UNG DUNG DAT NGAP NUOC NHAN TAO TRONG XU LY NUOC THAI TU HAM BIOGAS

Con người đã sống hàng nghìn năm ữong sự đa dạng sinh học, phụ thuộc vào sự đa dạng sinh học. Tuy nhiên, không phải ở giai đoạn lịch sử nào con người cũng nhận thức được tầm quan trọng sống còn của đa dạng sinh học. Có lẽ chính vì thế, khái niệm đa dạng sinh học hết sức mới so với lịch sử tri thức nhân loại. Mãi đến năm 1988, đa dạng sinh học vói tư cách là khái niệm mới xuất hiện trong tác phẩm “Biodiversity”

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ vi

MỞ ĐẦU 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Nguyên lý trong quản lý tài nguyên và môi trường

ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ HẦM BIOGAS

GVHD: TS Trịnh Trường Giang HVTH: Lê Vũ Quốc Bảo

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 9/2017 TP.Hồ Chí Minh, tháng 09/2017

CHƯƠNG 1 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 4

1.1 Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm môi trường nước: 4

1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường nước: 4

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước: 5

1.4 Tình hình ô nhiễm nước 6

1.4.1 Ô nhiễm nước trên thế giới 6

1.4.2 Ô nhiễm nước tại Việt Nam 7

CHƯƠNG 2 ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 8

2.1 Đất ngập nước và đất ngập nước nhân tạo: 8

2.2 Chức năng của đất ngập nước 9

2.2.1 Chức năng sinh thái của đất ngập nước: 9

2.2.2 Chức năng kinh tế 10

2.2.3 Giá trị đa dạng sinh học 10

2.3 Một số loại vùng đất ngập nước: 11

2.4 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước 12

2.5 Các loại hình đất ngập nước nhân tạo 13

2.5.1 Bãi lọc trồng cây ngập nước(FWS) 14

2.5.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây 14

2.6 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh 16

2.6.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước 16

2.6.2 Nhóm thực vật trôi nổi 16

2.6.3 Nhóm thực vật nửa ngập nước 17

2.7 Cơ chế các quá trình xử lý 18

2.7.1 Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học 19

2.7.2 Loại bỏ chất rắn 20

2.7.3 Loại bỏ Nitơ 20

2.7.4 Loại bỏ Phốtpho 21

2.7.5 Loại bỏ kim loại nặng 22

2.7.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ 23

2.7.7 Loại bỏ vi khuẩn và virut 23

2.8 Ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải 24

2.8.1 Ưu điểm 24

2.8.2 Nhược điểm 24

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CHĂN NUÔI VÀ NƯỚC THẢI TỪ HẦM BIOGAS 26

3.1 Tổng quan về ngành chăn nuôi 26

3.1.1 Sự phân bố đàn vật nuôi 26

3.1.2 Qui mô chăn nuôi 26

3.1.3 Cơ sở vật chất 27

3.1.4 Vai trò của ngành chăn nuôi 27

3.2 Ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi 27

3.2.1 Nguồn phát thải ô nhiễm 27

3.2.2 Thành phần chất thải rắn 28

3.2.3 Thành phần chất thải lỏng 29

3.2.4 Ảnh hưởng của một số chất ô nhiễm chính đến môi trường nước 31

3.3 Áp dụng hầm biogas xử lý nước thải từ trang trại chăn nuôi 33

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO XƯ LÝ NƯỚC THẢI HẦM BIOGAS 35

4.1 Thông tin nguồn ô nhiễm: 35

4.2 Tính toán trung bình lưu lượng phát thải nước thải cho trang trại chăn nuôi 1000 con heo: 35

4.3 Diện tích đất ngập nước cần thiết: 36

4.4 Đặc tính của các loài thực vật được bố trí trong các ao xử lý 40

4.4.1 Cây Sậy 40

4.4.2 Cây Lục Bình (Bèo Tây) 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

Kết luận 42

Kiến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt 14

Hình 2.2: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầm theo chiều ngang (Cooper và cộng sự, 1996) 15

