đánh giá vai trò của thực vật thủy sinh và quần thể vi sinh vật trong việc xử lý nước hồ văn quán

+ Xác định số lượng quần thể vi sinh vật trong mẫu nước hồ Văn Quán và có trong hệ  Phương pháp nghiên cứu:  Nghiên cứu các đề tài, công trình nghiên cứu khoa học có sẵn liên quan đến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

Lớp 11M

DANH MỤC VIẾT TẮT

ATP Adenosin Triphosphat

BOD Biochemical Oxygen Demand

CFU Clonny Form Unit

COD Chemical Oxygen Demand

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Kết quả phân tích các thông số của nước Hồ Văn Quán

Bảng 2 Số lượng VSV phân lập được trong nước được lấy mẫu ở Hồ Văn Quán

Bảng 3 Số lượng VSV phân lập được trong hộ rễ TVTS đối với mẫn nước trong Hồ Văn Quán( CFU/g)

Bảng 4 Kết quả phân tích TSS trong mẫu nước theo thời gian(ml/l)

Bảng 5 Kết quả phân tích COD trong mẫu nước theo thời gian(ml/l)

Bảng 6 Kết quả phân tích giá trị N-NH4+ trong mẫu nước theo thời gian(mg/l)

Bảng 7 Kết quả phân tích giá trị P-PO43- trong mẫu nước theo thời gian

Bảng 8 Hiệu quả khả năng xử lí nước thải của TVTS và quần thể VSV đối với nước Hồ Văn Quán

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Các quá trình biến đổi hóa sinh trong nước

Hình 2 Khát quát khu vực hồ Văn Quán

Hình 3 Cây bèo tây

Hình 4 Cây bèo cái

Hình 5 Cây thủy trúc

Hình 6 Bố trí thí nghiệm

Hình 7 Quy trình pha loãng mẫu

Hình 8 Biểu đồ thể hiện sự biến đổi giá trị TSS của các đối tượng nghiên cứu theo thời gian

Hình 10 Biểu đồ thể hiện sự biến đổi giá trị N-NH4+ của các đối tượng nghiên cứu theo thời gian

Hình 11 Biểu đồ thể hiện sự biến đổi giá trị P-PO43- của các đối tượng nghiên cứu theo thời gian

Hình 12 Biểu đồ thể hiện sự hiệu quả xử lý các thông số của nước Hồ Văn Quán của các loại thực vật nghiên cứu theo thời gian thí nghiệm

1.2 Bản chất các quá trình xảy ra trong hồ

1.3 Hiện trạng môi trường nước hồ tại Hà Nội

2 Xử lý nước thải bằng VSV

2.1 Vai trò của TVTS trong việc xử lý nước thải

2.2 Cơ chế xử lý ô nhiễm nước thải của TVTS

2.3 Quá trình làm sạch nước thải bằng VSV

2.3.1.1 Sơ lược về VSV

2.3.1.2 Vai trò của VSV trong việc xủ lý và làm sach nước thải

3 Tình hình nghiên cứu về xử lý nước thải bằng vi sinh vật và TVTS

3.1 Tình hình và các kết quả nghiên cứu trên thế giới

3.2 Tình hình và các thành tựu có được ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu

1.1 Đối tượng nước nghiên cứu

1.2 Đối tượng thực vật nghiên cứu

1.2.1.1 Cây bèo tây

1.2.1.2 Cây bèo cái

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Kết quả đánh giá hiện trạng nước hồ Văn Quán và một số thông số dặc trưng

2 Xác định số lượng quần thể VSV trong nước và hệ rễ TVTS trong mẫu nước Hồ Văn Quán

2.1 Xác định số lượng quần thể VSV trong nước Hồ Văn Quán

2.2 Xác định số lượng quần thể VSV trong hệ rễ TVTS đối với mấu nước hồ Văn Quán

3 Đánh giá sự thay đổi các thông số đặc trưng của nước hồ Văn Quán sau khi xử lí bằng TVTS

3.1 Kết quả phân tích TSS

3.2 Kết quả phân tích COD

3.3 Kết quả phân tích P-PO4

3-4 Sơ bộ đánh giá hiệu quả khả năng sử lý nước của TVTS và quẩn thể VSV đối với nước hồ Văn Quán

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

Môi trường – một vấn đề lớn, ngày nay nó đã trở thành vấn đề chung của toàn nhân loại, được cả thế giới quan tâm Bên cạnh nhưng đột phá mới của các ngành công- nông nghiệp để phát triển kinh tế, nâng cao chât lượng cuộc sống thì kéo theo đó là

những vấn đề môi trường được nãy sinh và gây ảnh hưởng rất lớn Nằm trong vòng quay chung của thế giới, môi trường ở Việt Nam cũng đang xuống cấp, có nơi môi trường bị hủy hoại nghiêm trọng gây mất cân bằng sinh thái, cùng với việc khai thác không hợp lí các nguồn tài nguyên cũng đã làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống và

sự phát triển bền vững của đất bước Trong các vấn đề của môi trường thì vấn đề ô nhiễm

nước cũng đang là mối quan tâm của toàn xã hội; đặc biệt, ô nhiễm nước thải sinh hoạt là vấn đề đáng lo ngại, nó ảnh hưởng nghiêm trọng và trực tiếp tới sức khỏe con người

