Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc ngầm dòng chảy đứng kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình

TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc ngầm dòng chảy đứng kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình” được tiến hành trong khoảng thờ

ĐỒ ÁN T T N P

NGHIÊN CỨU CÔNG NGH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

HỘ A ĐÌN BẰNG CÔNG NGH BÃI LỌC NGẦM DÒNG CHẢY ĐỨNG KẾT HỢP CANH TÁC

RAU SẠCH QUY MÔ HỘ A ĐÌN

LỜ CAM ĐOAN

Xin cam đoan đây là đồ án của riêng tôi, những kết quả đƣợc sử dụng và các số liệu trong bài làm là kết quả và số liệu thực tế thu đƣợc từ việc làm thí nghiệm và mô hình nghiên cứu Tôi xin cam kết về tính trung thực của những vấn đề đƣợc nêu trong đồ án này

TP.HCM , ngày…… tháng…… năm……

(SV ký và ghi rõ họ tên)

Trước tiên con xin gửi lời đến Mẹ đã nuôi con ăn học và làm chỗ dựa vững chắc cho con đến ngày hôm nay

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban chủ nhiệm, quý thầy cô khoa Môi trường Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lâm Vĩnh Sơn và thầy Phạm Đức Phương

đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, quan tâm trong suốt quá trình thưc hiện luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn tập thể 14DMT và các bạn cùng làm đồ án tốt nghiệp, những người bạn đã cùng tôi chia sẻ và giúp đỡ mình rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện tiểu luận tốt nghiệp

Tuy nhiên do thời gian tìm hiểu, nghiên cứu có hạn, vốn kiến thức hạn chế cũng như những kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên tiểu luận tốt nghiệp của tôi không tránh những thiếu sót Tôi rất mong nhận được và đóng góp của thầy cô để báo cáo của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thụy Thảo Quỳnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii

TÓM TẮT xi

MỞ ĐẦU xii

1 Tính cấp thiết của đề tài xii

2 Mục tiêu nghiên cứu xiii

2.1 Mục tiêu chung xiii

2.2 Mục tiêu cụ thể xiii

3 Nội dung nghiên cứu xiii

4 Phương pháp nghiên cứu xiv

4.1 Phương pháp luận xiv

4.2 Phương pháp cụ thể xv

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu xvi

5.1 Đối tượng: xvi

5.2 Phạm vi nghiên cứu: xvi

6 Ý nghĩa của đề tài xvi

6.1 Ý nghĩa khoa học: xvi

6.2 Ý nghĩa thực tiễn xvii

ii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt hộ gia đình: 1

1.1.1 Đặc tính của nước thải sinh hoạt hộ gia đình 1

1.1.2 Tính chất của nước thải sinh hoạt hộ gia đình 1

1.1.3 Thông số vi sinh vật học 6

1.1.4 Các tác động tiêu cực của nước thải sinh hoạt 8

1.2 Tổng quan về phương pháp bãi lọc (Wetland) 8

1.2.1 Khái niệm về bãi lọc 8

1.2.2 Phân loại bãi lọc trồng cây 9

1.2.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm dòng chảy đứng (Vertical subsurface flow constructed wetland) 14

1.2.4 Ứng dụng và đặc tính xử lý nước thải của cây Lưỡi Mác và cây Thủy Trúc 23

1.2.5 Tình hình áp dụng bãi lọc ngầm trồng cây trong xử lý nước thải 25 1.2.6 Những ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng để xử lý nước thải 29

1.3 Tổng quan về hệ thống thủy canh 30

1.3.2 Khái niệm về rau sạch 30

1.3.2 Vai trò và giá trị của rau 31

1.3.3 Khái niệm về thủy canh 34

1.3.4 Cơ sở khoa học của kĩ thuật thủy canh 34

1.3.5 Phân loại hệ thống thủy canh 35

1.3.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống thủy canh 35

1.3.7 Chất dinh dưỡng cần thiết cho hệ thống thủy canh 37

1.3.8 Môi trường nuôi trồng thủy canh 38

1.3.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thủy canh 40

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 41

2.1 Đối tượng nghiên cứu 41

2.1.1 Hệ thống bãi lọc ngầm dòng chảy đứng 41

2.1.2 Hệ thống thu canh động 43

2.2 Các bước thực hiện đề tài, vận hành mô hình 48

2.2.1 Phân tích m u nước nghiên cứu 48

2.2.2 SƠ Đ THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 51

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 52

3.1 Hiệu quả xử lý nước thải khi qua mô hình bãi lọc với lưu lượng 5L/ngày 52

3.1.1 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc không trồng cây (NTĐC) 52

3.1.2 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc trồng cây lưỡi mác (NT1) 60

3.1.3 Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bãi lọc trồng cây Thủy Trúc (NT2) 68

3.1.4 So sánh hiệu quả xử lý giữa giữa 3 mô hình 76

3.1.5 Xác định bãi lọc tối ưu cấp nước cho thủy canh 82

3.1.6 Xác định khả năng phát triển của rau muống và cải mầm 83

3.1.7 So sánh khả năng phát triển ra muống với cải mầm của 2NT 86

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

4.1 Kết luận 88

4.2 Kiến nghị 90

TÀI LI U THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 92

Phụ lục 1: Rau muống NTĐC sau 6 ngày phát triển 92

iv

Phụ lục 2: Cải mầm NTĐC sau 3 ngày 93

Phụ lục 3: Rau muống ở NT1’ sau 9 ngày phát triển 94

Phụ lục 5: Rau muống sau 12 ngày phát triển theo thứ tự là ĐC’, NT1’. 96

Phụ lục 6: Rau muống sau 18 ngày phát triển theo thứ tự là ĐC’, NT1’. 97

Phụ lục 7A: Rau cải mầm sau 12 ngày phát triển của NTĐC’ 98

Phụ lục 7B: Rau cải mầm sau 12 ngày phát triển của NT1’ 99

Phụ lục 9: Rau muống theo dõi sau 21 ngày ở NT1’ 101

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

hóa

2 BOD5 lượng oxy cần thiết để oxy hết các chất hữu cơ và

sinh hóa do vi khu n với thời gian xử lí là 5 ngày

ood and griculture Organization of the United Nations) – tổ chức Lương thực và nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

