Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh

Chuyên khảo Hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực hiện nay

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Huệ
• Người hướng dẫn: Pgs.Ts Nguyễn Thị Loan
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƯỚC
• 1.1. Khái quát về Đất ngập nước
• 1.2. Các định nghĩa về Đất ngập nước
• 1.3. Chức năng của đất ngập nước
• 1.4. Khái quát nhóm thực vật đất ngập nước
• 1.4.1. Giới thiệu chung
• 1.4.2. Phân loại các nhóm thực vật thủy sinh
• 1.4.2.1. Thực vật nổi
• 1.4.2.2. Thực vật ngập nước
• 1.4.2.3. Thực vật trôi nổi
• 1.5. Các loại hình đất ngập nước và quá trình xử lý trong đất ngập nước
• 1.5.1. Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước
• 1.5.2. Các loại hình đất ngập nước
• 2. CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nguồn nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Thị xã Hùng Quốc, Huyện Trà Lĩnh
• 2.3. Thực vật lựa chọn trong đất ngập nước
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp điều tra và phỏng vấn ngoài thực địa
• 2.4.3. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
• 2.4.4. Phương pháp chuyên gia
• 2.4.5. Phương pháp phân tích tổng hợp đánh giá
• 2.5. Các phương pháp tính toán
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác của một số hệ thống đất ngập nước trên thế giới và Việt Nam
• 3.2. Kết quả nghiên cứu về tính khả thi của loài thực vật lựa chọn
• 3.3. Đề xuất mô hình xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp rác thải của thị trấn Hùng Quốc – Huyện Trà Lĩnh – Tỉnh Cao Bằng
• 3.3.1. Mô hình hệ thống xử lý nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh đang trở thành một trong những giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm môi trường nước. Thực vật thủy sinh không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ sinh thái. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn tiết kiệm chi phí cho các hệ thống xử lý nước thải truyền thống.

1.1. Khái niệm về thực vật thủy sinh và vai trò của chúng

Thực vật thủy sinh là những loài thực vật sống trong môi trường nước, có khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và xử lý ô nhiễm. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái và cải thiện chất lượng nước.

1.2. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng thực vật thủy sinh

Việc sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải đã được nghiên cứu từ những năm 1950. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng thực vật thủy sinh có khả năng xử lý hiệu quả nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải và thách thức trong xử lý

Ô nhiễm nước thải đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại nhiều khu vực, đặc biệt là ở các thành phố lớn. Nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp chứa nhiều chất độc hại, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải là rất cần thiết.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước thải

Các hoạt động công nghiệp, sinh hoạt và nông nghiệp là những nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nước thải. Chất thải từ các nguồn này thường chứa nhiều hóa chất độc hại và vi sinh vật gây bệnh.

2.2. Hệ thống xử lý nước thải hiện tại và những hạn chế

Hệ thống xử lý nước thải truyền thống thường tốn kém và không hiệu quả trong việc xử lý các chất ô nhiễm phức tạp. Điều này dẫn đến việc cần thiết phải tìm kiếm các giải pháp thay thế như sử dụng thực vật thủy sinh.

III. Phương pháp nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường bao gồm các phương pháp như khảo sát thực địa, phân tích mẫu nước và đánh giá hiệu quả xử lý. Các phương pháp này giúp xác định khả năng xử lý của từng loại thực vật trong điều kiện cụ thể.

3.1. Phương pháp khảo sát và thu thập dữ liệu

Khảo sát thực địa giúp thu thập thông tin về các loại thực vật thủy sinh và điều kiện môi trường. Dữ liệu này rất quan trọng để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải.

3.2. Phân tích mẫu nước và đánh giá hiệu quả

Phân tích mẫu nước giúp xác định nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau khi xử lý. Điều này cho phép đánh giá chính xác hiệu quả của các loại thực vật thủy sinh trong việc cải thiện chất lượng nước.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiều loại thực vật thủy sinh có khả năng xử lý hiệu quả nước thải, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Các mô hình xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh đã được áp dụng thành công tại nhiều địa phương.

4.1. Hiệu quả xử lý của một số loại thực vật thủy sinh

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số loại thực vật như bèo tấm và cỏ Vetiver có khả năng xử lý chất ô nhiễm cao, giúp cải thiện chất lượng nước một cách đáng kể.

