Nghiên cứu các ứng dụng sinh thái để xử lý nước thải với hàm lượng chất hữu cơ cao

- Xây dựng mô hình sử dụng ao nuôi trồng thực vật thủy sinh kết hợp hệ thống đất ngập nước nhân tạo-dòng chảy bề mặt để xử lý nước thải cho làng nghề bún Phú Đô.. Các công nghệ sử dụng t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ HỒNG NHUNG

NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG SINH THÁI

ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI VỚI HÀM LƯỢNG

CHẤT HỮU CƠ CAO

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Mã số : 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ LOAN

Hà Nội – Năm 2013

Comment [BLm1]: Em không nhớ mã số ghi

trong QĐ, cô xem giúp em với ạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ HỒNG NHUNG

NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG SINH THÁI

ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI VỚI HÀM LƯỢNG

CHẤT HỮU CƠ CAO

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Mã số : 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ LOAN

Hà Nội – Năm 2013

Comment [BLm2]: Em không nhớ mã số ghi

trong QĐ, cô xem giúp em với ạ

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Loan – Giảng viên Khoa Môi trường đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực tập và làm luận văn tốt nghiệp

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ trong

quá trình làm thực nghiệm từ các cán bộ, học viên, sinh viên thuộc Phòng Thí nghiệm Bộ môn Công nghệ môi trường và Bộ môn Thổ nhưỡng - Khoa Môi trường

Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia

Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã quan tâm giúp đỡ và động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành luận văn được tốt hơn

Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này có nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn

Hà Nội, tháng 12 năm 2013

Học viên cao học

Vũ Hồng Nhung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái 3

1.1.1 Xử lý nước thải bằng Thực vật thủy sinh 3

1.1.2 Xử lý nước thải bằng Động vật thủy sinh 19

1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái 23

1.3 Đặc trưng của nước thải ô nhiễm chất hữu cơ cao 24

1.4 Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh thái xử lý nước thải 26

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 26

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 27

1.4.3 Những nghiên cứu trước đây về xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún 28

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu liên quan 30

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Hiện trạng công nghệ sản xuất và quản lý nước thải 36

3.1.1 Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 36

3.1.2 Điều kiện kinh tế- xã hội vùng nghiên cứu 36

3.1.3 Quy trình sản xuất bún 37

3.1.4 Hiện trạng quản lý nước thải làng nghề bún Phú Đô 39

3.2 Kết quả đánh giá hiện trạng nước thải làng Bún Phú Đô 41

3.3 Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất bún theo phương pháp sử dụng TVTS 42

3.3.1.Tốc độ và hiệu quả xử lý COD 42

3.3.2 Tốc độ và hiệu quả xử lý TSS 44

3.3.3 Tốc độ và hiệu quả xử lý N-NO 3- 45

3.3.4 Tốc độ và hiệu quả xử lý NH 4+ 47

3.3.5 Tốc độ và hiệu quả xử lý PO 43- 48

3.3.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của 5 loại thực vật thủy sinh 49

3.4 Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất bún theo mô hình lựa chọn 51

3.5 So sánh hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún qua hai phương pháp

khác nhau 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 60

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

ĐNNNT Đất ngập nước nhân tạo

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TVTS Thực vật thủy sinh

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Lượng nước thải ở từng công đoạn sản xuất bún 40

Bảng 3.2 Đặc trưng nước thải sản xuất bún tại cống chung cuối làng nghề bún Phú Đô 41

Bảng 3.3 Hiệu quả xử lý COD của nước thải sản xuất bún 43

Bảng 3.4 Hiệu quả xử lý TSS của nước thải sản xuất bún 44

Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý N-NO3- của nước thải sản xuất bún 45

Bảng 3.6 Hiệu quả xử lý NH4+ của nước thải sản xuất bún 47

Bảng 3.7 Hiệu quả xử lý PO43- của nước thải sản xuất bún 48

Bảng 3.8 Hiệu quả xử lý các thông số chất lượng nước thải của 5 loài TVTS 50 Bảng 3.9 Kết quả xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô 52

Bảng 3.10 So sánh hiệu xuất xử lý nước thải sản xuất bún của hai phương pháp 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các loài thực vật thủy sinh điển hình 11

Hình 1.2 Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải 12

Hình 1.3 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy trên mặt (FWS) 13

Hình 1.4 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật trôi nổi 15

Hình 1.5 Hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm nằm ngang 17

Hình 1.6 Hệ thống đất ngập nướcnhân tạo dòng chảy thẳng từ trên xuống 18

Hình 1.7 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên 19

Hình 1.8 Một số loài động vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải 21

Hình 2.1 Nghiên cứu nuôi trồng 5 loài TVTS để xử lý nước thải 32

Hình 2.2 Mô hình xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô 32

Hình 2.3.Các công đoạn tiến hành xử lý nước thải làng bún Phú Đô 34

Hình 2.4 Công đoạn thiết lập hệ thống ĐNN nhân tạo-dòng chảy bề mặt 35

Hình 3.1 Quy trình sản xuất bún 39

Hình 3.2 Sự thay đổi nồng độ COD trong 4 đợt lấy mẫu 43

Hình 3.3 Sự thay đổi nồng độ TSS trong 4 đợt lấy mẫu 44

Hình 3.4 Sự thay đổi nồng độ N-NO 3 - trong 4 đợt lấy mẫu 46

Hình 3.5 Sự thay đổi nồng độ NH 4+ trong 4 đợt lấy mẫu 47

Hình 3.6 Sự thay đổi nồng độ PO 43- trong 4 đợt lấy mẫu 49

Hình 3.7 Hiệu quả xử lý nước thải của 5 loài TVTS 50

Hình 3.8 Mẫu nước thải đầu vào và nước thải đầu ra khỏi mô hình xử lý 51

Hình 4.1 Đường chuẩn amoni 63

Hình 4.2 Đường chuẩn N-NO 3- 64

Hình 4.3 Đường chuẩn PO 43- 65

MỞ ĐẦU

Nền kinh tế - xã hội nông nghiệp ở nước ta đã hình thành và phát triển

từ rất lâu đời cùng với lịch sử lâu dài dựng nước và giữ nước của dân tộc Trong suốt tiến trình phát triển lâu dài ấy, các làng nghề truyền thống cũng đã hình thành và phát triển trong nông thôn Việt Nam và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế Sự phát triển của các làng nghề không những góp phần giải quyết việc làm cho nhiều lao động, nâng cao thu nhập cho người dân địa phương nói riêng mà còn góp phần vào sự phát triển nền kinh tế của cả nước nói chung Đặc biệt, trong nền kinh tế thị trường với chính sách phát triển kinh

tế nhiều thành phần ở nước ta hiện nay, các làng nghề truyền thống vẫn đang phát triển mạnh mẽ

Sự phát triển của làng nghề đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng song song với nó là tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường Thực trạng ô nhiễm môi trường trong các làng nghề truyền thống và các cơ sở ngành nghề nông thôn đang ngày càng gia tăng Nguyên nhân chính là do ý thức bảo vệ môi trường của con người trong quá trình sản xuất còn thấp, các loại chất thải không được thu gom và xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường đã và đang diễn ra rất nghiêm trọng tại các làng nghề truyền thống ở Việt Nam

Là một trong những làng nghề truyền thống nổi tiếng của thành phố Hà Nội, làng nghề sản xuất bún Phú Đô cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường Từ trước tới nay, nước thải của làng nghề này vẫn được xả trực tiếp xuống một con mương chung của làng mà không qua bất kỳ một hệ thống xử lý nước thải nào Vì vậy, nước thải của làng nghề bún Phú Đô luôn trong tình trạng bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề với nồng độ nitơ, photpho và hàm lượng BOD, COD trong nước thải rất lớn

Thực tế cấp bách đó đòi hỏi phải xây dựng một phương pháp xử lý nước thải tối ưu cho làng nghề này

