Luận văn thạc sĩ về giải pháp công nghệ thực vật nổi để giảm thiểu ô nhiễm nước kênh rạch

Tài liệu chuyên sâu Giải pháp công nghệ thực vật nổi trong quản lý ô nhiễm nước kênh rạch, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Giang
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thị Diệu Hiền
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Giải Pháp Công Nghệ Thực Vật Nổi Giảm Thiểu Ô Nhiễm Nước Kênh Rạch
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. HỒ CHÍ MINH

Tóm tắt

I. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Ô nhiễm nước kênh rạch là một vấn đề nghiêm trọng tại Thành phố Hồ Chí Minh, ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe của người dân. Các tuyến kênh rạch hiện đang chịu áp lực từ lượng nước thải sinh hoạt và sản xuất, với chỉ khoảng 13% được xử lý qua hệ thống tập trung. Giải pháp công nghệ thực vật nổi (FTW) được đề xuất như một phương pháp tiết kiệm và hiệu quả để xử lý ô nhiễm. Hệ thống này sử dụng thực vật để hấp thụ chất dinh dưỡng và cải thiện chất lượng nước, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tìm hiểu khả năng xử lý ô nhiễm nước của thực vật thông qua công nghệ thực vật nổi (FTW). Nghiên cứu sẽ đánh giá tình hình ô nhiễm kênh rạch tại Thành phố Hồ Chí Minh và khả năng xử lý nước thải của các loài thực vật đã chọn. Đề xuất mô hình thực vật nổi phù hợp để giảm thiểu ô nhiễm nước kênh rạch là một phần quan trọng trong nghiên cứu này.

II. Tổng Quan Về Kênh Rạch Tại Thành Phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh có một mạng lưới kênh rạch dày đặc, với tổng chiều dài khoảng 76 km. Các kênh như Nhiêu Lộc – Thị Nghè và Tân Hóa – Lò Gốm đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát nước và điều hòa hệ sinh thái. Tuy nhiên, chất lượng nước tại đây đang bị suy giảm nghiêm trọng do ô nhiễm từ chất thải sinh hoạt và công nghiệp. Việc áp dụng công nghệ xử lý nước như FTW có thể giúp cải thiện tình hình ô nhiễm hiện tại.

2.1. Tình Hình Ô Nhiễm Nước Kênh Rạch

Các tuyến kênh rạch tại Thành phố Hồ Chí Minh đang gặp phải tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Nước thải không được xử lý đúng cách đã dẫn đến sự gia tăng chất ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật. Việc sử dụng công nghệ FTW sẽ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm này, cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Giải Pháp Công Nghệ Thực Vật Nổi FTW

Giải pháp công nghệ thực vật nổi (FTW) là một phương pháp xử lý nước thải hiệu quả, sử dụng các bè thực vật thả nổi trên mặt nước. Hệ thống này không chỉ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm mà còn tạo ra môi trường sống cho các loài sinh vật thủy sinh. Các nghiên cứu cho thấy, mô hình FTW có thể đạt hiệu suất loại bỏ tổng Photpho lên đến 70% và tổng Nito lên đến 48%. Điều này chứng tỏ rằng FTW là một giải pháp khả thi và bền vững cho việc xử lý ô nhiễm nước kênh rạch.