8 TDS (Total dissolved solids) – tổng lượng chất rắn h a tan

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tóm tắt các vai tr cơ bản của thực vật trong bảng lọc trồng cây Bảng 1.2: Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự tồn tại của vi sinh vật gây bệnh Bảng 1.3: So sánh chi phí sản xuất và tiêu thụ rau và lúa Đài Loan

Bảng 3.1: Kết quả pH của NTĐC

Bảng 3.2: Kết quả SS của NTĐC

Bảng 3.3: Kết quả COD của NTĐC

Bảng 3.4: Kết quả BOD5 của NTĐC

Bảng 3.5: Kết quả tổng – P của NTĐC

Bảng 3.6: Kết quả tổng – N của NTĐC

Bảng 3.7: Kết quả pH của NT1

Bảng 3.8: Kết quả SS của NT1

Bảng 3.9: Kết quả COD của NT1

Bảng 3.10: Kết quả BOD5 của mô hình trồng cây NT1

Bảng 3.11: Kết quả tổng – P của NT1

Bảng 3.12: Kết quả tổng – N của NT1

Bảng 3.13: Kết quả pH của NT2

Bảng 3.14: Kết quả SS của NT2

Bảng 3.15: Kết quả COD của NT2

Bảng 3.16: Kết quả BOD5 của NT2

Bảng 3.17: Kết quả tổng – P của NT2

Bảng 3.18: Kết quả tổng – N của NT2

Bảng 3.19: So sánh khả năng xử lý hàm lượng SS của 3NT

Bảng 3.20: So sánh khả năng xử lý hàm lượng COD của 3NT

Bảng 3.21: So sánh khả năng xử lý hàm lượng BOD5 của 3NT

Bảng 3.22: So sánh hàm lượng tổng – P của 3NT

Bảng 3.23: So sánh hàm lượng tổng – N của 3NT

Bảng 3.25: Sự phát triển của rau muống và cải mầm của NT1’

Bảng 3.26: Sự phát triển rau muống ở 2 NT

Bảng 3.27: Sự phát triển của cải mầm của 3 NT

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1: Các bước thực hiện

Sơ đồ 2.1: Mô hình bãI lọc ngầm trồng cây d ng chảy đứng

Sơ đồ 2.2: Mô hình thu canh động tuần hoàn

Sơ đồ 2.3: Sơ đồ các bước thực hiện

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mô hình bãi lọc có dòng chảy bề mặt (SFW)

Hình 1.2: Mô hình bãi lọc có dòng chảy ngầm

Hình 1.3: Mô hình bãi lọc ngầm dòng chảy đứng (VFS)

Hình 1.4: Tình hình nghiên cứu công nghệ thủy canh trên thế giới (Từ năm 1966

đến nay)

Hình 2.1: Bản vẽ mô hình đất lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng

Hình 2.2: Thành ph m mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng

Hình 2.3: Cây Thu Trúc

Hình 2.4: Cây Lưỡi Mác

Hình 2.5A: Mô hình thu canh

Hình 2.5B: Mô hình bản vẽ mô hình thủy canh

Hình 2.6: Máy bơm P3500

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1: Nồng độ pH giữa đầu vào giữa nước thải và đầu ra của NTĐC

Đồ thị 3.2: So sánh hàm lượng SS giữa nước thải đầu vào và đầu ra của NTĐC

Đồ thị 3.3: so sánh hàm lượng COD giữa nước thải đầu vào và đầu ra của

Đồ thị 3.7: Nồng độ pH giữa nước thải đầu ra và nước thải đầu vào của NT1

Đồ thị 3.8: biểu diễn độ biến thiên SS giữa nước thải đầu vào và đầu ra của NT1

Đồ thị 3.9: Đồ thị so sánh hàm lượng COD giữa nước thải đầu vào và đầu ra của

Đồ thị 3.13: Nồng độ pH giữa nước thải đầu ra và nước thải đầu vào của NT2

Đồ thị 3.14: So sánh hàm lượng SS giữa nước thải đầu vào và đầu ra của NT2

Đồ thị 3.15: So sánh hàm lượng COD giữa nước thải đầu vào và đầu ra của NT2

Đồ thị 3.16: So sánh hàm lượng BOD5 giữa nước thải đầu vào và đầu ra của

NT2

Đồ thị 3.17: Độ biến thiên tổng - P giữa nước thải đầu vào và đầu ra của NT2

Đồ thị 3.18: So sánh hàm lượng tổng - N giữa nước thải đầu vào và đầu ra của

NT2

Đồ thị 3.19: So sánh hàm lượng pH giữa nước thải đầu ra và đầu vào của 3NT

Đồ thị 3.20: So sánh hàm lượng SS giữa nước thải đầu ra và đầu vào của 3NT

Đồ thị 3.21A: Hiệu quả xử lý COD giữa nước thải đầu ra và đầu vào của 3NT

Đồ thị 3.21B: So sánh hiệu quả xử lý COD của 3 NT

Đồ thị 3.22A: Hiệu quả xử lý BOD5 giữa nước thải đầu ra và đầu vào của 3NT

Đồ thị 3.22B: So sánh hiệu quả xử lý BOD5 của 3 NT

Đồ thị 3.23: So sánh hàm lượng tổng - P giữa nước thải đầu ra và đầu vào của

3NT

Đồ thị 3.24A: Hiệu quả xử lý tổng - N giữa nước thải đầu ra và đầu vào của 3NT

Đồ thị 3.24B: So sánh hiệu quả xử lý tổng - N của 3 NT

Đồ thị 3.25: Thay đổi chiều cao của rau muống theo từng ngày ở NTĐC’

Đồ thị 3.26: Thay đổi chiều cao của cải mầm theo từng ngày ở NTĐC’

Đồ thị 3.27: Thay đổi chiều cao của rau muống theo từng ngày ở NT1’

Đồ thị 3.28: Thay đổi chiều cao của cải mầm theo từng ngày ở NT1’

Đồ thị 3.29: Khả năng phát triển của rau muống giữa 2NT

Đồ thị 3.30: Khả năng phát triển của cải mầm ở 2NT.