Trên thế giới việc nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp xử lý nước thải theo hướng sinh thái đang phát triển mạnh mẽ do những ưu điểm vượt trội như:

chi phí đầu tư và vận hành thấp, phù hợp với điều kiện khí hậu, thân thiện môi trường Đặc biệt đối với Việt Nam, kinh phí dành cho xử lý và bảo vệ môi trường còn thấp, do đó việc học hỏi kinh nghiệm, nghiên cứu và áp dụng các công nghệ theo hướng sinh thái để xử lý nước thải nói chung và nước thải làng nghề nói riêng là vô cùng cần thiết

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, trong khuôn khổ luận văn đã thực hiện

đề tài: “Nghiên cứu các ứng dụng sinh thái để xử lý nước thải với hàm

lượng chất hữu cơ cao” với các nội dung sau:

- Đánh giá hiện trạng và xác định đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng nghề bún Phú Đô

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của một số loài thực vật thủy sinh tiêu biểu, thông dụng

- Xây dựng mô hình sử dụng ao nuôi trồng thực vật thủy sinh kết hợp hệ thống đất ngập nước nhân tạo-dòng chảy bề mặt để xử lý nước thải cho làng nghề bún Phú Đô

- Thử nghiệm xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô theo mô hình lựa chọn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái

Xử lý nước thải nhằm làm giảm, loại trừ các tác nhân ô nhiễm để có thể thải vào nguồn nhận hoặc tái sử dụng một cách an toàn, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường

Công nghệ sinh thái “ Ecological engineering” là thuật ngữ được Nhà sinh thái học Mỹ, Dr Odum sử dụng đầu tiên năm 1962 và được hiểu là:“Sự thao tác của con người về môi trường bằng cách sử dụng một khối năng lượng

bổ sung nhỏ để điều khiển một hệ thống mà trong đó các nguồn năng lượng chính yếu vẫn đang tiếp tục được huy động đến từ nguồn tài nguyên tự nhiên”[11]

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải được xử lý và phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên

Trong công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh thái người ta sử dụng khả năng chủ yếu của thực vật thủy sinh và động vật thủy sinh

1.1.1 Xử lý nước thải bằng Thực vật thủy sinh

1.1.1.1 Khái niệm Thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh là các loài thực vật sống trong môi trường nước, bao gồm những loài cơ thể ngập hoàn toàn trong nước, hoặc những loài chỉ ngập từng phần cơ thể Do sống trong môi trường nước, TVTS có những đặc điểm thích nghi cả về hình thái cấu tạo và phương thức sống Để tăng cường khả năng hấp thụ oxy, tăng bề mặt tiếp xúc, lá của chúng có bản lớn hoặc chẻ nhỏ thành dạng sợi, xoang khí và gian bào phát triển mạnh Lá có thể khác nhau về hình dạng và cấu tạo tùy theo vị trí tiếp xúc với nước Mô đỡ (thân, cành) kém phát triển, thường là mềm yếu Thực vật thủy sinh có thể là những cây không

có hiệu quả kinh tế như: lau, sậy, cỏ lác,… đến những cây ít nhiều mang lại giá trị kinh tế như: rau muống, bèo tây, bèo cái, rau má,… vì chúng làm thức ăn cho con người và động vật Nhiều loài rong dùng làm thức ăn cho gia súc, gia

cầm, làm nguyên liệu cho công nghiệp (rong câu, rong mơ ), làm cảnh (thủy tiên, thủy trúc ), làm thức ăn cho cá, chim và là nơi cư trú và đẻ trứng cho nhiều loại động vật thủy sinh [8]

TVTS còn có vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, tăng khả năng tự làm sạch thủy vực Thực vật thủy sinh có khả năng vận chuyển oxy từ không khí vào trong nước nhờ bộ rễ, cho phép hình thành nhóm sinh vật hiếu khí quanh bộ rễ thực vật Các vi sinh vật hiếu khí thích hợp cho việc phân giải sinh học các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản Sản phẩm của quá trình phân giải này sẽ được thực vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng, phát triển Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong nước đã được chứng minh là có sự cộng sinh giữa thực vật thủy sinh và các vi sinh vật sống trong và xung quanh rễ của chúng Thực vật và các vi sinh vật có thể đạt được hiệu quả xử lý cao khi chúng phối hợp với nhau trong một hệ sinh thái cân bằng Thân và lá của thực vật nửa ngập nước và rễ của thực vật nổi làm giảm tốc độ dòng chảy, gây ra sự thay đổi của quá trình lọc và lắng của các hạt (cặn

và vụn hữu cơ) và là nơi sống bám của nhiều loại tảo và vi sinh vật Ôxy chuyển từ phần thân và lá khí sinh xuống bộ rễ và giải phóng ra vùng rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat và phản nitrat hóa Bởi vậy, thực vật thủy sinh đóng vai trò chủ yếu trong việc giảm nồng độ NH4+, NO2-, NO3-,

PO43-, cũng như TSS và COD

1.1.1.2 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành các chất vô cơ (khoáng hóa) cung cấp cho các thực vật thủy sinh, trước hết là tảo Tảo và các TVTS khác lại cung cấp oxy cho vi khuẩn Các loài TVTS như tảo, rong đuôi chó, rong xương cá, lau lác, các loại bèo, có rễ và thân tạo điều kiện cho vi sinh vật bám vào mà không bị chìm xuống đáy Chúng cung cấp oxy cho vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn cung cấp cho vi sinh vật những hoạt chất sinh học cần thiết Ngược lại, vi khuẩn cung cấp ngay tại chỗ cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất của mình, đồng thời thực vật giúp cho vi sinh vật khỏi bị chết

dưới ánh nắng mặt trời Tảo là nguồn thức ăn cho cá và các loài TVTS khác, khi chết sẽ là chất dinh dưỡng cho vi sinh vật Vai trò chính của tảo và TVTS

là khử nguồn amôn hoặc nitrat và nguồn photpho có ở trong nước Vai trò chủ yếu của thực vật nổi có thể kể đến như sau:

- Làm giá thể cho vi sinh vật sinh sống: Quần thể vi sinh vật thực hiện

các giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý TVTS cung cấp cho vi sinh vật bề mặt hay giá thể để sinh trưởng, phát triển và tạo thành màng sinh học Màng sinh học này tạo thành bởi vi sinh vật sống trên rễ và phần thân thực vật kể cả

lá rụng Hệ thống màng sinh học do vi sinh vật tạo thành có vai trò chính trong quá trình xử lý Rõ ràng là diện tích bề mặt và số lượng giá thể càng lớn thì hiệu quả xử lý của hệ thống càng cao

- Tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa: Chức năng

quan trọng của hệ thống đất ngập nước dùng để xử lý nước thải là sự loại bỏ nitơ liên kết Nước thải đi vào hệ thống xử lý thường có lưu lượng oxy hòa tan rất thấp hoặc đôi khi bằng không Do đó, nitơ trong nước thải chủ yếu tồn tại ở dạng nitơ hữu cơ hoặc NH3 Sự chuyển hóa từ NH3 thành NO3- không thể xảy

ra trừ khi nước thải được sục khí, khi đó các vi khuẩn hiếu khí sẽ thực hiện sự chuyển hóa này Nếu như ở điều kiện kỵ khí thì sẽ tạo ra sự ức chế quá trình oxy hóa NH3 thành dạng NO3- Tuy nhiên, một lượng oxy khuếch tán từ rễ thực vật sẽ tạo ra một vùng hiếu khí, tạo điều kiện cho sự sinh trưởng của các vi sinh vật hiếu khí, vi sinh vật nitrat hóa sẽ chuyển hóa NH3 thành NO3-

Trong vùng kỵ khí, một số loài sinh vật phản nitrat hóa sử dụng NO3như là nguồn oxy cho quá trình hô hấp, nó sẽ chuyển NO3- thành N2, chất này