4.2. Ứng dụng mô hình xử lý nước thải tại Việt Nam

Mô hình xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh đã được áp dụng tại một số địa phương ở Việt Nam, mang lại hiệu quả tích cực trong việc cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển bền vững. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này sẽ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải một cách hiệu quả hơn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bảo vệ môi trường

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và duy trì sự cân bằng sinh thái. Việc áp dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước.

5.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh, đồng thời mở rộng ứng dụng tại nhiều khu vực khác nhau để nâng cao hiệu quả xử lý.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế nhanh chóng tại khu vực kinh tế cửa khẩu Trà Lĩnh - Long Bang đã gia tăng áp lực lớn lên hạ tầng quản lý chất thải rắn. Tại thị trấn Hùng Quốc, quy mô dân số đạt 4.700 người vào năm 2009 và duy trì tốc độ tăng trưởng bình quân 3,0%/năm, kéo theo lượng rác thải sinh hoạt phát sinh dự báo tăng từ 4,86 tấn/ngày đêm năm 2015 lên 7,70 tấn/ngày đêm vào năm 2025. Bãi chôn lấp rác tập trung tại Lũng Tàn, xóm Cốc Cáng tiếp nhận toàn bộ khối lượng chất thải này nhưng chưa có hệ thống xử lý nước rỉ rác hoàn chỉnh, dẫn đến nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và nước ngầm. Kết quả phân tích chất lượng nước rỉ rác thô trước bể lắng cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng rất cao: thông số BOD5 trung bình đạt 1.125 mg/L (vượt 37,5 lần quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột B1), hàm lượng N-NH3 đạt 225 mg/L (vượt 450 lần) và tổng photphat PO43- đạt 13,3 mg/L (vượt hơn 44 lần).

Trước thực trạng đó, nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác bằng thảm thực vật thủy sinh và đề xuất mô hình đất ngập nước nhân tạo phù hợp với điều kiện địa hình miền núi. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nguồn nước rỉ rác tại thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh, tỉnh Cao Bằng trong giai đoạn 2009 - 2012. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp giải pháp xử lý sinh thái có chi phí vận hành ước tính chỉ khoảng 8.000 đồng/m3 nước thải, thấp hơn 73,3% so với mức chi phí công nghệ truyền thống là 30.000 đồng/m3, đồng thời giải quyết triệt để nguy cơ phát tán ô nhiễm tại các vùng nông thôn miền núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết xử lý sinh học bằng thực vật kết hợp với mô hình động học chuyển hóa dòng chảy bậc nhất trong hệ sinh thái đất ngập nước. Khung lý thuyết tập trung vào cơ chế chuyển hóa sinh - hóa học tại vùng rễ thực vật, nơi diễn ra các phản ứng cộng sinh giữa hệ vi sinh vật và bộ rễ để phân hủy chất hữu cơ, nitrat hóa, khử nitrat và cố định kim loại. Mô hình đất ngập nước nhân tạo dạng kết hợp dòng chảy thẳng đứng và dòng chảy ngầm ngang được ứng dụng nhằm phát huy tối đa khả năng vận chuyển oxy và xử lý dinh dưỡng đa tầng.

Bốn khái niệm then chốt chi phối hệ thống nghiên cứu bao gồm:

• Đất ngập nước nhân tạo: Công trình kỹ thuật sinh thái mô phỏng vùng ngập nước tự nhiên với các yếu tố nền lọc, thảm thực vật và vi sinh vật được kiểm soát chặt chẽ về tải thủy lực.
• Bãi lọc ngầm dòng chảy ngang: Hệ thống xử lý kỵ khí và thiếu khí, nước thải chảy ngầm qua lớp vật liệu lọc xốp dưới bề mặt rễ cây.
• Bãi lọc dòng chảy thẳng đứng: Hệ thống cấp nước gián đoạn từ trên xuống giúp tăng cường đối lưu không khí, thúc đẩy quá trình oxy hóa và nitrat hóa.
• Khả năng đồng hóa sinh học của thực vật: Quá trình cây hấp thụ khoáng chất, đạm, lân và vi lượng để tích lũy sinh khối và chuyển hóa độc chất thành dạng trơ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu sơ cấp thu thập qua các đợt khảo sát thực địa tại bãi rác Lũng Tàn và số liệu thứ cấp từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Trà Lĩnh cùng Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Cao Bằng. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 15 đợt lấy mẫu nước rỉ rác đại diện qua hai mùa mưa và khô, đo đạc 6 chỉ tiêu lý hóa trọng yếu bao gồm BOD5, COD, NO3-, N-NH3, PO43- và Fe. Phương pháp chọn mẫu hỗn hợp theo thời gian được áp dụng tại các vị trí máng thu gom chân núi và trong bể lắng để đảm bảo tính đại diện cho mức độ dao động nồng độ chất thải.