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc ngầm dòng chảy đứng kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình”

được tiến hành trong khoảng thời gian từ tháng 03/2018 đến háng 07/2018

 Nghiên cứu gồm hai nội dung chính

Theo dõi khả năng xử lý của bãi lọc ngầm dòng chảy đứng :

Hai loại cây được sử dụng trồng trong mô hình bãi lọc là cây Lưỡi Mác và cây Thủy trúc, khả năng xử lý của hai mô hình trồng cây này sẽ được đối chứng với mô hình không trồng cây

Chỉ ra khả năng canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình bằng phương pháp thủy canh từ đó theo dõi sự phát triển của rau khi được trồng với mô hình thủy canh trong đó nước cấp được sử dụng là m u tối ưu của bãi lọc xử lý tốt nhất Rau muống và rau cải mầm được trồng trong mô hình thủy canh Tương tự với

mô hình bãi lọc, khả năng phát triển của rau được trồng với nước thải sau khi xử

lý sẽ được đối chứng với rau được trồng với nước sạch

 Kết quả thu được

 Biết được khả năng xử lý của bãi lọc trồng cây

 Sản ph m là rau muống và rau cải mầm sau khi được trồng từ mô hình thủy canh

 Điểm mới của đề tài lần này (được nêu rõ phần kết luận)

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

nhiễm môi trường nước là một vấn đề lớn mà Việt Nam đang phải đối mặt Hầu hết nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp không được xử lý

mà được thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến điều kiện vệ sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức kh e cộng đồng

Xử lý nước thải bằng bãi lọc trong đó là bãi lọc đứng đã và đang được áp dụng tài nhiều nơi trên thế giới với ưu điểm là rẻ tiền, dễ vận hành đồng thời mức

độ xử lý ô nhiễm cao Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho ph p đạt hiệu xuất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương Mặt khác, Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu nóng

m, rất thích hợp cho sự phát triển của các loại thực vật thủy sinh

Ngoài ra, trong quá trình chuyển đổi cơ cấu kinh tế, người nông dân chỉ chú trọng đến năng suất, thâm canh tăng vụ chạy theo lợi nhuận Nên đã trồng rau theo cách bón cho rau một cách bừa bãi những loại thuốc kích thích tăng trưởng thực vật không đảm vệ sinh an toàn thực ph m Phun thuốc trừ sâu một cách không có giới hạn, thâm chí là các loại thuốc kích thích sinh trưởng không được

Rau mầm được coi là kim chỉ nam của vấn đề sản xuất rau tươi an toàn cung cấp cho con người, đáp ứng được vệ sinh an toàn thực ph m, đảm bảo được các yếu tố Không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, không sử dụng chất kích thích sinh

trưởng, không tưới nước b n, không sử dụng phân bón hóa học… nên đảm bảo sức kh e cho người sử dụng Rau mầm là loại thực ph m có giá trị dinh dưỡng cao gấp 5 lần so với những loại rau thường, hơn nữa rau mầm không chứa mầm bệnh và vi sinh vật gây hại cho sức kh e của con người

Trồng rau mầm tại nhà là một cách giải quyết nhu cầu rau xanh tại chỗ, rất tiện lợi đối với dân cư ở đô thị Có thể sử dụng hiên nhà, sân thượng hay hành lang để trồng rau mầm Chỉ cần tranh thủ thời gian ngoài giờ chăm sóc chúng hàng ngày là đủ và có rau an toàn tại chỗ để đảm bảo sức kh e gia đình khi sử dụng, vừa tươi lại vừa ngon

Từ hai lý do trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc đứng kết hợp canh tác rau sạch qui mô

Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng bãi lọc ngầm trồng cây đáp ứng tiêu chu n hiện hành của Việt Nam

Xây dựng được quy trình sản xuất rau cải mầm và một số loại rau khác bằng

hệ thống thủy canh có thể đưa vào áp dụng thực tế nhằm thúc đ y sản xuất rau sạch ngay tại nhà

3 Nội dung nghiên cứu

Lựa chọn công thức vật liệu lọc để sử dụng trong mô hình bãi lọc trồng cây từ

đó đánh giá khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu

Lựa chọn và xác định công thức cây trồng để trồng trong mô hình bãi lọc từ

đó đánh giá ngưỡng chịu tải lượng nước thải hộ gia đình của các công thức cây trồng

Xác định các thông số thiết kế, vận hành của mô hình bãi lọc trồng cây với dòng chảy đứng

Xác định giá thể thích hợp

Theo dõi sự phát triển của rau ở từng thời điểm

Nghiên cứu pha chế dung dịch dinh dưỡng từ các hóa chất có s n

Nghiên cứu chế tạo mô hình sản xuất thủy canh từ những vật liệu có s n Hoàn thiện quy trình sản xuất rau thủy canh

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp luận

Đề tài dựa trên phương pháp thu thập thông tin khoa học từ các tài liệu, đề tài nghiên cứu, các báo cáo và bài báo trong và ngoài nước thông qua các phương tiện thông tin Trên cơ sở đó, đề tài lập ra khung nghiên cứu cho phương pháp luận như sau:

Sơ đồ 1: Các bước thực hiện

M u nước thải

Thành phần, tính chất nước thải

Phân tích chỉ tiêu pH,

O 5, CO , TSS, N-tổng, P-tổng

Phương pháp quang

Phương pháp chu n độ FAS

M u nước sau

xử lý Xác định khả

năng sử dụng nước thải sau xử

lý ở bãi lọc cho mục đích thu canh

Xử lý nguyên

liệu

Vận hành

mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang

NT1: LN trồng Lưỡi Mác

NT2: LN trồng Thu Trúc

NTĐC: LN không trồng cây

Xác định khả năng xử

lý nước thải của từng bãi lọc

NT1’: Nước sau bãi

lọc NTĐC’: Nước sạch

Phương pháp máy đo TOC

4.2 Phương pháp cụ thể

Phương pháp kế thừa: biên hội, tổng hợp các tài liệu liên quan làm cơ sở luận cho

đề tài, các nghiên cứu cơ bản trong và ngoài nước trong lĩnh vực bãi lọc trồng cây, khoa học cây trồng và kỹ thuật thủy canh

Phương pháp lấy m u: số lượng m u (16 m u), vị trí lấy m u, phương pháp lấy

m u

Phương pháp phân tích m u: áp dụng các kỹ thuật phân tích thực vật để đánh giá các chỉ tiêu chất lượng rau khi sử dụng các loại giá thể và tỉ lệ dinh dưỡng khác nhau và các m u nước thải với nước sạch

Phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm: phương pháp chu n độ, phương pháp đo quang, phương pháp sử dụng máy TOC,

Phương pháp thực nghiệm: bố trí các mô hình thí nghiệm nhằm khảo sát hiệu quả

xử lý nước thải cho năng suất và chất lượng rau tốt nhất

Phương pháp thống kê: thống kê tốc độ tăng trưởng về kích thước của cây ở từng giai đoạn

Phương pháp đánh giá: đánh giá hiệu quả của quá trình lọc qua mô hình bãi lọc trồng cây và đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của cây qua mô hình thủy

5.2 Phạm vi nghiên cứu:

Đề tài tập trung nghiên cứu khả năng xử lý nước thải hộ gia đình của mô hình bãi lọc trồng cây d ng chảy đứng, giải pháp tái sử dụng nước thải vào tưới cây cho

hệ thống thủy canh với quy mô hộ gia đình

6 Ý nghĩa của đề tài

6.1 Ý nghĩa khoa học:

ổ sung phương pháp xử lý nước thải hộ gia đình làm cung cấp nước cho hệ thống thủy canh  Tính mới của đề tài

ổ sung kiến thức và kĩ năng thực hành trong ph ng thí nghiệm

Chế tạo được hệ thống xử lý nước bằng công nghệ bãi lọc, trồng rau bằng mô hình thu canh hoàn chỉnh, an toàn, phù hợp với quy mô hộ gia đình Từ đó giải quyết được vấn đề rau sạch (có thể tự trồng các loại rau sạch bệnh tại nhà, vừa an toàn lại vừa tiết kiệm chi phí) và phần nào vấn đề nước thải

C ƯƠN : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt hộ gia đình:

Nước thải sinh hoạt là nước được thải b sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, t y rửa, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chu n cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu chu n cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có Các trung tâm đô thị thường có tiêu chu n cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước d n ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát

tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm

1.1.1 Đặc tính của nước thải sinh hoạt hộ gia đình

Nước thải sinh hoạt hộ gia đình bao gồm nước nhà tắm, giặt, nhà vệ sinh, nước rửa sàn nhà, nhà ăn,… Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao nhất chất hữu

cơ không bền sinh học (như cacbonhydrat, protein, lipit), chất dinh dưỡng (photphat, nito), vi trùng, chất rắn và mùi

1.1.2 Tính chất của nước thải sinh hoạt hộ gia đình

A Tính chất vật lý

Được xác định dựa trên: màu sắc, mùi, nhiệt độ và lưu lượng (dòng chảy):

 Màu: nước thải mới có màu hơi nâu sáng, tuy nhiên nhìn chung màu nước thải thường là màu xám có v n đục Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khu n, khí đó sẽ có màu tối

 Mùi: mùi có trong nước thải sinh hoạt là do có khi sinh ra từ quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hay do có một số chất được đưa thêm vào nước thải

Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khu n thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thôi do sưu tạo thành H2S trong nước

 Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồn nước sạch ban đầu, bởi vì có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, chính những dòng nước thấm qua đất à lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi một cách đáng kể nhiệt độ của nước

 Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một trong những đặc tính vật lý của nước thải, có đơn vị là m3/người.ngày Hầu hết các thiết bị

xử lý được thiết kế để xử lý nước thải có lưu lượng 0.378-0.756

m3/người.ngày Vân tốc dòng chảy luôn thay đổi trong ngày

 Các chất hữu cơ không tan;

 Các vi sinh vật (vi khu n, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý

 Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD):

Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh), về bản chất, đây là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20 ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hoàn tất Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hóa có thể hoàn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều Đây là ưu điểm nổi bật của thông số này nhằm có được số liệu tương đôi về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số O , giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp

 Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD):

Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khu n phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chu n: 20°C, ủ m u 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khu n hiếu khí Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày Thông sô BOD5 sẽ càng lớn nếu m u nước càng chứa nhiều chất hữu cơ có thể dùng làm thức ăn cho vi khu n, hay là các chất hữu cơ

dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid…)

BOD là một thông số quan trọng:

 Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân

hu sinh học trong nước và nước thải

 Là tiêu chu n kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thu vực thiên nhiên

 Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường

 Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen – DO):

Tất cả các sinh vật sông đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình Oxy là yếu tố quan trọng đối với con người cũng như các thủy sinh vật khác

Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hóa sinh học trong nước:

 Oxy hóa các chất khử vô cơ: e2+

, Mn2+, S2-, NH3

 Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là nước nhiễm b n trở nên sạch hơn Quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trò quan trọng của một sô vi sinh vật hiếu khí trong nước

Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy h a tan Như đã đề cập, khả năng h a tan của Oxy vào nước tương đôi thấp, do vậy cần phải hiểu rằng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên là rất có giới hạn Cũng vì lý do trên, hàm lượng oxy hòa tan là thông số đặc trưng cho mức độ nhiễm b n chất hữu cơ của

nước mặt

 Nitơ và các hợp chất chứa nitơ:

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất Nitơ là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2–, NO3– và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí

Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nito: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản ph m quá trình khoáng hóa các chất kể trên

Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein

Các hợp chất chứa Nito ở dạng hòa tan bao gồm cả Nito hữu cơ và Nito vô

cơ (NH4+,NO3–,NO2–)

Thuật ngữ “Nitơ tổng là tổng Nito tồn tại ở tất cả các dạng trên Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đôi với sự phát triển của sinh vật

 Phospho và các hợp chất chứa phospho:

Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất t y rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo d ng nước

Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và phosphat hữu cơ

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đôi với sự phát triển của sinh vật Việc xác định p tổng là một thông số đóng vai tr quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thông xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1)

Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khu n lam

 Chất hoạt động bề mặt:

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất t y rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp

Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn

hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan… Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút

 Giun sán (helminths):

Giun sán là loại sinh vật ký sinh có v ng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước Tuy nhiên, các phương pháp

xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả

Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm b n rác, phân người và động vật Trong người và động vật thường có vi khu n E coli sinh sông

và phát triển Đây là loại vi khu n vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường Sự có mặt của E.Coli chứng t nguồn nước bị nhiễm b n bởi phân rác và

khả năng lớn tồn tại các loại vi khu n gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm b n Khả năng tồn tại của vi khu n coli cao hơn các

vi khu n gây bệnh khác o đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khu n E.coli chứng t các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm b n vi trùng gây bệng của nước qua việc xác địng số lượng số lượng coli đơn giản và nhanh chóng o đó vi khu n này được chọn làm vi khu n đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm b n vi trùng gây bệnh của nguồn nước

 Tác hại đến môi trường

Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra

 COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận d n đến ảnh hưởng đến

hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành Trong quá trình phân hu yếm khí sinh ra các sản ph m như H2S, NH3, CH4,…làm cho nước có mùi hôi thúi và làm giảm pH của môi trường

 SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

 Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thu sinh vật nước

 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng dạ,…

 mmonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ trong nước quá cao d n đến hiện tượng phú dưỡng hoá (sự phát triển bùng phát của các loại toả, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra)

 Màu: mất mỹ quan

 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếc tán oxy trên bề mặt

1.1.4 Các tác động tiêu cực của nước thải sinh hoạt

a Tác động đến cuộc sống con người

Trong nước thải sinh hoạt có chứ rất nhiều hóa chất độc hại, từ các vật dụng chúng ta sử dụng hằng ngày như xà bông, nước rửa chén, thuốc t y, hay các rác thải rắn khó phân hủy như túi nilong, lọ chai thủy tinh, chai nhựa Những chất thải này khi xuống nguồn nước mà không thông qua xử lý thì sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, c n kèm theo đó là những mầm bệnh mà vô tình chúng ta mắc phải như tiêu chảy, đau bụng, uốn ván, hay thậm chí nguy hiểm hơn là các bệnh về đường ruột, hay ung thư…

b Tác động đến môi trường sống

Không những gây ảnh hưởng đến sức kh e mà việc ô nhiễm nước thải sinh hoạt c n đang hủy hoại dần môi trường, làm ảnh hưởng tới các mạch nước ngầm, ảnh hưởng tới đất làm cho đất không thể trồng trọt, không khí cũng bị đe dọa khi bốc những mùi rất khó chịu

1.2 Tổng quan về phương pháp bãi lọc (Wetland)

1.2.1 Khái niệm về bãi lọc

Bãi lọc trồng cây chính là mô hình đất ngập nước nhân tạo và nó được định nghĩa như sau: “Hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước nhưng việc xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản

lý được quá trình vận hành ở mức đơn giản

Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên mà v n có được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý và chế độ thủy lực được kiểm soát Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc nhân tạo cũng được nâng cao do thực vật và các thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể quản lý được như mong muốn

Bãi lọc trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ mới, xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi Ở Việt Nam, công nghệ trên thực chất còn rất mới

Bãi lọc trồng cây dùng để xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên Với các thông số làm việc khác nhau, bãi lọc trồng cây được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước thải Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên, thường là nơi tiếp nhận nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chu n và chúng chỉ làm nhiệm vụ xử lý bậc cao hơn, bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai

1.2.2 Phân loại bãi lọc trồng cây

Bãi lọc trồng cây có thể được phân loại theo hình thức nuôi trồng điển hình của các loại thực vật như: hệ thống thực vật nổi, hệ thống rễ chùm nổi và hệ thống thực vật chìm [Brix và Schierup, 1989] Hầu hết các hệ thống đều sử dụng các loại cây rễ chùm, tuy nhiên có thể phân loại theo dạng vật liệu sử dụng và chế

độ dòng chảy trong hệ thống

Có 2 kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: Loại dòng chảy tự do trên mặt đất (Surface flow wetland) và loại chạy ngầm trong đất (Subsurface slow)

a Bãi lọc trồng cây có dòng chảy bề mặt (Surface flow wetland - SFW)