-sẽ chuyển từ đất hoặc trầm tích vào trong nước và sau đó vào không khí

- Sự truyền oxy: TVTS giải phóng oxy vào trong vùng rễ ảnh hưởng đến

chu trình địa hóa sinh trong trầm tích thông qua ảnh hưởng lên trạng thái oxy hóa khử của trầm tích Ôxy cũng có ý nghĩa cho hoạt động của nhóm vi sinh hiếu khí trong việc phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ cũng như vi khuẩn nitrat hóa Tốc độ thải oxy từ rễ cây phụ thuộc vào nồng độ oxy bên trong, nhu cầu

oxy của môi trường xung quanh và tính thấm của lớp tế bào vách rễ Tốc độ thoát oxy cao nhất ở vùng dưới đỉnh rễ và giảm tỷ lệ với khoảng cách từ đỉnh

rễ Người ta đo được tốc độ giải phóng oxy từ 10-160 ng oxy/cm2 bề mặt rễ/phút phụ thuộc oxy/m2/ngày Ngoài oxy, hệ thống rễ cây cũng tiết ra một số chất khác như kháng sinh, chất hữu cơ (khoảng 5-25% lượng cacbon đồng hóa

từ quang hợp)

- Chuyên chở nước và chất ô nhiễm: Khi thực vật hút nước theo nhu cầu

của cây đồng thời cũng đưa nước vào đất và mang theo các chất ô nhiễm khác nhau đã được ion hóa vào trong đất Trong quá trình xử lý, các chất có tiềm năng gây ô nhiễm có thể ở trạng thái không hoạt động qua sự trao đổi, kết tủa, bám dính, tích tụ, oxy hóa và sự biến đổi các ion Nếu không có thực vật hoạt động như các máy bơm hút nước vào trong đất, các phản ứng trên đây không thể xảy ra được

- Sử dụng chất dinh dưỡng: TVTS sử dụng nitơ, photpho, và các nguyên

tố vi lượng khác nhau trong quá trình sinh trưởng Sự hấp thu chất dinh dưỡng xảy ra ở rễ và cả phần lá chìm trong nước TVTS trong vùng đất ngập nước có năng suất rất cao Nếu sinh khối được thu hoạch, lượng chất dinh dưỡng lấy đi

có thể đạt từ 30-150 kg P và 200-2500 kg N/ha/năm Tuy nhiên, phần lớn các chất dinh dưỡng được hấp thu bởi thực vật sẽ quay trở lại hệ thống khi các phần thân và lá bị chết và thối rữa trong quá trình già đi của cây Do vậy, việc thu hái thường xuyên sinh khối thực vật là hết sức quan trọng để loại bỏ các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ thống

- Lọc: Thân và lá của thực vật nửa ngập nước và rễ của thực vật nổi như

là một lớp ngăn chất lơ lửng đi vào hệ thống Nó cũng làm chậm dòng nước chảy qua hệ thống nên các chất rắn sẽ bị lắng xuống Bởi vậy, thực vật tạo điều kiện cho sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng cách kéo dài thời gian cho các quá trình biến đổi sinh hóa

- Nguồn che sáng: Với sự che mát cho nước, thực vật thủy sinh giúp

điều hòa nhiệt độ nước và làm giảm quần thể tảo, qua đó hạn chế được sự dao

động lớn của pH và lượng oxy hòa tan giữa ban ngày và ban đêm Điều đó cũng làm giảm lượng chất rắn lơ lửng trong nước

- Cung cấp lớp đất và trầm tích mới: Theo thời gian, một lớp giống như

bùn tích tụ dần trên mặt nền đáy Các chất này đôi khi tạo ra một lớp đất hoặc trầm tích lắng đọng mới, chứa cặn bã thực vật, sản phẩm từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật và chất rắn phân giải chậm hoặc không phân giải được thực vật giữ lại Nếu tính toán được sự tích tụ này sẽ cho phép thiết kế độ sâu của bể hay ao xử lý có hiệu quả và ổn định

- Ảnh hưởng về vật lý: Sự có mặt của thực vật làm giảm vận tốc nước,

tạo điều kiện tốt hơn cho các chất rắn lơ lửng lắng đọng, giảm xói mòn và tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và vùng bề mặt của cây TVTS cũng làm ổn định

bề mặt đất trong hệ thống xử lý khi hệ thống rễ làm giảm xói mòn

1.1.1.3 Một số loài thực vật thủy sinh có ý nghĩa trong xử lý nước thải

a Bèo Tây

Bèo Tây (Eichhornia crappsipes (Mart.) Solms), còn được gọi là bèo

Nhật Bản hay bèo Lục bình, là loại thực vật nổi nước ngọt thuộc họ Lục bình

(Pontederiaceae), có nguồn gốc từ Nam Mỹ Phân bố ở miền Bắc và Nam Việt

Nam Lá bèo Tây dày, dai, có hình elip hoặc ovan, mọc thành hình hoa thị, cuống lá phồng và xốp giúp cho cây bèo có thể nổi được trên mặt nước Hoa mọc thành cụm ở ngọn, mỗi cụm hoa có 5-20 bông hoa màu tím hoặc xanh nhạt với các đốm vàng, đài và tràng cùng màu, dính liền với nhau ở gốc, 6 nhị (3 dài, 3 ngắn) Bầu thường có 3 ô, nhiều noãn, quả nang Bèo Tây sinh sản chủ yếu bằng chồi (nhờ thân bò), ngoài ra cũng có thể sinh sản bằng hạt Rễ bèo Tây có màu sẫm, dạng sợi, phía ngoài có nhiều lông tơ Bèo Tây là một trong số thực vật nổi có nhiều ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới

Từ những năm 1970, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của bèo Tây đã được tiến hành ở Mỹ Các kết quả nghiên cứu cho thấy bèo Tây có thể loại bỏ BOD và TSS hết sức hiệu quả Không chỉ giảm lượng BOD và TSS trong nước thải, bèo Tây còn loại bỏ có hiệu quả N-NO3, P-PO4, Na, K, Ca,

Mg và một số chất khoáng khác Loài thực vật này cũng có thể hấp thu một số chất độc như Cd, Pb, Ni, Hg, Cu, Cr, Co, Fe, Zn, Ag, Phenol và một số chất khoáng khác gây ung thư Bèo có thể hấp thu các nguyên tố này với nồng độ cao hơn từ 4.000 đến 20.000 lần so với trong nước Cây sinh trưởng rất mạnh, được xếp là một trong 10 loài cây có tốc độ sinh trưởng mạnh nhất thế giới Tỷ

lệ tăng trưởng của bèo Tây khoảng 10,33 – 19,15 kg/ha/ngày Chúng có khả năng tăng gấp đôi sinh khối trong vòng 14 ngày Trong điều kiện bình thường, bèo Tây có thể bao phủ mặt nước với mật độ 10 kg/m2, mật độ tối đa có thể đạt được là 50 kg/m2

Nhiệt độ tối thích cho sự phát triển của bèo Tây là 21-300C, ở nhiệt độ

8-150C, sinh trưởng gần như bị đình trệ, nếu giữ nhiệt độ -30C trong 12 giờ thì toàn

bộ lá sẽ bị phá hủy, còn nếu giữ nhiệt độ -50C trong 48 giờ thì toàn bộ cây bèo sẽ

bị chết Như vậy bèo Tây sinh trưởng rất kém trong vùng có khí hậu lạnh

Do bèo Tây sinh trưởng rất nhanh, nên nó có thể gây ra một số bất lợi như cản trở tàu bè, các hoạt động đánh bắt thủy sản, cản trở dòng chảy, tái ô nhiễm do thân bèo thối… nếu như không được quản lý tốt Tuy nhiên, chính tốc độ sinh trưởng nhanh này lại là lợi thế của bèo Tây trong việc xử lý nước thải

Tốc độ sinh trưởng của bèo Tây phụ thuộc vào mật độ, nguồn dinh dưỡng trong nước thải và các điều kiện khí hậu Do đó tốc độ sinh trưởng của bèo tây và thành phần dinh dưỡng của nước thải có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình xử lý Hấp thu của thực vật là quá trình chủ yếu để loại

bỏ dinh dưỡng từ nước thải chứa nhiều N và P Hiệu quả loại bỏ N trung bình

là 1,2 kg N/ha/ngày Với P, hiệu quả loại không vượt quá 30-50% (trong trường hợp đảm bảo thu hái một cách hợp lý) Trong trường hợp bèo không được thu hái, hiệu quả loại bỏ P là rất thấp Bèo Tây có khả năng đồng hóa cả amon lẫn nitrat trong khi phần lớn các thực vật thủy sinh khác đồng hóa amon cao hơn so với nitrat

