Tiểu luận ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong quản lý chất lượng nước

Các cơ chế loại bỏ chất thải trong hệ thống đất ngập nước.... ĐẶT VẤN ĐỀĐất ngập nước ĐNN Việt Nam rất đa dạng và phong phú về kiểu loại phân bốrộng khắp các vùng sinh thái, có giá trị v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

GVHD: Nguyễn Hồng Quân Nhóm thực hiện:

Phạm Hiếu Hạnh - 12260652 Phạm Thị Mỹ Lan - 12260661

Lê Thị Ngọc Bích - 12260642

Tháng 4/2013

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 2

Chương1.TỔNG QUAN 4

1.1 Kỹ thuật sinh thái 4

1.1.1 Định nghĩa: 4

1.1.2 Ứng dụng 4

1.1.3 Phạm vi ứng dụng: 4

1.1.4 Ưu và nhược điểm: 4

1.2 Kỹ thuật sinh thái nông nghiệp 5

1.3 Đất ngập nước kiến tạo: 10

1.2.1 Định nghĩa 10

1.2.2 Phân loại 11

1.3 Các loại thực vật đặc trưng sử dụng để xử lý nước thải 14

1.4 Điều kiện vận hành đất ngập nước dòng chảy ngầm 15

1.5 Các cơ chế loại bỏ chất thải trong hệ thống đất ngập nước 16

1.6 Các quá trình xử lý chất ô nhiễm trong ĐNN kiến tạo 17

1.7 Ưu điểm và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo 18

Chương 2 MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO 20

2.1 Mô hình đất ngập nước kiến tạo trên thế giới 20

2.1.1 Tại Albania 20

2.1.2 Tại Tunisa 21

2.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo ở Việt Nam 21

2.2.1 Khảo nghiệm ở huyện Phong Điền 21

2.2.2 Khảo nghiệm ở huyện Ô Môn 23

Chương 3 KẾT LUẬN 25

Tài liệu tham khảo 25

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất ngập nước (ĐNN) Việt Nam rất đa dạng và phong phú về kiểu loại phân bốrộng khắp các vùng sinh thái, có giá trị và vai trò to lớn đối với phát triển kinh tế, xã hội,bảo vệ đất nước, xóa đói giảm nghèo, duy trì và phát triển văn hóa, hạn chế tai biến, bảo

vệ môi trường, duy trì và phát triển đa dạng sinh học

Phương pháp sử dụng đất ngập nước xử lý nước thải là một phương pháp có nhiều

ưu điểm, đặc biệt nó rất phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay do chi phí xây dựng vàvận hành thấp Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo được xây dựng để xử lý nước thảitrong nông nghiệp, công nghiệp hoặc phục vụ cho nuôi trồng thủy sản, được phỏng theocác quá trình sinh học, hóa và lý học của các vùng đất ngập nước tự nhiên Các vùng đấtngập nước có thể loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải hoặc chuyển chúng thành cácdạng vật chất ít ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường

Sử dụng ĐNN tự nhiên để xử lý nước thải có hàm lượng BOD thấp.Ngoài rasửdụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải là quá trình xử lý được thựchiện liên tục trong điều kiện tự nhiên và với một giá thành rẻ vì chi phí xây dựng và bảoquản thấp Do vậy cần được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm Đồngthời có thể áp dụng để nghiên cứu sâu hơn, mở rộng hơn về đất ngập nước nhân tạo xử lýnước thải, đặc biệt là đối với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nướcthải nhà máy chế biến cà phê, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, các cơ sở giếtmổ…

 Trong nông nghiệp.

 Trong đất ngập nước kiến tạo

 Phục hồi các hệ sinh thái bị suy thoái và giảm sự tác động của con người

 Quản lý, sử dụng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên

 Sự tích hợp xã hội và hệ sinh thái trong việc xây dựng một môi trường sinh thái(ví dụ như trong cảnh quan kiến trúc, quy hoạch đô thị và làm vườn đô thị )

1.1.4 Ưu và nhược điểm:

* Ưu điểm:

 Tiết kiệm nguồn năng lượng.Lượng chất thải phát sinh là nhỏ nhất

 Các lợi ích khác từ việc sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguyên vật liệu đầu vào

 Phục hồi và thiết lập mới các hệ sinh thái theo hướng bền vững, tăng tính đa dạng

 Việc sử dụng các vật liệu tái chế, tái sử dụng chưa mang tính phổ thông

 Chưa được sự quan tâm đúng mức của cơ quan có thẩm quyền

 Sự bùng nổ dân số

1.2 Kỹ thuật sinh thái nông nghiệp

 Hệ sinh thái nông nghiệp có các thành phần điển hình của một hệ sinh thái Tuynhiên, với mục đích hàng đầu là tạo ra năng suất kinh tế nên đối tượng chính của hệ sinhthái nông là các thành phần cây trồng và vật nuôi