Hình 2.3: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng (Cooper và cộng sự, 1996) 15

Hình 2.4: Đường đi của BOD/Cacbon trong đất ngập nước 20

Hình 2.5: Đường đi của các hạt rắn trong đất ngập nước 20

Hình 2.6: Đường đi của Nitơ trong đất ngập nước 21

Hình 2.7: Đường đi của phốtpho trong đất ngập nước 22

Hình 2.8: Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong đất ngập nước 24

Hình 4.1: Mô hình thiết kế sơ bộ đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi 40

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ

Bảng 2.1: Danh sách một số thực vật thuỷ sinh tiêu biểu 17

Bảng 2.2: Nhiệm vụ của các loài thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý 18

Bảng 3.1:Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính trên phần trăm trọng lượng cơ thể 27

Bảng 3.2:Thành phần hoá học của phân heo 70-100kg 28

Bảng 3.3: Thành phần hóa học của phân gia súc 28

Bảng 3.4: Thành phần hoá học của nước tiểu heo có trọng lượng từ 70-100kg 29

Bảng 3.5: Tính chất nước thải chăn nuôi heo 30

Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu khí ở một số trại chăn nuôi gia đình 31

Bảng 3.7: Kết quả phân tích vi sinh mẫu nước giếng tại các hộ gia đình 33

Bảng 3.8: Đặc điểm nước thải đầu ra của hầm biogas 34

Bảng4.1: Lượng nước tiểu trung bình trong ngày tính cho 1 con lợn tại trang trại 35

Y

MỞ ĐẦU

Trong quá trình phát triển kinh tế đất nước, ngành chăn nuôi đóng vai trò quantrọng Song song với nguồn lợi kinh tế mang lại, chăn nuôi cũng đã thải ra môi trườnglượng nước thải lớn làm ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý Việc áp dụngcông nghệ xử lý hóa lý cho nước thải chăn nuôi rất tốn kém và không mang lại hiệuquả cao đối với đặc tính của nước thải Dù đã có những nỗ lực trong việc áp dụng côngnghệ biogas dựa trên quá trình phân hủy sinh học kỵ khí chất thải do chăn nuôi, nhưngnước thải đầu ra vẫn chưa đạt chất lượng,chưa đáp ứng tiêu chuẩn xả thải vào môitrường Do đó, đặt ra vấn đề phải nghiên cứu mô hình ứng dụng công nghệ mới, phùhợp với đặc trưng tính chất của nước thải chăn nuôi, không tốn kém về kinh tế và việc

áp dụng là khả thi để tiếp tục xử lý nước thải từ hầm biogas, đảm bảo chất lượng nướcthải đầu ra không gây ô nhiễm môi trường

Trên thế giới, việc sử dụng hệ thống Đất ngập nước để xử lý nước thải đã được ápdụng và mang lại kết quả khả quan Ở Việt Nam cũng đã có những ứng dụng nhưng chỉ

ở qui mô nhỏ lẻ nhưng đã mang lại những hiệu quả nhất định Chính vì thế tác giả chọngiải pháp áp dụng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải Các hệ thống đất ngập nướcnhân tạo hiện đã được sử dụng cho việc xử lý các loại nước thải có chứa nhiều chấthữu cơ trong nước như nước thải nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến

cà phê, cơ sở giết mổ… và đạt hiệu quả xử lý tương đương các công nghệ khác Điều

đó cho thấy việc nghiên cứu và áp dụng mô hình đất ngập nước nhân tạo trong xử lýnước thải chăn nuôi sau hâm biogas là mang tính khả thi cao

Hệ thống đất ngập nước nhân tạo được xây dựng để xử lý nước thải phỏng theocác quá trình sinh học, hoá và lý học của các vùng đất ngập nước tự nhiên Các vùng

đất ngập nước có thể loại bỏ chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất

ít gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường

Với những lý do và điều kiện trên, tác giả đã tiến hành nghiên cứu đề tài

“ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TỪ HẦM BIOGAS”

Đối tượng nghiên cứu:

 Đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước đầu cuối sau hầm bogas của trang trại chănnuôi

Mục tiêu nghiên cứu:

 Tóm tắt công nghệ, nguyên lý và các mô hình sử dụng công nghệ đất nghập nướcnhân tạo cho quá trình xử lý nước thải trên thế giới và áp dụng tại việt nam

 Nghiên cứu tình hình ô nhiễm nước, thành phần nước thải chăn nuôi, nước thải từhầm biogas

 Nghiên cứu, đánh giá đề xuất thiết kế mô hình xử lý nước thải từ hầm biogas củatrang trại chăn nuôi bằng đất ngập nước nhân tạo

Phạm vi nghiên cứu

 Đề tài nghiên cứu các mô hình áp dụng đất ngập nước nhân tạo cho quá trình xử lýnước thải Đề tài được tiến hành trong thời gian 1 tháng: tháng 9/2017

Phương pháp nghiên cứu:

Đề tài tiến hành chủ yếu dựa trên phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu các dự án,nghiên cứu có liên quan đến sử dụng đất ngập nước nhân tạo

Ý nghĩa khoa học:

Đề tài tạo cơ sở lý thuyết, tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu và áp dụng thựctiễn cho xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo

CHƯƠNG 1

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC

1.1 Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm môi trường nước:

Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợpvới quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đếncon người và sinh vật (khoản 8 Điều 3 Luật Bảo vệ môi trường năm 2014)

Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nóichung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểmcho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vậtnuôi và các loài hoang dã"

Hiện tượng ô nhiễm nước xảy ra khi các loại hoá chất độc hại, các loại vi khuẩngây bệnh, virut, kí sinh trùng phát sinh từ các nguồn thải khác nhau như chất thải côngnghiệp từ các nhà máy sản xuất, các loại rác thải của các bệnh viện, các loại rác thảisinh hoạt bình thường của con người hay hoá chất, thuốc trừ sâu, phân bón hữu cơ sửdụng trong sản xuất nông nghiệp được đẩy ra các ao, hồ, sông, suối hoặc ngấm xuốngnước dưới đất mà không qua xử lí hoặc với khối lượng quá lớn vượt quá khả năng tựđiều chỉnh và tự làm sạch của các loại ao, hồ, sông, suối

1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường nước:

 Nước ngầm: Các cặn lơ lửng trong nước mặt, các chất thải nặng lắng xuống đáysông, sau khi phân huỷ, một phần lượng chất được các sinh vật tiêu thụ, một phần thấmxuống mạch nước bên dưới (nước ngầm) qua đất, làm biến đổi tính chất của loại nướcnày theo chiều hướng xấu (do các chất chứa nhiều chất hữu cơ, kim loại nặng…)

 Nước mặt: Do nhiều nguyên nhân khác nhau, gây ra sự mất cân bằng giữa lượngchất thải ra môi trường nước (rác thải sinh hoạt, các chất hữu cơ,…) và các sinh vật

tiêu thụ lượng chất thải này (vi sinh vật, tảo,…) làm cho các chất hữu cơ, chất rắn lơlửng,… không được phân huỷ, vẫn còn lưu lại trong nước với khối lượng lớn, dẫn đếnviệc nước dần mất đi sự tinh khiết ban đầu, làm chất lượng nguồn nước bị suy giảmnghiêm trọng.

