KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỨ CẤP NHÀ MÁY THUỘC DA CỦA TRÚC ĐUÔI GÀ (Bambusa multiplex), THƠM ỔI (Lantana camara) VÀ CỎ VETIVER (Vetiverria zizanioides)

TÓM TẮT KHÓA LUẬN Nhằm nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thứ cấp từ nhà máy thuộc da của 3 loại cây thí nghiệm là: cỏ Vetiver, trúc đuôi gà và thơm ổi trên mô hình đất ngập nước; tôi t

Oogle.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỨ CẤP

NHÀ MÁY THUỘC DA

CỦA TRÚC ĐUÔI GÀ (Bambusa multiplex), THƠM ỔI (Lantana

camara) VÀ CỎ VETIVER (Vetiverria zizanioides)

GVHD 1: TS Diệp Thị Mỹ Hạnh GVHD 2: PGS TS Bùi Xuân An

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Chuyên Lớp : DH07MT

Ngành: Kỹ Thuật Môi Trường MSSV: 07127015

TP.HCM, Tháng 7 – 2011

LỜI CÁM ƠN

Khi thực hiện bài khóa luận, nếu chỉ có sự cố gắng từ bản thân thì tôikhông thể hoàn thành, tôi nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu, tận tình của các thầy cô, các anh chị khóa trên, các bạn cùng lớp và cả gia đình tôi Do vậy, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành của mình đến:

- Quý thầy cô khoa Môi Trường và Tài Nguyên trong suốt bốn năm đại học

đã truyền đạt những kiến thức nền tảng cần thiết, giúp đỡ và động viên tôi trong thời gian học tập và làm khóa luận

- Cô TS Diệp Thị Mỹ Hạnh và thầy PGS TS Bùi Xuân An đã gợi mở, trực tiếp hướng dẫn và động viên tôi trong quá trình làm đề tài

- Ban giám đốc nhà máy thuộc da ISA Saigon Tantec đã cho phép tôi thực hiện đề tài, giúp đỡ tôi xây dựng mô hình, test mẫu thí nghiệm tại nhà máy

- Ban lãnh đạo, các anh chị Trung tâm Nghiên Cứu Bảo Tồn Tài Nguyên Thiên Nhiên (Làng tre Phú An), chị Nguyễn Hà Phương… đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

- Các bạn lớp DH07MT đã cùng tôi gắn bó suốt quãng đời sinh viên, động viên, giúp đỡ tôi

Và cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình tôi luôn bên cạnh ủng hộ, động viên, là chỗ dựa vững chắc cho tôi an tâm vững bước trên con đường học tập

Nguyễn Thị Minh Chuyên

Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Nhằm nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thứ cấp từ nhà máy thuộc da của 3 loại cây thí nghiệm là: cỏ Vetiver, trúc đuôi gà và thơm ổi trên mô hình đất ngập nước; tôi thực hiện đề tài của mình tại nhà máy thuộc da ISA Saigon Tantec, thuộc khu công nghiệp Việt Hương 2, Bến Cát, Bình Dương

Sau thời gian thí nghiệm và kiểm tra mẫu với 5 chỉ tiêu: pH, Nitơ tổng, Photpho tổng, COD, sinh khối; kết quả thu được như sau:

- pH ổn định, trung tính với 3 mô hình loại cây thí nghiệm

- Hiệu suất xử lý Nitơ tổng:

+ Cỏ vetiver : hiệu suất từ 4.96 – 69.23%

+ Trúc đuôi gà: hiệu suất từ 0.83 – 43.08%

+ Thơm ổi: hiệu suất từ 12.4 – 49.23%

- Hiệu suất xử lý Photpho tổng:

+ Cỏ vetiver : hiệu suất từ 16.67 – 57.14%

+ Trúc đuôi gà: hiệu suất từ 11.76 – 57.89%

+ Thơm ổi: hiệu suất từ 16.67 – 65.71%

- Hiệu suất xử lý COD:

+ Cỏ vetiver : hiệu suất từ 21.14 – 75.09%

+ Trúc đuôi gà: hiệu suất từ 0.00 – 71.32%

+ Thơm ổi: hiệu suất từ 22.71 – 72.42%

- Sinh khối:

+ Cỏ vetiver : sinh khối tăng mạnh

+ Trúc đuôi gà: sinh khối tăng nhưng không nhanh bằng cỏ vetiver + Thơm ổi: sinh khối có dấu hiệu giảm do cây chết

Tuy nhiên, đề tài vẫn còn nhiều hạn chế, cần có những đề tài mở rộng nghiên cứu để thu được kết quả chính xác hơn

MỤC LỤC

Chương 1. 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 1

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: 2

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 2

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: 3

1.5 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 3

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN: 3

Chương 2. 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC (WETLAND): 4

2.1.1 Khái niệm: 4

2.1.2 Phân loại khu đất ngập nước nhân tạo: 4

2.1.3 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong hệ thống đất ngập nước: 6

2.1.4 Ưu và nhược điểm của việc sử dụng mô hình đất ngập nước kết hợp với thực vật để xử lý ô nhiễm: 8

2.1.4.1 Ưu điểm: 8

2.1.4.2 Nhược điểm: 9

2.1.5 Tình hình sử dụng hệ thống đất ngập nước trên thế giới và Việt Nam: 9

2.2 TỔNG QUAN VỀ BA LOẠI CÂY THÍ NGHIỆM: 10

2.2.1 Trúc đuôi gà (Bambusa multiplex): 10

2.2.1.1 Đặc điểm chung của trúc đuôi gà (Bambusa multiplex): 10

2.2.1.2 Ứng dụng cây trúc đuôi gà trong cải thiện chất lượng môi trường: 11

2.2.2 Tổng quan cây thơm ổi (Lantana camara): 11

2.2.2.1 Đặc điểm chung của cây thơm ổi: 11

2.2.2.2 Sinh thái: 13

2.2.2.3 Công dụng: 13

2.2.2.4 Nhược điểm: 13

2.2.2.5 Ứng dụng cây thơm ổi trong cải thiện chất lượng môi trường: 13

2.2.3 Tổng quan cỏ vetiver ( vetiverria zizanioides): 14

2.2.3.1 Nguồn gốc: 14

2.2.3.2 Phân loại: 14

2.2.3.3 Một số đặc điểm của cỏ Vetiver: 14

2.2.3.4 Lợi ích và công dụng của cỏ Vetiver: 18

2.2.3.5 Ứng dụng Vetiver trong cải thiện chất lượng môi trường: 19

Chương 3. 21

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 21

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: 21

3.2 NGUỒN NƯỚC THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU: 21

3.3 VẬT LIỆU: 21

3.3.1 Thực vật: 21

3.3.2 Vật liệu thí nghiệm: 22

3.4 PHƯƠNG PHÁP: 22

3.4.1 Mô tả mô hình xử lý: 22

3.4.1.1 Cấu tạo Wetland thí nghiệm: 22

3.4.1.2 Bố trí ống phân phối nước: 23

3.4.2 Bố trí thí nghiệm: 24

3.4.3 Phương pháp thí nghiệm: 25

3.4.3.1 Giai đoạn tiền thí nghiệm: 25

3.4.3.2 Giai đoạn thí nghiệm: 26

3.4.4 Các chi tiêu theo dõi: 26

Chương 4. 27

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 SỰ ỔN ĐỊNH pH: 27

4.2 CHỈ TIÊU NITƠ TỔNG: 33

4.3 CHỈ TIÊU PHOTPHO TỔNG: 38

4.4 CHỈ TIÊU COD: 43

4.5 SINH KHỐI VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI CÂY THÍ NGHIỆM: 52 Chương 5. 54

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 54

5.1 KẾT LUẬN: 54

5.2 KIẾN NGHỊ: 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Một dạng mô hình ĐNN nhân tạo có dòng chảy bề mặt (FWS) 5

