực vật, quá trình tạo ra chất hữu cơ coi nhưkhông tồn tại và như vậy hệ sinh thái mất cân bằng.

Các thực vật không chỉ tồn tại trên mặt đất, mà chún còn tồn tại cả những vùngngập nước Các loại thực vật này thuộc loại thảo mộc, thân mềm Quá trình quanghợp của các loài thực vật thuỷ sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Các chấtdinh dưỡng được hấp thu qua rễ và lá Mỗi cm2 bề mặt lá có khoảng 100 lỗ khíkhổng Qua lỗ khí khổng này, ngoài sự trao đổi còn có sự trao đổi các chất dinhdưỡng Do đó, lượng vật chất đi vào qua lỗ khí khổng để tham gia quá trình quanghợp không nhỏ Ở rễ, các chất dinh dưỡng vô cơ được chuyển qua hệ rễ của thực vậtthuỷ sinh và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ.Các chất hữu cơ này cùng các chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối.Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hoà tan Các chất hữu cơ không tiêu thụ trực tiếpmà phải qua quá trình vô cơ hoá nhờ hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sẽ phânhuỷ các chất hữu cơ và chuyển chúng thành các hợp chất vô cơ hoà tan Lúc đó thựcvật mới có thể sử dụng chúng để tíên hành trao đổi chất Chính vì thế, thực vậtkhông thể tồn tại và phát triển trong môi trường chỉ chức chất hữu cơ mà không cómặt của vi sinh vật Quá trình vô cơ hóa bởi vi sinh vật và quá trình hấp thụ các chấtvô cơ hoà tan bởi thực vật thuỷ sinh tạo ra hiện tựơng giảm vật chất có trong nước.Nếu đó là nước thải thì quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch sinh học

3.5.2 Những nhóm thực vật thuỷ sinh

Một số thực vật có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ônhiễm Thực vật thuỷ sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia ra làm 3nhóm:

a Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước

Thực vật thủy sinh là những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới bềmặt nước) được gọi là thực vật thuỷ sinh ngập nước Đặc biệt quan trọng của các loàithực vật thuỷ sinh ngập nước là chúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổichất hoàn toàn trong lòng nước Khi thực vật thuỷ sinh sống trong lòng nước, có rấtnhiều quá trình xảy ra không giống như thực vật sống trên cạn Những quá trình đóbao gồm:

 Thứ nhất

Ánh sáng mặt trời không trực tiếp tác động vào diệp lục có ở lá mà ánh sáng mặttrời đi qua một lớp nước Một phần năng lượng của ánh sáng mất đi do sự hấp thụcủa các chất hữu cơ trong nước Chính vì thế, phần lớn các loài thực vật thuỷ sinhsống ngập trong nước bắt buộc phải thích nghi với kiểu ánh sáng này Mặt khác ánhsáng mặt trời chỉ có thể đâm xuyên vào nước với mức chiều sâu nhất định Qua mứcđộ đó, ánh sáng sẽ yếu dần đến lúc bị triệt tiêu Điều đó cho thấy một thực tế cácloài thực vật ngập nước chỉ có thể sống ở một chiều sâu nhất định của nước Khôngcó ánh sáng mặt trời xuyên qua thì thực vật không phát triển Như vậy, ánh sáng mặttrời đậm xuyên qua vào nước phụ thuộc vào hai yếu tố:

+ Độ đục của nước

+ Chiều sâu của nước

+ Aùnh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất ở chiều sâu của nước là 50cm trởlại Chính vì thế, phần lớn thực vật thuỷ sinh ngập nước sống ở chiều sâu này

 Thứ hai

Khí CO2 trong nước không nhiều như CO2 có trong không khí Khả năng CO2 cótrong nước thường từ những nguồn sau:

+ Từ quá trình hô hấp của vi sinh vật

+ Từ quá trình phản ứng hoá học

+ Từ quá trình hoà tan của không khí

Các quá trình hô hấp thải CO2 thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy Các phảnứng hoá học chỉ xảy ra trong môi trường nước chứa nhiều cacbonat Khả năng hoàtan CO2 từ không khí rất hạn chế Chúng chỉ xảy ra ở bề mặt nước và khả năng nàythường giới hạn ở độ dày của nước khoảng 20 cm kể từ bề mặt nước Chính nhữnghạn chế này mà các loài thực vật thuỷ sinh thường phải thích nghi hết sức mạnh vớimôi trường thiếu CO2

 Thứ ba

Việc cạnh tranh CO2 trong nước xảy ra rất mạnh giữa thực vật thuỷ sinh và tảo,kể cả với vi sinh vật quang năng

Ở những lưu vực nước không chuyển động có sự hạn chế rất lớn lượng CO2 nhưng

ở những dòng chảy hay có sự khuấy động, lượng CO2 từ không khí sẽ tăng lên

Những thực vật ngập nước tồn tại hai dạng Một dạng thực vật có rễ bám vào đất,hút chất dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước, một dạng rễ và lá lơ lửngtrong lòng nước

b Nhóm thực vật trôi nổi

Thực vật trổi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm trong vùng nhiệt đới Cácloài thực vật này phát triển trên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trờitrực tiếp Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm Chúng phát triểntrong lòng môi trường nước, nhận các các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lênlá, thực hiện các quá trình quang hợp Các loài thực vật nổi trôi phát triển và sinhsản rất mạnh

Ví dụ như: bèo lục bình, bèo tấm, rau diếp Những loài thực vật này nỗi trên mặtnước và chúng chuyển động trên mặt nước theo chiều gió thổi và theo sóng nước haydòng nước chảy của nước Ơû những khu vực nước không chuyển động, các loài thực

vật này sẽ bị dồn về một phía theo chiều gió Còn ở những khu vực nước chuyểnđộng như dòng sông, chúng sẽ chuyển động theo sóng nước, theo gió và theo dòngchảy

Khi thực vật này chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong lòng nước, cácchất dinh dưỡng sẽ thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thu qua rễ Mặt khác,rễ của các loài thực vật này như những giá thể rất tuyệt vời để vi sinh vật bám vàođó, phân huỷ hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ có trong nước thải

So với thực vật ngập nước thực vật nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao

c Thực vật nửa ngập nước

Đây là loài thực vật có rẽ bám vào đất và một phần than ngập trong nước Mộtphần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn lên mặt nước để tiến hành quá trìnhquang hợp Thuộc các nhóm này là các loài cỏ nước và các loài lúa nước Việc làmsạch môi trường đối với các loài thực vật này chủ yếu là ở phần lắng ở đáy lưu vựcnước Những vật chất lơ lửng thừơng ít hoặc không được chuyển hoá Các loài thâncỏ thuôc nhóm này bao gồm: cỏ đuôi mèo, sậy, cỏ lõi bấc Các loài thực vật thuỷsinh trong quá trình phát triển chịu sự ảnh hưởng rất lớn của các điều kiện môitrường nước như :

+ Nhiệt độ

+ Ánh sáng

+ Chất dinh dưỡng và các chất có trong nước

+ pH của nước

+ Chất khí hoà tan trong nước

+ Độ mặn(hàm lượng muối) có trong nước

+ Chất độc hại có trong nước

+ Dòng chảy của nước

+ Sinh thái của nước.