Phương pháp tính toán kích thước công trình dựa trên phương trình động học bậc nhất theo mô hình phân hủy chất nền nhiệt độ k20 bằng 1,104 và hệ số điều chỉnh nhiệt độ bằng 1,1. Lý do lựa chọn mô hình này là khả năng phản ánh chính xác sự suy giảm nồng độ chất ô nhiễm theo hàm mũ và thời gian lưu thủy lực tại vùng có biên độ nhiệt thay đổi từ 5°C đến 25°C. Timeline nghiên cứu được thực hiện liên tục từ khâu điều tra hiện trạng, tính toán thiết kế kỹ thuật đến đánh giá tính khả thi sinh học của cỏ Vetiver trong giai đoạn 2009 - 2012.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả điều tra thành phần rác thải tại bãi chôn lấp Hùng Quốc cho thấy rác hữu cơ chiếm tỷ lệ áp đảo 60%, đất đá xây dựng chiếm 25%, các loại trơ như đá sỏi thủy tinh chiếm 7%, trong khi nhựa cao su da chỉ chiếm 3%. Thành phần hữu cơ cao kết hợp lượng mưa trung bình miền núi tạo ra dòng nước rỉ rác có nồng độ chất ô nhiễm đậm đặc, với hàm lượng Fe đạt 30 mg/L và BOD5 đạt 1.125 mg/L.

Thứ hai, đánh giá thực nghiệm tính khả thi của các loài thực vật khẳng định cỏ Vetiver sở hữu khả năng thích ứng sinh học vượt trội so với các loài truyền thống. Cỏ Vetiver có khả năng chống chịu mức COD lên đến 1.500 mg/L, bộ rễ ăn sâu thẳng đứng từ 3 m đến 5 m giúp ổn định cấu trúc tầng lọc và chống sạt lở bờ dốc 15%. Mức tiêu thụ nước của Vetiver đạt 6,86 lít/ngày trên 1 kg sinh khối khô, cao gấp 7,5 lần so với cỏ nến Typha, tạo ra sinh khối trung bình 41 tấn/ha sau 3 tháng sinh trưởng.

Thứ ba, mô hình kết hợp dòng chảy đứng và dòng chảy ngang ghi nhận hiệu suất xử lý triệt để các thông số khó phân hủy. Dựa trên dữ liệu đối sánh, hệ thống đạt hiệu quả khử BOD5 từ 82,6% đến 95%, loại bỏ N-NH3 đạt từ 82,1% đến 98,3%, khử PO43- đạt trên 85% và đưa nồng độ sắt từ 30 mg/L xuống dưới 0,16 mg/L, đáp ứng hoàn toàn giới hạn xả thải môi trường.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả làm sạch vượt bậc của mô hình bắt nguồn từ sự kết hợp tương hỗ giữa hai pha hiếu khí và kỵ khí. Tại ô lọc dòng chảy thẳng đứng, cơ chế cấp nước ngắt quãng đưa oxy khuếch tán sâu vào tầng lọc, thúc đẩy vi khuẩn tự dưỡng chuyển hóa toàn bộ N-NH3 thành nitrat. Sau đó, tại ô dòng chảy ngầm ngang, môi trường thiếu khí kết hợp nguồn cacbon hữu cơ dồi dào giúp vi khuẩn dị dưỡng khử hoàn toàn nitrat thành khí nitơ tự do.

Khi so sánh với các nghiên cứu quốc tế, mô hình cho kết quả tương đồng với hệ thống tại Sardinia khi nồng độ N-NH3 giảm từ 211 mg/L xuống 3,4 mg/L và photpho được loại bỏ gần như hoàn toàn. Tại Slovenia, các bãi rác Ljubevč và Barje cũng chứng minh hệ thực vật sậy kết hợp cỏ nến vận hành ổn định qua 4 - 5 năm quan trắc liên tục. Tại Việt Nam, các mô hình cánh đồng lọc tại bãi rác Gò Cát hay xử lý nước sông Tô Lịch đều khẳng định tính khả thi của thực vật thân rỗng với hiệu suất xử lý COD đạt trên 82%.