Hình 2.2 Mô hình ĐNN có dòng chảy ngầm ngang (SSF) 5

Hình 2.3 Mô hình ĐNN có dòng chảy ngầm thẳng đứng (VFS) 6

Hình 2.4 Cây trúc đuôi gà trong thí nghiệm 11

Hình 2.5 Cây thơm ổi trong thí nghiệm 12

Hình 2.6 Bộ rễ khổng lồ của cỏ Vetiver 15

Hình 2.7 Cỏ Vetiver trong thí nghiệm 15

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy 21

Hình 3.2 Cấu tạo hệ thống wetland thí nghiệm 23

Hình 3.3 Ống phân phối nước trong thí nghiệm 24

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí các wetland trong thí nghiệm 25

Hình 4.1 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 12 – 21/1/2011 của các mô hình thí nghiệm. 28

Hình 4.2 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 10 – 19/2/2011 của các mô hình thí nghiệm. 28

Hình 4.3 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 21 – 28/2/2011 của các mô hình thí nghiệm. 29

Hình 4.4 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 2 – 5/3/2011 của các mô hình thí nghiệm. 30

Hình 4.5 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 7 – 12/3/2011 của các mô hình thí nghiệm. 30

Hình 4.6 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 14 – 19/3/2011 của các mô hình thí nghiệm. 31

Hình 4.7 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 21 – 31/3/2011 của các mô hình thí nghiệm. 31

Hình 4.8 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 1 – 9/4/2011 của các mô hình thí nghiệm.

Hình 4.12 Biểu đồ hiệu xuất xử lý Nitơ tổng trong nước thải đầu ra của các mô hình thí

nghiệm so với đầu vào 36

Hình 4.13 Biểu đồ giá trị Photpho tổng trong nước thải đầu ra của các mô hình thí

nghiệm 41

Hình 4.14 Biểu đồ hiệu xuất xử lý Photpho tổng trong nước thải đầu ra của các mô hình

thí nghiệm so với đầu vào 42

Hình 4.15 Biểu đồ giá trị COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí nghiệm trong

tháng 1 và tháng 2 /2011 45

Hình 4.16 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí

nghiệm trong tháng 1 và tháng 2 /2011 so với đầu vào 46

Hình 4.17 Biểu đồ giá trị COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí nghiệm trong

tháng 3 /2011 47

Hình 4.18 Biểu đồ hiệu suất COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí nghiệm

trong tháng 3 /2011 so với đầu vào 48

Hình 4.19 Biểu đồ giá trị COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí nghiệm trong

tháng 4 /2011 49

Hình 4.20 Biểu đồ hiệu suất COD trong nước thải đầu ra của các mô hình thí nghiệm

trong tháng 4 /2011 so với đầu vào 50

Hình 4.21 Biểu đồ sinh khối trọng lượng tươi trung bình qua các lần cân mẫu 53 Hình 4.22 Biểu đồ sinh khối trọng lượng khô trung bình qua các lần cân mẫu 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các loài cỏ Vetiver 14

Bảng 2.2: Giới hạn chịu đựng của cỏ Vetiver theo các nghiên cứu ở Úc 17

Bảng 4.1: Thống kê số liệu chỉ tiêu pH qua các tháng thí nghiệm 27

Bảng 4.2: Thống kê số liệu chỉ tiêu N tổng qua các tháng thí nghiệm 34

Bảng 4.3: Thống kê số liệu hiệu suất chỉ tiêu N tổng qua các tháng thí nghiệm 34

Bảng 4.4: Thống kê số liệu chỉ tiêu P tổng qua các tháng thí nghiệm 39

Bảng 4.5: Thống kê số liệu hiệu suất chỉ tiêu P tổng qua các tháng thí nghiệm 40

Bảng 4.6: Thống kê số liệu chỉ tiêu COD qua các tháng thí nghiệm 44

Bảng 4.7: Thống kê số liệu hiệu suất chỉ tiêu COD qua các tháng thí nghiệm 44

Bảng 4.8: Thống kê số liệu sinh khối qua 3 lần đo 52

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Các hoạt động của con người luôn gắn liền với nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích khác nhau: sinh hoạt, sản xuất nông – công nghiệp… và thải ra các loại nước thải tương ứng có chứa các tác nhân gây ô nhiễm sau quá trình sử dụng Nếu không được kiểm soát, quản lý tốt và không có các biện pháp xử lý hữu hiệu, các dòng thải

đó sẽ gây nên nhiều vấn đề nan giải về ô nhiễm môi trường, nguồn nước, phá vỡ mối cần bằng sinh thái tự nhiên (Lâm Minh Triết, 2010)

Mỗi ngành công nghiệp khác nhau thải ra các loại nước thải riêng biệt Một trong những loại nước thải công nghiệp khó xử lý chính là nước thải thuộc da, hiện cũng là một bài toán nan giải cho các nhà môi trường và không ít các nhà máy đã bị buộc đóng cửa vì không xử lý nước thảitừ nhà máy

Hiện nay, thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có xu hướng phát triển môi trường bền vững bằng phương pháp tự nhiên Mô hình đất ngập nước ( wetland) trong những năm gần đây được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra ứng dụng rất hiệu quả trong vấn đề bảo vệ môi trường Đặc biệt, wetland có lớp phủ thực vật như cỏ Vetiver, sậy đã được nghiên cứu nhiều, ứng dụng rộng rãi.Tuy nhiên, vẫn còn nhiều loại thực vật khác ít được nghiên cứu về khả năng xử lý ô nhiễm trong các hệ thống xử

lý môi trường.Với mong muốn nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da bằng loại thực vật chưa được nghiên cứu nhiều trong xử lý nước thải, tôi chọn hai loài thực vật là: cây

trúc đuôi gà (Bambusa multiplex) và câythơm ổi (Lantana camara) Cây trúc đuôi gà

là một loại cây gần gũi với người dân Việt, thường được trồng làm cảnh; còn cây thơm

ổi là cây nhập nội thì được biết đến với khả năng hấp thụ chì trong đất Đồng thời tôi cũng thực hiện nghiên cứu với cây Vetiver để so sánh khả năng xử lý của cả 3 loại cây này

Do đó, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thứ cấp

nhà máy thuộc da của trúc đuôi gà(Bambusa multiplex), thơm ổi (Lantana

camara) và cỏ Vetiver (Vetiverria zizanioides)”

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu con người ngày càng tăng và các hoạt động sản xuất phục vụ nhu cầu đó luôn đặt mục tiêu kinh tế lên hàng đầu mà bỏ qua khía cạnh môi trường.Số lượng nhà máy có hệ thống xử lý nước thải hoạt động hiệu quả, xử lý tốt, đạt chất lượng không nhiều.Để bảo vệ môi trường và duy trì các điều kiện sống trong lành, các loại nước thải cần phải được kiểm soát, xử lý và quản lý nghiêm ngặt

Hiện nay, nhu cầu sản xuất phục vụ nhu cầu xã hội của ngành da giày Việt Nam rất lớn.Nhưng ngành da giày Việt Nam hiện còn nhập khẩu nguyên liệu về gia công và phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu này Công nghệ thuộc da ở nước ta vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất, song hầu như địa phương nào cũng “ngoảnh mặt” với các dự án thuộc da của ngành da giày vìđều có ấn tượng không tốt về ngành này do khả năng gây ô nhiễm môi trường nước rất cao Ngành da giày Việt Nam muốn phát triển phải cần các nhà máy thuộc da cung cấp nguyên liệu phục vụ cho nhu cầu trong nước Muốn vậy, việc xây dựng, vận hành nhà máy thuộc da phải đảm bảo các vấn đề về môi trường nói chung và vấn đề xử lý nước thải nói riêng.Việc xử lý nước thải với chi phí thấp cần dựa vào các quá trình sinh học tự nhiên như dùng thực vật để

xử lý Do đó, việc nghiên cứu tìm ra các loài cây có khả năng xử lý nước ô nhiễm là rất cần thiết