Xử lý nước thải bằng phương pháp sử dụng các loại thực vật thủy sinh (TVTS) và

vi sinh vật (VSV) đã và đang được áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới với nhiều ưu điểm

Xử lý nước bằng thực vật và vi sinh vật là công nghệ xử lý trong môi trường tự nhiên, thân thiện vơi môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời bên cạnh đó còn tăng giá trị về đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau khi xử lí còn gián tiếp mang lại nhiều giá trị kinh tế Mặt khác, Việt Nam là nước nhiệt đới, khi hậu nóng

ẩm, rất thích hợp cho sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh và vi sinh vật

Do vậy, em chọn đề tài nghiên cứu: “ Đánh giá vai trò của thực vật thủy sinh và

quần thể vi sinh vật trong việc xử lý nước ở hồ Văn Quán” làm đề tài nghiên cứu của

mình

 Khách thể nghiên cứu:

Hồ Văn Quán – Khu đô thị Văn Quán – Hà Đông – Hà Nội

 Đối tượng nghiên cứu:

Thực vật thủy sinh (cây bèo tây, cây bèo cái, cây thủy trúc ) và quần thể vi sinh vật ở hồ Văn Quán

 Phạm vi nghiên cứu:

Hồ Văn và Hồ Võ thuộc hệ thông hồ Văn Quán

 Thời gian khảo sát:

Bắt đầu từ tháng đầu 8-2013 đến cuối tháng 9- 2013

 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

+) Khảo sát hiện trạng cơ sở, chụp ảnh, thu thập tài liệu,thu thập tài liệu, thông tin

+) Đánh giá hiệ trạng và các thông số đặc trưng của nước hồ Văn Quán

+) Xác định số lượng quần thể vi sinh vật trong mẫu nước hồ Văn Quán và có trong hệ

 Phương pháp nghiên cứu:

 Nghiên cứu các đề tài, công trình nghiên cứu khoa học có sẵn liên quan đến đề tài

 Thu thập tài liệu từ sách báo, internet

 Tham khảo đề tài cùng nội dụng của kĩ sư.Vũ Thị Thương Ngoan

(K54- Đại học KHTN Hà Nội)

 Khảo sát thực địa

 Làm thí nghiệm và phân tích kết quả

Do các đô thị có địa hình tương đối bằng phẳng nên mật độ các hồ ao và kênh thoát nước trong thành phố tương đối cao, chiếm khoảng 10-15% diện tích đô thị Các hồ nội thành có diện tích từ một vài ha đến hàng trăm ha ( hồ lớn nhất là hệ thống hồ Tây –

hồ Trúc Bạch có diện tích gần 500 ha) Đây là khung sinh thái đo thị đảm nhận các vai trò: tiếp nhận, điều hòa nước mưa, xử lý nước thải thông qua quá trình tự làm sạch, nuôi

cá và là nơi vui chơi giải trí của người dân Chức năng chính của các hồ là phục vụ thoát nước, xử lý nước thải sơ bộ

Theo khảo sát của Trung tâm nghiên cứu môi truongf và cộng đồng ( CECR) năm

2010, Hà Nội hiện có 120 hồ, ao, đầm, thủy vực lớn nhỏ trong 6 quận nội thành Trong số 80/120 hồ thì có 76% số hồ có diện tích lớn hơn 1.000m2, 17,5% hồ có diện tích dưới 500m2 và 6% hồ có diện tích từ 500- 1.000 m2 Hầu hết các hồ trong nội thành là nơi tiếp nhận trục tiếp nước thải, nước mưa của hệ thống thoát nước quanh đó sau đó tiêu thoát qua các mương thoát nước chung của thành phố Trừ Hồ Tây và Hồ Hoàn Kiếm được sử dụng cho mục đích tham quan du lịch, điều hòa nước mưa, tiếp nhận nước thải có hạn chế thì các hồ còn lại đóng vai trò chứa và thoát nước thải, nước mưa của khu vực Các

hồ ngoại thành như Hồ Yên Sở, Hồ khu đô thị mới Định Công, Linh Đàm đóng vai trò như các hồ đầu mối tiếp nhận nước điều hòa nước mưa

Theo số liệu thống kê, hiện nay trong nột thành Hà Nội ( trên địa bàn 9 quận) chỉ

có 17 hồ thuộc ở khu vực nội thành chịu sự quản lý của Công ty Thoát nước Hà Nội Theo tổng kết, hiện trạng các hồ như sau:

- 15 hồ đã xây dựng hệ thống cửa phai hoặc lắp đặt tuyến cống bao để tách nước thải và 2 hồ ở vườn Bách Thảo không nhận nguồn thải

- 93 hồ đang trong giai đoạn cải tạo, xây dựng tuyến cống bao tách nước thải (Hồ Văn Chương, Thương Mại, Ba Mẫu, ) trong đó 30 hồ đã xây dựng hệ thống chặn nước thải

Ngoài một số hồ, ao ở quận Tây Hồ không nằm giữa khu vực đông dân và một số ao hồ nằm trong khu vực chùa chiền hoặc cơ quan, trường học, phần lớn ao hồ còn lại đều nằm trong khu vực dân cư đông đúc hoặc bên cạnh chợ cóc, các khu vực kinh doanh Đây là một thử thách lớn trong công tác bảo vệ môi trường ao hồ Cũng như nhiều nghiên cứu về

ao hồ, áp lực lướn nhất hiện nay là các hồ phải tiếp nhận các nguồn nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, các hàng quán gây ô nhiễm nước triền miên, làm công tác cải tạo và xử

lý nước trở nên tốn kém, tốn thời gian và không hiệu quả

1.2 Bản chất các quá trình xảy ra ở hồ

Giới thủy sinh có trong nước là VSV, chủ yếu là vi khuẩn, động vật nguyên sinh, thực vật phù du (tảo) và cá động vật bậc cao như cá, tôm, cua, ốc Tùy vào mức độ nhiễm bẩn hay nồng độ của các chất hữu cơ trong nước, mức độ oxy hòa tan, nồng độ các chất có độc tính sẽ ảnh hưởng đến đời sống của các giới này trong nước

Theo chiều sâu, hồ được chia thành 3 vùng: vùng kị khí nằm dưới đáy, vùng tùy nghi là lớp nước ở giữa và vùng trên mặt là vùng hiếu khí

Trong hồ sảy ra các quá trình sau:

- Oxi hóa các chất hữu cơ bởi các VSV hiếu khí ở lớp nước phía trên của

hồ

- Quang hợp của tảo ở lớp nước phía trên

- Phân hủy chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy Vùng hiếu khí sảy ra quá trình quang hợp của tảo và các TVTS kahcs để cung cấp ooxxi cho vi khuẩn, chúng cũng sử dụng các chất khoáng tróng đó có CO2 và NH4+ do vi khuẩn tạo thành để phát triển tăng sinh khối và thải oxi

Vùng tùy nghi với hệ VSV khá phong phú với các loại vi khuẩn Các vi khuẩn này phân giải các chất hửu cơ thành nhiều chất trung gian khác, cuối cùng là CO2 va H2O đồng thời tạo ra các tế bào mới, chúng sử dụng O2 do tảo và các loài thức vật trong nước sinh ra

Các VSV phân hủy các chất hữu cơ thành các chất vô cơ, cung cấp cho các TVTS, trước hết là tảo Tảo và các TVTS khác lại cung cấp ooxxi cho vi khuẩn Các loài TVTS như tảo, rong, bèo, có rễ, thân tạo điều kiện cho VSV bám vào mà không bị chìm

xuống đáy Chúng cung cấp oxi cho vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn cung cấp cho VSV những hoạt chất sinh học cần thiết, ngược lại vi khuẩn cung cấp ngay tại chỗ cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất của mình, đồng thời thực vật cũng che chở cho vi

khuẩn khỏi bị chết dưới ánh nắng mặt trời Tảo khi sống là nguồn thức ăn cho cá và các loại thủy sản khác, khi chết sẽ là dinh dưỡng cho VSV

Vùng kị khí sẽ sảy ra quá trình phân giải các chất hữu cơ ở diểu kiện kị khí có trong lớp bùn hoặc ở trong nước đáy Các sản phẩm phân hủy kị khí trước tiên là các axit hữu cơ, sau đó thành NH3, CH4, H2, CO2

Như vậy VSV, tảo và các loài thức vật trong hồ có mối quan hệ oxi và các chất dinh dưỡng Yếu tố chính đảm bảo quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ là oxi và nhiệt độ Hàm lượng oxi trong hồ phụ thuộc vào chiều sâu hồ, điều kiện khí hậu, thời tiết, chế động dòng chảy Ở tầng nước mặt do có oxi khuếch tán vào từ không khí vào oxi quang hợp, quá trình oxi hóa chất hữu cơ diễn ra rất mạnh Thế năng oxi hóa khử hồ giảm dần theo chiều sâu [10]

1.3 Hiện trạng môi trường nước tại các hồ ở Hà Nội

Hồ, ao Hà Nội là một phần rất quan trọng của đô thị Hà Nội.Hệ thống hồ Hà Nội

có bề dày lịch sử văn hóa, mang đến nhiều giá trị quan trong : giá trị cảnh quan tự nhiên, giá trị lịch sử, văn hóa xã hội, môi trường, vui chơi tinh thần Tuy nhiên, do quá trình đô thị hóa nhanh chóng và tăng trưởng dân số đã tạo ra những tác động không nhỏ lên hồ Hà Nội