 Ô nhiễm nước ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật nước, đặc biệt là vùng sông,

do nước chịu tác động của ô nhiễm nhiều nhất Nhiều loài thuỷ sinh do hấp thụ cácchất độc trong nước, một số trường hợp gây đột biến gen, tạo nhiều loài mới, một sốtrường hợp làm cho nhiều loài thuỷ sinh chết

 Ô nhiễm đất: nước bị ô nhiễm mang nhiều chất vô cơ và hữu cơ thấm vào đất gây

ô nhiễm nghiêm trọng cho đất Nước ô nhiễm thấm vào đất làm liên kết giữa các hạtkeo đất bị bẻ gãy, cấu trúc đất bị phá vỡ Làm thay đổi đặc tính lý học, hóa học của đất.vai trò đệm, tính oxy hóa, tính dẫn điện, dẫn nhiệt của môi trường đất thay đổi mạnh.Thành phần chất hữu cơ giảm nhanh làm khả năng giữ nước và thoát nước của đất bịthay đổi Sự thay đổi thành phần Ion trong đất cũng làm thay đổi tính chất của đất

 Gây ô nhiễm không khí: Ô nhiễm môi trường nước không chỉ ảnh hưởng đến conngười, đất, nước mà còn ảnh hưởng đến không khí Các hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hạitrong nước thải thông qua vòng tuần hoàn nước, theo hơi nước vào không khí làm chomật độ bụi bẩn trong không khí tăng lên Không những vậy, các hơi nước này còn làgiá bám cho các vi sinh vật và các loại khí bẩn công nghiệp độc hại khác Một số chấtkhí được hình thành do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhưSO2, CO2, CO,… ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường khí quyển và con người

 Ô nhiễm nước là môi trường phát sinh và truyền nhiễm gây nên các bệnh mãntính và cấp tính cho con người như tiêu chảy, viêm màng kết, ngộ độc, ung thư do cácchất độc hại tồn tại trong nước

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước:

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Là do mưa,tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc

do các sản phẩm hoạt sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng Cây cối, sinh vật

chết đi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ Ô nhiễm nước do các yếu tố

tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thườngxuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh

từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trongquá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt

là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinhdưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng Tùy theo mức sống và lối sống mà lượngnước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày

là khác nhau Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càngcao

Nước thải công nghiệp từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp,giao thông vận tải không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngànhsản xuất công nghiệp cụ thể Ví dụ: nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩmthường chứa lượng lớn các chất hữu cơ; nước thải của các xí nghiệp thuộc da ngoài cácchất hữu cơ còn có các kim loại nặng, sulfua, Các chỉ tiêu ô nhiễm nước chínhthường được sử dụng để so sánh là COD (nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (nhu cầu oxysinh hóa), SS (chất rắn lơ lửng) Ngoài các nguồn gây ô nhiễm chính như trên thì còn

có các nguồn gây ô nhiếm nước khác như từ y tế hay từ các hoạt động sản xuất nông,lâm, ngư nghiệp của con người…

1.4 Tình hình ô nhiễm nước

1.4.1 Ô nhiễm nước trên thế giới

Ô nhiễm nước đang là vấn đề đáng báo động trên thế giới hiện nay Đặc biệt là ởcác nước đang phát triển đã xả thải ra môi trường lượng chất độc hại làm cho nguồnnước ở đây bị ô nhiễm nặng nề Ví dụ tại Sukinda, Ấn Độ các nữ công nhân phải tiếpxúc với nước nhiễm kim loại nặng thường xuyên Dẫn đến hậu quả là tình trạng vô sinh

và thai nhi bị dị tật và chết lưu Hàm lượng thủy ngân trong nước ngầm ở Vapi Ấn Độcao gấp 96 lần so với tiêu chuẩn sức khỏe do tổ chức y tế thế giới quy định Năm 1984,Bhopal, Ấn Độ xảy ra sự cố tại nhà máy thuốc trừ sâu Union Carbide India và thải ra

mô trường Năm 2000, tại nạn hầm mỏ tại công ty Aurul, Rumani thải ra 100 tấnXianua và kim loại nặng vào dòng sông ở Baia Mare làm chết hàng loạt các loài thủysản tổn hại hệ thực vật và thiếu nước sạch ảnh hưởng 2,5 triệu người