3.5.3 Chức năng của thực vật trong môi trường ngập nước

 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 cácchất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh học (BOD) cótrong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trìnhlắng Cả bãi lọc ngầm trồng cây và bãi lọc trồng cây ngập nước về cơ bản hoạt độngnhư bể lọc sinh học Tuy nhiên, đối với bãi lọc trồng cây ngập nước, vai trò của các

vi sinh vật lơ lửng dọc theo chiều sâu cột nước của bãi lọc đối với việc loại bỏ BODcũng rất quan trọng Cơ chế loại bỏ BOD trong các màng vi sinh vật bao bọc xungquanh lớp vật liệu lọc tương tự như trong bể lọc sinh học nhỏ giọt Phân hủy sinh họcxảy ra khi các chất hữu cơ hoà tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phầnthân 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 hủysinh học( hiếu khí) cư trú

+ Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh họchiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ

Hình 3.1 Đường đi của BOD/Cacbon trong đất ngập nước

 Loại bỏ chất rắn

Các chất lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì hệ thống bãi lọctrồng cây có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, chất keo có thể đượcloại bỏ thông qua cơ chế lọc ( nếu có sử dụng cát lọc), lắng và phân hủy sinh học (dosự phát triển của vi sinh vật), hút bám, hấp phụ lên các chất rắn khác (thực vật, đất,

cát, sỏi…) nhờ lực hấp dẫn Van De Waals, chuyển động Brown Đối với sự hút bám trên lớp nền, một thành phần quan trọng của bãi lọc ngầm Sapkota và Bavor (1994)

cho rằng: chất rắn lơ lửng được loại bỏ trước tiên nhờ quá trình lắng và phân hủysinh học, tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt

Các cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tínhchất của các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng.Trong mọi trường hợp, thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong việcloại bỏ các chất rắn

Hình 3.2 Đường đi của các hạt rắn trong đất ngập nước

 Loại bỏ Nitơ

Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau:

+ Nitrat hoá/khử nitơ

+ Sự bay hơi của amoniăc (NH3)

+ Sự hấp thụ của thực vật

Hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thống nhất về tầm quan trọng của các cơchế khử nitơ như đặc biệt với hai cơ chế nitrat hoá/khử nitrat và sự hấp thụ của thựcvật

Trong các bãi lọc, sự chuyển hoá của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hoá và khửcủa bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lênkhỏi mặt nước Nitơ hữu cơ bị oxy hoá thành NH4+ trong cả hai lớp đất oxy hoá vàkhử Lớp oxy hoá và phần ngập của thực vật là những nơi chủ yếu xảy ra quá trìnhnitrat hóa, tại đây NH4+ chuyển hoá thành NO2- bởi vi khuẩn Nitrosomonas và cuốicùng thành NO - bởi vi khuẩn Nitrobacter Ở môi trường nhiệt độ cao hơn, một số

NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí Nitrat trong tầng khử sẽ bịhụt đi nhờ quá trình khử nitrat, lọc hay do thực vật hấp thụ Tuy nhiên, nitrat đượccấp vào từ vùng oxy hoá nhờ hiện tượng khuếch tán.

Đối với bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng lá,thân, rễ của các cây trồng trong bãi lọc và tạo nên một lớp giàu oxy tương tự như lớpbề mặt chung giữa đất và nước Nhờ quá trình nitrat hoá diễn ra ở vùng hiếu khí, tạiđây NH4+ bị oxy hoá thành NO3- Phần NO3- không bị cây trồng hấpthụ sẽ bị khuếchtán vào vùng thiếu khí, và bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử nitrat Lượng

NH4+ trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4+ từ vùng thiếu khí khuếch tán vào

Hình 3.3 Đường đi của Nitơ trong đất ngập nước

 Loại bỏ Phốtpho

Cơ chế loại bỏ phốtpho trong bãi lọc trồng cây gồm có sự hấp thụ của thực vật,các quá trình đồng hoá của vi khuẩn, sự hấp phụ lên đất, vật liệu lọc( chủ yếu là lênđất sét) và các chất hữu cơ, kết tủa và lắng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, và Mn2+ Khi

thời gian lưu nước dài và đất sử dụng có cấu trúc mịn thì các quá trình loại bỏphốtpho chủ yếu là sự hấp phụ và kết tủa, do điều kiện này tạo cơ hội tất cho quá

trình hấp phụ phốtpho và các phản ứng trong đất xảy ra (Reed và Brown, 1992; Reed và nnk, 1998).