Diễn biến suy giảm nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian lưu có thể được mô hình hóa trực quan qua biểu đồ phân rã hàm mũ và bảng ma trận tương quan giữa tải lượng thủy lực với nhiệt độ vận hành. Sự biến thiên hiệu suất xử lý từ mùa hè đạt mức 4 triệu lít xuống 2 triệu lít vào mùa đông tại các nghiên cứu điển hình phản ánh đúng quy luật ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt tính vi sinh vật và cường độ quang hợp của thực vật.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm hoàn thiện hệ thống xử lý nước rỉ rác:

1. Xây dựng hệ thống đất ngập nước nhân tạo đa cấp kết hợp giữa bể lắng sơ bộ, bể lọc dòng chảy đứng và bãi lọc ngầm dòng chảy ngang trồng cỏ Vetiver tại khu vực bãi rác Lũng Tàn. Target metric đặt ra là xử lý triệt để 100% lưu lượng nước rỉ rác phát sinh với hiệu suất khử BOD5 và N-NH3 đạt trên 85%, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt QCVN 08:2008/BTNMT cột B1. Timeline triển khai trong vòng 12 tháng do Ủy ban nhân dân huyện Trà Lĩnh chủ trì phối hợp cùng Công ty Môi trường Đô thị thực hiện.

2. Cải tạo hạ tầng thoát nước bề mặt bằng cách kiên cố hóa máng bê tông thu gom nước mưa quanh sườn núi với khoảng cách 2 - 3 m cách mép rác, tách biệt hoàn toàn dòng chảy tràn mặt với nước rỉ rác. Mục tiêu nhằm giảm tải lượng thủy lực từ 30 m3/ngày xuống dưới 10 m3/ngày đổ về bể xử lý trong mùa mưa lũ. Thời gian hoàn thành trước mùa mưa năm 2013 do Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Trà Lĩnh điều hành.

3. Áp dụng quy trình bảo dưỡng cơ học định kỳ và luân phiên dòng nạp cho tầng lọc sỏi cát (kích thước sỏi 30 - 60 mm ở đáy và 6 mm trên mặt) với chu kỳ 6 tháng/lần. Biện pháp này nhằm ngăn ngừa hiện tượng tích tụ kết tủa sắt và mangan gây tắc nghẽn bề mặt, duy trì hệ số dẫn thủy lực ổn định cho hệ thống do đội ngũ kỹ thuật trạm xử lý vận hành thường xuyên.

4. Thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng nước định kỳ 3 tháng/lần tại các giếng quan sát hạ lưu bãi rác, theo dõi 6 chỉ tiêu ô nhiễm cốt lõi để kịp thời điều chỉnh tải lượng nạp chất thải trong suốt giai đoạn 2013 - 2025. Trách nhiệm thực hiện thuộc về Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Cao Bằng phối hợp cùng các đơn vị chuyên môn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Cán bộ quản lý môi trường tại các cơ quan quản lý nhà nước: Các nhà quản lý cấp huyện, tỉnh thuộc khu vực miền núi và trung du có thể sử dụng số liệu từ luận văn để xây dựng quy hoạch bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh, ban hành chính sách đầu tư hệ thống xử lý chất thải chi phí thấp phù hợp ngân sách địa phương.

2. Kỹ sư thiết kế công trình môi trường và hạ tầng đô thị: Luận văn cung cấp trọn bộ công thức tính toán diện tích đáy, chiều sâu lớp lọc, thời gian lưu thủy lực và hệ số suy giảm động học bậc một, là tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết để thiết kế các công trình đất ngập nước dòng chảy kết hợp.

3. Doanh nghiệp và đơn vị vận hành xử lý chất thải rắn: Các đơn vị quản lý bãi chôn lấp có thể áp dụng mô hình cánh đồng lọc bằng cỏ Vetiver để cắt giảm chi phí xử lý nước rác từ 30.000 đồng/m3 xuống 8.000 đồng/m3, nâng cao hiệu quả kinh tế và đảm bảo tuân thủ quy chuẩn xả thải.

