Tổng quan nghiên cứu

Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường đất, nước và không khí, đặc biệt tại các khu vực đô thị phát triển nhanh. Tại Việt Nam, lượng chất thải rắn đô thị ngày càng gia tăng, trong khi công nghệ xử lý nước rỉ rác hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế, gây ra các sự cố môi trường như mùi hôi, ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Bãi chôn lấp rác Tóc Tiên, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, với công suất xử lý khoảng 2000 tấn rác/ngày, đang đối mặt với thách thức trong việc xử lý nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao, với COD lên đến 1244 mg/l và BOD5 lên đến 906 mg/l.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác của một số thực vật thủy sinh gồm cỏ Vetiver, bèo Lục bình và bèo Cái trên quy mô pilot, nhằm đề xuất công nghệ xử lý thân thiện với môi trường, hiệu quả kinh tế và phù hợp với điều kiện thực tế tại Bãi chôn lấp Tóc Tiên. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 11 năm 2013, tập trung vào việc theo dõi các chỉ tiêu chất lượng nước như pH, BOD5, COD, SS, tổng Nitơ, cũng như sinh trưởng và tích lũy sinh khối của thực vật thủy sinh.

Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng được sinh khối thực vật sau xử lý làm nguyên liệu cho phân bón hoặc thức ăn gia súc, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và bền vững cho công tác quản lý chất thải rắn đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về xử lý nước thải sinh học bằng thực vật thủy sinh, trong đó:

  • Lý thuyết hấp thụ và chuyển hóa chất ô nhiễm: Thực vật thủy sinh hấp thụ các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rỉ rác, chuyển hóa thành sinh khối và các hợp chất ít độc hại hơn.
  • Mô hình sinh trưởng và tích lũy sinh khối: Sinh khối thực vật tăng lên khi hấp thụ các chất dinh dưỡng, đồng thời sinh khối này có thể được thu hoạch để làm phân compost hoặc thức ăn.
  • Khái niệm về các chỉ tiêu môi trường: COD (Nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học trong 5 ngày), SS (Chất rắn lơ lửng), tổng Nitơ và pH là các chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác.

Các khái niệm chính bao gồm: thực vật thủy sinh (cỏ Vetiver, bèo Lục bình, bèo Cái), hiệu suất xử lý ô nhiễm, sinh khối và tỷ lệ C/N trong sinh khối.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại Bãi chôn lấp Tóc Tiên, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, trong giai đoạn từ 23/08/2013 đến 11/11/2013. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Thu thập dữ liệu: Lấy mẫu nước rỉ rác đầu vào và đầu ra bể UASB tại trạm xử lý hiện hữu, phân tích các chỉ tiêu pH, BOD5, COD, SS, tổng Nitơ theo tiêu chuẩn TCVN và SMEWW.
  • Thiết kế thí nghiệm pilot: Sử dụng 20 thùng nhựa chứa 35 lít nước rỉ rác, bố trí 2 nghiệm thức (NT I: nước rỉ rác sau bể UASB; NT II: nước rỉ rác trước bể UASB), mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần cùng mẫu đối chứng.
  • Thực vật thủy sinh nghiên cứu: Cỏ Vetiver được dưỡng trong dung dịch Knop 25 ngày trước khi thí nghiệm, trong khi bèo Lục bình và bèo Cái được thả trực tiếp vào nước rỉ rác.
  • Quan trắc và phân tích: Theo dõi sinh trưởng (chiều cao thân, độ dài rễ, sinh khối), các chỉ tiêu chất lượng nước và hàm lượng C, N, P trong thực vật thủy sinh. Mẫu được lấy 2 tuần/lần, phân tích 3 lần để lấy giá trị trung bình.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Excel để xử lý và vẽ biểu đồ, đánh giá hiệu suất xử lý và sự phát triển sinh khối.

Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 20 thùng nhựa, phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên, lý do chọn phương pháp phân tích là để đảm bảo độ chính xác và tính khả thi trong điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng thích nghi và sinh trưởng của thực vật thủy sinh:

    • Cỏ Vetiver phát triển tốt trong nước rỉ rác với COD ≤ 1244 mg/l, BOD5 ≤ 906 mg/l. Chiều cao thân cỏ tăng 4,33 lần (NT I) và 3,67 lần (NT II) sau 56 ngày, độ dài rễ tăng 2,04 lần và 1,76 lần tương ứng.
    • Bèo Lục bình và bèo Cái không thích nghi, 85% số lượng chết sau 5 ngày thí nghiệm.
  2. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm:

    • Hiệu suất xử lý BOD5 đạt 94,76% (NT I) và 91,68% (NT II) sau 56 ngày, giảm từ 724,8 mg/l và 906 mg/l xuống dưới 100 mg/l, đạt tiêu chuẩn cột B1 QCVN 25:2009/BTNMT.
    • Hiệu suất xử lý COD đạt 94,22% (NT I) và 89,71% (NT II), giảm từ 995,2 mg/l và 1244 mg/l xuống dưới 400 mg/l, đạt tiêu chuẩn cột B1.
    • Chỉ số pH ổn định trong khoảng 6,5 – 8,3, phù hợp với sinh trưởng của thực vật và vi sinh vật.
    • Hiệu suất xử lý SS đạt 82,67% (NT I) và 80,39% (NT II), giảm từ 116 mg/l và 145 mg/l xuống dưới 30 mg/l, đạt tiêu chuẩn nguồn tiếp nhận.
    • Hiệu suất xử lý tổng Nitơ rất cao, đạt 93,99% (NT I) và 92,87% (NT II), giảm từ 540 mg/l và 720 mg/l xuống dưới 60 mg/l, đạt tiêu chuẩn cột B1.
  3. Sinh khối và hàm lượng chất hữu cơ trong cỏ Vetiver:

    • Sinh khối cỏ Vetiver tăng từ 1,1 kg lên 4,56 kg (NT I) và 3,16 kg (NT II) sau 56 ngày.
    • Tỷ lệ C/N trong cỏ sau xử lý là 24,9:1, nằm trong khoảng tối ưu cho quá trình ủ phân compost.
    • Hàm lượng C, N, P trong cỏ lần lượt là 8,26%, 0,33% và 0,059%, cho thấy cỏ có giá trị dinh dưỡng cao, có thể sử dụng làm phân bón hoặc thức ăn gia súc.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy cỏ Vetiver có khả năng thích nghi và xử lý hiệu quả nước rỉ rác với nồng độ ô nhiễm cao, vượt trội so với bèo Lục bình và bèo Cái. Hiệu suất xử lý BOD5, COD, SS và tổng Nitơ đều đạt trên 80%, phù hợp với tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Quá trình sinh trưởng mạnh mẽ của cỏ Vetiver đồng thời tạo ra nguồn sinh khối có giá trị kinh tế, góp phần giảm chi phí xử lý và tăng tính bền vững.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước rỉ rác, đặc biệt là cỏ Vetiver, phù hợp với điều kiện khí hậu và đặc điểm nước rỉ rác tại Việt Nam. Việc duy trì pH ổn định và giảm nhanh các chỉ tiêu ô nhiễm cho thấy quá trình hấp thụ và chuyển hóa chất ô nhiễm diễn ra hiệu quả, có thể minh họa qua biểu đồ biến đổi BOD5, COD và tổng Nitơ theo thời gian.

Tuy nhiên, thời gian xử lý tối ưu được xác định là khoảng 42 ngày, kéo dài hơn có thể gây hiện tượng rễ bị úng thối và giảm hiệu quả xử lý. Ngoài ra, việc không thích nghi của bèo Lục bình và bèo Cái cho thấy cần lựa chọn kỹ lưỡng loại thực vật thủy sinh phù hợp với đặc tính nước rỉ rác.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver tại Bãi chôn lấp Tóc Tiên

    • Thiết kế hồ sinh học trồng cỏ Vetiver sau bể UASB để xử lý nước rỉ rác, nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm.
    • Thời gian vận hành hồ khoảng 42 ngày cho mỗi chu kỳ xử lý để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý bãi chôn lấp và đơn vị vận hành trạm xử lý.
  2. Thu hoạch và tận dụng sinh khối cỏ Vetiver sau xử lý

    • Thu hoạch định kỳ sinh khối cỏ để làm nguyên liệu sản xuất phân compost hoặc thức ăn gia súc, góp phần giảm chi phí xử lý và tăng giá trị kinh tế.
    • Thời gian thu hoạch sau mỗi chu kỳ xử lý 42 ngày.
    • Chủ thể thực hiện: Đơn vị quản lý bãi chôn lấp phối hợp với các doanh nghiệp sản xuất phân bón và thức ăn.
  3. Nghiên cứu mở rộng và ứng dụng công nghệ cho các bãi chôn lấp khác