Theo báo cáo cuat Trung tâm nghiên cứu môi trường và cộng đồng (CECR) năm

2010 Trên cơ sở đánh giá hiện trạng ô nhiễm chất lượng nước của hồ, hiện trạng bờ hành lang của 120 hồ, ao, đầm thì phần lớn các hồ có giá trị pH và nhiệt độ trong giới hạn cho phép, tuy nhiên phần lớn các hồ có giá trị các chỉ tiêu còn lại không đạt yêu cầu

Phần lớn các hồ bị ô nhiễm chất hữu cơ, có tới 71% hồ có giá trị BOD5 vượt quá mức tiêu chuẩn cho phép (>15mg/L); trong đó 14% hồ bị nhiễm nặng (>100mg/L);25%

hồ bị nhiễm nặng (BOD5 từ 50-100mg/L) và 32% có dấu hiệu ô nhiễm 70% số lượng có nồng độ oxy hòa tan (DO) dưới mức tiêu chuẩn cho phép (<4mg/L); 6 hồ có nồng độ DO dưới 1mg/L, nghĩa là hầu như không có sự sống của VSV

Nguyên nhân gây ô nhiễm chình là do nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, khu dân cư, nhà hàng, quán ăn, cơ quan, Ngoài ra còn có nước thải của các khu công

nghiệp, bệnh viên, Phần lớn các nguồn nước thải này đều chưa qua xử lí đổ ra sông và

hồ, gây ô nhiễm cho hồ ngày càng nặng

Theo Sở Tài Nguyên – Môi Trường Hà Nội, tổng lượng nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất công nghiệp ở khu vực nội thành khoảng 500,00m3/ngày, đều tiêu thoát qua hệ thống cống và 4 sông tiêu chính là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu Nước thải

từ hoạt động sản xuất, bệnh viện và cơ sở dịch vụ chứa nhiều chất gây ô nhiễm chưa được sử lí chiếm tới 90% tổng lượng nước thải công nghiệp, dịch vụ xả thẳng vào vào nguồn nước mặt Hiện Hà Nội chỉ mới có 40 cơ sở sản xuất công nghiệp, 29 cơ sở sản xuất dịch vụ và 5 bệnh viện có trạm sử lí nước thải

Hiện tượng đổ phế thải dựng, đổ đất, lấn chiếm ao hồ, làm giảm đáng kể diện tích ao hồ, nhiều hồ đang dần dần biến mất Các hồ chưa kè đều đứng trước nguy cơ bị lấn chiếm, việc kè hồ giúp chấm dứt việc lấn chiếm Tuy nhiên, nhiều hồ đã kè những cũng rất ô nhiễm, nước đục đen, làm nất đi nền tảng sinh thái và thảm động , thực vật tự nhiên ven bờ rất quan trọng đối với nhiều hồ Nhiều ao, hồ đã bị san lấp để lấy đất xây dựng, diện tích mặt ao, hồ đã giảm đi rất nhiều, có nhiều ao, hồ đã hoàn toàn biến mất, nhiều nới trước kia là hồ thì bây giờ được thay thế bẳng những khu đô thị hay những nhà chung cư Theo thống kê sơ bộ của Sở Xây dựng Hà Nội, giai đoạn 1986 – 1994 diện tích mặt hồ bị giảm hơn 16 ha Một năm sau, năm 1995 đã có thêm 23 mặt hồ bị biến mất Trong đó, Hồ Tây với diện tích khoảng hơn 500 ha, chiếm gần 50% diện tích ao, hồ toàn thành phố nay chỉ còn 446 ha Cũng rơi vào tình trạng như vậy, hồ Linh Quang (Đống Đa) cũng từ diện tích 6 ha giờ đã giảm xuống, còn 5,2 ha

Ngoài việc hồ bị lấn chiếm do đổ đất, phế thải xuống bờ hồ và rác thải vào hồ, các

hồ còn bị lắng rất nhiều do không được nạo vét thường xuyên, mặt hồ phủ kín đầy rau muống, bèo các loại gây mất mĩ quan, không phát huy được vai trò điều hòa nước mưa Diện tích các hồ ao đang ngày càng thu hẹp, làm giảm khả năng điều hòa Bên cạnh đó,

do tốc độ đô thị hóa rất nhanh và ý thức của bộ phân dân cư còn thấp nên các hồ nằm trong khu vực dân cư thường xuyên bị đổ phế thải xây dựng, dổ đất như hồ Rẻ Quạt, Tai Châu, Tứ Liên, Đầm Ấu Một số hồ còn được lắp đặt các đăng đó, cửa phai để dâng nước nuôi cá cũng làm ảnh hưởng đến dòng chảy thoát nước như hồ Tam Trinh, hồ