Nhà máy sản xuất thuộc da ISA Saigon Tan Tec, thuộc KCN Việt Hương 2, là nhà máy thuộc da sinh thái đầu tiên tại Việt Nam Tại đây, hệ thống xử lý nước thải được vận hành và thường xuyên kiểm tra chất lượng nước thải trước khi thải ra cống chung KCN Sau khi qua hệ thống xử lý, nước thải được đưa vào các Wetland trồng cây đề xử lý bậc 2 Nhà máy rất chú trọng các vấn đề môi trường, sẵn sàng giúp đỡ, hợp tác thực hiện các đề tài nghiên cứu cải thiện, bảo vệ môi trường Được sự cho phép của nhà máy và Trung tâm Nghiên cứu Bảo tồn Tài nguyên thiên nhiên trực thuộc Đại học Khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, đơn vị đang hợp tác nghiên cứu với nhà máy, tôi thực hiện đề tài nghiên cứu của mình ở đây

1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

Xác địnhkhả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải thứ cấp nhà máy

thuộc da của tre (Bambusa multiplex), thơm ổi (Lantana camara) và cỏ Vetiver

(Vetiverria zizanioides) trên mô hình đất ngập nước trong điều kiện thực tế tại nhà

máy

1.4.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

- Chỉ thực hiện trên mô hình đất ngập nước (wetland)

- Chỉ thực hiện trên nước thải thứ cấp nhà máy thuộc da ISA Saigon Tantec

- Vì là đề tài nghiên cứu ứng dụng thực tế nên các yêu cầu về lưu lượng nước thải, thời gian lưu nước… phải thích hợp với điều kiện nhà máy, có thể ứng dụng sau khi đề tài hoàn thành Trong phạm vi đề tài, nghiên cứu với lưu lượng nước thải là 4m3/ngày, thể tích wetland là 95.076 m3và thời gian lưu nước là 1ngày

- Kiểm tra giới hạn 5 chỉ tiêu: pH, COD, Nitơ tổng, Photpho tổng, sinh khối của cây

- Thực hiện trong điều kiện khí hậu tự nhiên của khu vực

1.5 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Xây dựng và vận hành mô hình đất ngập nước kết hợp với thực vật phủ bề mặt

- So sánh khả năng xử lý nước thải thứ cấp từ nhà máy thuộc da giữa mô hình đất ngập nước có thực vật phủ bề mặt với mô hình đất ngập nước không có thực vật phủ bề mặt

- Lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu : pH, COD, Nitơ tổng, Photpho tổng, sinh khối của cây

- Xử lý kết quả phân tích bằng các công cụ, phần mềm hỗ trợ

- Đưa ra kết luận khả năng áp dụng

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN:

- Chứng minh khả năng xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước trong

điều kiện Việt Nam

- Chứng minh khả năng xử lý nước thải thứ cấp nhà máy thuộc da của 3 loại thực vật thí nghiệm

- Đưa ra kết luận về khả năng dùng mô hình đất ngập nước kết hợp thực vật phủ bề mặt để xử lý ô nhiễm, góp phần cải thiện môi trường

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC (WETLAND):

2.1.1 Khái niệm:

Đất ngập nước (ĐNN)(wetland) là vùng đất bị ngập trong thời gian dài, đủ để duy trì trạng thái bảo hòa nước của đất và sự phát triển của vi sinh vật, thực vật sống trong môi trường này Có hai loại đất ngập nước:

- ĐNN tự nhiên có thể được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải nhờ vào các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong môi trường tương tác giữa, đất, thực vật, nước và không khí Tuy nhiên ĐNN tự nhiên có một số hạn chế trong quá trình quản lý và vận hành cũng như kiểm soát chế độ thủy lực, khả năng xử lý nước thải hay các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường …

- ĐNN nhân tạo là vùng ĐNN do con người tạo ra, các vùng ngập nước này được xây dựng để xử lý nước thải dựa trên các quá trình diễn ra trong ĐNN tự nhiên.ĐNN nhân tạo thường được quy hoạch sẵn thành từng thửa, từng ô Bên dưới của khu đất thường được lót bằng lớp vật liệu không thấm nước (tránh nước thải ảnh hưởng đến nước ngầm), bên trên lớp lót rãi đá dăm hay cát hỗ trợ sự phát triển của thực vật trồng trong khu đất Độ tin cậy trong quá trình hoạt động ĐNN nhân tạo cao hơn ĐNN tự nhiên, chúng có thể được quản lý chặt chẽ và có những ưu điểm của ĐNN tự nhiên

2.1.2 Phân loại khu đất ngập nước nhân tạo:

Chia làm hai loại: ĐNN nhân tạo có dòng chảy bề mặt (Free water surface – FWS) và ĐNN có dòng chảy ngầm(Subsurface flow Constructed Wetland – SSF)

- ĐNNnhân tạo có dòng chảy bề mặt (Free water surface – FWS): Những hệ

thống này thường là lưu vực chứa nước hoặc các kênh dẫn nước, với lớp lót bên dưới để ngăn sự rò rỉ của nước, đất hoặc các lớp lọc thích hợp khác hỗ trợ cho thực vật nổi phía trên Lớp nước nông, tốc độ dòng chảy chậm, sự có mặt của thân cây quyết định tốc độ dòng chảy Đặc biệt, trong các mương dài và hẹp, phải đảm bảo điều kiện dòng chảy nhỏ

Hình 2.1.Một dạng mô hình ĐNN nhân tạo có dòng chảy bề mặt (FWS)

(Vymazal, 1997 – Theo Le Anh Tuan, 2003)

- ĐNN nhân tạo có dòng chảy ngầm (Subsurface flow Constructed Wetland – SSF) được chia làm 2 loại: hệ thống ĐNN với dòng chảy ngầm ngang dưới mặt đất (Horizontal Subsurface flow – HSF) và hệ thống ĐNN với dòng chảy ngầm thẳng đứng (Vertical Subsurface flow – VSF)

+ Hệ thống ĐNN với dòng chảy ngầm ngang dưới mặt đất (Horizontal Subsurface flow – HSF): nước thải được đưa vào và chảy chậm qua tầng lọc xốp dưới bề

mặt của nền theo một đường ngang cho tới đầu ra của hệ thống Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ được cung cấp oxy gián tiếp từ thân cây Ngoài ra hệ thống còn được cung cấp oxy trực tiếp từ bề mặt thoáng Khi nước thải chảy qua vùng rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật qua các phản ứng hóa sinh

Hình 2.2 Mô hình ĐNN có dòng chảy ngầm ngang (SSF)

(Vymazal, 1997- Theo Le Anh Tuan, 2003)

+ Hệ thống ĐNN với dòng chảy ngầm thẳng đứng (VerticalSubsurface flow – VSF) : nước thải đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới

theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa ra ngoài Các hệ thống ĐNN với dòng chảy ngầm thẳng đứng thường xuyên được xử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý lần 1

Hình 2.3 Mô hình ĐNN có dòng chảy ngầm thẳng đứng (VFS)

(Cooper, 1996 – Theo Le Anh Tuan, 2003)

Hệ thống ĐNN nhân tạo có dòng chảy ngầm bên dưới còn được biết đến với nhiều tên gọi khác: bãi lọc ngầm trồng cây, hệ xử lý với vùng rễ cây

Trên thực tế, hệ thống ĐNN có dòng chảy ngầm (SSF) chiếm ưu thế hơn và được ứng dụng nhiều hơn hệ thống ĐNN có dòng chảy bề mặt (FWS) vì khi sử dụng nó sẽ hạn chế sự phát tán mùi, tránh được những cảm quan không tốt về màu sắc của nước thải Đặt biệt, diện tích cần sử dụng cho hệ thống SSF nhỏ hơn hệ thống FWS đối với cùng một loại nước thải (Le Anh Tuan, 2003)

2.1.3 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong hệ thống đất ngập nước:

Các chất ô nhiễm được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các quá trình vật lý, hóa học và sinh học

- Quá trình vật lý: nhờ cơ chế lắng do trọng lực, các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp lọc, qua tầng rễ; lực hấp dẫn giữa các phân tử; sự bay hơi

- Quá trình hóa học: tạo thành các hợp chất; hấp phụ trên bề mặt lớp lọc và bề mặt thực vật; phân hủy hoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi các tác nhân như tia

tử ngoại, oxy hóa

- Quá trình sinh học: trong hệ thống, vi sinh vật chia làm 3 dạng, tùy thuộc vào

vị trí của tầng đất nó sinh sống Ở tẩng đất bề mặt có độ rỗng cao, tươi xốp, nhiều mùn, tiếp xúc không khí tốt sẽ tồn tại chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí Ở tầng giữa với điều kiện hiếu khí không thường xuyên, đặc biệt lúc có nước thì tồn tại những loại vi khuẩn hiếu khí, tùy nghi Ở lớp đất cuối cùng không khí không lọt tới thì chủ yếu là vi khuẩn kỵ khí

Cả 3 dạng này đều có những chức năng riêng biệt trong quá trình phân hủy các chất trong nước thải.Nhờ các quá trình trên, hệ thống ĐNN có thể loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm trong nước thải như: các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng, nitơ (N), photpho (P), kim loại nặng và các vi sinh vật gây bệnh

- Đối với các chất hữu cơ (CHC) có khả năng phân hủy sinh học: các CHC này thường ở dạng hòa tan hay dạng keo Phân hủy sinh học xảy ra khi các CHC hòa tan tiếp xúc lên lớp màng vi sinh bám trên bám trên phần 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

hệ thống ĐNN là: cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học, vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy hiếu khí trong lớp vật liệu và bộ rễ

- Đối với nitơ và các hợp chất của nitơ: nitơ loại bỏ nhờ 3 cơ chế chủ yếu: nitrat hóa/khử nitrat; bay hơi ammoniac và hấp thụ của thực vật.Sự chuyển hóa Nitơ xảy ra ở tầng oxy hóa và khử của đất và nước; bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất Bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng rễ qua thân, lá của cây trồng trong bãi lọc tạo nên lớp màng giàu oxy Quá trình nitrat hóa diễn ra ở vùng rễ hiếu khí, NH4+ chuyển thành NO3- Phần NO3- không được cây trồng hấp thụ sẽ khuếch tán vào vùng thiếu khí,

bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử Nitrat Lượng ammoniac trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4- từ vùng thiếu khí khuếch tán vào

- Đối với photpho: cơ chế loại bỏ gồm có sự hấp thụ của thực vật, quá trình đồng hóa của vi khuẩn, sự hấp phụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ, kết tủa và lắng cùng Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+ Khi thời gian lưu nước dài, đất sử dụng có cấu trúc mịn thì

cơ chế loại bỏ P là hấp phụ và kết tủa Hiện nay, vai trò thực vật trong việc loại bỏ P vẫn còn là vấn đề mà các nhà nghiên cứu đang quan tâm

- Đối với kim loại nặng: kết tủa và lắng hydroxit không tan, hấp phụ lên các kết tủa hydroxit sắt và mangan trong vùng hiếu khí hay kết tủa dạng sunfit kim loại trong vùng kỵ khí của lớp vật liệu Đồng thời, kim loại nặng cũng được hấp thụ vào rễ, thân và

lá của thực vật trong hệ thống Các nghiên cứu chưa chỉ ra cơ chế nào có vai trò lớn nhất, nhưng nhìn chung, kim loại nặng được thực vật hấp thụ chỉ chiếm một phần nhất định Các loài thực vật khác nhau hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau Vật liệu lọc là nơi tích

tụ chủ yếu kim loại nặng

- Đối với các chất rắn: nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, keo thì được loại bỏ qua cơ chế lọc, lắng, phân hủy sinh học, dính bám, hấp phụ nhờ lực Var der Waals

- Đối với các vinh sinh vật: cơ chế giống như loại bỏ VSV trong hồ sinh học Chúng được loại bỏ nhờquá trình vật lý như: kết dính, lắng, lọc, hấp phụ; bị tiêu diệt trong điều kiện môi trường không thuận lợi trong thời gian dài Cụ thể: nhiệt độ; pH; bức

xạ mặt trời; thiếu chất dinh dưỡng hay do các sinh vật khác ăn Có những bằng chứng về vai trò của thực vật trong việc khử virus, vi khuẩn nhưng chưa nghiên cứu rõ

2.1.4 Ưu và nhược điểm của việc sử dụng mô hình đất ngập nước kết hợp với thực vật để xử lý ô nhiễm:

2.1.4.1 Ưu điểm:

- Chi phí xây dựng, vận hành và bảo trì hệ thống ĐNN không cao

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

- Hệ thống có thể chịu được mức độ dao động lớn với nồng độ chất ô nhiễm

- Sinh khối tạo ra sau quá trình sử dụng có thể được ứng dụng vào nhiều mục đích kinh tế khác nhau

- Khối lượng chất bẩn có thể được giảm khá lớn

- Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng và không sinh ra bùn trong quá trình xử lý

- Sử dụng hệ thống ĐNN làm cho chất lượng môi trường sống được nâng cao

và làm sạch môi trường nước

- Sử dụng hệ thống ĐNN kết hợp thực vật mang tính xử lý tự nhiên nên được sự chấp nhận của cộng đồng

- Hệ thống này cũng bắt nguồn cho những cơ hội trong lĩnh vực nghiên cứu học thuật về ĐNN, mở ra nhiều triển vọng, góp phần vào chiến lược bảo vệ và phát triển bền vững môi trường trên thế giới cũng như ở Việt Nam

2.1.4.2 Nhược điểm:

- Đối với hệ thống ĐNN, diện tích cần dùng cho xử lý nước thải phải đủ lớn để lấy ánh sáng Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng càng nhiều, trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng, thì quá trình chuyển hóa càng tốt

- Diện tích mặt bằng của hệ thống ĐNN là khác nhau tùy thuộc vào nồng độ ô nhiễm nước thải đầu vào và yêu cầu chất lượng nước đầu ra Hệ thống thường lớn hơn mặt bằng yêu cầu đối với hệ thống xử lý truyền thống

- Khó thực hiện đối với nhà máy có diện tích mặt bằng nhỏ

- Thời gian xử lý chậm

- Chất ô nhiễm có thể chuyển từ chỗ này sang chỗ khác (ví dụ như tích tụ trong

cơ thể động vật)

- Sinh khối thực vật thu hoạch sau có thể được xếp vào nhóm chất thải nguy hại

2.1.5 Tình hình sử dụng hệ thống đất ngập nước trên thế giới và Việt Nam:

Hệ thống ĐNN được ứng dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực Riêng trong vấn đề bảo vệ môi trường, hệ thống ĐNN đã đóng góp một phần to lớn,

nó được đưa vào ứng dụng cho xử lý nước thải thành thị, nông thôn; nước thải nông nghiệp, công nghiệp; nước thải bệnh viện Người mở đầu cho việc sử dụng thực vật bậc cao trong xử lý nước thải là Kathe Seidel vào đầu những năm 1950 tại Đức Đến thập niên 1960, Seidel phát triển thành “ĐNN nhân tạo có dòng chảy ngầm (SSF)”.Vào những năm 1980 – 1990, phương pháp xử lý nước thải “Vùng rễ” của Reinhold Kickuth được phổ biến.Cuối thập kỷ 80, ĐNN có dòng chảy ngầm được thay thế và sử dụng đến nay

Năm 1991, hệ thống ĐNN có dòng chảy ngầm dùng xử lý nước thải sinh hoạt xây dựng đầu tiên ở Nauy Ngày nay, chúng trở thành phổ biến khắp các vùng nông thôn