    • Thực hiện khảo sát và thử nghiệm tại các bãi chôn lấp có đặc điểm tương tự để nhân rộng mô hình xử lý bằng cỏ Vetiver.
    • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học và cơ quan quản lý môi trường.
  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ vận hành và cộng đồng

    • Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật trồng và quản lý cỏ Vetiver trong xử lý nước rỉ rác.
    • Tuyên truyền nâng cao nhận thức về lợi ích của công nghệ xử lý sinh học thân thiện môi trường.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, các tổ chức phi chính phủ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và chính quyền địa phương

    • Lợi ích: Hiểu rõ công nghệ xử lý nước rỉ rác thân thiện môi trường, áp dụng vào quản lý bãi chôn lấp, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng sống cho cộng đồng.
  2. Các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật môi trường

    • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp xử lý sinh học bằng thực vật thủy sinh, áp dụng trong thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước rỉ rác hiệu quả.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo mô hình nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp phân tích và xử lý số liệu, phát triển đề tài nghiên cứu liên quan.
  4. Doanh nghiệp sản xuất phân bón và thức ăn gia súc

    • Lợi ích: Khai thác nguồn nguyên liệu sinh khối cỏ Vetiver giàu dinh dưỡng, phát triển sản phẩm phân compost và thức ăn gia súc chất lượng cao.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cỏ Vetiver có thể xử lý nước rỉ rác với nồng độ ô nhiễm cao đến mức nào?
    Cỏ Vetiver có khả năng xử lý nước rỉ rác với COD lên đến 1244 mg/l và BOD5 lên đến 906 mg/l, đạt hiệu suất xử lý trên 90% sau 42 ngày, phù hợp với tiêu chuẩn môi trường Việt Nam.

  2. Tại sao bèo Lục bình và bèo Cái không thích nghi trong thí nghiệm?
    Hai loại bèo này không chịu được môi trường nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao, dẫn đến tỷ lệ chết lên đến 85% sau 5 ngày, do đó không phù hợp để xử lý nước rỉ rác tại bãi chôn lấp này.

  3. Thời gian xử lý tối ưu cho công nghệ này là bao lâu?
    Thời gian xử lý tối ưu là khoảng 42 ngày, khi đó hiệu suất xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm đạt đỉnh, kéo dài hơn có thể gây hiện tượng rễ cỏ bị úng thối và giảm hiệu quả.

  4. Sinh khối cỏ Vetiver sau xử lý có thể sử dụng làm gì?
    Sinh khối có tỷ lệ C/N khoảng 24,9:1, phù hợp để ủ phân compost hoặc làm thức ăn gia súc giàu dinh dưỡng, góp phần tăng giá trị kinh tế và giảm chi phí xử lý.

  5. Công nghệ này có thể áp dụng cho các bãi chôn lấp khác không?
    Có thể áp dụng cho các bãi chôn lấp có đặc điểm tương tự về nồng độ ô nhiễm và điều kiện khí hậu, tuy nhiên cần khảo sát và điều chỉnh phù hợp từng địa phương.

Kết luận

  • Cỏ Vetiver là thực vật thủy sinh có khả năng xử lý hiệu quả nước rỉ rác với nồng độ ô nhiễm cao, đạt hiệu suất xử lý BOD5 và COD trên 90% sau 42 ngày.
  • Bèo Lục bình và bèo Cái không thích nghi với môi trường nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao, không phù hợp cho xử lý nước rỉ rác tại Bãi chôn lấp Tóc Tiên.
  • Sinh khối cỏ Vetiver tăng lên đáng kể sau xử lý, có giá trị dinh dưỡng cao, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất phân compost và thức ăn gia súc.
  • Công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver có thể được đề xuất áp dụng cải tiến tại Bãi chôn lấp Tóc Tiên và nhân rộng cho các bãi chôn lấp khác.
  • Các bước tiếp theo bao gồm thiết kế hồ sinh học trồng cỏ Vetiver, đào tạo nhân lực vận hành và nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ.

Hành động ngay hôm nay để áp dụng công nghệ xử lý nước rỉ rác thân thiện môi trường, góp phần bảo vệ nguồn nước và nâng cao chất lượng cuộc sống cộng đồng!