Phương Liệt

Một số hồ có lượn nước thải lớn chảy vào như hồ Đền Lừ, hồ Nghĩa Tân, hồ Thiền Qang Nhiều hồ có mật độ tảo lớn như hồ : Hữu Tiệp, Trúc Bạch, Văn Chương, Công Viên, Phương Liệt Nước thải xả thằng vào hồ không qua sử lí làm cho chất lượng nước

hồ suy giảm Do hàng ngày phải tiếp nhận một lượng nước thải chưa qua sử lí với nồng

độ các chất hữu cơ, các chất lơ lửng, các muối dinh dưỡng cao và do không được thường xuyên nạo vét nên lượng bùn tích đọng ở đấy hồ, chiều sâu cột nước trong hồ thấp đã làm ảnh hưởng đến khả nẳng tự làm sạch của hồ và gây ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe cộng đồng Đặc biệt, một số hồ còn tổ chức nuôi cá, đưa nước thải và bã bia và hồ đến nuôi cá đã làm gia tăng mức độ ô nhiễm của nước hồ

Như vậy trong tương lai nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sông, hồ ở thành phố Hà Nội không những không giảm mà còn gia tăng nhanh chóng, đặc biệt là ô nhiễm chất thải công nghiệp, sinh hoạt Đây là cảnh báo khẩn cấp cho công tác bảo vệ và phục hồi chất lượng nước ở thành phố Hà Nội phụ vụ cấp nước an toàn cho sinh hoạt, thủy sản, du lịch

và nông nghiệp

2 Xử lý nước thải bẳng thực vật thủy sinh và quá trình làm sạch nước thải bằng vi sinh vật

2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp thủy sinh

Thực vật thủy sinh (TVTS) là loại thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó

có vai trò quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm nước thải Hiện nay, TVTS đang là đối tượng được quan tâm đến trong cử lý nước thải vì những ưu điểm của chúng:

- Tăng trưởng nhanh nên hấp thu mạnh chất ô nhiễm

- Sử dụng thực vật thủy sinh là phương pháp thân thiện với môi trường

a Làm giá thể cho VSV sống

Quần thể VSv thực hiện các giai đoạn khác nhau trong quá trình xử lý TVTS cung cấp cho VSV bề mặt hay giá thể để sinh trưởng, phát triển và tạo ra màng sinh học, lớp màng này tạo bởi VSV sống trên rễ và phần thân thực vật kể cả á rụng Hệ thống màng sinh học

do VSV tạo thành có vai trò chính trong quá trình xủ lý Diện tích bề mặt và số lượng cá thể cang lớn thì hiệu quả xử lý càng cao

b Tạo điểu kiện cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa

Chức năng quan trọng của hệ thống đất ngập nước dùng để xử lý nước thải là loại

bỏ nito trong liên kết Nước thải đi vào hệ thống thường có lượng Õi hòa tan rất thấp có đôi khi bằng 0 Do đó nito trong nước thải chử yếu tồn tại ở dạng ni tơ hữu cơ hoặc NH3

Sự chuyển hóa NH3 thành NO3- không thể xảy ra trừ khi chất thải được sục khí, khi đố các vi khuẩn hiếu khí sẽ thực hiện quá trình này Nếu như ở điều kiện kị khí thì sẽ tạo ra

sự ức chế quá trình oxi hóa NH3 thành NO3- Do đó 1 lượng õi khuếch tán sẽ đẩy nhanh quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa để xử lý nước thải

2.2 Cơ chế xử lý nước ô nhiểm bằng VSV

a Sự truyền oxi

TVTS giải phóng oxi t ừ rễ vào trong vùng r ễ ảnh hướng đến chu trình địa hóa sinh trong trầm tích thông qua ánh hưởng lên trạng thái oxi hóa khử của trầm tích Oxi cũng có ý nghĩa cho ho ạt động cua nhóm vi sinh hiếu khí trong việc phân hủ y chất ô nhi ễm hữu cơ cũng như vi khu ẩn nitrat hóa Tốc độ thải oxi từ rễ câ y phụ thuộc vào nồng độ oxi bên trong, nhu cầu oxi của môi trư ờng xung quanh và tính th ấm của lớp tế bào vách Tốc độ thoát oxi cao nhất ở vùng dư ới đỉnh rễ và giảm tỉ lệ với khoảng cách từ đỉnh

rễ

b Chuyên chở nước và chất ô nhiễm

Khi thực vật hút nư ớc theo nhu c ầu của câ y đồng thời cũng đưa nư ớc vào đất và mang theo các chất ô nhiễm khác nhau đã được ion hóa vào trong đất Trong quá trình xử lý, các chất có tiềm năng gây ô nhiễm có thè