3.1. Lợi Ích Của Giải Pháp FTW

Giải pháp FTW mang lại nhiều lợi ích, bao gồm chi phí thấp hơn so với các công nghệ xử lý nước khác, dễ dàng lắp đặt và bảo trì. Hệ thống này có thể được tích hợp vào các hồ nước hiện có mà không cần phải xây dựng mới. Hơn nữa, FTW còn giúp cải thiện mỹ quan đô thị và tạo ra môi trường sống cho động thực vật thủy sinh, góp phần bảo vệ đa dạng sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh hiện đang đối mặt với áp lực môi trường nghiêm trọng khi lượng nước thải đô thị phát sinh lên tới khoảng 1,54 triệu m³/ngày. Tuy nhiên, toàn thành phố mới chỉ có ba nhà máy xử lý nước thải tập trung gồm Bình Hưng, Bình Hưng Hòa và Tham Lương – Bến Cát hoạt động với tổng công suất 186.000 m³/ngày, đáp ứng khoảng 13% nhu cầu xử lý. Khoảng 87% lượng nước thải sinh hoạt còn lại chưa qua xử lý triệt để đã xả trực tiếp vào hệ thống 76 km kênh rạch nội đô. Tình trạng này kết hợp với lượng rác thải sinh hoạt trôi nổi dao động từ 10 đến 40 tấn/ngày trên tuyến Tàu Hủ – Kênh Đôi và từ 5 đến 14 tấn/ngày trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè đã khiến chất lượng nguồn nước suy giảm nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Thanh Giang tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP.HCM được thực hiện từ tháng 9/2023 đến tháng 1/2024 nhằm giải quyết bài toán cấp bách trên. Đề tài tập trung khảo sát hiện trạng chất lượng nước mặt tại 16 vị trí trọng điểm thuộc 4 lưu vực kênh rạch chính ở Thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời vận hành thử nghiệm mô hình công nghệ thực vật nổi quy mô pilot để xử lý nguồn nước ô nhiễm từ kênh Hàng Bàng thuộc Quận 6.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua các chỉ số mục tiêu rõ ràng: loại bỏ tới 70% tổng Photpho, 48% tổng Nitơ, giảm trên 90% hàm lượng chất hữu cơ và vi sinh vật gây hại, đồng thời nâng nồng độ oxy hòa tan lên trên 5,0 mg/L. Đây là tiền đề khoa học vững chắc để các nhà quản lý đô thị triển khai giải pháp sinh thái chi phí thấp, thân thiện môi trường và phù hợp với điều kiện kênh rạch nhiệt đới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết đất ngập nước kiến tạo và biến thể công nghệ thực vật nổi. Cấu trúc hệ thống bao gồm bè nổi nhân tạo giữ phần thân, lá thực vật trên mặt nước trong khi bộ rễ ngập hoàn toàn trong cột nước, đóng vai trò như một màng lọc sinh học tự nhiên. Ba cơ chế xử lý cốt lõi được vận dụng gồm:

• Quá trình hấp thụ dinh dưỡng trực tiếp qua rễ để chuyển hóa Nitơ và Photpho thành sinh khối thực vật.
• Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và thiếu khí nhờ màng vi sinh vật bám dính dày đặc trên bề mặt rễ.
• Quá trình chuyển hóa sinh hóa qua chu trình nitrat hóa, khử nitrat và lắng đọng chất rắn lơ lửng.

Hệ thống đánh giá chất lượng nước dựa trên chỉ số chất lượng nước Việt Nam theo hướng dẫn kỹ thuật của Bộ Tài nguyên và Môi trường, đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1. Cơ sở pháp lý của đề tài gắn liền với Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Quyết định số 1622/QĐ-TTg về quy hoạch tài nguyên nước quốc gia và Nghị định số 80/2014/NĐ-CP về thoát nước và xử lý nước thải.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp khảo sát thực địa diện rộng và thực nghiệm mô hình sinh học theo mẻ:

• Phương pháp thu thập dữ liệu hiện trạng: Thiết lập 16 vị trí lấy mẫu đại diện tại đầu tuyến, giữa tuyến và cuối tuyến trên 4 hệ thống kênh chính gồm Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tàu Hủ – Bến Nghé – Đôi – Tẻ, Tân Hóa – Lò Gốm và Tham Lương – Bến Cát. Mỗi điểm được lấy 2 mẫu tương ứng với 2 chu kỳ triều cao và triều thấp, tạo ra bộ dữ liệu gồm 32 mẫu nước mặt. Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo đặc trưng thủy văn được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác sự biến động ô nhiễm theo chế độ bán nhật triều.
• Thiết kế mô hình pilot: Bố trí 7 bể thí nghiệm bằng nhựa HDPE dung tích 0,96 m³ với kích thước 1,2 m x 1,2 m x 1,0 m, kiểm soát độ sâu mực nước ở mức 0,8 m. Phao nổi bằng ống nhựa PVC Ø90 có diện tích 0,42 m² với giá thể gạch đỏ dày 10 cm. Sáu loài thực vật bản địa được thử nghiệm độc lập gồm Chuối hoa lai, Sậy nam, Cỏ voi, Thủy trúc, Cói bạc đầu, Cói thơm cùng 1 bể đối chứng không trồng cây. Mật độ bố trí từ 6 đến 12 cây/bè, tương đương sinh khối ban đầu từ 476 g/m² đến 595 g/m².
• Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Các chỉ tiêu pH, DO, TSS, COD, Amoni, Nitrite, Nitrate, tổng Nitơ, tổng Photpho, Sắt và Coliform được phân tích theo phương pháp chuẩn SMEWW. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê mô tả, phân tích ma trận tương quan Pearson và kiểm định sai biệt ANOVA một yếu tố kết hợp phép thử Bonferroni và Tamhane ở mức ý nghĩa p < 0,05 để bảo đảm độ tin cậy khoa học.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát hiện trạng tại 16 vị trí kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh ghi nhận mức độ ô nhiễm vượt nhiều lần quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Chỉ số COD dao động từ 5,30 mg/L đến đỉnh điểm 407,17 mg/L tại khu vực Kênh Tàu Hủ – Bến Nghé; nồng độ Amoni biến thiên từ 0,56 mg/L đến 16,80 mg/L; hàm lượng TSS đạt từ 6 mg/L đến 136 mg/L và vi sinh vật Coliform chạm ngưỡng 85.900 MPN/100mL, trong khi oxy hòa tan suy giảm xuống dưới 1,0 mg/L tại phần lớn các trạm quan trắc.

Thực nghiệm mô hình thực vật nổi với nguồn nước kênh Hàng Bàng đã chứng minh hiệu quả làm sạch vượt trội:

• Khả năng xử lý chất dinh dưỡng: Bể trồng Cói thơm, Thủy trúc và Chuối hoa lai đạt hiệu suất loại bỏ tổng Photpho lên đến 70%, giảm nồng độ từ 2,63 mg/L xuống dưới 0,52 mg/L, vượt trội hơn hẳn so với mức giảm tự nhiên dưới 15% ở bể đối chứng. Tổng Nitơ được xử lý đạt hiệu suất xấp xỉ 48%, trong đó nồng độ Amoni giảm mạnh từ 21,28 mg/L đầu mẻ xuống còn 0,28 mg/L ở ngày thứ 27 tại các bể thực vật nổi bật.
• Khả năng xử lý chất hữu cơ và kim loại: Hiệu suất loại bỏ COD đạt trên 90%, đưa nồng độ từ 33,00 mg/L về ngưỡng an toàn. Hàm lượng kim loại Sắt hòa tan từ 0,200 - 0,374 mg/L giảm triệt để về 0,000 mg/L chỉ sau 4 đến 5 ngày vận hành.
• Khử trùng và cải thiện oxy hòa tan: Lượng Coliform giảm mạnh từ 61.000 MPN/100mL xuống còn 5.400 MPN/100mL tại bể Cói thơm, tương đương hiệu suất xử lý đạt 91,15%. Nồng độ oxy hòa tan tăng trưởng ấn tượng từ mức nghèo oxy 1,27 mg/L ban đầu lên 5,75 - 6,51 mg/L vào cuối chu kỳ xử lý, trong khi bể đối chứng chỉ đạt tối đa 2,19 mg/L.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất xử lý vượt bậc của hệ thống thực vật nổi bắt nguồn từ sự phối hợp giữa hệ rễ thực vật và quần thể vi sinh vật bản địa. Dữ liệu diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm qua 28 ngày được minh chứng rõ nét qua các biểu đồ suy giảm hàm lượng Amoni đi kèm sự gia tăng tạm thời của Nitrate từ 0,09 mg/L lên trên 7,52 mg/L, phản ánh quá trình nitrat hóa diễn ra mạnh mẽ trong vùng rễ hiếu khí. Bộ rễ Thủy trúc và Cói thơm phát triển với chiều dài từ 0,2 m đến 0,4 m đã mở rộng diện tích tiếp xúc, giải phóng dịch rễ và oxy hòa tan, kích thích màng sinh học phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ vi khuẩn đường ruột thông qua cơ chế lọc cơ học kết hợp cạnh tranh sinh học.