Bèo Tây còn góp phần hạ thấp nhiệt độ của nước, giảm sự khuấy động của mặt nước của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế sự phát triển của

tảo, qua đó giảm sự giao động lớn của nồng độ pH và oxy hòa tan vào ban ngày (do hoạt động quang hợp của tảo gây ra)

Ngoài ra, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của bèo Tây cũng

được quan tâm ở một số nước trên thế giới như Zambia, Trung Quốc, Ai Cập

b Bèo Cái

Bèo Cái (Pistia stratiotes L.) thuộc họ Ráy (Araceae), là loài thực vật

thủy sinh phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới Đây là loài cây sống trôi nổi trên mặt nước, lá có hình trứng hay hình trứng ngược, xếp hình hoa thị, bề mặt lá có lớp lông mịn, có thể sinh sản bằng chồi hoặc sinh sản bằng hạt, hoa có màu xanh, quả thuộc loại quả mọng

So với bèo Tây, các nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm nước thải của bèo Cái còn chưa nhiều Bèo Cái sống phổ biến ở các vùng nước ngọt ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Một đặc điểm của bèo Cái giống với bèo Tây

là bộ rễ dài, là giá thể cho nhiều vi sinh vật sinh sống và phát triển Sự kết hợp giữa vi khuẩn và bộ rễ của bèo Cái là một trong các yếu tố quan trọng trong việc loại bỏ các chất dinh dưỡng trong nước

Tốc độ sinh trưởng của bèo Cái rất nhanh (đứng thứ 2 sau bèo Tây) Đặc điểm này đôi khi cũng gây ra một số bất lợi như cản trở dòng chảy, các hoạt động đánh bắt thủy sản, tạo điều kiện cho sự phát triển của ấu trùng muỗi Bèo Cái là một trong số nhiều thực vật thủy sinh có nhiều hứa hẹn cho xử lý

nước thải Đây là loại bèo có thể chịu được khí hậu lạnh tốt hơn so với bèo Tây

c Rau Ngổ dại (Ngổ trâu)

Tên khoa học là Enydra fluctuans Lour thuộc họ Cúc Cây thảo, thân

tròn, rất thơm; lá không có cuống, mọc đối, phiến lá hẹp nhọn Hoa ở nách lá

hay ở ngọn, màu xanh Trồng hoặc mọc hoang ở rãnh nước, ruộng đất ẩm

d Cây Thủy trúc

Có tên khoa học là Cyperus alternifolius, thuộc họ Cói (Cyperaceae)

Cây thân thảo, mọc thành cụm, cao 0,7-1,5m Lá tiêu giảm thành bẹ ở các gốc

Thay vào đó là các lá bắc ở đỉnh lại lớn, xếp thành vòng tròn, xòe rộng ra xung quanh Cuống chung của cụm hoa dài, thẳng, các hoa nối lên trên cao trên các

lá bắc Hoa lúc non màu trắng, sau chuyển sang màu nâu Ra hoa giữa mùa đông và mùa xuân Cây ưa sống ở ven bờ nước, nơi đất ẩm hoặc đầm lầy, thường được trồng để làm cảnh trong các bồn hoa Thủy trúc có tốc độ tăng trưởng sinh khối lớn với hệ thống rễ chùm phát triển mạnh, cây có khả năng hấp thụ amoni và asen rất tốt

e Rau Má nước

Rau Má nước (gọi tắt là rau Má) hay Tích tuyết thảo hoặc Lôi công

thảo (Centella asiatica) là một loài cây thân thảo nằm trong phân họ Mackinlayoideae của họ Hoa tán (Apiaceae), có nguồn gốc Australia, các đảo

Thái Bình Dương, New Guinea, Melanesia, Malesia và châu Á Tên khoa học

đồng nghĩa là Hydrocotyle asiatica L., Trisanthus cochinchinensis Lour

Thân cây rau Má gầy và nhẵn, là loại thân bò lan, màu xanh lục hay lục ánh đỏ, có rễ ở các mấu Nó có các lá hình thận, màu xanh với cuống dài và phần đỉnh lá tròn, kết cấu trơn nhẵn với các gân lá dạng lưới hình chân vịt Các

lá mọc ra từ cuống dài khoảng 5–20 cm Bộ rễ bao gồm các thân rễ, mọc thẳng đứng Chúng có màu trắng kem và được che phủ bằng các lông tơ ở rễ

Hoa rau Má có màu từ ánh hồng tới đỏ, mọc thành các tán nhỏ, tròn gần mặt đất Mỗi hoa được bao phủ một phần trong 2 lá bắc màu xanh Các hoa lưỡng tính này khá nhỏ (nhỏ hơn 3 mm), với 5-6 thùy tràng hoa Hoa có 5 nhị

và 2 vòi nhụy Quả có hình mắt lưới dày dặc, đây là điểm phân biệt nó với các loài trong chi Hydrocotyle có quả với bề mặt trơn, sọc hay giống như mụn cơm Quả của nó chín sau 3 tháng và toàn bộ cây, bao gồm cả rễ, được thu hái thủ công

f Cây Sậy

Cây Sậy (Phragmites australis), thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), có tên

tiếng Anh thông dụng là Common Reed Sậy có thể tìm thấy ở hầu hết các

quốc gia vùng nhiệt đới với đặc điểm như một loài cỏ dại có thân cao và phát

triển mạnh trong các vùng đất ngập nước ngọt và nước lợ Thông thường, Sậy

có thể đạt chiều cao trưởng thành trung bình là 2 mét, trong điều kiện ngập

nước bão hòa hoặc cận bão hòa, chiều cao của Sậy có thể đạt 3,5-4 mét Rễ

Sậy là rễ chùm đặc trưng với mật độ sâu 30-60 cm dưới mặt đất Lá sậy có

dạng phẳng màu xanh, rộng từ 1-6 cm và dài 50-60 cm

Sậy được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý các loại nước thải khác nhau

qua một khu đất ngập nước nhân tạo (Kadlec et al., 2000; Vymalzal et

al.,1998) Sậy có khả năng giữ một lượng lớn các chất dinh dưỡng trong nước

thải qua lượng sinh khối của chúng (Windham và Ehrenfeld, 2003) Các thực

nghiệm của Lee và Scholz (2006), Tuan et al.(2005) đã chứng minh rằng Sậy

loại bỏ một lượng lớn nitrogen trong nước thải do hấp thu qua hệ thống rễ của

chúng Ở miền Trung Ấn Độ, giống Sậy Phragmites karka đã loại bỏ 78%

lượng nitrogen và 58-65% lượng photpho sau khi qua hệ thống đất ngập nước

nhân tạo dòng chảy nằm ngang (Billore et al., 1999)

Bèo Tây Rau Ngổ dại Bèo Cái

Cây Thủy trúc Cây Sậy Cây Rau má nước

Hình 1.1 Các loài thực vật thủy sinh điển hình

1.1.1.4 Các công nghệ sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Công nghệ sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm nước thải thực chất là

hệ thống đất ngập nước nhân tạo trồng cây thủy sinh, hay còn được gọi là bãi lọc trồng cây Hệ thống đất ngập nước nhân tạo là các hệ thống được thiết kế

và xây dựng nhằm tận dụng các quá trình tự nhiên kết hợp với sử dụng đất, thảm thực vật ngập nước và hệ vi sinh vật để xử lý nước thải

Hệ thống đất ngập nước nhân tạo (ĐNNNT) được sử dụng cho xử lý nhiều loại nước thải (công nghiệp, sinh hoạt, nước thải thành phố, khai mỏ )

từ hàng thập kỷ nay Đây là loại hình công nghệ tương đối mới và được ứng dụng ngày càng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Hệ thống phát triển mạnh