ơ trạng thái khỏng hoạt động qua sự trao dổi, kết tủa, bám dính, tích tụ, oxi hoa và sự biến đổi các ion Nếu không có thực vật hoạt động như là các

máy bơm hút nước thải vào trong đất, các phản ứng trên đây không thế xảy

là hết sức quan trọng để loại bỏ các chất dinh dư ỡng ra khói hệ thống

d Lọc

Thân và lá của thực vật ngập nước và rễ của thực vật nổi giống như là một lớp ngăn chất lơ lưng đi vảo hệ thống Nó cũng làm chậm dòng nước chảy qua hẹ thống nên các chất rắn sẽ bị lắng xuống Bởi vậy, thực vật tạo điều kiện cho việc phát huy việc xử lý các chất hữu cơ bằng cách kéo dài thời gian cho quá trình biến đổi sinh hóa

e Nguồn che sáng

Với sự che mát cho nước, TVTS đã giúp điều hòa nhiệt độ của nước và làm giảm quần thể tảo, qua đó hạn chế được sự dao dộng lớn của pH và lượng oxi hòa tan giữa ban ngày và ban đêm Điều đó cũng làm giảm lượng chất rắn lơ lửng trong nước

f Cung cấp lớp đất và trầm tích mới

Theo thời gian, một lớp giống như bùn được tích tụ dần trên mặt nên đáy Các chất này đôi khi tạo ra một lớp đất hoặc trẩm tích lắng đọng mới, chứa cặn bã thực vật, sản phẩm trao đổi chất của VSV và chất rắn phân giải chậm hoặc không phân giải được sẽ được thực vật giữ lại Nếu tính toán được sự tích tụ này sẽ cho phép thiết kế độ sâu của

bể hay ao xử lý có hiệu quả và ổn định

g Ảnh hưởng về vật lý

Sự có mặt của thực vật làm giảm vận tốc nước, tạo điều kiện tốt hơn cho các chất rắn

lơ lửng lắng đọng, giảm xói mòn và tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và vùng bề mặt của

cây TVTS cũng làm ổn định bề mặt đất trong hệ thống xử lý khi hệ thống rễ làm giảm

xói mòn

2.3 Các loại vi sinh vật và vai trò của chúng trong việc xử lý nước thải

Xạ khuẩn là nhóm VSV phân bố rộng rãi trong đất, chúng tham gia vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như xenluloza, tinh bột… góp phần làm tăng độ phì của đất

Nấm men: Là tên chung chỉ nhóm vi nấm thường có cấu tạo đơn bào và thường sinh sôi nảy nở bằng phương pháp nảy chồi Nấm men thường có hình cầu hoặc hình bầu dục, một số loại có hình que và một số hình dạng khác Kích thước trung bình của nấm men

là 3-5 x 5-10mm Khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, nấm men có cấu tạo tế bào khá phức tạp, gần giống như tế bào thực vật Có đầy đủ các cấu tạo thành tế bào, màng tế bào chất,

tế bào chất, ty thể, ryboxom, nhân, không bào và các hạt dự trữ.Ở 3 nấm men có 3 hình thức sinh sản:

-Sinh sản sinh dưỡng: là hình thức sinh sản đơn giản nhất của nấm men Có 2 hình thức sinh sản sinh dưỡng: nảy chồi và hình thức ngang phân đôi tế bào như vi khuẩn -Sinh sản hữu tính: do hai tế bào nấm men kết hợp với nhau hình thành hợp tử Hợp

tử phân chia thành các bào tử nằm trong nang, nang chin tế bào tử được phân tán ra ngoài Trong chu trình sống của nhiều loại nấm men, có sự kết hợp với các hình thức sinh sản khác nhau

Vai trò của nấm men là rât quan trọng trong tự nhiên vì chúng là nhân tố tham gia các quá trình lên men (lên men lactic, men rượu, men methanol…)

Nấm mốc: Nấm mốc có cấu tạo hình sợi dạng phân nhánh, tạo thành một hệ sợi chằng chịt phát triển rất nhanh gọi là khuẩn ty thể hay sợi nấm Chiều ngang của khuẩn tit hay đổi từ 3-10mm Khuẩn lạc của nấm mốc cũng có nhiều màu sắc như khuẩn lạc xạ khuẩn Khuẩn lạc nấm mốc khác với xạ khuẩn ở chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to hơn khuẩn lạc xạ khuẩn nhiều lần Dạng xốp hơn do kích thước khuẩn ti to hơn Nấm mốc có cấu tạo tế bào điển hình như ở sinh vật bậc cao Đa số nấm mốc có câu tạo đa bào, tạo thành những tổ chức khác nhau như sợi khí sinh, sợi cơ chất