 Trong thực tế sản xuất, dựa vào tri thức và vốn đầu tư, con người giữ hệ sinh tháinông nghiệp ở mức phù hợp để có thể thu được năng suất cao nhất trong điều kiện cụ thể.Con người càng tác động đẩy hệ sinh thái nông nghiệp đến tiếp cận với hệ sinh thái cónăng suất kinh tế cao nhất thì lực kéo về mức độ hợp lý của nó trong tự nhiên ngày càngmạnh, năng lượng và vật chất con người dùng để tác động vào hệ sinh thái càng lớn, hiệuquả đầu tư càng thấp

Hình: Mô hình hệ sinh thái nông nghiệp (Đào Thế Tuấn 1984).

1.3 Kỹ thuật sinh thái du lịch.

Du Lịch sinh thái của Nêpan: Du lịch sinh thái là đề cao sự quan tâm của nhân vănvào việc hoạch định và quản lý các tài nguyên du lịch tăng cường phát triển cộng đồngliên kết giữa bảo tồn thiên nhiên và phát triển du lịch sử dụng thu nhập từ du lịch để bảo

vệ các nguồn lực mà ngành du lịch phụ thuộc vào

Định nghĩa du lịch sinh thái ở Việt Nam: là loại hình du lịch dựa vào thiên nhiên vàvăn hóa bản địa gắn với giáo dục môi trường có đóng góp cho các nổ lực bảo tồn và pháttriển bền vững với sự tham gia tích cực của cộng đồng địa phương

Những nguyên tắc cơ bản của du lịch sinh thái:

 Du lịch sinh thái sẽ tránh các tác động tiêu cực có thể gây thiệt hại và phá hủy tínhtoàn vẹn của môi trường tự nhiên hay văn hóa tại nơi diễn ra hoạt động du lịch

 Giáo dục cho du khách hiểu được tầm quan trọng của công tác bảo tồn tại các khu

du lịch

 Mang lợi ích cho cộng đồng địa phương, nâng cao thu nhập và ổn định đời sốngcho người dân địa phương sống tại vùng phát triển hoạt động du lịch hoặc các khu vựcliền kề

 Phát triển hoạt động du lịch sinh thái cần có sự lập kế hoạch một cách rõ rang vớimục tiêu hướng đến là sự phát triển bền vững

 Phát triển cơ sở hạ tầng trên cơ sở hòa hợp với môi trường, bảo tồn động vậthoang dã, thân thiện với môi trường tự nhiên, giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa thạch.

 Bên cạnh việc mang lại nguồn doanh thu từ các khu vực được bảo tồn cần phảichú trọng đến công tác quản lý và bảo tồn tại những khu vực này

Hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ ngày càng tăng mức độ đa dạng sinh học,phong phú cả về chủng loài và số lượng loài Theo báo cáo của các nhà khoa học vềthành phần loài động thực vật như sau:

157 loài thực vật thuộc 76 họ Trong đó, có 35 loài cây rừng ngập mặn thuộc 36 chi,

24 họ Khu hệ động vật không xương sống, thủy sinh: có 70 loài thuộc 44 họ:Cua biển,tôm Sú, tôm Thẻ Bạc, sò Huyết Khu hệ cá: có 137 loài thuộc 39 họ: cá Ngát, cá BôngLau, cá Dứa Khu hệ lưỡng thê, bò sát: có 9 loài lưỡng thê, 31 loài bò sát: Kỳ đà nước,

Hổ Mang chúa, trăn Gấm, cá Sấu Hoa cà Khu hệ chim: có 130 loài, 47 họ, 17 bộ: Bồnông chân xám, Diệc xám, Vạc, Già Đẫy, Giang sen Khu hệ thú: có 19 loài, 13 họ, 7 bộnhư Mèo Rừng, Khỉ đuôi dài, Cầy vòi đốm, Nhím,…

1.4 Kỹ thuật sinh thái công nghiệp

Nguyên tắc xây dựng khu công nghiệp sinh thái (KCNST)

 Phát triển khu công nghiệp sinh thái theo quy luật của hệ sinh thái tự nhiên:

- Tạo sự cân bằng sinh thái từ quá trình hình thành đến phát triển của khu côngnghiệp (KCN) (lựa chọn địa điểm, quy hoạch thiết kế, thi công xây dựng, lựa chọn doanhnghiệp, quá trình hoạt động, quản lý,…)