Tương tự như quá trình loại bỏ nitơ, vai trò của thực vật trong vấn đề loại bỏphốtpho vẫn còn là vấn đề tranh cãi Dù sao, đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳnphốtpho ra khỏi hệ thống bãi lọc Các quá trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưađược phốtpho vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng phốtpho trong lớp vật liệu vượt quákhả năng chứa thì vật liệu phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét vàxả bỏ

Hình 3.4 Đường đi của phốtpho trong đất ngập nước

 Loại bỏ kim loại nặng

Khi các kim loại nặng hoà tan trong nước thải chảy vào bãi lọc trồng cây, các cơchế loại bỏ chúng gồm có:

+ Kết tủa và lắng ở dạng hydrôxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfitkim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu

+ Kết hợp, lẫn với thực vật chết và đất.

+ Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc trồng cây

Các nghiên cứu chưa chỉ ra được cơ chế nào trong các cơ chế nói trên có vai tròlớn nhất, nhưng nhìn chung có thể nói rằng lượng kim loại được thực vật hấp thụ chỉ

chiếm một phần nhất định (Gersberg et al, 1984; Reed et al…, 1988; Wildemann&Laudon, 1989; Dunbabin&Browmer, 1992) Các loại thực vật khác nhau

có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau Bên cạnh đó, thực vật đầm lầycũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnhhưởng tới chế độ thủy lực, cơ chế hoá học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật.Vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu kim loại nặng Khi khả năng chứa các kim loạinặng của chúng đạt tới giới hạn thì cần nạo vét và xả bỏ để loại kim loại nặng rakhỏi bãi lọc

 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các bãi lọc trồng cây chủ yếu nhờ cơ chếbay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm), và hấpthụ của thực vật

Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhờ quátrình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất ô nhiễm và áp suấtriêng phần giữa hai pha khí-nước xác định bởi định luật Henry

Quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ chính nhờ các vi khuẩn hiếu khí và kị khí

đã được khẳng định (Tabak và nnk, 1981; Bouwer&McCarthy, 1983), nhưng quá trình

hấp phụ các chất bẩn lên màng vi sinh vật phải xảy ra trước quá trình thích nghi vàphân hủy sinh học Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể được loại bỏ nhờ quá trìnhhút bám vật lý lên bề mặt các chất rắn lắng được và sau đó là quá trình lắng Quátrình này thường xảy ra ở phần đầu của bãi lọc Các hợp chất hữu cơ cũng bị thực vật

hấp thụ (Polprasert và Dan, 1994), tuy nhiên cơ chế này còn chưa được hiểu rõ và

phụ thuộc nhiều vào loài thực vật được trồng, cũng như đặc tính của các chất bẩn

 Loại bỏ vi khuẩn và virut

Cơ chế loại vỏ vi khuẩn, virut trong các bãi lọc trồng cây về bản chất cũng giốngnhư quá trình loại bỏ các vi sinh vật này trong hồ sinh học Vi khuẩn và virut cótrong nước thải được loại bỏ nhờ:

+ Các quá trình vật lý như dính kết và lắng, lọc, hấp phụ

+ Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài.Các quá trình vật lý cũng dẫn đến sự tiêu diệt vi khuẩn, virut Tác động của cácyếu tố lý-hoá của môi trường tới mức độ diệt vi khuẩn đã được công bố trong nhiều

tài liệu : nhiệt độ (Mara và Silva, 1979), pH (Parhad và Rao, 1974; Him và nnk, 1980; Pearson và nnk, 1987), bức xạ mặt trời (Moeller và Calkins, 1980; Polprasert và nnk,1983; Sarikaya và Saatci, 1987) Các yếu tố sinh học bao gồm : thiếu chất dinh dưỡng (Wu và Klein, 19760), do các sinh vật khác ăn (Ellis, 1983) Hiện những

bằng chứng về vai trò của thực vật trong việc khử vi khuẩn, virut trong hệ sinh tháiđầm lầy còn chưa được nghiên cứu rõ