Hệ thống dòng chảy bề mặt là hệ thống được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp xúc với không khí Trong hệ thống dòng chảy ngầm, mực nước được cố định thấp hơn so với bề mặt vật liệu Đối với hệ thống dòng chảy ngầm ngang, lớp vật liệu luôn được giữ trong trạng thái bão hoà nước, đối với hệ thống dòng chảy đứng, lớp vật liệu không ở trạng thái bão hoà vì nước được cấp không liên tục mà theo các khoảng thời gian nhất định và được thấm qua lớp vật liệu (tương tự như trong hệ thống lọc cát gián đoạn)

Tất cả các dạng bãi lọc ngập nước đều được cấy trồng ít nhất là một loại thực vật có rễ trong một loại vật liệu nào đó (thường là đất, s i hoặc cát) Các chất ô nhiễm được khử nhờ sự phối hợp của các quá trình hóa học, lý học, sinh học, lắng, kết tủa và hấp thụ vào đất, quá trình đồng hóa bởi thực vật và các sự chuyển

hóa bởi các vi khu n [Brix, 1993; Vymazal và các cộng sự, 1998]

Hình 1.1: Mô hình bãi lọc có dòng chảy bề mặt (SFW)

b Bãi lọc trồng cây có dòng chảy ngầm (Subsurface flow constructed wetland)

ãi lọc trồng cây có d ng chảy ngầm c n được gọi là bãi lọc ngầm trồng cây Ở châu Âu, các hệ thống bãi lọc d ng chảy ngầm qua đất và s i đã được ứng dụng và xây dựng rất phổ biến Sậy (Phragmites australis) là loại thực vật được cấy trồng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống, một số hệ thống có trồng thêm các loại thực vật khác Đất hoặc s i thường được dùng làm vật liệu trong các bãi lọc vì chúng có khả năng duy trì d ng chảy ngầm Các hệ thống sử dụng đất thường gập các vấn đề về d ng chảy tràn bề mặt, đối với các hệ thống sử dụng s i thường gập các hiện tượng tắc d ng Hệ thống d ng chảy ngầm thường có diện tích bề mặt nh (<0,5 ha) và tải lượng thủy lực lớn hơn so với hệ thống d ng chảy bề mặt

Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có d ng chảy nằm ngang hay d ng chảy thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống

Hình 1.2: Mô hình bãi lọc có dòng chảy ngầm

c Vai trò của thực vật trong bãi lọc

Vai tr quan trọng nhất của thực vật trong chức năng xử lý nước thải của bãi lọc là dựa trên các đặc tính vật lý của các mô thực vật như kiểm soát sói m n, lọc nước, tạo nơi sống và hoạt động cho các VSV

Sự trao đổi chất của thực vật (sự hấp thu, thải khí oxy…) ảnh hưởng đến việc

xử lý theo những cấp độ khác nhau tùy theo thiết kế Thực vật c n có vai tr đáng quý khác như tạo cảnh quan, môi trường sống cho các loài thú hoang dã

Bảng 1.1: Tóm tắt các vai trò cơ bản của thực vật trong bảng lọc trồng cây Các bộ phận

Những mô nổi

trên mặt nước

 Giảm ánh sáng giảm sự phát triển của các phiêu sinh vật

 Ảnh hưởng đến khí hậu tại khu vực các nhiệt về mùa đông

 Giám sức gió giảm nguy cơ sáo trộn

 Tích tụ chất dinh dưỡng

 Cung cấp bề mặt dính bám cho các màng sinh học

 Nhả khí oxy thông qua quá trình quang hợp tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí

d Sơ lược về một số loại cây trong bãi lọc

Cây trồng được sử dụng trong bãi lọc là những cây dễ tìm kiếm, có khả năng sinh trưởng tốt trong nước, thích nghi tốt với điều kiện môi trường và tạo được vẻ đẹp cảnh quan

 Cây Hoa Bóng Nước

 Tên thường gọi: Hoa óng Nước hay c n có tên khác là cây Hoa Móng Tay hay cây Nắc Nẻ

 Tên khoa học: Impatiens balsamina L

 Thuộc họ: bóng nước LS MIN C

 Loài: I Balsamina

 Hoa bóng nước là một cây trồng làm cảnh với hoa đẹp nhiều màu sặc sỡ, trắng, hồng, đ , tím và vàng Ngoài ra Hoa óng Nước được dùng trong Y học cổ truyền với tên thuốc là Phượng tiên hoa, thu hái khi chưa có hoa, lá c n xanh chưa bị úa vàng ịch chiết từ lá bóng nước với thành phần hóa học chủ yếu là chất axit p-hydroxybenzoic đã được nghiên cứu dược lý thấy có tác dụng kháng khu n rất mạnh

 Tên thường gọi: Cây Mon Nước hay cây Khoai Nước

 Tên khoa học: Colocasia esculenta

 Thuộc họ: Ráy ( raceae)

 Đặc điểm: là một loại thực vật thuộc họ Ráy bản địa bao gồm vùng nhiệt đới châu Á và lan rộng đến miền đông bắc Úc Đây là một loại cây mọc hoang có sức sống mãnh liệt hay mọc ở ruộng hay dựa vào bờ nước, có củ, lá cọng cao 0,3 - 0,8 m, lá, phiến không thấm nước vì lông mịn như nhung Lá có kích thước đến 40 × 24,8 cm, mọc từ củ (thân rễ), mặt trên màu xanh lục đậm, mặt dưới nhạt hơn, thông thường có hình oval – tam giác Cuống lá cao 0,8 - 1,2 m Cây mon nước được dùng làm thức ăn gia súc ngoài ra c n trồng làm rau ăn, dùng để chữa bệnh

 Cây Thủy Trúc

 Tên thường gọi Thủy Trúc

 Tên khoa học Cyperus alternifolius Linn

 Họ: Cyperaceae (Cói)

 Nguồn gốc: Cây có nguồn gốc từ Madagasca (Châu Phi)