Khi so sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố của Spangler tại Hoa Kỳ khi xử lý dinh dưỡng đạt hiệu suất trên 64% và nghiên cứu của Nain tại Pakistan trên cây sậy xử lý COD đạt trên 90%. So với công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí SBR hay màng sinh học MBR, giải pháp thực vật nổi tuy đòi hỏi thời gian lưu nước dài hơn từ 14 đến 21 ngày nhưng lại cắt giảm trên 80% chi phí năng lượng và vận hành. Kết quả phân tích ANOVA xác nhận sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa bể có thực vật và bể đối chứng với p = 0,000, khẳng định vai trò quyết định của thảm thực vật trong việc làm sạch nước kênh rạch nội đô.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm và đánh giá tính khả thi theo các tiêu chí của Nghị định 80/2014/NĐ-CP, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất:

• Triển khai lắp đặt các mô-đun bè nổi sinh thái dọc các tuyến kênh ô nhiễm cao: Ứng dụng mô hình khung nổi PVC kết hợp giá thể gạch trơ với tỷ lệ che phủ mặt nước từ 15% đến 20% trên các tuyến kênh Hàng Bàng, Tân Hóa – Lò Gốm và Tham Lương. Mục tiêu đến năm 2025 giúp cải thiện nồng độ DO kênh rạch lên trên 4,0 mg/L và giảm tải lượng chất hữu cơ xả ra sông Sài Gòn.
• Ưu tiên lựa chọn và kết hợp đa dạng sinh học các loài thực vật vượt trội: Sử dụng tổ hợp ba loài thực vật gồm Cói thơm, Thủy trúc và Chuối hoa lai với mật độ từ 8 đến 12 cây/m². Việc kết hợp nhóm rễ xơ chịu mặn và nhóm thực vật có sinh khối thân lá lớn giúp duy trì hiệu suất xử lý tổng Nitơ đạt trên 45% và tổng Photpho đạt trên 65% quanh năm.
• Thiết lập quy trình vận hành và thu hoạch sinh khối định kỳ: Xây dựng lịch trình cắt tỉa thân lá và thu hoạch rễ già cỗi theo chu kỳ từ 45 đến 60 ngày/lần. Biện pháp này nhằm ngăn ngừa hiện tượng sinh khối chết tự phân hủy giải phóng ngược dinh dưỡng vào nguồn nước, đồng thời tận dụng khoảng 2 đến 5 tấn sinh khối thực vật thu gom mỗi tháng để ủ phân hữu cơ phục vụ cây xanh đô thị.
• Hoàn thiện cơ chế chính sách và phân cấp quản lý: Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Sở Xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh cần tích hợp công nghệ thực vật nổi vào Đề án chống ngập và xử lý nước thải giai đoạn 2025 – 2030, kết hợp đẩy mạnh tuyên truyền Chỉ thị 19-CT/TU nhằm chấm dứt hành vi xả rác trực tiếp xuống lòng kênh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo thực tiễn và chuyên sâu cho nhiều nhóm đối tượng:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Cung cấp cơ sở dữ liệu hiện trạng 16 điểm quan trắc kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh và bộ tiêu chí kỹ thuật lựa chọn công nghệ sinh thái để Sở Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm Quản lý Hạ tầng Kỹ thuật xây dựng các chính sách cải tạo môi trường nước mặt.
• Doanh nghiệp tư vấn và thiết kế công trình môi trường: Cung cấp thông số thiết kế chi tiết về tải trọng bề mặt, kích thước bè nổi, chủng loại vật liệu và mật độ sinh khối từ 476 đến 595 g/m² để ứng dụng trong các dự án xử lý nước thải phân tán, hồ điều hòa đô thị và cảnh quan sinh thái.
• Giảng viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp bố trí thí nghiệm pilot, quy trình thuần hóa thực vật trên cạn thích nghi môi trường nước và phương pháp phân tích thống kê đa biến ANOVA trong kỹ thuật môi trường.
• Đơn vị quản lý khu đô thị, công viên và khu nghỉ dưỡng: Hướng dẫn kỹ thuật ứng dụng các loài hoa cảnh quan như Chuối hoa lai và Thủy trúc vừa xử lý nước tù đọng cục bộ vừa tạo cảnh quan xanh mát, gia tăng giá trị thẩm mỹ và sinh thái cho khuôn viên đô thị.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ thực vật nổi có ưu điểm gì vượt trội so với các công nghệ xử lý nước truyền thống?