Nấm mốc giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất trong tự nhiên, bởi vì nấm mốc có hệ enzyme rất phong phú Nhiều loại enzym công nghiệp vẫn được sản xuất

từ nấm mốc

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng (có thể nói là chủ yếu) trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm sạch nước thải, trong vòng tuần hoàn vật chất Các nhóm VSV khác như nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn có trong nước thải nhưng ít hơn vi khuẩn Những nhóm này phát triển mạnh trong vùng nước tù và chũng cũng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ, làm sạch nước thải

Quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV được chia thành 5 giai đoạn:

-Giai đoạn làm quen (pha tiềm phát): VSV vào môi trường chưa sinh sản mà còn cần một thời gian làm quen với môi trường, cần cảm ứng sinh tổng hợp các enzyme thích hợp với cơ chất

-Giai đoạn sinh sản theo cách phân đôi tế bào hay pha theo logarit(hàm số mũ): Trong giai đoạn này, VSV đã hoàn toàn thích hợp với điêu kiện sống, các tế bào sinh sản theo cách phân đôi tế bào đạt đến mức độ cao nhất với nồng độ cơ chất không hạn chế -Giai đoạn chậm dần(pha sinh trưởng chậm dần): Trong giai đoạn này, cơ chất dinh dưỡng trong môi trường đã cạn gần hết cùng với sự biến mất một hay vài thành phần cần thiết cho sự sinh trưởng của VSV Trong một số trường hợp, phát triển chậm dần là do môi trường tích tụ các sản phẩm ức chế được sinh ra trong quá trình chuyển hóa chất trong tế bào VSV

-Giai đoạn ổn định(pha ổn định): Mật độ tế bào đạt tới trị số cực đại Sự sinh trưởng dừng lại ngay khi các tế bào vẫn còn hoạt động chuyển hóa nào đó

-Giai đoạn suy giảm(pha suy vong hay nội sinh): Ở giai đoạn này, các chất dinh dưỡng đã hết Mật độ tế bào giảm do các tế bào già bị chết và tỷ lệ chết cứ thế tăng lên

Tế bào bị phân hủy nội sinh hoặc hô hấp nội bào và bị tự phân

Vai trò của vi sinh vật trong làm sạch nước thải

VSV đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong cuộc sống con người Nó biến đá mẹ thành đất trồng, nó làm giàu chất hữu có trong đất, nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Nó là các khâu quan trọng trong

chuỗi thức ăn của các hệ sinh thái Nó đóng vai trò quyết định trong quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên

Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng VSV trong đời sống hằng ngày Các quá trình làm rượu, làm dấm, làm tương, muối chua thực phẩm… đều ứng dụng đặc tính sinh học của các nhóm VSV Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò của VSV, thì việc ứng dụng

nó trong đời sống sản xuất ngày càng rộng rãi và có hiệu quả Ví dụ như việc chế vắc xin phòng bệnh, sản xuất chất kháng sinh và các dược phẩm khác quan trọng khác… Đặc biệt trong bảo vệ môi trường, người ta đã sử dụng VSV làm sạch môi trường, xử lý các chất thải độc hại Sử dụng VSV trong việc chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc hại cho môi trường, bảo vệ mối cân bằng sinh thái

Trong thiên nhiên ngoài những nhóm VSV có ích như trên, còn có những nhóm VSV gây hại Ví dụ như các nhóm VSV gây bệnh cho người, động vật và thực vật, các nhóm VSV gây ô nhiễm thực phẩm, gây ô nhiễm các nguồn nước, đất và không khí… Trong nước thải các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng Các dạng này tiếp xúc với tế bào vi khuẩn bằng cách hấp thụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hóa và đồng hóa

Như vậy, quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV

- Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm với nước qua màng bán thấm vào trong tế bào VSV

- Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tê bào VSV

Các giai đoạn này có mối lien hệ rất chặt chẽ Kết quả là nồng độ các chất nhiễm bẩn nước giảm dần, đặc biệt là vùng gần tế bào VSV nồng độ chất hữu cơ ô nhiễm thấp hơn vùng ở xa Đối với sản phẩm do tế bào VSV tiết ra thì ngược lại Phân hủy các chất hữu cơ chủ yếu xảy ra trong tế bào VSV

Cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào VSV:

- Hợp chất bị ôxy hóa trước tiên là các hidrocacbon và một số chất hữu

cơ khác Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của men ngoại bào Các sản phẩm là đường, rượu và một số chất hữu cơ bị ooxxy hóa trong tế bào nhờ hệ enzyme oxi hóa- khử dehidrogerana Các enzym này tách H+ ra khỏi phân tử enzym kết hợp với oxi tạo thành nước Nhờ có hidro và oxi ở trong nước mà các phản ứng oxi hóa khử giữa các nguyên tử cacbon mới xảy ra được