1.4.2 Ô nhiễm nước tại Việt Nam

Tại Việt Nam, với tốc độ công nghiệp hóa hiện đại hóa cao, dù đã có nhiều cốgắng trong chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường nhưng tình trạng ô nhiễmnước vẫn là vấn đề hàng đầu Các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm môi trường nước do chưa

có hệ thống xử lý nước thải hoặc chưa vận hành đúng Ví dụ nước thải ngành dệt may,giấy và bột giấy nước thải có tính kiềm pH 9-11, chỉ số oxy sinh hoá BOD và nhu cầuoxy hóa học COD cao lên đến 700 mg/l và 2.500 mg/l, cùng hàm lượng rắn lơ lửng SScao nhiều lần giới hạn cho phép Song song đó là các gốc xyanua (CN-) và các kim loạinặng như chì (Pb), thủy ngân (Hg), Asen (As) v…v.Tại các khu đô thị lớn, điển hình làThành phố Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà nội, nước thải sinh hoạt chưa có hệ thống xử lýtập trung mà xả thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận (mương, kênh, hồ, sông ) Các cơ sởsản xuất chăn nuôi không có xử lý nước thải làm ô nhiễm nước nghiêm trọng Tìnhtrạng này còn diễn ra tại các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng nơi tập trungđông dân cư

CHƯƠNG 2 ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

2.1 Đất ngập nước và đất ngập nước nhân tạo:

Theo công ước Ramsar (1971) đất ngập nước được định nghĩa như sau: "Đất ngậpnước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhântạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt,nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủytriều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m."

Theo Cowardin (1979): “Đất ngập nước là khu vực sinh thái chuyển tiếp giữa đất

và hệ thống nước, và nước là yếu tố trội có thường xuyên trong hệ thống, đất được baophủ bởi tầng nước nông”

Theo Lê Văn Khoa (2005) đất ngập nước có 3 thuộc tính:

1/ Khu vực đảm bảo nuôi dưỡng chủ yếu thực vật nước;

2/ Không tháo nước thường xuyên, đất ở dạng khử;

3/ Nền không phải chỉ là đất, đá hay sỏi mà phải được bão hoà nước hay được baophủ bởi tầng nước nông trong suốt thời kỳ phát triển vụ mùa;

Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở các vùng trũng thấp như các cánhđồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nước, vườn cây, rừng ngập nước mặn hoặcnước ngọt, các cửa sông tiếp giáp biển Quá trình xử lý nước thải của đất ngập nước tựnhiên thường chậm , không có sự kiểm soát và đòi hỏi diện tích lớn với hiệu quả khácnhau để giải quyết vấn đề này các nhà khoa học đã đưa ra khái niệm đất ngập nướckiến tạo (constructed wetland)

Đất ngập nước kiến tạo là hệ thống đất ngập nước được thiết kế và xây dựngtương tự như vùng đất ngập nước tự nhiên nhưng tăng hiệu quả xử lý nước đồng thờitiết kiệm, tăng hiệu quả sử dụng diện tích và đồng thời có thể quản lý được quá trìnhvận hành.[ CITATION LêA07 \l 1033 ]

Việc xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100năm nay ở Mỹ, châu Âu và gần đây nhất là các nước châu Á, châu Úc Việc nghiên cứuđất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt là các côngtrình của Kadlec và Knight (1996), Moshiri (1993), US-EPA (1988),… cho thấy hiệuquả xử lý các chất ô nhiễm như BOD5, COD, DO, TSS, Photpho, Coliform,…có giảmđáng kể trong nước thải

2.2 Chức năng của đất ngập nước

2.2.1 Chức năng sinh thái của đất ngập nước:

Nạp nước ngầm : nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngậpnước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt

Bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa từ đó có thể làm giảm lũ ở vùng hạ lưu

Ổn định vi khí hậu : do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờlớp phủ thực vật của đất ngập nước làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định

Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn : nhờ lớp phủ thực vật có tácdụng làm giảm sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt

Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm : vùng đất ngập nước được coi như là

bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc

Sản xuất sinh khối : rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi sản xuất và xuất khẩu sinhkhối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật

Giao thông thủy : hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngậplụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vậnchuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tếcủa các cộng đồng dân cư địa phương

Giải trí, du lich : các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim ( Đồng Tháp), vàXuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, hiềuđầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí.