Công nghệ thực vật nổi là giải pháp sinh học phân tán có chi phí đầu tư ban đầu và bảo dưỡng rất thấp, giảm thiểu hoàn toàn lượng điện năng tiêu thụ so với các hệ thống SBR hay MBR. Hệ thống tận dụng trực tiếp mặt nước hiện hữu, không tốn diện tích đất xây dựng, đồng thời tạo cảnh quan đô thị xanh mát và môi trường sống cho các loài thủy sinh.

Những loài thực vật nào cho hiệu quả xử lý ô nhiễm kênh rạch tốt nhất trong nghiên cứu?

Trong 6 loài được thử nghiệm, Cói thơm, Thủy trúc và Chuối hoa lai thể hiện hiệu quả xử lý vượt trội nhất. Các loài này phát triển sinh khối mạnh, có khả năng thích nghi nhanh sau 2 tuần thuần hóa và đạt hiệu suất loại bỏ tổng Photpho tới 70%, giảm Amoni xuống 0,28 mg/L và tiêu diệt trên 90% vi khuẩn Coliform.

Thời gian lưu nước tối ưu trong mô hình thực vật nổi xử lý nước kênh rạch là bao lâu?

Thời gian lưu nước lý tưởng để đạt hiệu quả xử lý tối đa dao động từ 14 đến 21 ngày theo chu trình mẻ. Sau 14 ngày, các thông số COD, Sắt và Coliform đã giảm hơn 80%, trong khi các hợp chất Nitơ và Photpho đạt độ chuyển hóa sâu và ổn định nhất từ ngày thứ 21 đến ngày thứ 28 của quá trình vận hành.

Làm thế nào để ngăn chặn tình trạng tái ô nhiễm khi thực vật trong hệ thống FTW già cỗi?

Cần thiết lập quy trình thu hoạch sinh khối định kỳ sau mỗi 45 đến 60 ngày làm việc. Việc cắt tỉa các nhánh lá vàng úa và thay thế các cá thể thực vật già giúp duy trì tốc độ sinh trưởng mạnh mẽ của rễ non, thúc đẩy quá trình hấp thu chất dinh dưỡng liên tục và ngăn chặn hiện tượng hữu cơ phân hủy hồi lưu vào dòng nước.

Khả năng ứng dụng thực tế của mô hình bè nổi trên các dòng kênh có dòng chảy mạnh và dao động triều lớn ra sao?

Bè nổi được chế tạo từ module nhựa PVC bền chắc, neo giữ bằng hệ thống dây cáp linh hoạt và trụ định vị hai bên bờ kênh. Kết cấu này giúp hệ thống tự do dâng hạ theo biên độ triều cường của Thành phố Hồ Chí Minh mà không bị lật úp hay cản trở dòng chảy tiêu thoát nước tự nhiên.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng chất lượng nước tại 16 vị trí trên 4 hệ thống kênh rạch chính ở Thành phố Hồ Chí Minh, chỉ rõ mức độ ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật vượt chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
• Chứng minh tính khả thi và hiệu quả cao của công nghệ thực vật nổi quy mô pilot với khả năng loại bỏ tới 70% tổng Photpho, 48% tổng Nitơ, trên 90% COD và nâng nồng độ oxy hòa tan lên trên 5,75 mg/L.
• Xác định được 3 loài thực vật bản địa tối ưu nhất cho điều kiện nước mặt đô thị nhiệt đới gồm Cói thơm, Thủy trúc và Chuối hoa lai với mật độ bố trí từ 476 đến 595 g/m².
• Cung cấp mô hình tính toán chi phí hợp lý, đạt đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật sinh thái theo Nghị định 80/2014/NĐ-CP và định hướng quy hoạch môi trường thành phố đến năm 2030.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng để mở rộng thử nghiệm mô hình thực vật nổi quy mô pilot diện rộng trên kênh Hàng Bàng và kênh Nhiêu Lộc giai đoạn 2024 – 2026. Các nhà quản lý và đơn vị phát triển đô thị hãy cùng nghiên cứu, áp dụng công nghệ thực vật nổi ngay hôm nay để chung tay hồi sinh những dòng kênh xanh, bền vững cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, ô nhiễm nước kênh rạch là một vấn đề vô cùng nhức nhối đang được xã hội quan tâm. Nhiều tuyến kênh rạch tại các đô thị và nông thôn dọc trên khắp nước ta đang trong tình trạng gia tăng ô nhiễm nghiêm trọng. Đặc biệt, tại các đô thị lớn như Hà Nội hay thành phố Hồ Chí Minh, dù có những cố gắng để thực hiện giảm thiểu tình trạng ô nhiễm nhưng chất lượng nguồn nước mặt vẫn chưa được cải thiện, điều này không chỉ gây mất mỹ quan đô thị mà còn tác động xấu đến môi trường sống và sức khỏe của người dân.