Hình 3.5 Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong đất ngập nước

Quá trình quang hợp, quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào thực vật làquá trình tạo sinh khối của thực vật Tất cả vật chất tạo ra sinh khối thực vật đượclấy ra từ các chất hoặc hợp chất vô cơ từ môi trường sống Dựa vào những cơ chếnày chúng ta có thể sử dụng thực vật thuỷ sinh như tác nhân chuyển hoá vật chấttrong nước thải thành sinh khối thực vật và làm giảm ô nhiễm trong nước thải.

 Qúa trình hô hấp thực vật:

Tất cả các quá trình trao đổi chất của sinh vật đựơc tập trung trong tế bào Quátrình hô hấp cũng vậy, quá trình này đựơc xem như quá trình phản ứng enzym rất đặctrưng Các hợp chất hữu cơ có trong tế bào như protein, polysaccharit, lipit, axit aminsẽ bị oxy hoá tạo ra CO2, H2O, các loại khí khác và năng lượng Năng lượng được tạo

ra sẽ được tích luỹ trong phân tử ATP Năng lượng trong phân tử ATP sẽ được tế bàosử dụng dần trong suốt quá trình sống của thực vật Phương trình tổng quát của quátrình hô hấp:

C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + ATPĐường glucose là vật chất được sử dụng trong quá trình hô hấp thường xuyênnhất Khi gặp oxy, chúng sẽ được chuyển thành carbondioxid và nước Năng lượngđược giải phóng sẽ được giữ lại trong các cầu nối của phân tử ATP

 Sự quang hợp của thực vật:

Quang hợp là một trong những quá trình rất đặc biệt, phổ biến nhất ở tất cả cácloài thực vật và ở một số loài vi sinh vật Quá trình quang hợp xảy ra ở lục lạp Sắctố quang hợp nhận năng lượng mặt trời tiến hành oxy hoá nứơc, giải phóng Oxy và

CO2 để tạo thành chất hữu cơ mà chủ yếu là gluxit

Quá trình quang hợp xảy ra ở 2 giai đoạn: giai đoạn sáng và giai đoạn tối:

+ Giai đoạn sáng: ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong màng thylakoid, kếtquả của quá trình chuyển hoá này sẽ tạo ra các hợp chất cao năng ATP và NADH

+ Giai đoạn tối: ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trng stroma Các phản ứngnày cần được cung cấp năng lượng ATP và NADH để tổng hợp ra gluxlit.

 Qúa trình tổng hợp protein:

Protein là một trong những thành phần quan trọng của thực vật Protein là chuỗipolypeptit, chúng tạo ra từ các axit amin nối với nhau bằng liên kết peptit Các axitamin được tế bào tổng hợp ra và được cung cấp từ môi trường bên ngoài Thực vậtchỉ đồng hoá các hợp chất hữu cơ ở dạng vô cơ hoà tan Do đó, các axit amin cótrong tế bào thực vật chủ yếu do tế bào sinh tổng hợp nên

Quá trình tổng hợp protein xảy ra liên tục ở trong tế bào Nhờ đó các phản ứngsinh hoá mới được thực hiện và nhờ đó, tế bào mới tiến hành phân chia và pháttriển, trong đó những protein – enzym chiếm số lượng lớn và đóng vai trò quyết địnhtrong các phản ứng hoá học chuyển hoá vật chất