ở nước này do tiết kiệm về kinh tế, lại có hiệu quả cao.Năm 2001, tại bang Georgia (Mỹ), một vài công ty hiện cũng đang xử dụng hệ thống ĐNN cho bước cuối cùng trong quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm Kết quả cho thấy giảm được 50% lượng thuốc nhuộm

dư, giảm được một lượng đáng kể COD và chất độc hại trong nước thải, khử được kim loại nhưng độ màu đầu vào và đầu ra so sánh không khác biệt Đặc biệt, hệ thống này đã tiết kiệm được 3 triệu USD chi phí xây dựng và 500.000 – 1.000.000 USD chi phí vận hành so với hệ thống xử lý truyền thống

Ở nước ta, năm 2005 hệ thống ĐNN được xây dựng tại xã Minh Nông – Bến Giót – TP Việt Trì để áp dụng cho xử lý chất lượng nước thải sinh hoạt pha trộn nước thải công nghiệp Hiện nay cũng có một số công trình nghiên cứu ứng dụng khả năng xử

lý nước thải của ĐNN tại Trung tâm kỹ thuật Môi trường và khu công nghiệp, trường Đại học Xây Dựng (Nguyễn Thị Mai, 2009)

2.2 TỔNG QUAN VỀ BA LOẠI CÂY THÍ NGHIỆM:

2.2.1.Trúc đuôi gà (Bambusa multiplex):

2.2.1.1 Đặc điểm chung của trúc đuôi gà (Bambusa multiplex):

- Thường được gọi là tre kiểng, mọc thành bụi rậm, chiều cao cây 1 – 3m

- Thân cây đặc, màu sắc không đồng nhất, có đoạn màu xanh đậm, có đoạn hơi ngả sang vàng Đường kính thân 5 – 10mm

- Cành phân bố dọc theo thân, có cả cành bậc 1 và cành bậc 2 Cành mọc trong mo, số lượng cành ở mỗi mắc khá nhiều

- Lá dài 3 – 5cm Lá non có màu xanh nhạt, càng già màu xanh của lá càng đậm Màu sắc 2 mặt của lá khác nhau, mặt trên có màu xanh mướt, còn mặt dưới có màu trắng xanh, có gân dọc theo mép lá Mép lá có răng hai cạnh Mặt bên lá không có

lông, mặt dưới có lông nhám.(Lý Phạm Hoàng Văn, 2009)

Hình 2.4.Cây trúc đuôi gà trong thí nghiệm

2.2.1.2 Ứng dụng cây trúc đuôi gà trong cải thiện chất lượng môi trường:

Do đặc tính của tre trúc nói chung là phát triển sinh khối nhanh, là một trong những yêu cầu của phương pháp phytoremediation – kỹ thuật sinh học nhằm thực hiện

xử lý ô nhiễm đất, nước bằng cách dùng thực vật có khả năng hấp thu hay phân hủy chất gây ô nhiễm Công trình của TS.Diệp Thị Mỹ Hạnh và cộng sự đã thử nghiệm

trên 20 loài tre và tìm ra được loài trúc đuôi gà(Bambusa multiplex) có đặc tính hấp

thu chì cao hơn những loại tre khác Đây là một ứng dụng mới của tre trong việc bảo

vệ môi trường.(Lý Phạm Hoàng Văn, 2009)

2.2.2 Tổng quan cây thơm ổi (Lantana camara):

2.2.2.1 Đặc điểm chung của cây thơm ổi:

Lantana camara thuộc họ cỏ roi ngựa (Verbenaceae) Lá cây có mùi thơm của

ổi nên được gọi là cây thơm ổi, cây bông ổi hay trâm ổi Ngoài ra, do có nhiều màu sắc

nên được dân gian đặt tên là hoa ngũ sắc; nở suốt 4 mùa nên được gọi là hoa tứ quý hoặc tứ thời

Theo Phạm Hoàng Hộ (2003) : Cây có dạng bụi, cao từ 1,5 – 2 m, hay có thể hơn một chút Thân có nhiều gai nhỏ, cong Cành có 4 cạnh hình vuông Lá mọc đôi,

có phiến rất nhám, bìa có răng, mặt dưới có lông Cụm hoa là những bông co lại thành dấu giả mọc ở các nách lá ngọn.Hoa lưỡng tính, không đều, thoạt tiên vàng lợt rồi vàng tươi, sau củng đỏ chói.Quả hạch hình cầu nằm trong lá dài, khi chín có màu đen, nhân gồm 1 – 2 hạt, cứng, xù xì

Cây có nguồn gốc Trung Mỹ, nhập vào Việt Nam vào thế kỷ 19, trồng làm cảnh.Đến nay cây đã được trồng phổ biến, rộng rãi (Võ Văn Chi, 2003 – theoPhạm Thị Thanh Loan, 2004)

pH thích hợp ở môi trường trung tín: 6,6 – 7,5

Hình 2.5.Cây thơm ổi trong thí nghiệm

2.2.2.2 Sinh thái:

Lantana camaramọc được trên nhiều loại đất, nhận lượng mưa vào khoảng

250 – 290 mm Chúng có thể chịu hạn và chịu mặn rất tốt.Phần trên không của cây có thể bị chết ở nhiệt độ - 20C nhưng cây vẫn có thể sống lại.Chúng mọc ở những vùng rừng mở nhưng nhanh chóng biến mất khi mật độ tán rừng quá dầy

2.2.2.3 Công dụng:

- Cây thơm ổi có thể dùng làm cảnh, trang trí

- Rễ cây có vị đắng, tính lạnh, có tác dụng thanh nhiệt

- Lá cây có tính mát, có tác dụng tiêu viêm sưng, chữa ngứa gãi, rắn cắn

- Hoa có vị ngọt, tính mát, có tác dụng cầm máu

Ngoài ra, cây có tác dụng chữa vết thương mục lở, cảm sốt, quai bị, viêm hạch, viêm họng, chữa ho ra máu, phổi kết hạch, tiểu đường (Tuấn Vinh, 2003 – theoPhạm Thị Thanh Loan, 2004)

2.2.2.4 Nhược điểm:

Đây là loại cây dễ phát tán và thích nghi với môi trường nên có thể sinh sôi nảy nở rất nhanh và trên diện rộng.Qua đó, chúng có thể lấn át và tiêu diệt các loài khác.Trái xanh của cây có chứa độc tố, có thể gây chết ở trẻ em và gia súc

2.2.2.5 Ứng dụng cây thơm ổi trong cải thiện chất lượng môi trường:

TS Diệp Thị Mỹ Hạnh và cộng sự (2000) nghiên cứu 15 loài thực vật và tìm thấy 2 loại cây có khả năng hấp thu chì và cadmium rất cao: đó là thơm ổi và dây leo

(Herterostrema villosum) Nhưng tốc độ sinh trưởng của dây leo chậm hơn cây thơm

ổi nên thơm ổi được xem là loài cây siêu hấp thu.Sau 105 ngày thí nghiệm, nhóm nghiên cứu kết luận rằng khả năng hấp thu chì của cây cao và rất nhanh: hơn 506 ppm (trong điều kiện môi trường ô nhiễm chì ở nồng độ 1.000 ppm) so với cây sống trong điều kiện bình thường; 1.037 ppm (trong điều kiện môi trường nhiễm chì 2.000 ppm);trong điều kiện môi trường chứa 1.000 ppm chì, sau 24 giờ (kể từ thời điểm tăng đột ngột nồng độ chì) rễ cây thơm ổi đã tích lũy một lượng chì hơn 470 lần so với cây đối chứng; trong môi trường chứa 2.000 ppm chì thì rễ thơm ổi tích lũy một lượng chì hơn 969 lần so với cây đối chứng (Quốc Thanh, 2003)

Được xem là cây siêu hấp thu chì trong đất, nhưng hiện nay trong xử lý ô nhiễm nước, cây chưa được nghiên cứu ứng dụng nhiều