- Mọi hoạt động liên quan tới phát triển KCNST cần được tiến hành đồng bộ, hợpnhất trên nguyên tắc bảo vệ môi trường và phù hợp với hệ sinh thái tự nhiên

 Thiết lập hệ sinh thái công nghiệp (HSTCN) trong và ngoài KCNST

- Tạo chu trình sản xuất tuần hoàn giữa các doanh nghiệp trong KCN cũng như giữadoanh nghiệp trong KCN với các doanh nghiệp hay các khu vực chức năng khác ở bênngoài

- Giảm thiểu và tái sử dụng sử dụng các nguồn năng lượng, nước Tận dụng cácnguồn năng lượng, nước thừa trong quá trình sản xuất Sử dụng rộng rãi các nguồn nănglượng tái sinh: mặt trời, sức gió, sức nước,

- Giảm thiểu sử dụng các nguồn tài nguyên, đặc biệt là các tài nguyên không thể táitạo được Khuyến khích sử dụng các nguyên vật liệu tái sinh Hạn chế sử dụng các chấtgây độc hại

- Giảm thiểu lượng phát thải, đặc biệt là các chất thải độc hại

- Thu gom và xử lý triệt để các chất thải bằng các công nghệ thân thiện với môitrường Tái sử dụng tối đa các chất thải

 Thiết lập "cộng đồng" doanh nghiệp trong KCNST

- Hợp tác mật thiết và toàn diện giữa các doanh nghiệp trong KCNST cũng như vớicác doanh nghiệp bên ngoài, chia sẻ thông tin và các chi phí dịch vụ chung như: quản lýchất thải, đào tạo nhân lực, hệ thống thông tin môi trường cùng các dịch vụ hỗ trợ khác

- Khuyến khích các doanh nghiệp sản xuất sạch và đổi mới công nghệ thân thiện vớimôi trường

- Khuyến khích các doanh nghiệp và cá nhân hợp tác tham gia bảo vệ, phát triểnmôi trường sinh thái trong và ngoài KCN

- Phát triển tổ hợp các chức năng (công nghiệp, dịch vụ, công cộng, ở, ) và pháthuy tối đa mối quan hệ tương hỗ giữa chúng.

Nhà máy lọc dầuStatoil

Nhà máyđiệnAsnaes

Novo Nordisk(SX dược phẩm và enzyme

Khu dân cư TP

Gyproc (SX ván trát

tường)

Aalborg(SX ximăng và vậtliệu lát đường)

225.000 tấnhơi/năm

80.000 tấnthạch cao/năm

Methane vàEthane

14.000 tấnhơi/năm

Sulfur

Hình: H˞ sinh thái công nghi˞p – KCN Kalundborg, Đan Mạch (Cohen-Rosenthal và

cộng sự, 2003)

1.5 Kỹ thuật sinh thái đô thị

Nguyên tắc của đô thị sinh thái

 Xâm phạm ít nhất đến môi trường tự nhiên

 Đa dạng hóa việc sử dụng đất, chức năng đô thị và các hoạt động khác của conngười

 Trong điều kiện có thể, cố gắng giữ cho hệ thống đô thị được khép kín và tự cânbằng

 Giữ cho sự phát triển dân số đô thị và tiềm năng của môi trường được cân bằngmột cách tối ưu.

Theo tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO) – 1998

Tiêu chí đô thị sinh thái ở Việt Nam

- Về kiến trúc, các công trình trong đô thị sinh thái phải đảm bảo khai thác tối đacác nguồn mặt trời, gió và nước mưa để cung cấp năng lượng và đáp ứng nhu cầu nướccủa người sử dụng Thông thường là nhà cao tầng để dành mặt đất cho không gian xanh

- Sự đa dạng sinh học của đô thị phải được đảm bảo với các hành lang cư trú tựnhiên, nuôi dưỡng sự đa dạng sinh học và đem lại sự tiếp cận với thiên nhiên để nghỉngơi giải trí

- Giao thông và vận tải cần hạn chế bằng cách cung cấp lương thực và hàng hóa chủyếu nằm trong phạm vi đô thị hoặc các vùng lân cận Phần lớn dân cư đô thị sẽ sống vàlàm việc trong phạm vi bán kính đi bộ hoặc xe đạp để giảm thiểu nhu cầu di chuyển cơgiới Sử dụng các phương tiện giao thông công cộng nối liền các trung tâm để phục vụnhu cầu di chuyển xa hơn của người dân Chia sẻ ô tô con địa phương cho phép mọingười chỉ sử dụng khi cần thiết