Tại Thành phố Hồ Chí Minh, lượng nước thải đô thị phát sinh khoảng 1,54 triệu m3/ngày và có xu hướng gia tăng hàng năm, nguồn phát sinh chủ yếu đến từ hoạt động sinh hoạt hàng ngày và các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ. Hiện thành phố có ba nhà máy xử lý nước thải tập trung đang hoạt động là Bình Hưng, Bình Hưng Hòa và Tham Lương – Bến Cát với tổng công suất 186.000 m3/ngày; ngoài ra còn có các trạm xử lý nước thải phân tán của các khu dân cư với công suất khoảng 4. Như vậy, chỉ khoảng 13% lượng nước thải sinh hoạt được xử lý qua hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, còn lại đều bị xả thẳng ra các kênh rạch trên địa bàn. Bên cạnh đó, việc một bộ phận người dân thiếu ý thức, vứt bỏ chất thải trực tiếp xuống kênh rạch càng làm tình trạng ô nhiễm thêm trầm trọng hơn.

Do vậy, việc đưa ra các biện pháp để giải quyết tình trạng trên là vô cùng cấp thiết. Một công nghệ cải thiện chất lượng nước nổi bật hiện nay trên thế giới đó là đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland - CW), là loại hình sử dụng vùng đất ngập nước nhân tạo được thiết kế, vận hành một cách tối ưu hóa các quy trình trong môi trường tự nhiên để phù hợp nhu cầu của con người [2]. Công nghệ dùng thực vật nổi (floating treatment wetland - FTW) là một biến thể mới của CW. Đây là một phương pháp xử lý nước thải phân tán tương đối đơn giản, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường và con người.

Cấu trúc của hệ thống này bao gồm các loại thực vật được bố trí trên giá đỡ được thả nổi trên mặt nước. Chồi và tán cây sẽ tỏa ra trên mặt nước và HVTH: Nguyễn Thị Thanh Giang 1 GVHD: TS. Võ Thị Diệu Hiền và PGS. Bùi Xuân Thành 2 phần rễ cây sẽ phát triển phía dưới mặt nước [2].

Thực vật sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải và quá trình này sẽ cải thiện chất lượng nguồn nước. Hệ thống thực vật nổi được coi là giải pháp bền vững, đơn giản và ít tốn kém chi phí hơn so với các công nghệ xử lý nước thải khác. Chi phí chủ yếu phụ thuộc vào thực vật, nhân công trồng trọt và thu hoạch. Hệ thống này có thể được lắp đặt trong các hồ thông thường hiện có, giảm chi phí so với việc phải thu hồi đất và xây dựng hệ thống mới.

Ngoài ra, chi phí về năng lượng, phí bảo trì cũng giảm đáng kể so với hệ thống xử lý nước thải thông thường [2]. Trong bối cảnh thực tế hiện nay, việc ứng dụng một giải pháp xử lý nước thải vừa mang tính khả thi, đạt hiệu quả xử lý cao, vừa mang tính thẩm mỹ là vô cùng cấp thiết. Hướng đến mục đích như vậy, đề tài “Giải pháp công nghệ thực vật nổi giảm thiểu ô nhiễm nước kênh rạch” sẽ làm một giải pháp thân thiện, bền vững trong công tác quản lý nguồn tài nguyên nước. Mục tiêu đề tài và nội dung nghiên cứu Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu khả năng xử lý ô nhiễm nước của thực vật bằng giải pháp công nghệ thực vật nổi (FTW) để giảm thiểu ô nhiễm nước kênh rạch.