ở vùng đất ngập nước hay đất ẩm ướt Hệ thống đất ngập nước (ĐNN) được phân loại theo các tiêu chí khác nhau nhưng hai tiêu chí quan trọng nhất là chế

độ dòng chảy (bề mặt và dưới bề mặt) và kiểu tăng trưởng thực vật Các loại đất ngập nước khác nhau có thể được kết hợp với nhau (được gọi là hệ thống kết hợp) để phát huy tối đa những ưu điểm của mỗi hệ

Hình 1.2 Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải

a Hệ thống đất ngập nước dòng chảy trên bề mặt (free water surface - FWS)

Hệ thống ĐNN dòng chảy trên bề mặt hay hệ thống bề mặt nước thoáng

là các bể đất nông trồng cây nửa nổi (lớp nước bề mặt tiếp xúc với không khí)

Hệ thống này được xây dựng ở Mỹ để cải thiện chất lượng nước từ đầu những năm 1970 Trong hệ thống, dòng nước chảy trên bề mặt đất từ điểm vào đến điểm ra Thiết kế hệ thống bắt chước chế độ thủy học (hydrologic) trong đất ngập nước tự nhiên Nó có 1 lớp đất sét tự nhiên hoặc nhân tạo hoặc lớp chống thấm dưới đáy để chống rò rỉ Trên lớp chống thấm là lớp đất hoặc chất liệu phù hợp cho việc sinh trưởng của các loài thực vật đầm lầy Nước thải với độ sâu tương đối nhỏ chảy theo phương ngang qua bề mặt lớp đất Cấu tạo của hệ thống thường được sử dụng, với dạng kênh hẹp và dài, độ sâu của nước nhỏ, vận tốc chảy nhỏ cùng với sự có mặt của các loài thực vật, tạo điều kiện cần thiết cho chế độ gần như dòng chảy đẩy Hoạt động của hệ thống xử lý nước thải này cần nhiều diện tích đất

Hình 1.3 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy trên mặt (FWS)

Các chất hữu cơ được loại bỏ nhanh chóng trong hệ thống FWS bởi các điều kiện tĩnh lặng, sự phân hủy và quá trình lọc BOD hòa tan được loại bỏ bởi các vi sinh vật lơ lửng và bám dính Nguồn oxy chính cho các phản ứng này là các phản ứng trên mặt nước Hệ thống FWS loại bỏ một cách hiệu quả các chất rắn lơ lửng Trong các hệ thống ở đô thị, hầu hết các chất rắn được lọc

và lắng lại trong vài mét nước đầu tiên của dòng vào phía trên

Nitơ trong nước thải tồn tại dưới nhiều trạng thái hóa trị, các trạng thái này lại có thể biến đổi do hoạt động của vi sinh vật Trong nước thải, nitơ trước hết có mặt ở dạng hữu cơ là protein và urê Sau quá trình phân hủy kỵ khí, chúng chuyển sang dạng ammonia qua quá trình ammoni hóa Ammoni trải qua nhiều biến đổi Nếu có mặt oxy hòa tan, ammonium có thể biến đổi thành nitrit (NO2-) sau đó thành nitrat (NO3-); quá trình nitrat hóa xảy ra 2 bước Bước thứ nhất NH4 biến thành nitrit do vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas như sau:

NH4+ + 1,5 O2 = 2 H+ + H2O + NO2-

Bước thứ hai, nitrit biến đổi thành nitrat do chi vi khuẩn Nitrobacter:

NO2-+ 0,5 O2 = NO3- Quá trình khử nitrat đòi hỏi nguồn cacbon, xảy ra khi có mặt oxy và sinh ra khí N2 và N2O Phản ứng khử nitrat hóa lúc đầu chủ yếu xảy ra trong trầm tích của vùng đất ngập nước và trong các màng sinh học tạo thành bởi các tảo bám trên các cây sống chìm dưới nước Khí nitơ sau đó có thể được cố định, biến đổi thành nitơ hữu cơ do vi sinh vật trong cột nước, trong trầm tích, trong vùng rễ cây và trên bề mặt thân cây sống chìm Nhiệt độ thích hợp cho nitrat hóa 50%, nitơ có thể được loại bỏ

b Hệ thống thực vật thủy sinh trôi nổi tự do

Đất ngập nước với thực vật nổi tự do bao gồm một hoặc nhiều ao nông

có thực vật trôi nổi trên bề mặt Độ sâu của hệ thống nông hơn và có sự hiện diện của thực vật thuỷ sinh cỡ lớn mà không phải tảo là điểm khác biệt lớn nhất giữa vùng đất ngập nước nhân tạo với hệ thống thực vật thủy sinh trôi nổi

tự do hoặc ao hồ ổn định (Kadlec và cộng sự, 2000)

Thực vật thủy sinh trôi nổi thu nhận các chất dinh dưỡng và các nguyên

tố cần thiết qua bộ rễ phát triển trong nước Sinh khối của một số loài bèo như bèo Lục bình (Eichhornia reassipe), bèo Cái (Postia straliotes), bèo Tấm

(Lemnaceae), bèo Hoa dâu (Azolla caroliniana), rau Diếp (Pistia stratiotes) và

các loài thực vật trôi nổi khác phát triển rất mạnh trong môi trường nước thải

Bộ rễ của bèo còn là nơi cư trú của vi khuẩn hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ

Trong các ao hồ nuôi thực vật thủy sinh trôi nổi bậc cao, hiệu quả khử BOD có thể lên đến 95%, khử nitơ amoni và photpho lên đến 97% Hiệu quả thu hồi chất dinh dưỡng nitơ có thể đạt từ 200 – 1500kgN/ha.ngày Thực vật thủy sinh trôi nổi còn cung cấp ôxy cho vi khuẩn để phân hủy các chất hữu cơ Tuy nhiên thực vật thủy sinh trôi nổi phát triển sinh khối khá nhanh Trong điều kiện phát triển bình thường (sau khi nuôi cấy 1 tuần lễ), sinh khối của chúng có thể đạt 250kg chất khô/ha.ngày Vì vậy, cần có định kỳ thu hồi thực vật thủy sinh trôi nổi ra khỏi hồ đề chống hiện tượng tái ô nhiễm nước hồ

Hình 1.4 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật trôi nổi

c Hệ thống dòng chảy ngầm (subsurface flow wetlands) hay Công nghệ

vùng rễ (Root zone system)

Theo SF-2003, Ronal và George Tchobanoglous, 1998 cho rằng: Hệ thống dòng chảy ngầm cấp nước thải vào vật liệu lọc không phơi ra ánh sáng

Hệ thống cũng được gọi là bãi ngầm trồng cây (Vegetated submerged bed- VSB), hệ thống xử lý bằng bãi sậy (Reed bed treatment systems), lọc ngầm (Submerged filters), hệ thống lọc với cây, đá sỏi và vi sinh vật (Microbial rock plant filters) Ở Đức, hệ thống tương tự dùng đất tự nhiên và cây sậy được gọi

là phương pháp vùng rễ (Root zone method) Trong hệ thống dòng chảy ngầm, vật liệu trồng cây là đá cuội hoặc cát chứ không phải đất Hệ thống ĐNNNT dòng ngầm có một số ưu việt hơn ĐNNNT dòng mặt là cần ít diện tích, tránh được mùi và muỗi Tuy nhiên, hệ thống lại có giá thành cao hơn do vật liệu

trồng là đá cuội và khả năng bị tắc Xử lý sơ cấp là tiền xử lý đặc thù của hệ thống này

Thực vật trong hệ thống ĐNNNT dòng ngầm cũng giống như ĐNNNT dòng mặt như cỏ, sến, sậy và một số trường hợp là cói (lác) Mục đích trồng cây là cung cấp oxy vào trong vùng rễ và tăng diện tích bề mặt cho sinh trưởng vùng rễ Sự vận chuyển oxy đến vùng rễ và tiếp theo vào cột nước là hạn chế Rễ cây cũng giải phóng ra các chất hữu cơ, khi chúng thối rữa sẽ tạo thuận lợi cho khử nitơ