4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Khoa học Môi trường: Công trình là nguồn tài liệu tham khảo giá trị về sinh thái học thực vật, cơ chế phân hủy sinh học trong đất ngập nước và phương pháp phân tích thực nghiệm môi trường nước thải phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

Cỏ Vetiver có ưu điểm gì vượt trội so với các loài thực vật thủy sinh khác khi xử lý nước rỉ rác? Cỏ Vetiver có bộ rễ cắm sâu 3 - 5 m ăn thẳng xuống lòng đất, chịu được nồng độ ô nhiễm cực cao với COD lên tới 1.500 mg/L. Loài này tiêu thụ 6,86 lít nước/kg sinh khối khô mỗi ngày, cao gấp 7,5 lần cỏ nến Typha, đồng thời hấp thụ mạnh kim loại nặng và dinh dưỡng mà không phát tán hạt cỏ dại nhờ đặc tính hoa bất thụ.

Tại sao cần kết hợp dòng chảy thẳng đứng và dòng chảy ngầm ngang trong cùng một hệ thống? Hệ thống dòng chảy đứng có khả năng vận chuyển oxy dồi dào từ không khí giúp vi sinh vật thực hiện quá trình nitrat hóa chuyển amoni thành nitrat, nhưng không khử được nitrat. Việc dẫn tiếp nước thải qua bãi lọc dòng chảy ngang tạo môi trường thiếu khí hoàn hảo để vi sinh vật phản nitrat hóa, giúp hiệu suất khử tổng nitơ đạt trên 85%.

Hệ thống xử lý bằng cỏ Vetiver có duy trì được hiệu quả trong mùa đông lạnh ở miền núi phía Bắc không? Cỏ Vetiver có thể tồn tại ở nhiệt độ tối thiểu tuyệt đối âm 15°C và duy trì phát triển ở mức 5°C. Mặc dù công suất thoát hơi nước và tốc độ sinh trưởng vào mùa đông giảm khoảng 50% so với mùa hè (xử lý 2 triệu lít so với 4 triệu lít tại các mô hình tương đương), hệ thống vẫn giữ vững hiệu quả xử lý nhờ tầng lọc sinh học ngầm dưới lòng đất.

Chi phí đầu tư và vận hành của hệ thống đất ngập nước nhân tạo rẻ hơn công nghệ truyền thống như thế nào? Hệ thống tận dụng nguồn vật liệu sẵn có như cát, sỏi và thảm thực vật bản địa, vận hành chủ yếu dựa vào dòng tự chảy và năng lượng mặt trời nên không tiêu tốn điện năng liên tục. Nghiên cứu thực tế chỉ ra chi phí vận hành cánh đồng lọc Vetiver chỉ vào khoảng 8.000 đồng/m3, tiết kiệm hơn 73% so với mức 30.000 đồng/m3 của các trạm hóa lý truyền thống.

Làm thế nào để kiểm soát hiện tượng tắc nghẽn bề mặt bãi lọc do kết tủa sắt và mangan? Hiện tượng tắc nghẽn được ngăn chặn bằng việc thiết kế bể lắng yếm khí sơ bộ trước bãi lọc để giữ lại phần lớn bùn cặn và hàm lượng Fe từ 30 mg/L ban đầu. Ngoài ra, việc thiết kế đường ống thu nước phân phối dạng chữ O đục lỗ đặt sâu 15 cm trong lớp sỏi thô và vận hành xả rửa màng sinh học định kỳ 6 tháng/lần giúp duy trì dòng thấm ổn định.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và mức độ ô nhiễm của bãi rác Lũng Tàn, khẳng định tính cấp thiết của việc xử lý nước rỉ rác có nồng độ BOD5 lên đến 1.125 mg/L và N-NH3 đạt 225 mg/L.
• Nghiên cứu đã chứng minh cơ sở khoa học vững chắc về khả năng xử lý của cỏ Vetiver với sức chịu tải COD đạt 1.500 mg/L và tỷ lệ tiêu thụ nước cao gấp 7,5 lần thực vật ngập nước thông thường.
• Mô hình kết hợp dòng chảy đứng và dòng chảy ngang đã được thiết lập chuẩn xác theo mô hình động học bậc nhất, bảo đảm hiệu suất làm sạch các chất ô nhiễm chính đạt từ 82% đến trên 95%.
• Giải pháp đề xuất mang lại hiệu quả kinh tế vượt bậc khi hạ giá thành xử lý nước thải xuống chỉ còn 8.000 đồng/m3, hoàn toàn phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật tại các vùng miền núi.
• Đóng góp của đề tài mở ra hướng đi bền vững cho công nghệ kỹ thuật sinh thái, gắn liền bảo vệ môi trường với thích ứng biến đổi khí hậu tại các khu kinh tế cửa khẩu.