2.2.3 Giá trị đa dạng sinh học

 Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của đất ngập nước.Nhiều vùng đất ngập nước là nơi cư trú rất thích hợp của các loài động vật hoang dã,đặc biệt là loài chim nước, trong đó có nhiều loài chim di trú

 Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh tháiđược tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái cónăng suất cao

2.3 Một số loại vùng đất ngập nước:

 Đất ngập nước mặn:

+Thuộc biển: Thuỷ vực nông bao gồm cả vịnh và eo biển Thảm thực vật thuỷ sinh(rong, cỏ biển), rạn san hô,bờ biển đá gồm vách đá và bờ đá, bãi đá, bãi cát, bãi bùn,bãi có rừng ngập mặn, bãi có cỏ, cói, lau sậy, đầm lầy mặn.

+Thuộc cửa sông: Nước vùng cửa sông: bãi cát, bãi bùn, bãi có cỏ, cói lau, sậy, bãi córừng ngập mặn, dừa nước, dừa nước, đầm lầy

+Thuộc đầm phá,hồ nước mặn: Đầm phá nước mặn, nước lợ, hồ nước mặn, nước lợ

 Đất ngập nước ngọt:

+Thuộc sông suối, kênh rạch: Sông suối, kênh rạch có nước thường xuyên, thácnước,vùng Châu thổ sông, sông suối, kênh rạch có nước theo mùa, đồng bằng ngậpnước theo mùa

+Thuộc ao hồ: Ao hồ có nước thường xuyên, ao hồ có nước theo mùa, vùng trũng ven

ao hồ ngập nước theo mùa

+Thuộc đầm lầy: Đầm lầy nước ngọt thường xuyên, đầm lầy nước ngọt theo mùa, đấtthan bùn, suối phun nước ngọt và đất ngập nước ở các ô trũng trên núi, đầm lầy córừng cây chịu ngập úng(rừng tràm), đầm lầy có rừng cây bụi

 Đất ngập nước nhân tạo:

+Đất nuôi trồng thuỷ sản: Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng bãi bồi cửa sông, ven biển.Đất trồng thuỷ sản ở vùng ngập mặn Đất nuôi trồng thuỷ sản ở đất ruộng lúa.Đất nuôitrồng thuỷ sản ở trên cát Nuôi ở hồ ao,sông cụt, đấu, thùng đào

+Đất canh tác nông nghiệp: Đất trồng lúa được tưới nước, đất trồng lúa ở vùng trũng.+Đất công nghiệp: khu vực khai thác, đào bới,nơi xử lý nước thải

+Hồ chứa nước và hệ thống đập, kênh dẫn nước

2.4 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước.

Trên thế giới, đất ngập nước được sử dụng để cải thiện chất lượng nước đã đượcbiết đến vào những thập kỷ 20 của thế kỷ trước, nhưng hầu hết là các đất ngập nước tựnhiên [ CITATION USE99 \l 1033 ] Những nghiên cứu xây dựng đất ngập nước để xử

lý nước thải bắt đầu vào những năm 1950 ở Đức (trích dẫn bởi Vymazal 2008), ở Hoa

kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển mạnh trong những năm 1990, người taxây dựng nhiều hệ thống xử lý nước thải bằng đất ngập nước và áp dụng rộng rảikhông chỉ để xử lý nước thải đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu côngnghiệp vùng khai khoáng và nước thải nông nghiệp