Nội dung nghiên cứu: − Đánh giá tổng quan tình hình kênh rạch tại Thành phố Hồ Chí Minh; − Đánh giá khả năng xử lý nước thải của thực vật đã chọn thông qua mô hình FTW quy mô pilot; − Đề xuất mô hình thực vật nổi (FTW) phù hợp, hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm nước kênh rạch. Đối tượng và phạm vi đề tài Các thí nghiệm được tiến hành trên mô hình FTW quy mô pilot đặt bên cạnh tòa nhà C4 trong khuôn viên sân trường đại học Bách Khoa TP. Nước nghiên cứu: được lấy từ kênh Hàng Bàng – đường Bãi Sậy – Quận 6 – Thành phố Hồ Chí Minh. Thực vật nghiên cứu: Sậy nam (Phragmites australis), Thủy trúc (Cyperus alternifolius Rottb), Cói bạc đầu (Kyllinga brevifolia Rottb), Cỏ voi (Pennisetum purpureum), Cói thơm (Cyperus ordoratus), Chuối hoa lai (Canna generalis).

HVTH: Nguyễn Thị Thanh Giang 2 GVHD: TS. Võ Thị Diệu Hiền và PGS. Bùi Xuân Thành 3 1. Ý nghĩa của đề tài Công nghệ xử lý nước thải ứng dụng hệ thống FTW có tính khả thi lớn khi ứng dụng vào thực tế để cải thiện chất lượng nước kênh rạch do những ưu thế về sự tiện lợi, đơn giản, dễ vận hành, yêu cầu về chi phí thấp hơn so với các công nghệ khác, thân thiện với môi trường và con người, góp phần hướng đến phát triển bền vững.

Cung cấp thêm tài liệu cho công tác nghiên cứu ứng dụng hệ thống thực vật nổi để xử lý ô nhiễm nước. Cung cấp cho nhà quản lý thêm thông tin để tham khảo trong công tác xây dựng các phương án quản lý kênh rạch. Việc ngày càng có nhiều nghiên cứu về FTW được thực hiện cho thấy rằng công nghệ này hiện đang rất được cộng đồng quan tâm và có tiềm năng phát triển lớn, do vậy việc thực hiện đề tài “Giải pháp công nghệ thực vật nổi để giảm thiểu ô nhiễm kênh rạch” mang tính cấp thiết quan trọng, là nền tảng thúc đẩy cho các nghiên cứu sâu rộng hơn về ứng dụng công nghệ FTW trong thực tế. Cơ sở pháp lý của đề tài − Luật số 17/2012/QH13: Luật tài nguyên nước; − Quyết định số 1622/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duyệt Quy hoạch tài nguyên nước thời kỳ 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2050; − QCVN 08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt; − Nghị định 80/2014/NĐ-CP về Thoát nước và xử lý nước thải.

HVTH: Nguyễn Thị Thanh Giang 3 GVHD: TS. Võ Thị Diệu Hiền và PGS. Bùi Xuân Thành 4 CHƯƠNG II. Tổng quan về kênh rạch ở Thành phố Hồ Chí Minh 2.

Tổng quan hiện trạng kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh là khu vực có mạng lưới sông ngòi, kênh rạch chằng chịt, bao gồm các tiểu lưu vực chính là các kênh: Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tân Hóa – Lò Gốm, Tàu Hủ - Bến Nghé - Kênh Đôi - Kênh Tẻ, Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật với tổng chiều dài khoảng 76 km [3]. Hệ thống các tuyến kênh, rạch này đảm nhận vai trò tiêu thoát nước, phục vụ giao thông thủy và điều hòa hệ sinh thái. Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè dài khoảng 8 km bắt đầu từ khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, trải dài qua các quận Phú Nhuận, Quận 3, cuối cùng đổ ra sông Sài Gòn; đảm nhận vai trò tiêu thoát nước chính cho khu vực các Quận 3, Phú Nhuận và Tân Bình, một phần Quận 1 và Bình Thạnh. Diện tích tiêu thoát khoảng 3.