2.2.3 Tổng quan cỏ vetiver ( vetiverria zizanioides):

Cỏ Vetiver – tên khoa học là Vetiverria zizanioides L ,thuộc họ Graminae (Poaceae), tông Andropogoneae

V elongata (R Br.) stapf ex C.E

V festucoides (Presl.) Ohwi

V filipes C.E Hubbard

V fulvibarbis stapf

V intermedia S.T Blake

V lawsonni (Hook.f) Blatt Et McCann

V nemoralis (Balansa) Q Camus

New Guinea,Úc(Queensland) Trung và Đông châu Phi

Úc (Queensland)

Ấn Độ Đông Nam Á Trung và Đông châu Phi

Úc (Queensland)

Úc (Queensland) Trung và Đông Nam Á

(Nguồn: Trương và Baker, 1996 – theo Nguyễn Thị Mai, 2009) 2.2.3.3 Một số đặc điểm của cỏ Vetiver:

a Hình thái:

Cỏ Vetiver có bộ rễ đồ sộ, mọc rất nhanh và ăn rất sâu, trong12 tháng đã có thể ăn sâu tới 3,6 m trên đất tốt Do đó, cỏ Vetiver chịu hạn rất khỏe, có thể hút độ ẩm từtầng đất sâu bên dưới và xuyên qua các lớp đất bị lèn chặt Phần lớn các sợi rễ trong

bộ rễ của nó lại rất nhỏ và mịn, đườngkính trung bình chỉ khoảng 0,5 - 1 mm, tạo nên

mộtbầu rễ lớn, rất thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm, là điềukiện cần thiết để hấp thụ và phân hủy các chất gây ô nhiễm như hợp chất nitơ, photpho…vv

Thân cỏ mọc thẳng đứng, rất cứng, có thể đạt tới 3 m chiều cao, nếu trồngdày thì chúng tạo thành hàng rào sống, kín nhưng vẫn thoáng, khiến nướcchảy chậm lại và hoạt động như một màng lọc, giữ lại bùn đất chắn rất tốt

Hình 2.6 Bộ rễ khổng lồ của cỏ Vetiver ( Minh Sơn, 2004)

Hình 2.7 Cỏ Vetiver trong thí nghiệm

b Đặc tính sinh lý:

Vetiver thuộc nhóm thực vật C4, sử dụng CO2 hiệu quả hơn quang hợp bình thường Hầu hết các thực vật C4 đều sử dụng rất ít nước, một yếu tố giúp cây phát triển được trong điều kiện khô hạn Thêm vào đó nó vẫn sinh trưởng tốt và cố định CO2 với tốc độ cao và thậm chí cả khi khí khổng đóng cục bộ vì bị những áp lực môi trường

Có thể nói vetiver có khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt tốt hơn so với các cây trồng khác

c Đặc tính sinh thái:

- Khí hậu: cỏ Vetiver chịu được biên độ nhiệt từ -10 0C đến 48 0C, nhiệt độ tối thiểu tuyệt đối là -15 0C Khi mặt đất đóng băng, cỏ sẽ chết Cỏ có sức chịu đựng đối với sự biến động khí hậu cực kỳ lớn như hạn hán kéo dài, lũ lụt, ngập úng Khả

năng chịu ngập úng kéo dài đến 45 ngày ở luồng nước sâu 0,6 - 0,8 m

- Lượng mưa: cỏ Vetiver cần lượng mưa khoảng 300 mm, nhưng trên 700

mm có lẽ thích hợp hơn để cỏ tồn tại suốt thời gian khô hạn

- Ẩm độ: cỏ Vetiver phát triển tốt ở điều kiện ẩm hoặc ngập nước hoàn toàn trên 3 tháng Chúng cũng sinh trưởng tốt ở điều kiện khô hạn nhờ hệ thống rễ đâm ăn

sâu vào đất

- Ánh sáng: Chúng thích hợp trong vùng có lượng ánh sáng cao Loài này phát triển yếu dưới bóng râm, khi bóng râm được bỏ đi thì cỏ sẽ phục hồi sinh trưởng rất nhanh

- Đất:cỏ Vetiver mọc tốt nhất ở đất cát sâu Tuy nhiên, nó cũng phát triển được ở phần lớn các loại đất, từ đất vertisol nứt - đen đến đất alfisol đỏ Cỏ còn mọc trên đá vụn, đất cạn và cả đất trũng ngập nước Vẫn sống được ở đất nghèo dinh dưỡngdo được cộng sinh với khuẩn mycorrhiza hoặc chống chịu tốt ở đất nhiễm phèn, ngập mặn, đất nhiễm độc kim loại nặng như As, Cd, Cr, Zn, Pb, Hg…, đất có nồng độ thuốc trừ sâu, trừ cỏ cao Cỏ Vetiver mọc tốt nhất ở chỗ đất trống và thoát nước tốt, nhất là ở đất non trẻ tạo từ tro núi lửa

Khả năng phục hồi của Vetiver rất cao, nó có thể mọc nhanh lại sau khi chịu ảnh hưởng của hạn hán, sương muối, nước mặn và các hóa chất độc hại trong đất, vẫn mọc lại sau khi bị gia súc ăn phần thân lá hoặc khi bị cháy rụi thân Chịu được ngưỡng

pH rộng từ 3 – 12

Bảng 2.2: Giới hạn chịu đựng của cỏ Vetiver theo các nghiên cứu ở Úc

15 tháng

(Nguồn: Trương và Backer, 1996 – theo Nguyễn Thị Mai, 2009)

d Hệ sinh vật của bộ rễ:

Hiện nay, các nhà khoa học đã phát hiện khá nhiều VSV đất xung quanh bộ rễ

cỏ Vetiver mà vi khuẩn và nấm là tiêu biểu Các VSV xâm nhập vào mặt trên rễ, tạo

thành những đường dẫn truyền dinh dưỡng nối đất và cây, rễ tiết ra polysaccharidelà

chất hữu cơ hòa tan giúp cho sự chuyển hóa sinh học của đất và sự thích nghi của cây VSV gắn liền với rễ cỏ Vetiver là các vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn hòa tan lân, vi khuẩn điều hòa sự sinh trưởng của cây, các nấm rễ và các vi khuẩn phân giải cellulose…, kích thích khả năng tiết hóc môn của thực vật, tác động trực tiếp lên vetiver

- Vi khuẩn cố định đạm: hiện diện ở bề mặt rễ, trong các gian bào hoặc trong các tế bào rễ đã chết, nó có vai trò quan trọng trong việc cung cấp đạm cho cỏ Vetiver, sản xuất enzyme chuyển hóa nitơ tự do thành nitơ sinh học dưới dạng N-amonia cho cây hấp thu

- Vi khuẩn điều hòa sự sinh trưởng cây: chất điều hòa sinh trưởng là những chất hữu cơ ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của cây trồng ở nồng độ rất thấp, chất điều hòa sinh trưởng cũng bao gồm những chất chuyển hóa từ vi khuẩn Nhiều

hormone thực vật được sản xuất từ các vi khuẩn cố định đạm như: Azotobacter, Azospillum, Bacilus và Pseudomonas góp phần thúc đẩy sự phát triển và sự tái sinh

của bộ rễ, đồng thời giúp cho cây kháng được bệnh hại

- Vi khuẩn hòa tan lân: một số vi khuẩn đất, đặc biệt là vi khuẩn thuộc họ

Bacilus và Pseudomonas có khả năng chuyển hóa lân không hòa tan trong đất thành

dạng hòa tan bằng cách chiết ra acid hữu cơ như acid formic, propionic, lactic, glycolic, fumaric, succinic Các acid này làm giảm pH và thúc đẩy sự phân giải photphate Đất ở vùng nhiệt đới thường nghèo lân, do vậy mà các vi khuẩn này có vai trò rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của cỏ Vetiver