Bãi lọc trồng cây ở Bắc Âu miền bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nướcđược sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị Nghiên cứu của J.L.Andersson, S Kallner Bastviken và K S Tonderski đã đánh giá hoạt động trong 3 – 8năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn( diện tích 20 – 28 ha) Các bãi lọc hoạt độngkhá ổn định, loại bỏ 0,7-1,5 tấn N/ha.năm Lượng P bị khử cũng biến đổi trong khoảng

10 đến 41 kg/ha.năm, phụ thuộc vào các giá trị tải trọng khác nhau [ CITATIONJLA05 \l 1033 ]

Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý nước thảisinh hoạt vào năm 1991 Ngày nay vùng nông thôn Nauy áp dụng hệ thống gồm bể tựhoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọcngầm trồng cây với dòng chảy ngang Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hànhcho phép đạt hiệu suất khử P ổn định > 90% Hiệu suất loại bỏ N khoảng 40-60% Hiệuquả loại bỏ các vi khuẩn chỉ thị rất cao, thường đạt tới < 1000 coliform chịu nhiệt/ 100ml[ CITATION Pet05 \l 1033 ]

Tại Việt Nam, các nghiên cứu và áp dụng đã được thực hiện và đem lại hiệu quảnhư: Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảythẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên

cứu thực hiện Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiệu quả loại bỏ các chất ônhiễm như : với sơ đồ bậc 1, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây cho phép đạttiêu chuẩn nước loại B đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP Với sơ đồ bậc 2 nối tiếp, chấtlượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây đạt tiêu chuẩn nước loại A với các chỉ tiêuCOD, SS, TP Tuy nhiên, với chế độ luôn ngập nước, chỉ tiêu NH4-N và vi sinh vậttrong nước còn vượt quá tiêu chuẩn (Nguyễn Việt Anh, 2005)

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục

bình của Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đạt hiệu quả xử lý 90-95%COD, BOD5 đạt 70% Phốt pho, 78% Nito nước thải sau

xử lý đạt loai A theo QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT.[ CITATION Phạ12 \l 1033 ]

Ngô Thị Diễm Trang và Hans Brix đã tiến hành nghiên cứu áp dụng xử lý nướctải sinh hoạt bằng hệ thống đất ngập nước kiến tạo nền cát vận hành mức tải nạp thủylực cao Kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng cây Sậy với nền cát dòng chảy ngầmngang với khả năng xử lý BOD 41-71%, COD là 68-84% Chất lượng nước đầu ra đạtchuẩn xả thải vào nguồn nước mặt[ CITATION Han12 \l 1033 ]

Áp dụng đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải ao nuôi cá nước ngọt củatác giả Lê Anh Tuấn năm 2007 cho thấy thông số BOD5 và COD đều có hiệu suất xử lý

là trên 85%, riêng độ đục và tổng coliform đạt 96% [ CITATION LêA07 \l 1033 ]

2.5 Các loại hình đất ngập nước nhân tạo

Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dòng chảy, môi trường và các loài thực vậttrồng trên bãi lọc Một cách tổng quát ta có thể phân loại bãi lọc trồng cây thành hailoại:

2.5.1 Bãi lọc trồng cây ngập nước(FWS)

Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên Dưới đáy bãi lọc

là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa chống thấm Trênlớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát triển của thực vật có thân nhôlên khỏi mặt nước Dòng nước nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc Hìnhdạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm

Hình 2.1: Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt

Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy mặt điển hình có một hoặc nhiều bể cạnchứa lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển dày 20 ÷ 30cm và chiều sâulớp nước 20 ÷ 40 cm Thực vật nổi dày đặc thường bao phủ hơn 50% diện tích bề mặt Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0,3 m Dưới đáy được thiết kế lớp chống thấmnhằm hạn chế sự rò rỉ, thất thoát nước Dòng nước thải sẽ được cho chảy ngang qualớp vật liệu lọc Có khả năng triển khai mở rộng kích thước từ thấp hơn 1 ha cho đếnlớn hơn 1.000 ha

2.5.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây

- Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên gọi khác nhau như lọc ngầm trồng cây, hệ thống xử lý với vùng rễ , bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy hay bể lọc vi sinh và vật liệu 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, sỏi, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc, kích thước sỏi hay đá được sử dụng phổ biến khoảng 10 ÷ 20mm Bề dày lớp vật liệu dao động từ 0,6 ÷ 1 m

Phân loại dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới lên, từ trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang

Hình 2.2: Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầm theo chiều ngang

thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ cũng có một vùng hiếu khítrong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí.

- Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn lơlửng tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện thiếu oxy, kịkhí trong các bãi lọc không cho phép nitrat hoá amoni nên khả năng xử lý nitơ bị hạnchế Xử lý phốtpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng (sỏi, đá dăm) cókhả năng hấp phụ kém

2.6 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh

Thực vật thuỷ sinh là những loài có khả năng thích nghi cao với môi trường sốngngập trong nước và một số trong các loài đó có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trongnguồn nước với hiệu quả rất cao Thực vật thuỷ sinh được sử dụng để cử lý nước ônhiễm có thể chia làm 3 loại : nhóm thực vật ngập nước, nhóm thực vật trôi nổi, nhómthực vật nữa ngập nước

2.6.1 Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước

- Là những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới mặt nước) Đặc điểmquan trọng của các loài thực vật ngập nước là chúng tiến hành quang hợp hay các quátrình trao đổi chất hoàn toàn trong nước

2.6.2 Nhóm thực vật trôi nổi

- Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước trong vùng nhiệt đới Các loàithực vật này phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần, phần lá và thân mềm nổitrên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần dưới nước là rễ,

rễ các loài thực vật này là rễ chùm

- Nhóm thực vật này bao gồm ba loài sau : bèo lục bình(water hyacinth), bèo tấm(duck week), rau diếp nước( water lettuce) Rễ của các loài thực vật này như những

giá thể để vi sinh vật bám và, phân huỷ hay tiến hành quá trình vô cơ hoá các chất hữu

cơ trong nước thải Thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao

2.6.3 Nhóm thực vật nửa ngập nước

- Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước Mộtphần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước Phần rễ bám vào đấtngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặtnước để tiến hành quá trình quang hợp Việc làm sạch môi trường nước đối với các loàithực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước Các loài thân cỏ thuộc nhóm nàybao gồm : cỏ đuôi mèo( cattails), sậy (reed), cỏ lõi bấc(bulrush)

Bảng 2.1: Danh sách một số thực vật thuỷ sinh tiêu biểu Loại Tên thông thường Tên khoa học Hình ảnh

Thực vật thủy

sinh sống chìm

Hydrilla VerticillataHydrillaWater Milfoil MyriophyllumspicatumBlyxa Blyxa aubertii

mặt nước hoặc phía

2.7 Cơ chế các quá trình xử lý

Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm: cácchất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và các vi sinh vật gâybệnh Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các quátrěnh vật lý, hóa học và sinh học

-Vật lý: Lắng do trọng lực: Các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp lọc,

qua tầng rễ; Lực hấp dẫn giữa các phần tử; Sự bay hơi NH3 từ nước thải

-Hóa học: Tạo thành các hợp chất; Hấp phụ trên bề mặt lớp lọc và bề mặt thực

vật; Phân hủy hoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi các tác nhân như tia tửngoại, oxy hóa

-Sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy và vi

sinh vật bám dính trên thực vật Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động của visinh vật; Dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm sẽđược thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ trong môi trường

2.7.1 Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.

Trong các bãi lọc, phân huỷ sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ cácchất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh học (BOD) có trongnước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắngPhân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hoà tan được mang vào lớp màng vi sinhbám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọcxung quanh, nhờ quá trình khuếch tán Vai trò của thực vật trong bãi lọc là cung cấpmôi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí)

cư trú Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếukhí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