Kế hoạch triển khai tiếp theo cần tập trung thi công thí điểm mô hình tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc trong vòng 12 tháng, kết hợp hoàn thiện hệ thống máng thu gom chân núi trước năm 2013 và tổ chức quan trắc định kỳ đến năm 2025. Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp môi trường hãy ứng dụng ngay mô hình đất ngập nước nhân tạo trồng cỏ Vetiver để hiện thực hóa mục tiêu bảo vệ nguồn nước và phát triển kinh tế sinh thái bền vững cho địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Sự phát triển ngày một cao của nền kinh tế đi đôi với quá trình đô thị hóa đã làm cho diện tích đất ngày càng thu hẹp trong đó có quá trình chuyển hóa đất ngập nước sang sản xuất nông nghiệp hoặc nuôi trồng thủy sản hay san lấp để tạo ra các vùng đất cho phát triển công nghiệp, đô thị. Trong khi đó, đất ngập nước lại có một vai trò hết sức quan trọng đối với cuộc sống con người, nhất là đối với những người dân sống trong và gần những vùng đất ngập nước như là: lương thực, thực phẩm, vật liệu làm nhà cửa,… Bên cạnh đó, nó còn có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, cân bằng sinh thái, duy trì đa dạng sinh học, điều tiết dòng chảy, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu. Một vai trò hết sức quan trọng của đất ngập nước đó là khả năng đồng hóa và xử lý chất ô nhiễm bởi tự nhiên và các hoạt động của con người gây ra… Ngày nay trên thế giới, việc sử dụng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước ô nhiễm rất được quan tâm do việc sử dụng đất ngập nước tương đối rẻ, dễ vận hành, có khả năng cải thiện tình trạng của hệ sinh thái khu vực và duy trì khả năng bảo vệ môi trường của đất ngập nước. Ở Việt Nam cũng có một số nghiên cứu như: sử dụng đất ngập nước để xử lý nuớc thải mỏ hay xử lý nước thải làng nghề Phong Khê – Bắc Ninh,… Nhưng chưa được áp dụng rộng rãi với các loại nước thải khác nhau bởi mối tương quan giữa các yếu tố môi trường đến hiệu quả xử lý vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện dẫn đến hiệu quả xử lý trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo là chưa cao.

Do đó việc học hỏi từ những bài học trên thế giới là cần thiết để nghiên cứu và ứng dụng hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp, thân thiện với môi trường và phù hợp với điều kiện nuớc ta. Vì vậy, nên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải bằng thực vật thủy sinh”. Nguyễn Thị Thanh Huệ 1 K17 Cao học môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh Các nội dung nghiên cứu gồm: - Tổng quan về vùng đất ngập nước tự nhiên và nhân tạo. - Các loài thực vật thủy sinh được sử dụng trong xử lý nước thải.

- Ứng dụng đất ngập nước ở Việt Nam, bài học kinh nghiệm trên thế giới trong xử lý nước rỉ rác. - Thiết kế mô hình đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác tại thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh- tỉnh Cao Bằng. Nguyễn Thị Thanh Huệ 2 K17 Cao học môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƢỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƢỚC 1. Khái quát về Đất ngập nƣớc 1.1 Các định nghĩa về Đất ngập nước Thuật ngữ “Đất ngập nước” - ĐNN được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tuỳ theo quan điểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau.

Các định nghĩa về đất ngập nước có thể chia làm 2 nhóm chính: nhóm thứ nhất theo định nghĩa rộng và nhóm thứ hai theo định nghĩa hẹp. - Các định nghĩa về đất ngập nước theo nghĩa rộng như định nghĩa của công ước Ramsar, định nghĩa theo chương trình điều tra đất ngập nước của Mỹ, Canada, Niu Di-lân và Ôxtrâylia. + Theo công ước Ramsar (năm 1971) đất ngập nước được định nghĩa như sau: "Đất ngập nước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, 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 thủy triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m." + Theo chương trình quốc gia về điều tra đất ngập nước của Mỹ: về vị trí phân bố, đất ngập nước là những vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và những hệ sinh thái thuỷ vực. Những nơi này mực nước ngầm thường nằm sát mặt đất hoặc thường xuyên được bao phủ bởi lớp nước nông.