 Đặc điểm: Có dáng đặc sắc, mọc thành bụi dày, thẳng như cây dừa, cau tí hon Cây có thân tr n màu xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, thay vào đó các lá bắc ở đỉnh lại lớn, xếp v ng xoè ra, dài, cong xuống, khá đẹp Cuống chung

của hoa dài thẳng, xếp toả ra nổi trên đám lá bắc, hoa lúc non màu trắng sau chuyển sang nâu Cây mọc khoẻ, chịu được đất úng, nước, nên được gây trồng làm cảnh ở vườn, trên h n non bộ Mô tả: Thân thảo mọc đứng thành cụm, dạng thô, cao 0,7 - 1,5 m, có cạnh và có nhiều đường vân dọc, phía gần gốc có những bẹ lá màu nâu không có phiến Lá nhiều, mọc tập trung ở đỉnh thân thành v ng dày đặc, xếp theo dạng xoắn ốc và xoè rộng ra, dài có thể tới 20 cm Cụm hoa tán ở nách lá, nhiều ông nh hình bầu dục hoặc hình bầu dục ngắn, dẹp, dài chừng 8 mm, thông thường không có cuống, hợp thành cụm hoa đầu ở đỉnh các nhánh hoa, ra hoa tháng 1 - 2

 Tên thường gọi: Cây lưỡi mác, bách thủy tiên Tên khoa học: chinodorus Amazonicus

 Thuộc họ: Từ cô ( lismataceae)

 Nguồn gốc: Cây có nguồn gốc từ miền bắc Nam Mỹ hoặc ắc Mỹ

 Đặc điểm: Cây lưỡi mác thuộc loại cây thân thảo, nhiều cành nhánh, sống lâu năm, thân mập mạp, chiều cao khoảng 0,3-0,6m Lá lưỡi mác có hình oval hơi

tr n, đỉnh nhọn hình lưỡi mác, đáy hình tim, dài khoảng 10-12cm, rộng 7-9

cm, màu xanh sáng bóng quanh năm, lá to và tr n hơn khi chìm dưới nước Mặt dưới lá màu nhạt hơn và có nhiều gân nổi rõ Lá mọc trên cuống dài tạo thành bẹ rẻ quạt Hoa lưỡi mác nh xinh, có màu trắng mịn, có 3 cánh rời, mọc theo đốt thân, trên mỗi đốt có vài bông hoa trông xa như những cánh bướm dập dờn trên cành Chùm hoa uốn cong rủ xuống rất mềm mại, đặc biệt trên đài hoa có các gai thịt nh Nhị hoa màu vàng ở giữa thu hút côn trùng đến khám phá

1.2.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm dòng chảy đứng (Vertical

subsurface flow constructed wetland)

a Giới thiệu về bãi lọc ngầm dòng chảy đứng

Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên đầy đủ là

Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước nhưng nước thải chảy ngầm trong phần lọc của bãi lọc Lớp lọc, nơi thực vật phát triển trên đó, thường gồm có đất, cát, s i, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc ng chảy có thể

có dạng chảy từ dưới lên, từ trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang

ng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là d ng chảy ngang Hầu hết các hệ thống được thiết kế với độ dốc 1% hoặc hơn

Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc Vùng ngập nước thường thiếu oxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí

ãi lọc ngầm trồng cây d ng chảy đứng có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn

lơ lửng tốt, có khả năng xử lý chất dinh dưỡng tốt , do điều kiện hiếu khí trong bãi lọc cho ph p nitrat hoá amoni nên khả năng xử lý nitơ đạt hiệu quả cao Xử lý phốt pho cũng khá hiệu quả

Hình 1.3: Mô hình bãi lọc ngầm dòng chảy đứng (VFS)

b Cơ chế các quá trình xử lý trong bãi lọc ngầm trồng cây

Để thiết kế, xây dựng, vận hành bãi lọc trồng cây chính xác, đạt hiệu quả cao, việc nắm rõ cơ chế xử lý nước thải của bãi lọc là hết sức cần thiết Các cơ chế đó bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hoá học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật Các chất ô nhiễm có thể được loại b nhờ nhiều cơ chế đồng thời trong bãi lọc

 Loại bỏ chất rắn

Các chất rắn được loại b dễ dàng qua cơ chế lọc, các chất cặn được giữ lại trên và trong lớp đất Sau đó các chất cặn này sẽ phân hủy sinh học (do sự phát triển của vi sinh vật), hút bám, hấp phụ lên các chất rắn khác (thực vật, đất, cát,

s i…) nhờ lực hấp d n Van De Waals, chuyển động rown 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 b trước tiên nhờ quá trình lắng và phân hủy sinh học, tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nh giọt Các cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất 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 tr đáng kể

trong việc loại b các chất rắn

 Loại bỏ Nitrogen

 Sự amon hóa urea

Để amon hóa urea đầu tiên các vi khu n tiết ra enzyme urease biến urea thành carbonate ammonium rồi sau đó biến thành NH3,NH4+, CO2 và H2O,

 Sự amon hóa protein

Quá trình khoáng hóa protein thành NH4+ trải qua các giai đoạn sau :

Protein  amino acid  khử amin thành NH 4 +

Có hai quá trình khoáng hóa protein thành NH4+ là quá trình khử và quá trình oxy hóa

Quá trình oxy

hóa :

Quá trình khử

Các vi sinh vật có khả năng amon hóa protein trong đất là: Bacillus,

Mesentrius, Bacillus Subtilis, Pseudomonas Fluourescens, Clostridium

sporogenes…

Quá trình nitrat hóa: quá trình này gồm hai giai đoạn: quá trình biến NH3thành NO2- đƣợc thực hiện bởi nhóm vi khu n nitrosomonas và quá trình chuyển