3.7 Các loại ô nhiễm

Chất ô nhiễm vào trong môi trường đi vào trong môi trường xuất phát từ nhữngnguồn biến đổi khác nhau Nước thải đô thị, hoạt động công nghiệp, nước mưa, nướcthải có tính acid, nhà máy lọc dầu và nhiều nguồn khác, tất cả tiềm ẩn các tác độngtiêu cực đến chất lượng môi trường Nước mưa và nước thải có tính acid, nước thảiđô thị, nước thải công nghiệp và công nghiệp là những nguồn chất gây ô nhiễm màphương pháp xử lý bằng hệ thống ĐNN thích hợp nhất Mặc dù nước thải côngnghiệp chứa nhiều độc tố cần thiết xử lý hơn Nước chảy ra từ rác thải nông nghiệpvà đô thị ít gây độc hơn và dễ xử lý hơn trong hệ thống ĐNN

Bảng 3.2 Các nguồn công nghiệp

Phân loại Loại ô nhiễm Quy trình xử lý sơ bộ

Bột giấy và giấy BOD, COD, TSS, TN, màu Lắng cặn ban đầu, cố định

thông hơi, bùn hoạt tính

Mổ và thắng thịt BOD, TSS, TN, dầu mỡ, độ mặn Keo tụ, tạo bông, tiêu thụ,

hiếu khí, bùn hoạt tính

Chế tạo hoá chất COD, TN, kim loại, độ mặn, độ

đục

Lọc dầu Dầu mỡ, TSS, BOD, COD, độ

mặnn, kim loại, độ đục

Tách dầu và nước, cố địnhthông hơi, bùn hoạt tính

loại, độ đục

Cố định thông hơi, kết tủakim loại, bùn hoạt tính

Thoát nước nguồn

acid

3.8 Gíơi thiệu phương pháp xử lý bằng thực vật

Phương pháp xử lý bằng thực vật là phương pháp cải thiện môi trường bằng cáchsử dụng thực vật của ĐNN để làm sạch nước thải, nó được xem như một phươngpháp theo kiểu in – situ là áp dụng kỹ thuật tại nơi bị ô nhiễm

3.9 Ưu và nhược điểm của xử lý nước thải bằng phương pháp thực vật

3.9.1Ưu điểm

Ngày nay, có nhiều nước sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và nước ônhiễm Hiệu qủa xử lý tuy chậm nhưng rất ổn định đối với những loại nước có BODvà COD thấp, không chứa độc tố Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiềunước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản sau:

+ Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh thấp

+ Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp

+ Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm thấp

+ Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác

+ Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ như cói, đay, lục bình, cỏnăng …

+ Làm thực phẩm cho người như củ sen, củ súng, rau muống

+ Làm thực phẩm cho gia súc như rau muống, sen, bèo tây, bèo tấm

+ Làm phân xanh, tất cà các loài thực vật thủy sinh sau khi thu nhận từ quá trìnhxử lý trên đều là nguồn nguyên liệu để sản xuất phân xanh rất có hiệu quả

+ Sản xuất khí sinh học

+Bộ rễ thân cây ngập nước, cây trôi nổi được coi như một giá thể rất tốt (hayđược coi như một chất mang) đối với vi sinh vật Vi sinh vật bám vào rễ, vào thâncây ngập nước hay các loài thực vật trôi nổi Nhờ sự vận chuyển (đặc biệt là thực vậttrôi nổi) sẽ đưa vi sinh vật theo cùng Chúng di chuyển từ vị trí này đến vi trí kháctrong nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hoá vật chất có trong nước Như vậy,hiệu quả xử lý của vi sinh vật nước trong trường hợp này sẽ cao hơn khi không cóthực vật thủy sinh Ở đây ta có thể coi mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật thủysinh là mối quan hệ cộng sinh Mối quan hệ cộng sinh này đã đem lại sức sống tốthơn cho cả hai nhóm sinh vật và tác dụng xử lý sẽ tăng cao

+ Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều trường hợpkhông cần cung cấp năng lượng Do đó, việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lýnước ô nhiễm ở những vùng không có điện đều có thể thực hiện dễ dàng