Cơ chế loại bỏ chính là biến đổi sinh học, lọc vật lý, kết tủa hóa học và hút bám như mô tả ở phần ĐNN dòng mặt Sự loại bỏ N,P kim loại và chất hữu

cơ vết kém hơn BOD, TSS và phụ thuộc thời gian lưu, đặc điểm môi trường vật liệu, tải lượng và thực hành quản lý

Loại bỏ BOD bằng cơ chế sinh học và vật lý Sự loại bỏ này xảy ra trước hết dưới điều kiện kỵ khí, tuy nhiên một phần được biến đổi nhờ các thể sống tùy nghi Tốc độ loại bỏ liên quan đến thời gian lưu và nhiệt độ Cơ chế loại bỏ TSS cũng tương tư như ĐNN dòng mặt Do không có vùng mặt nước thoáng, ĐNN dòng ngầm tránh được luồng gió và vẩn đục nên có khả năng cho dòng ra có hàm lượng TSS thấp Phần lớn chất rắn lơ lửng sẽ lắng hoặc bị giữ lại ở khoảng cách từ 10-20% tính từ đầu vào

Loại bỏ Nitơ được thực hiện bởi quá trình nitrat hóa và khử nitrat Chế

độ dòng ngầm gần với điều kiện kỵ khí ngoại trừ lớp mỏng trên đỉnh và các điểm nhỏ gần rễ cây Nitrat hóa đòi hỏi cung cấp oxy hoặc từ rễ cây, sự thông khí trở lại ở bề mặt, sự quay vòng nước đầu ra hoặc nạp theo mẻ để tạo ra dòng oxy vào trong môi trường giữa các lần nạp Sự thông khí phụ dùng ống ngầm

có thể sử dụng để cấp oxy ở một điểm trong dòng chảy

Cơ chế loại bỏ photpho về cơ bản giống với ĐNN dòng mặt Môi trường đặc biệt đòi hỏi để loại photpho do hút bám thực sự hiệu quả

Hệ thống dòng chảy ngầm được phân loại theo hướng, dòng chảy vào theo chiều ngang (HF hoặc HSF) và dòng chảy thẳng đứng (VF) Đất ngập

nước dòng chảy thẳng đứng phân loại thành dòng chảy xuống và lên Kiểu dòng chảy của nước thải có thể là hướng lên trên, hướng xuống dưới, ngang, kiểu dòng chảy ngang là phổ biến nhất Nước thải chảy qua các vùng lọc, sẽ được làm sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của chất liệu lọc, rễ thực vật Vùng ngầm thường thiếu oxy, nhưng thực vật có thể vận chuyển lượng oxy dư thừa tới phần rễ, bằng cách đó tạo ra những tiểu vùng vi sinh vật hiếu khí ngay cạnh các rễ và thực vật thân rễ Còn có một lớp ôxy mỏng trong lớp đất gần lớp tiếp xúc với không khí

 Các hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface

flow- HSF)

Hệ thống HSF được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào

và chảy qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòng chảy ra Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp tục qua một mạng lưới hoạt động của các vùng hiếu khí, hiếm khí và kỵ khí Xung quanh rễ và thân rễ có rò rỉ oxy vào môi trường, vì vậy nơi đây là khu vực hiếu khí (Brix, 1987b; Cooper và cộng sự 1996)

Hình 1.5 Hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm nằm ngang

1 - khu vực chứa đá lớn, 2 - bề mặt hệ, 3 – mức nước, 4 – vùng không thấm nước, 5 – vật liệu (ví dụ, sỏi, đá nghiền nát), 6-vùng thu gom có chứa đá lớn, 7 – ống thu gom nước, 8 - cơ cấu đầu ra để duy trì mực nước trong hệ

 Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow-VF)

Hệ thống đất ngập nước VF với dòng chảy từ trên xuống được hình thành từ rất sớm ở Đức vào những năm 1970 Hệ VF bao gồm một lớp sỏi với cát trồng thực vật lớn Kích thước của sỏi ở lớp đáy lớn hơn (khoảng 30-60mm) và ở trên bề mặt nhỏ hơn (khoảng 6mm) Nước thải được cấp gián đoạn với lượng nước lớn và bao phủ toàn bộ bề mặt của hệ thống Sau đó nước thải từ từ thấm xuống thông qua lớp lọc và được thu gom bởi hệ thống ống thu gom ở dưới đáy Nước từ đáy thoát tự do và nó cho phép không khí lấp vào đáy Kiểu cấp nước theo mẻ làm cho ôxy dễ dàng vận chuyển vào do đó làm tăng khả năng nitrat hóa Sự khuếch tán oxy từ không khí giúp quá trình oxy hóa tốt hơn so với vận chuyển oxy thông qua thực vật Mục đích chính của sự

có mặt thực vật ở VF là giúp duy trì độ dẫn thủy lực

Hình 1.6 Hệ thống đất ngập nướcnhân tạo dòng chảy thẳng từ trên xuống

Với hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên, nước

thải được cấp vào từ đáy của hệ thống Nước sẽ được thấm ngược từ dưới lên phía trên và sau đó được thu gom nhờ hệ thống thu gom trên bề mặt Hệ thống này được sử dụng phổ biến ở Brazil từ năm 1980 với lớp vật liệu lọc bao gồm

đá thô ở dưới đáy, kế tiếp là lớp sỏi to và lớp trên cùng là đất để trồng lúa

(Oryza sativa) Hệ thống này cũng được nghiên cứu ở Australia, Niu Zilân và Thụy Điển và sậy (Phragmites australis) là loài phổ biến được sử dụng

Hình 1.7 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên

1.1.2 Xử lý nước thải bằng Động vật thủy sinh

1.1.2.1 Khái niệm Động vật thủy sinh

Động vật thủy sinh (ĐVTS) là những loài động vật sinh sống ở dưới nước Do điều kiện khí hậu của nước ta thích hợp cho các loài động vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển như: các loài cá, các loài tôm, cua, ốc, hến, ngao, ngêu, vẹm, hàu chúng vừa tạo ra hệ sinh thái đa dạng vừa đem lại lợi ích cao

về kinh tế, mặt khác chúng còn góp phần cải thiện môi trường nước đặc biệt là môi trường nước thải

1.1.2.2.Vai trò của Động vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Hiện nay, một số loài động vật thủy sinh được sử dụng để xử lý một số loại nước thải như: nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp, nước thải công nghiệp thực phẩm và công nghiệp chế biến thức ăn gia súc

Dựa vào nguồn thức ăn và đặc điểm của từng loại động vật thủy sinh mà chúng được phân bố ở các tầng khác nhau:

- Tầng mặt: cá mè, cá trắm

- Tầng giữa: cá chép, cá trôi, tôm

- Tầng đáy: cá rô, cá trê, cua, nghêu, ngao, ốc, hàu, vẹm

Đặc điểm chung của các loại nước thải là có chứa nhiều các chất hữu cơ (photpho, nitơ), các chất rắn hòa tan, các kim loại nặng (Fe, Cr, Mn, As), các vi sinh vật, sinh vật phù du (giun sán, lăng quăng, rong, rêu, tảo ), các hóa chất tổng hợp

 Cơ chế loại bỏ chất gây ô nhiễm nước bởi động vật thủy sinh là do chúng có thể sử dụng các chất trên làm dinh dưỡng vì vậy chúng có tác dụng cải tạo môi trường nước

Ví dụ như:

- Cá trắm cỏ: thức ăn chủ yếu là các loại cỏ, rong và động vật phù du như tôm, tép, ấu trùng cá Trong điều kiện chăn nuôi nhân tạo, cá trắm cỏ có thể ăn các loại thức ăn nhân tạo (sản phẩm phụ của việc chế biến ngũ cốc như cám hay thức ăn viên)

- Cá mè hoa: có tác dụng làm sạch ao hồ, góp phần chống ô nhiễm môi trường nước vì cá mè hoa ăn sinh vật phù du và mùn bã hữu cơ, vi khuẩn là nguồn gốc gây ra mùi hôi thối tại các ao, hồ ở nông thôn

- Cá trôi: cũng có tác dụng làm sạch ao hồ vì nguồn thức ăn của nó là các mảnh vụn hữu cơ, các loại tảo bám