Hệ thống kênh Đôi – kênh Tẻ có vai trò tiêu thoát nước và giao thông thủy cho khu vực phía tây nam Thành phố. Đoạn nhánh Bến Nghé – Tàu Hủ đảm nhận tiêu thoát nước của các Quận 1, Quận 5 và Quận 6 với diện tích tiêu khoảng 1. Hoạt động giao thông thủy và khả năng tải nước bị hạn chế do tại khu vực đoạn đầu các kênh rất nông[4]. Hệ thống kênh Tân Hóa - Lò Gốm dài 6,5 km có diện tích tiêu khoảng 1.800 ha với điểm đầu từ vùng địa hình cao phía tây nam quận Tân Bình, chảy qua Quận 11 và Quận 6 để thoát ra kênh Tân Hóa [4].

Hệ thống các kênh Đôi – Tẻ - Tân Hóa – Lò Gốm nối với sông Bình Điền và các rạch lớn khác ở phía nam, sau đó thoát về hạ lưu sông Vàm Vỏ hay sông Nhà Bè, Cần Giuộc. đây là trục tiêu thoát nước quan trọng của khu vực tây nam Thành phố do lưu lượng lớn, ảnh hưởng triều mạnh [4]. Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật chảy qua địa bàn các quận Bình Thạnh, Gò Vấp, Tân Bình, Hóc Môn, Bình Tân và đoạn cuối ở Bình Chánh là trục tiêu thoát nước thuộc phía bắc Thành phố. Khu vực này tập trung nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp dọc tuyến như dọc Quốc lộ 22, khu công nghiệp Tân Bình,.

HVTH: Nguyễn Thị Thanh Giang 4 GVHD: TS. Võ Thị Diệu Hiền và PGS. Bùi Xuân Thành 5 Ngoài các hệ thống tiêu thoát nước chính trên, còn có các rạch lớn nhỏ phân bố rộng khắp địa bàn Thành phố chủ yếu để phục vụ cho các mục đích sinh hoạt, tưới tiêu như rạch Bến Mương – Láng Thé (phía huyện Củ Chi, Hóc Môn), Rạch Tra – Thầy Cai (phía huyện Củ Chi), kênh An Hạ (phía huyện Hóc Môn, Bình Chánh), các rạch thuộc địa bàn Thành phố Thủ Đức. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của đô thị hóa, các dòng kênh này đã trở nên ô nhiễm nghiêm trọng, điều này đã tác động xấu đến môi trường và chất lượng sống của con người, trở thành một vấn đề nhức nhối cho xã hội.

Theo Báo cáo Tài nguyên nước Quốc gia giai đoạn 2016 – 2021 [5], thành phố ghi nhận các điểm nóng về ô nhiễm môi trường nước như: sông Sài Gòn đoạn qua cầu Ông Buông, cầu Chữ Y, cầu An Lộc; sông Vàm Cỏ đoạn qua cảng Phú Định, cầu An Hạ,. Theo Báo cáo hiện trạng môi trường thành phố Hồ Chí Minh năm 2021 [4], kết quả phân tích chất lượng nước mặt về các chỉ tiêu như nhu cầu oxy hóa học (COD), chất rắn lơ lửng (TSS), Clorua, Amoni, nồng độ oxy hòa tan (DO), Coliform, Fe,. đều không đạt ngưỡng cho phép so với cột B1 (QCVN 08-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt). Hiện nay, hầu hết nước thải đô thị chưa qua xử lý xả thẳng ra môi trường cộng với việc một bộ phận người dân thiếu ý thức xả rác trực tiếp xuống kênh rạch làm cho tình hình ô nhiễm nước ngày càng trầm trọng hơn.

Mỗi ngày, lượng rác thải được vớt trên các tuyến Tàu Hủ - Kênh Đôi, Kênh Tẻ - Bến Nghé là 10 – 40 tấn, tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè là 5 – 14 tấn rác, trong đó 80% là rác thải sinh hoạt [6].