NO2- thành NO3- bởi nhóm nitrobacter

 Quá trình nitrit hóa

Các vi khu n oxy hóa nitrite hóa qua trung gian NH2OH

2NH 4 + + O 2  2NH 2 OH + 2H +

NH 4 + + O 2  NO 2 - + H 2 O + 2,75kj

Các vi khu n thực hiện các việc này đều là những vi khu n hiếu khí nhƣ

Nitrosomonas eropaea, Nitrosomonas oligocarbogenes, Nitrosospiara, Nitrosococcus…

 Quá trình nitrate hóa

Đƣợc thực hiện bởi vi khu n hiếu khí nitrobacter chúng có khả năng oxy hóa

NO2- thành NO3- và tạo năng lƣợng Năng lƣợng này đƣợc dùng để đồng hóa

NO 2 - + ½ O 2  NO 3 - + năng lượng

Các loại vi khu n thực hiện quá trình này là các loại tự dưỡng hiếu khí

Nitrobacter agilis, Nitrobacter uinugradski và các vi khu n khác như Nitrospira,

Nitrococcus hoặc là các vi khu n dị dưỡng hiếu khí Pseudomonas, Corynebacterium Nhiệt độ tối ưu cho quá trình này là 30oC

hưởng gì đến hoạt động của enzyme này Vi khu n đồng hóa là

Pseudomonas aeruginosa

- Quá trình phản nitrate dị hóa: đây là hô hấp hiếm khí trong đó nitrate đóng vai trò chất nhận điện tử cuối cùng, nitrate bị khử thành nitrous oxide (N2O) và N2, trong đó N2 là sản ph m chính của quá trình Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phản nitrate là những vi sinh vật tự dưỡng hay dị

dưỡng hiếu khí

Khi môi trường không có oxy thì chúng chuyển qua hô hấp yếm khí sử dụng nitrate làm chất nhận điện tử

NO 3 -  NO 2 -  NO -  N 2 O  N 2

Các vi sinh vật tham gia trong quá trình này rất đa dạng thuộc nhiều chi như :

Pseudomonas, Bacillus, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Propioni bacterium

 Loại bỏ phosphore

Trong nước thải có các dạng phosphore chủ yếu như Orthophosphate (PO43-) các polyphosphate và các hợp chất phosphore hữu cơ Đầu tiên các hợp chất phosphore này được một nhóm vi sinh vật phân hủy thành các dạng hợp chất

vô cơ khó tan và dễ tan

- Quá trình khoáng hóa lân hữu cơ: sự chuyển hóa các hợp chất phosphore hữu cơ thành muối của H3PO4 được thực hiện bởi các nhóm vi sinh vật phân hủy hợp chất hữu cơ Những vi sinh vật này có khả năng tiết ra enzyme phosphatase làm xúc tác cho quá trình phân giải

Nudeoproteit  Nucleic  Acid Nucleic  H 3 PO 4

Leucitin  Glyxerophotphate  H 3 PO 4

Nhóm vi khu n có khả năng thực hiện quá trình này đều thuộc 2 chi: Bacillus

và Pseudomonas như: Bacillus Megatherium, Bacillus Mycoides

- Quá trình biến lân vô cơ khó tan thành dạng dễ tan

Về cơ chế quá trình phân giải phosphore vô cơ do vi sinh vật cho đến nay

v n còn nhiều tranh cãi Nhưng đại đa số các nhà nghiên cứu đều cho rằng sự sinh acid trong quá trình sống của một nhóm vi sinh vật đã làm cho nó có khả năng chuyển các hợp chất phosphore khó tan sang dễ tan Đa số các vi sinh vật

có khả năng phân giải lân vô cơ đều sinh CO2 trong quá trình sống, CO2 sẽ phản ứng với H2 trong môi trường tạo thành phosphate dễ tan theo phương trình sau:

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 4H 2 CO 3 + H 2 O  Ca(H 2 PO 4 ) 2 + H 2 O + Ca(HCO 3 ) Dạng không tan dạng dễ tan dạng dễ tan

Các dạng dễ tan này được cây trồng hấp thụ Ngoài ra các vi khu n nitrate hóa sống trong đất cũng có khả năng phân giải lân vô cơ do nó có khả năng chuyển NH3 thành NO2- rồi NO3-, NO3- sẽ phản ứng với H+ tạo thành HNO3, HNO3 sẽ phãn ứng với phosphate khó tan tạo thành dạng dễ tan

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 4HNO 3  Ca(H 2 PO 4 ) 2 + 2Ca(NO 3 ) 2

Các vi khu n sulphate cũng có khả năng phân hủy phosphate khó tan do sự tạo thành H2SO4 trong quá trình sống

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H 2 SO 4  Ca(H 2 PO 4 ) 2 + 2CaSO 4

Các loài có khả năng phân hủy mạnh là Bacillus Megatherium, Bacillus

Mycodes, Pseudomonas, Vadibacter, Pseudomonas Gracilis… Hầu hết chúng là

vi khu n hiếu khí và trong quá trình phân giải chúng đều làm giảm pH của môi trường

Một số loại vi khu n có khả năng tích lũy polyphosphate trong tế bào, khoảng 1-3% trọng lượng khô tế bào Enzyme polyphosphate kinase xúc tác quá trình này trong sự hiện diện của Mg2+, bằng cách chuyển đổi nhóm phosphoryl từ ATP sang chuỗi polyphosphate

→

Như vậy quá trình loại b phosphate được diễn ra tốt thì phải duy trì tình trạng hiếu khí để các vi khu n hiếu khí có điều kiện tổng hợp polyphosphate trong tế bào hoặc thủy phân nó thành dạng lân dễ tan để cây có thể hấp thu, pH của quá trình nên duy trì từ 5-7

 Loại bỏ kim loại nặng

Khi các kim loại nặng hoà tan trong nước thải chảy vào bãi lọc trồng cây, các

 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 trò lớn 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 lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại b và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng 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 loại nặng của chúng đạt tới giới hạn thì cần nạo vét và xả b để loại kim loại nặng ra kh i bãi lọc

 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