Đường, rượu và một số chất hữu cơ khác là sản phẩm đặc trưng của quá trình oxi hóa nhờ VSV hiếu khí Các chất này khi phân hủy sẽ tạo ra CO2 và H2O Đây là quá trình

hô hấp hiếu khí diễn ra trong môi trường đủ oxi tự do

Quá trình phân hủy hay quá trình oxi hóa khử không phải là tất cả đều bị oxi hóa hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O, một số sản phẩm trung gian của quá trình này được tham gia vào quá trình đồng hóa hay là quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào để hình thành tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng đồng thời với quá trình đồng hóa

là quá trình dị hóa(tự oxi hóa) các chất liệu tế bào khi đã già tạo ra vật liệu và năng lượng phục vụ cho quá trình đồng hóa

3 Tình hình nghiên cứu về xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh và VSV

3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới việc sử dụng TVTS được biết đến từ lâu và đã ứng dụng rộng rãi trên các nước như Thái Lan, Malaysia, Ấn Độ, New Zeland, Châu Âu và Bắc Mỹ

Các loại thực vật nổi đã được nghiê cứu để xử lý nước thải sinh hoạt(Ran và cộng sự-2004), xử lý nước thải đô thị(Greenway và Woolley-1999; Daulu và Ndamba-2003) cũng như nước thải công nghiệp(Miretzky et al.-2004)

TVTS đang phát triển tự nhiên có thể được sử dụng để loại bỏ nitrat, photphat và các kim loại nặng, bằng cách tiêu thụ chúng ở dạng dinh dưỡng thực vật

Các thực vật như bèo tây và bèo cái đã được sử dụng rộng rãi để nân cao chất lượng nước thải Hệ thống xử lý nước thải sử dụng bèo tây đã được tiến hành ở các bang California, Florida, Massachusetts và Texas Hiệu suất xử lý nói chung là tốt BOD hiệu quả loại bỏ dao động khoảng 37-91% trong khi đó TSS dao động từ 21-92%

Kutty, Ngatenah, Isa, Malakahmad của trường đại học Teknologi PETRONAS, Malaysia năm 2009 đã nghiên cứu hiệu quả xử lý của bèo tây trong việc xử lý nước và nhận ra rằng bèo tây là loại TVTS có khả năng loại bỏ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng và kim loại nặng cao trong xử lý nước Bèo tây cho hiệu quả xử lý COD khoảng 94%, N-

NH4+ là 81%, photpho là 67% và nitrat là 92% đồng thời có tốc độ sinh trưởng, khả năng tồn tại cao ở nồng độ cao các chất dinh dưỡng

Năm 2008, Y.Zimmels, F.Kihner, A.Malkovskaja của viện công nghệ Israel đã tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, so sánh hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của bèo cái và bèo tây ở cùng điều kiện Kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm trong

hệ thống: TSS, độ đục, amoni, COD sử dụng bèo tây gần như hoàn toàn Hệ thống sử dụng bèo cái thì thấp hơn chút ít so với bèo tây Bèo tây loại bỏ được 94,7-99,2% amoni, còn bèo cái thấp hơn chút ít là 84,8-99,5% tùy thuộc vào thời gian xử lý Về loại bỏ photpho, hệ thống bèo tây loại bỏ 51,6-71,9%; hệ thống bèo cái từ 47,9-49,7% Hiệu quả loại bỏ của cả hai loại bèo đều đạt trên 90% ở những ngày đầu xử lý(2-5 ngày đối với BOD và 7-9 ngày đối với COD)

Những năm gần đây cũng có rất nhiều nghiên cứu lien quan đến sử dụng VSV để xử

lý nước thải sinh hoạt Năm 2011, ở Mexico nghiên cứu khả năng sử dụng VSV trong hệ thống lọc sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt của thành phố Mexico tại thung lũng Tula, mục đích để tưới tiêu nông nghiệp; một nghiên cứu từ bộ môn vi sinh vật, đại học Nijmegen-Hà Lan về VSV và ứng dụng của quá trình oxi hóa amoni kỵ khí để xử lý nước thải sinh hoạt; ngoài ra, tại Canada cũng có nghiên cứu về hệ thống đất ngập nước và khả năng xử lý chất ô nhiễm từ VSV vùng rễ, đồng thời tính toán hiệu quả xử lý N và P trong

hệ thống

1.3.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Năm 2010, nhóm tác giả trường đại học khoa học tự nhiên, đại học quốc gia Hà Nội

đã nghiên cứu khả năng xử lý các hợp chất Nito trong nước sông Tô Lịch của hệ thống đất ngập nước nhân tạo với các loài TVTS khác nhau như bèo tây, ngổ, sậy, thủy trúc Kết quả cho thấy TVTS làm tăng hiệu suất xử lý các hợp chất Nito lên khoảng 10 lần so với mẫu đối chứng, hiệu suất xử lý của tất cả các loại thực vật ở thời gian 12 ngày đạt cao nhất, dao động từ 50% đến trên 98% Khả năng xử lý nito của ngổ tốt hơn một chút so với bèo cái và thủy trúc tốt hơn sậy