- Cá chép: cá chép có khả năng sinh sống trong những môi trường đã bị

ô nhiễm sau nhiều năm không điều chỉnh lượng chất thải công nghiệp Chúng

ăn các loại rong trong ao hồ

- Cá rô phi có thể sống được trong ao, đìa có màu nước đậm, mật độ tảo dày, có hàm lượng chất hữu cơ cao, thiếu oxy Khi còn nhỏ, cá rô phi ăn sinh vật phù du (tảo và động vật nhỏ) là chủ yếu (cá 20 ngày tuổi, kích thước khoảng 18mm) Khi cá trưởng thành ăn mùn bả hữu cơ lẫn các tảo lắng ở đáy

ao, ăn ấu trùng, côn trùng, thực vật thủy sinh làm sạch môi trường Trong thiên nhiên cá thường ăn từ tầng đáy có mức sâu từ 1-2m

- Cá rô đồng: là loại động vật ăn tạp Chúng có thể ăn cả các loài động vật thân mềm, cá con và thực vật, kể cả cỏ Chúng có thể ăn các chất hữu cơ và

vô cơ được coi là “bẩn” trong nước

- Cá măng: ăn phiêu sinh thực vật Vì thế cá cũng có cấu trúc mang với rất nhiều lược mang có tác dụng lọc và tập trung thức ăn Tuy nhiên cá con rất

ít ăn phiêu sinh thực vật, phần lớn là mùn bã hữu cơ và các chất vẩn trong nước hay đáy thủy vực (Banno,1980) Sau 3 tuần tuổi, cá măng có đặc tính ăn

các loại như tảo lam, tảo lục, tảo khuê, giáp xác, ấu trùng côn trùng, giun đất

và các chất bẩn

- Hàu là một loại động vật rộng nhiệt, rộng muối, sống bám lên nền đá, vách đá, ven bờ biển hoặc các cửa sông, nơi có dòng chảy và thủy triều thường xuyên lên xuống, có thực vật phù du phong phú làm thức ăn Trong môi trường

tự nhiên, hàu có khả năng lọc sinh học do đó chúng góp phần xử lý, làm sạch các cặn bã hữu cơ, hạn chế ô nhiễm nước

- Vẹm có vai trò lọc mùn bã hữu cơ làm sạch môi trường, lọc tảo đơn bào, lọc thực vật phù du đơn bào

Hình 1.8 Một số loài động vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải

 Cơ sở của biện pháp sử dụng hệ động- thực vật thủy sinh để loại bỏ các chất ô nhiễm này là dựa trên quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn Thông thường người ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinh dưỡng là nitơ và photpho, cacbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối (sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vật ngập mặn khác Kế tiếp trong chuỗi thức

ăn là các động vật tiêu thụ bậc 1- động vật ăn thực vật Điển hình của các động vật ở vùng nước ven biển là các loại: ngao, vẹm, hàu Còn ở vùng nước ngọt là

các loại: cá trai, ốc, hến Các loại này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy Các nghiên cứu của Jones và đồng nghiệp (2001-2002) cho thấy loài sò đá Sydney (Saccotrea commercialis) có khả năng làm giảm đáng kể hàm lượng các chất lơ lửng, mùn bã hữu cơ, nitơ tổng số, photpho tổng số,vi khuẩn tổng số trong nước thải từ các ao nuôi tôm thâm canh Hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể giảm 49%, số lượng vi khuẩn giảm 58%, nitơ tổng giảm 58-80%, photpho tổng giảm 67%

Các loài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như: cá măng, cá đối cũng được thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J.Philips, 1995)

1.1.2.3 Một số ứng dụng sử dụng ĐVTS xử lý ô nhiễm nước

a Ứng dụng hệ thống đất ngập nước để xử lý nước thải thủy sản

Do hoạt động nuôi trồng thủy sản ven biển diễn ra ở vùng nước mặn- lợ, vì vậy có thể sử dụng các hệ thống đất ngập nước để xử lý ô nhiễm nước như sau:

- Hệ thống dựa vào thực vật, động vật thủy sinh như rong câu, cá, ngao, vẹm, hàu

- Hệ thống này thường là vùng đất ngập nước có độ sâu 0,9-1,5m cùng với hệ sinh vật thủy sinh Có thể xử lý các chất ô nhiễm bằng một số quá trình như:

+ Quá trình quang hợp của các thực vật dưới nước như rong câu, vi tảo làm tăng oxy hòa tan,giảm CO2, tăng pH, tăng quá trình bay hơi của NH4, lắng đọng của photpho

+ Các động vật thủy sinh bậc 1 như các loại cá ăn thực vật phù du, các động vật đáy như ngao, vẹm, hàu ăn thực vật phù du và các chất mùn bã hữu cơ + Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân hủy hiếu khí-kỵ khí các chất ô nhiễm trong ao nuôi thủy sản và cung cấp các chất dinh dưỡng vô cơ cho hoạt động của thực vật trong nước

Hệ thống này được ứng dụng xử lý nước thải cho khu nuôi tôm quảng canh cải tiến và bán thâm canh ở xã Thạch Bàn, huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh

b Ứng dụng trong cải tạo nước hồ tự nhiên

Việc kết hợp song song hệ động- thực vật thủy sinh để cải tạo nước cho thấy hiệu quả xử lý cao

Công ty đầu tư khai thác hồ Tây đã thả 5 hecta bèo Tây xuống các hồ trong khu vực thành phố Hà Nội và kết quả nước hồ xanh trở lại Ngoài ra, việc thả những loại động vật thủy sinh như trai, ốc, vẹm, hàu, ngao tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy Mỗi con trai trung bình có thể lọc 2-3

m3/ngày Bởi vậy mà hồ Tây là một trong những hồ sạch nhất Hà Nội hiện nay

Mô hình xử lý nước thải sử dụng động vật thủy sinh cho hiệu quả khá cao, chi phí thấp, dễ vận hành, tận dụng được các thủy sinh động vật trong tự nhiên

1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái

Ưu điểm:

Dễ tìm kiếm và dễ nhận dạng các loài sinh vật thủy sinh;

TVTS dễ nuôi trong các bồn hay xô chậu, dụng cụ thí nghiệm tương tự hay trồng trên hồ; có khả năng sống trong môi trường có độ ô nhiễm cao

Mô hình xử lý nước thải sử dụng ĐVTS cho hiệu quả cao, chi phí thấp, tận dụng được các loài thủy sinh động vật trong tự nhiên;

Chi phí đầu tư thấp, dễ áp dụng;

Xử lý nước thải bằng sinh vật thủy sinh có thể đạt được mức độ xử lý

chấp nhận được;

Tuổi thọ công nghệ này dài hơn so với tuổi thọ các công nghệ xử lý có sử dụng các thiết bị điện - cơ khí;

Công nghệ/quá trình xử lý đơn giản, hiệu quả xử lý ổn định và lâu dài,

có thể phổ biến với bất cứ quy mô nào từ nhỏ đến lớn;

Thân thiện với môi trường, kiến tạo cảnh quan

Nhược điểm:

Không hiệu quả nhiều trong việc xử lý VSV gây bệnh và một số tác

nhân độc hại khác trong nước thải

Những nghiên cứu trước đây mới chỉ dừng lại ở việc tìm ra được các loài sinh vật đó có khả năng xử lý những tác nhân ô nhiễm, chưa đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng xử lý và chưa tìm ra được mối liên hệ giữa

tốc độ sinh trưởng và tốc độ xử lý

1.3 Đặc trưng của nước thải ô nhiễm chất hữu cơ cao

Nước thải là dạng chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý

Theo mục đích sử dụng và cách xả thải mà nước thải được phân loại như sau:

- Nước thải sinh hoạt: là nước được thải bỏ sau khi sử dụng các mục đích sinh hoạt Nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân hủy (hydratcacbon, protein, chất béo), các chất vô cơ sinh dưỡng (photphat, nitơ ) cùng với vi khuẩn, trứng, giun, sán Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydratcacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5-10%) Nồng độ hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/L Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