- Công nghiệp của đô thị sinh thái sẽ sản xuất ra các sản phẩm hàng hóa có thể tái

sử dụng, tái sản xuất và tái sinh Các quy trình công nghiệp bao gồm cả việc tái sử dụngcác sản phẩm phụ và giảm thiểu sự vận chuyển hàng hóa

- Kinh tế đô thị sinh thái là một nền kinh tế tập trung sức lao động thay vì tập trung

sử dụng nguyên liệu, năng lượng và nước, nhằm duy trì việc làm thường xuyên và giảmthiểu nguyên liệu sử dụng

1.3 Đất ngập nước kiến tạo:

1.2.1 Định nghĩa

+ Đất ngập nước:

Theo Công ước RAMSAR thì đất ngập nước bao gồm: những vùng đầm lầy, đầmlầy than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay kiến tạo, những vùng ngập nước tạmthời hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, là nước ngọt, nước lợ hay nướcmặn, kể cả những khu vực nước biển có độ sâu không quá 6m khi triều thấp

Đất ngập nước được xem là vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm năngnông lâm ngư nghiệp nhưng rất nhạy cảm vềmặt môi trường sinh thái Đất ngập nướctham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khảnăng xửlý chất thải qua quá trìnhtựlàm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp.

+Đất ngập nước kiến tạo:

Xây dựng các khu xử lý nước thải qua đất được gọi là khu đất ngập nước kiến tạo,

“kiến tạo” được hiểu là hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nướcnhưng việc xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý đượcquá trình vận hành ở mức đơn giản

Ứng dụng của đất ngập nước kiến tạo: xử lý nước thải hộ gia đình, nước thải côngnghiệp, duy trì và xử lý nước mưa, làm khô bùn bằng đất ngập nước kiến tạo trồng câysậy, xử lý bậc ba của các hệ thống xử lý nước thải truyền thống, xử lý nước ở các hồ bơi

tự nhiên, xử lý một cách tự nhiên các dòng dông bị ô nhiễm, mái nhà đất ngập nước cảithiện chất lượng nước

1.2.2 Phân loại

Các kiểu đất ngập nước khác nhau ở những đặc điểm thiết kế chính của chúng cũngnhư các tiến trình loại bỏ chất ô nhiễm Phân loại theo hình thức sống của loài thực vậtchiếm ưu thế trong hệ thống như thực vật nổi trên mặt, lá nhô lên khỏi mặt nước, rễ ngậptrong nước và thực vật ngập trong nước

Phân theo thủy học có hai loại chính: hệ thống dòng chảy mặt và hệ thống dòngchảy ngầm

Đất ngập nước có dòng chảy bề 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 nướcvận 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.Hình dạng thường là kênh dài và hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lêntrong bãi lọc Đất ngập nước có dòng chảy bề mặt có khả năng triển khai mở rộng kíchthước từ thấp hơn 1 ha cho đến lớn hơn 1000 ha Loại thực vật trồng có 3 dạng: sống trôinổi, có thân nhô lên mặt nước, sống chìm

Hình 1.1 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy bề mặt

Đất ngập nước có dòng chảy ngầm: Cấu tạo về cơ bản cũng giống các thành phần

dòng chảy mặt nhưng nước thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc Lớp lọc nơi thực vậtphát triển trên đó thường có đất, cát, sỏi và đá được xếp thứ tự từ trên xuống, giữ cho lớplọc có độ xốp Kích thước sỏi hay đá được sử dụng phổ biến khoảng 10 ÷ 20mm Bề dàylớp vật liệu dao động từ 0,6 ÷ 1 m

Theo dòng chảy có thể phân làm 2 dạng: phương ngang và phương thẳng đứng từdưới lên hay từ trên xuống Các thành phần hữu cơ bị phân huỷ chủ yếu bởi vi sinh dướiđiều kiện hiếu khí, kỵ khí khi nồng độ oxy hoà tan trong lớp lọc bị giới hạn Chất rắn lơlửng được giữ lại do quá trình lọc, lắng và thường đạt hiệu quả rất cao

Hình 1.2 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầmCác hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF):

Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm quatầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòngchảy ra Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động củacác đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc

O2 vào trong bề mặt Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủysinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh Loại thực vật sử dụng phổ biến trongcác hệ thống HSF là cây sậy

Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF): Nướcthải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới theochiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đă xử lý để đưa ra ngoài Các hệthống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý lần 1.Thực nghiệm đă chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại Hệ thốngđất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học.

Công thức tính diện tích hệ thống đất ngập nước:

A = lnTrong đó:

T: nhiệt độ nước trong công trình Wetland,0C

: yếu tố hiệu chỉnh nhiệt độ

Nguồn: Kadlec & Knight, 1996.Reed et al, 1995

Thiết kế FWS – loại bỏ BOD