- Nấm:nấm phân giải photphatthuộc họ Penicillium và Aspergillus, chuyển

hóa phosphate không tan trong đất thành dạng hòa tan hữu dụng cho Vertiver.Nấm rễ,

cộng sinh với rễ, nhốm này gồm 5 họ: Glomus, Gigaspora, Acaulospora, Scheocystis

và Endogone Chúng có tác dụng thúc đẩy quá trình hút chất dinh dưỡng đa lượng và

vi lượng nhằm tăng sức sống cho cây

2.2.3.4 Lợi ích và công dụng của cỏ Vetiver:

- Cỏ Vetiver dạng bụi rậm, lâu năm có bẹ lá phủ lên nhau, ép sát và xếp úp vào nhau tạo thành một rào cản cơ học, mật độ dày trên bề mặt đất sẽ rất hiệu quả trong việc ngăn chặn sự mất dinh dưỡng và xói mòn đất, giúp làm tăng độ phì nhiêu của đất một cách tự nhiên nhờ tác dụng giữ độ ẩm của rễ

- Khi chết đi, thân, lá, rễ bị vùi lấp vào trong đất sẽ phân hủy thành chất hữu cơ làm cho đất trở nên tơi xốp và thoáng hơn, cải thiện được đặc tính cơ học của đất

- Ngoài ra, lá cỏ Vetiver còn có giá trị dinh dưỡng cao, có thể dùng làm thức ăn cho gia súc, làm vật liệu nuôi trồng nấm rơm và phân xanh, làm đồ thủ công mỹ nghệ hoặc làm vật liệu lợp nhà cửa

- Từ rễ của loài cỏ Vetiveria zizanioides, ta có thể chưng cất lấy tinh dầu được

dùng làm dầu thơm và hương liệu trong xà bông thơm

- Nhờ có hệ thống rễ phát triển dày đặc, cỏ Vetiver có khả năng hấp thu một cách có hiệu quả chất dinh dưỡng và các khoáng chất có độc tính từ nguồn phân bón và

thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm trong đất và nước dù ở hàm lượng rất cao như các chất N, P, Al, Mg, Hg, Cd và Pb Nhờ đặc tính hấp thụ tốt chất dinh dưỡng mà Vetiver cũng được ứng dụng nhiều trong việc khống chế hiện tượng tảo nở hoa ở các sông hồ do nguồn dinh dưỡng thừa thải vào

- Vai trò của Vetiver trong vấn đề an toàn về môi trường được đánh giá là chưa

có ảnh hưởng nghịch nào trong việc sử dụng công nghệ cỏ Vetiver cũng như chưa có phản ứng phụ nào tác động xấu đến con người

2.2.3.5 Ứng dụng Vetiver trong cải thiện chất lượng môi trường:

a Trên thế giới:

Ở Úc, thí nghiệm tiến hành trên cánh đồng mía và bông đã cho thấy, các hàng cỏVetiver chặn giữ rất hiệu quả các chất dinh dưỡng dạng hạt như P, Ca và cácthuốc trừ cỏ như diuron, trifluralin, prometryn, fluometuron hoặc thuốc trừ sâunhư α, β và sulfate endosulfan, chlorpyrifos, parathion và profenofos Các chấtdinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp sẽ được giữ lại nếu trồng cỏ vetiver thànhhàng chặn ngang dòng nước tháo ra từ đồng ruộng

Ở Thái Lan, một số thí nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu - Phát triển Hoàng giaHuai Sai, tỉnh Phetchaburi cho thấy, cỏ Vetiver trồng thành nhiều hàng theođường đồng mức trên đất dốc có tác dụng như một đập nước sống Bộ rễ cỏ tạo thành bức tường ngầm ngăn không cho thuốc trừ sâu và những chất độc khác thấm xuống bên dưới Thân cỏ trên mặt đất cũng ngăn bùn đất cùng các chấtthải khác, không để chảy theo dòng nước

Ở Trung Quốc, chất dinh dưỡng và kim loại nặng thải ra từ các trại lợn là nhữngchất chủ yếu nhất gây ô nhiễm nguồn nước, với nồng độ N, P, Cu, Zn rấtcao có trong thức ăn tăng trọng Kết quả thử nghiệm cho thấy, cỏ Vetiver có khả nănglàm sạch nước thải rất cao Nó có thể hấp thụ và lọc Cu và Zn tới trên 90%, Asvà N tới trên 75%, Pb trong khoảng 30 - 71% và P trong khoảng 15 - 58%

b Tại Việt Nam:

Năm 2003, bước đầu đã có một số thử nghiệm tại một nhà máy chế biến hảisản để xác định thời gian cần thiết để giữ nước thải ở đồng cỏ Vetiver nhằm tiêugiảm nitrat và photphate xuống tới nồng độ dưới tiêu chuẩn cho phép Kết quảphân tích cho thấy, hàm lượng nitơ tổng trong nước thải giảm 88% sau 48 giờvà giảm 91%

sau 72 giờ, hàm lượng photpho tổng giảm 80% sau 48 giờ và82% sau 72 giờ Tổng lượng N và P bị tiêu giảm sau 48 giờ và 72 giờ xử lýkhông khác nhau nhiều

Tiếp theo thử nghiệm này một số đầm hồ nuôi cá ở đồng bằng sông Cửu Longđã ứng dụng hệ thống cỏ Vetiver bảo vệ bờ đầm, bờ hồ, làm sạch nước trongđầm

hồ và xử lý nước thải Ở miền Bắc, nước thải từ một xí nghiệp sảnxuất giấy ở Bắc Ninh và từ nhà máy phân đạm Hà Bắc cũng đang được thửnghiệm xử lý bằng hệ thống

cỏ Vetiver

Hệ thống cỏ Vetiver được nhân rộng và được đưa vào thử nghiệm cải tạo môi trường ở trại heo Phú Sơn, nước kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, nước rò rỉ rác bãi rác Đông Thạnh, xử lý nước thải sinh hoạt ký túc xá ĐH Nông Lâm, xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Cafatex – Cần Thơ

Gần đây, công bố của tác giả Nguyễn Minh Trí, Nguyễn Duy Chinh, Nguyễn Việt Thắng - Trường Đại Huế thì khả năng xử lý nước thải hệ thống BLNT kết hợp cỏ Vetiver càng được khẳng định ở Việt Nam và được khuyến cáo sử dụng rộng rãi Kết quả nghiên cứu cho thấy: hàm lượng DO tăng sau xử lý; COD, hàm lượng nitơ, hàm lượng photpho giảm mạnh Nguồn nước sau xử lý có giá trị các thông số kỹ thuật hầu hết đều đạt TCVN 5945 : 2005 loại B (Nguyễn Thị Mai, 2009)

Chương 3.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:

- Thời gian tiến hành thí nghiệm: 8 tháng, từ 15/09/2010 – 15/05/2011

- Địa điểm: tại khu thí nghiệm nhà máy thuộc da ISA Saigon Tantec, thuộc khu công nghiệp Việt Hương 2, xã Phú An, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương

- Các chỉ tiêu nước thải được phân tích tại phòng thí nghiệm nhà máy

3.2 NGUỒN NƯỚC THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU:

- Địa điểm lấy mẫu: khu xử lý nước thải của nhà máy ISA Saigon Tantec Nước thải đầu vào được lấy sau khi qua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy

- Thời gian lấy mẫu: từ 12/01/2011 – 15/05/2011

- Kỹ thuật lấy mẫu, vận chuyển, bảo quản mẫu theo TCVN 5999 – 1995

Bể hiếu khí Aerotank I

3.3.2 Vật liệu thí nghiệm:

- Vật liệu xây dựng: cát; đá;gạch; ximăng; hồ chống thấm

- Ống nhựa đục lỗ uPVC Ф 21, Ф 60; co, van, đầu chụp Ф 21, Ф 60 Ống nhựa HDPEФ 100

- Dụng cụ lấy mẫu, hóa chất phân tích, máy móc thiết bị, các dụng cụ hỗ trợ cần thiết