- Nước thải công nghiệp( nước thải sản xuất): là nước thải từ các xí nghiệp sản xuất, công nghiệp thủ công, giao thông vận tải gọi chung là nước thải công nghiệp Nước thải của các ngành công nghiệp khác nhau có thành phần hóa học và hóa sinh khác nhau

Có nhiều chất gây ô nhiễm nguồn nước, người ta phân thành 9 loại: + Các chất hữu cơ bền vững khó bị phân hủy

+ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy

+ Các kim loại nặng

+ Các ion vô cơ

+ Dầu mõ và các chất hoạt động bề mặt

+ Các chất có mùi hoặc có màu

+ Nhóm 1 gồm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học là nhóm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy gồm các chất protein, cacbonhydrat, các chất béo có nguồn gốc động và thực vật Các chất gây ô nhiễm này thường có trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, thủy sản…Trong thành phần các chất hữu cơ từ nước thải ở các khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% cacbonhydrat, 10% chất béo Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt Trong thực tế, người ta thường áp dụng các biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học

+ Nhóm 2 gồm các chất hữu cơ khó bị phân hủy, là các chất thuộc dạng chất hữu cơ có vòng (hydratcacbua của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ Hầu hết các chất này có độc tính đối với sinh vật và con người

Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật Xác định riêng rẽ từng loại chất hữu cơ là rất khó khăn và tốn kém vì vậy người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD và BOD BOD (Biochemical Oxygen Demand)- nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết cho việc oxy hóa các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước càng lớn

Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong nước thành CO2

và H2O bằng tác nhân oxy hóa hóa học mạnh Thường giá trị COD nhỏ hơn nhiều giá trị BOD do không phải bất kỳ chất nào oxy hóa cũng chuyển thành

chất hữu cơ có trong nước Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với xác định BOD Đặc trưng của nước thải giàu chất hữu cơ thể hiện ở chỉ số COD cao vượt quá quy chuẩn cho phép nhiều lần

1.4 Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh thái xử lý nước thải 1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Công nghệ xử lý nước thải trên thế giới hiện nay được phát triển khá mạnh mẽ Song công nghệ xử lý nước thải theo hướng sinh thái được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái của địa phương Biện pháp này được nhiều tác giả trên Thế giới nghiên cứu như :

- Nghiên cứu xử lý nước bị phú dưỡng bằng rong biển (Chaiyakam, 1994; Noiry, 1999, Akutagawa, 2000) Các tác giả này đưa ra mô hình trồng rong câu kết hợp với loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, có thể loại bỏ hầu hết các chất dinh dưỡng nitơ và photpho trong nước thải nuôi tôm kể cả phần đáy

- Một nhóm tác giả của Thổ Nhĩ Kỳ ( Z Ferdoushi và cộng sự, 2008)

đã nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của một số thực vật phù du thuộc Họ Euglenophyceae, Cyanophyceae, Bacillariophyceae và Chlorophyceae thông qua một số thí nghiệm với các chi tảo như Euglena, Anabeana và Microcystis Các loài tảo này có tác dụng xử lý các hợp chất N, P ra khỏi thủy vực bị ô nhiễm

- Ở miền Bắc Thuỵ Điển, J.L.Andersson, S.Kallner Bastviken và K.S.Tonderski đã đánh giá hoạt động trong 3-8 năm của bốn hệ thống ĐNN quy mô lớn (diện tích 20-28 ha) để xử lý nước thải đô thị Các tác giả cho rằng

khả năng loại bỏ nitơ và photpho của hệ thống ĐNN phụ thuộc vào tiền xử lý nước thải trước đó, tải trọng và các yếu tố riêng của hệ thống ĐNN như chế độ thuỷ lực hiệu quả, nồng độ oxy và các chất hữu cơ [12]

và Công nghệ Môi trường Liên bang Thuỵ Sỹ SANDEC, EAWAG đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xử lý phân bùn bể phốt lấy từ BangKok bằng hệ thống ĐNN dòng chảy thẳng đứng với cây cỏ nến (Typha) tại AIT liên tục từ năm 1997 đến nay

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay, việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường đang có

xu hướng được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam Một số nghiên cứu trong lĩnh vực này như sau:

- Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh và cộng sự thuộc Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA), Đại học Xây dựng Hà Nội đã lắp đặt và vận hành mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng để xử lý nước thải từ bể tự hoại Các cây thử nghiệm là cỏ Nến, Sậy, Thủy trúc, Phát lộc Kết quả cho thấy bãi lọc trồng cây có hiệu quả xử lý nước đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường

- Tác giả Dương Đức Tiến cùng nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Giót, Thành phố Việt Trì Nước thải qua bể lắng sang bể yếm khí rồi qua ao trồng thực vật, ao trồng bèo tây, chảy sang ao có mặt nước thoáng để xử lý nước thải bằng ánh sáng mặt trời Sau đó qua hệ thống mương trồng sậy với 4 lần thí nghiệm thì thời gian nước lưu trong đất ngập nước 7 ngày mang lại hiệu quả tốt hơn, đặc biệt là hàm lượng PO43-[11]

P trong nước sông Tô Lịch bằng bèo Tây nhằm mục đích làm sạch các ion

NH4+, NO2-, PO43- Bèo là thực vật nước, có khả năng xử lý N, P trong các nguồn nước mặt và nước thải rất tốt, đặc biệt có thể xử lý hoàn toàn hiện tượng phú dưỡng mà không phải sử dụng thêm bất cứ loại hoá chất nào khác

1.4.3.Những nghiên cứu trước đây về xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún

- Năm 1999, tác giả Trần Văn Nhị và Đỗ Thị Tố Uyên đã đưa ra kết quả nghiên cứu về xử lý nước thải làng nghề Phú Đô bằng vi khuẩn quang hợp Phương pháp này các tác giả đã sử dụng 10 chủng vi khuẩn quang hợp từ tập đoàn chủng giống của Viện công nghệ sinh học, đã nuôi các vi khuẩn này ở điều kiện kỵ khí ngoài ánh sáng Sau 4-5 ngày nuôi cấy, sinh khối của các chủng đạt cực đại, phương pháp này loại bỏ COD khoảng 85- 90% Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ này vào thực tế sẽ rất khó khăn vì tốn nhiều kinh phí, khó tạo ra điều kiện yếm khí lại vẫn phải có ánh sáng để vi khuẩn quang hợp tồn tại

và sinh trưởng

- Năm 1999, Lê Gia Hy và nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề Phú Đô bằng bùn hoạt tính Tác giả đã nghiên cứu tạo bùn hoạt tính từ 3 loại: Bùn hoạt tính tự nhiên thu được bằng cách lấy mẫu nước thải ở Phú Đô để lắng, loại bỏ phần nước trong Bùn hoạt tính nhân tạo thu được bằng cách nhân giống trên môi trường nước thải Phú Đô Bùn hỗn hợp nhân được từ phương pháp nuôi tạo bùn như trên, nhưng môi trường nhân giống là mẫu nước thải hỗn hợp từ Phú Đô, Tô Lịch, Hồ Tây Sau đó các tác giả tiến hành phân tích thành phần và số lượng vi sinh vật trong 3 loại bùn hoạt tính trên Kết quả cho thấy số lượng vi sinh vật ở hai mẫu bùn hoạt tính nhân tạo và hỗn hợp cao hơn nhiều so với bùn tự nhiên Tiếp đó các tác giả cũng đã thử nghiệm khả năng xử lý nước thải Phú Đô bằng 3 loại bùn hoạt tính trên thì thấy

xử lý bằng bùn hoạt tính hỗn hợp và nhân tạo có hiệu quả cao hơn so với bùn

tự nhiên

- Năm 2009, tác giả Hà Minh Ngọc, trường Đại học Khoa học Tự nhiện

Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước Kết quả xử lý nước thải cho làng nghề chế biến lương thực của xã Minh Khai, huyện Hoài Đức, tỉnh Hà Tây bằng hệ thống lọc sinh học kị khí và hiếu khí cho thấy các chỉ tiêu đều đạt TCVN 5945-1995