Đất ngập nước phải có một trong ba thuộc tính sau: Có thời kỳ nào đó, đất thích hợp cho phần lớn các loài thực vật thủy sinh. Nền đất hầu như không bị khô. Nền đất không có cấu trúc rõ rệt hoặc bão hòa nước, bị ngập nước ở mức cạn tại một số thời điểm nào đó trong mùa sinh trưởng hàng năm. Nguyễn Thị Thanh Huệ 3 K17 Cao học môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh + Theo các nhà khoa học Canada : "Đất ngập nước là đất bão hòa nước trong thời gian dài đủ để hỗ trợ các quá trình thủy sinh.

Đó là những nơi khó tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt động sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt." + Theo các nhà khoa học Niu Di-lân : "Đất ngập nước là một khái niệm chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên. Những vùng đất ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất và nước. Nước có thể là nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn. Đất ngập nước ở trạng thái tự nhiên hoặc đặc trưng bởi các loại thực vật và động vật thích hợp với điều kiện sống ẩm ướt." + Theo các nhà khoa học Ôxtrâylia: "Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm những bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thuỷ triều xuống thấp." + Định nghĩa do các kỹ sư quân đội Mỹ đề xuất và là định nghĩa chính thức tại Mỹ: "Đất ngập nước là những vùng đất bị ngập hoặc bão hoà bởi nước bề mặt hoặc nước ngầm một cách thường xuyên và thời gian ngập đủ để hỗ trợ cho tính ưu việt của thảm thực vật thích nghi điển hình trong điều kiện đất bão hoà nước.

Đất ngập nước nhìn chung gồm: đầm lầy, đầm phá, đầm lầy cây bụi và những vùng đất tương tự." - Những định nghĩa theo nghĩa hẹp thì nhìn chung đều xem đất ngập nước như đới chuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi trường trên cạn và ngập nước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự phát triển của một hệ thực vật đặc trưng. Hiện nay định nghĩa theo công nước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng. Nguyễn Thị Thanh Huệ 4 K17 Cao học môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh 1. Chức năng của đất ngập nước - Nạp nước ngầm: nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng.

- Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa như bồn chứa tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế lũ ở vùng hạ lưu. - Ổn định vi khí hậu: do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O2 và CO2 trong khí quyển làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định. - Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn : nhờ lớp phủ thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng 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 (chất thải sinh hoạt và công nghiệp).

- Giữ lại chất dinh dưỡng: làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó. - Sản xuất sinh khối: rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi tạo ra nguồn sinh khối lớn, làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũng như vật nuôi. - Giao thông đường thủy: hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển đường thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương. Nguyễn Thị Thanh Huệ 5 K17 Cao học môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh - Giải trí, du lịch: các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim (Tam Nông, Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí.

Khái quát nhóm thực vật đất ngập nƣớc 1. Giới thiệu chung Thực vật đất ngập nước ngoài khả năng sản xuất sinh khối, còn là thành phần then chốt của hệ sinh thái đất ngập nước bởi vì chúng cung cấp lớp vỏ che chở cho sự sinh sản, nơi ẩn náu thú săn mồi và nơi nghỉ cho các vật ở dưới nước cùng nhiều loài hoang dã. Theo đó, thực vật ĐNN tạo dựng nên những chức năng hữu ích của ĐNN, chúng có giá trị xã hội đáng kể như quản lý chất cặn và sự vận chuyển chất dinh dưỡng. Những giá trị về giải trí và giá trị cảnh quan thẫm mỹ được cải thiện nhờ quản lý thành công thực vật ĐNN.

Thực vật ĐNN có sự thích nghi về tổ chức cơ thể, hình thái, chức năng cho phép chúng tiếp tục tồn tại trong những điều kiện khắc nghiệt. Trong nhiều hệ sinh thái ĐNN, thực vật ĐNN tái sinh bằng hạt trong suốt những thời kỳ phơi dài đủ để nảy mầm và thiết lập hạt giống. Mặt khác, sự phơi và làm ẩm lại của hạt sẽ quyết định giải phóng hạt khỏi tình trạng ngủ, giai đoạn ẩm - lạnh cũng làm tăng phần nào của tình trạng này.