3.4 PHƯƠNG PHÁP:

3.4.1 Mô tả mô hình xử lý:

3.4.1.1 Cấu tạo Wetland thí nghiệm:

Hệ thống wetland là một bể hình chữ nhật được xây bằng gạch với kích thước trong là 27.8 × 3.8 × 0.9m (chiều dài × chiều rộng × chiều sâu) và thể tích 95.076m3.Lớp đáy và thành bể được phủ 1 lớp chống thấm bằng nhựa HDPE dày 1

mm Trải một lớp đá mi mỏng làm lớp đệm.Dưới đáy bể đặt ở chính giữa 1 ống bằng nhựa HDPE Ф 100 để thu nước

Hình 3.2 Cấu tạo hệ thống wetland thí nghiệm

3.4.1.2 Bố trí ống phân phối nước:

Ống phân phối nước được bố trí theo hình xương cá.Gồm: 1 ống phân phối chính chạy dọc theo chiều dài wetland Ф 60mm Từ ống chính, chia ra 3 ống phân phối phụ Ф 60mm Ở đầu ống phân phối phụ có van điều chỉnh lưu lượng

Từ mỗi ống phụ lại có các ống nhánh Ф 21mm chạy dọc theo các hàng cây thí nghiệm Trên ống nhánh, tại các vị trí gần gốc cây được đục lỗ đường kính 3mm để đảm bảo nước được phân phối tận mỗi gốc cây

Hình 3.3 Ống phân phối nước trong thí nghiệm

1 – Ống phân phối chính; 2 – Ống phân phối phụ ở đầu có van chỉnh lưu lượng;

3 – Ống nhánh có đục lỗ

3.4.2 Bố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm gồm 4 mô hình wetland:

- Wetland 1: đối chứng, không trồng cây

- Wetland 2: trồng thơm ổ.i

mỗi cây cách nhau 1m và cây đầu hàng cách thành bể 0.4m Như vậy, trong mỗi wetland thí nghiệm có 81 cây

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí các wetland trong thí nghiệm

3.4.3 Phương pháp thí nghiệm:

3.4.3.1 Giai đoạn tiền thí nghiệm:

Giai đoạn này kéo dài 6 tuần Mục đích của giai đoạn này là dưỡng cây sao cho cây phát triển ổn định và hoàn thiện về độ dài rễ, có nhiều chồi khỏe, đủ điều kiện

để đưa vào thí nghiệm

a Đối với cỏ Vetiver:

Cỏ Vetiver lấy từ vườn ươm Trung tâm Bảo Tồn Tài Nguyên Thiên Nhiên Phú An được cắt ngắn rễ (còn khoảng 1 – 3 cm) và lá (còn khoảng 40 cm), tách theo bụi (mỗi bụi 5 – 6 tép cỏ) trồng ổn định trong mô hình wetland thí nghiệm Giai đoạn này có bổ sung chất dinh dưỡng giúp cỏ phát triển Sau 6 tuần dưỡng cỏ, cỏ phát triển xanh tốt, cao khoảng 105 cm, rễ ăn sâu vào lớp đất

b Đối với trúc đuôi gà:

Trúc đuôi gà lấy từ vườn ươm Trung tâm Bảo Tồn Tài Nguyên Thiên Nhiên Phú An, cao khoảng 1.5m trồng ổn định trong wetland thí nghiệm Sau 6 tuần dưỡng

cây, cây cao khoảng 1.95 m

c Đối với thơm ổi:

Thơm ổi lấy từ vườn ươm Trung tâm Bảo Tồn Tài Nguyên Thiên Nhiên Phú

An, cao khoảng 45 cm trồng ổn định trong wetland thí nghiệm Sau 6 tuần dưỡng cây, cây cao khoảng 65 cm.Sau giai đoạn dưỡng cây, tưới thích nghi nước thải cho cây làm quen với điều kiện nước thải thuộc da

3.4.3.2 Giai đoạn thí nghiệm:

Cây được tưới 4 m3 nước thải/mô hình/ngày, tương đương 42L/m3/ngày Tưới vào khoảng 8g30 sáng và tưới trong 15p Thời gian lưu nước là 1ngày Thí nghiệm tiến hành trong 13 tuần, tương đương 3 tháng

3.4.4 Các chi tiêu theo dõi:

Phân tích các chỉ tiêu : pH, COD, Nitơ tổng, Photpho tổng, sinh khối của cây

- Chỉ tiêu pH được phân tích mỗi ngày 1 lần ( trừ các ngày nghỉ) tại phòng thí nghiệm nhà máy Phương pháp phân tích theo TCVN 6492 – 1999

- COD được phân tích mỗi ngày 1 lần ( trừ các ngày nghỉ) tại phỏng thí nghiệm nhà máy Phương pháp phân tích theo TCVN 6491 – 1999

- Nitơ tổng được phân tích 1 lần/tuần tại phòng thí nghiệm nhà máy Phương pháp phân tích theo TCVN 6638 – 2000

- Photpho tổng được phân tích 1 lần/tuần tại phòng thí nghiệm nhà máy Phương pháp phân tích theo TCVN 6202 – 1996

- Sinh khối của cây được xác định bằng phương pháp sấy và cân trọng lượng, phân tích 1 lần/tháng tại Trung tâm Nghiên cứu Bảo tồn Tài nguyên thiên nhiên Phú An, Bình Dương Mỗi tháng, từ mỗi wetland nhổ 3 cây ngẫu nhiên để xác định sinh khối và những vị trí lấy mẫu được đánh dấu lại để không lấy vào lần tiếp theo Khi trồng các loại cây vào mô hình wetland đồng thời trồng song song một số cây dự phòng Sau khi lấy mẫu sẽ trồng bổ khuyết các cây dự phòng vào vị trí lấy mẫu

- Các kết quả được tính toán thống kê sinh vật với phương pháp ANOVA trong phần mềm MINITAB 15

Bảng 4.1: Thống kê số liệu chỉ tiêu pH qua các tháng thí nghiệm

Trúc đuôi

gà Thơm ổi

Đối chứng

Hình 4.1 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 12 – 21/1/2011 của các mô hình thí nghiệm

Hình 4.2 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 10 – 19/2/2011 của các mô hình thí nghiệm

Thơm ổi

Đối chứng

Hình 4.3 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 21 – 28/2/2011 của các mô hình thí nghiệm

Chỉ tiêu pH đầu raở các mô hìnhwetland trong tháng 1 và tháng 2/2011 đa số

là giảm.Khoảng thời gian này là khoảng thời gian đầu thí nghiệm, có thể thấy còn nhiều giá trị pH nước thải đầu ra cao hơn nước thải đầu vào pH ở wetland trồng vetiver 6.5 – 7.6; ở wetland trồng trúc đuôi gà 6.5 – 7.9; ở wetland trồng thơm ổi 6.5 – 7.9 Điều này có thể là do sự biến động pH ở nước thải đầu Mặt khác, có thể do vi sinh vật sống trong đất và vùng quanh rễ cây bước đầu tự tạo sự thích ứng với môi trường nước thải thuộc da

Hình 4.4 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 2 – 5/3/2011 của các mô hình thí nghiệm

Hình 4.5 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 7 – 12/3/2011 của các mô hình thí nghiệm

Hình 4.6 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 14 – 19/3/2011 của các mô hình thí nghiệm

Hình 4.7 Biểu đồ giá trị chỉ tiêu pH từ ngày 21 – 31/3/2011 của các mô hình thí nghiệm

Gía trị pH đầu raở các mô hình wetland trong tháng 3 có phần ổn định hơn thời gian đầu Nguyên nhân có thể là do các vi sinh vật vùng rễ và vi sinh vật trong đất

tự tạo môi trường pH ổn định, thích hợp cho sự phát triển của chúng.pH ở wetland trồng vetiver 6.5 – 7.8; ở wetland trồng trúc đuôi gà 6.3 – 7.8; ở wetland trồng thơm ổi 6.8 – 7.7