Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sông Nhuệ là một trong những trục tiêu thoát nước và thủy nông trọng yếu chảy qua địa bàn thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam với tổng chiều dài 74 km, trong đó đoạn chảy qua Hà Nội dài khoảng 40 km. Trong những năm gần đây, quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự gia tăng dân số và phát triển tiểu thủ công nghiệp tại các làng nghề dọc lưu vực đã tạo áp lực xả thải nghiêm trọng lên hệ sinh thái sông. Mỗi ngày, sông Nhuệ phải tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất chưa qua xử lý từ khu vực nội thành Hà Nội (thông qua sông Tô Lịch và đập Thanh Liệt) cũng như từ khu vực nội thị quận Hà Đông. Tình trạng này khiến nguồn nước mặt chuyển sang màu đen, bốc mùi hôi thối, suy giảm nồng độ oxy hòa tan và tích tụ nhiều chất ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và kim loại nặng, biến nhiều đoạn sông thành "dòng sông chết".

Việc xử lý ô nhiễm nước mặt trên diện rộng đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành rất lớn nếu áp dụng các giải pháp công trình cơ học - hóa học truyền thống. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp sinh học bằng thực vật thủy sinh (phytoremediation) có chi phí thấp, kỹ thuật vận hành đơn giản, thân thiện với môi trường và có khả năng phục hồi cảnh quan đang là hướng tiếp cận cần thiết. Cây Thủy trúc (Cyperus involucratus Poiret) là loài thực vật thân thảo thuộc họ Cói, có đặc tính sinh trưởng nhanh, hệ rễ chùm phát triển mạnh, chịu ngập úng tốt và dễ nhân giống. Nhằm kiểm chứng khả năng làm sạch nguồn nước sông Nhuệ của loài cây này, tác giả Phạm Bảo Ngọc đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp ngành Khoa học Môi trường tại Trường Đại học Lâm nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm:

  1. Đánh giá khả năng xử lý nước lấy tại sông Nhuệ, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội của cây Thủy trúc trong điều kiện phòng thí nghiệm.
  2. Đề xuất một số giải pháp cho việc nghiên cứu mở rộng và ứng dụng cây Thủy trúc vào thực tế xử lý ô nhiễm nước sông Nhuệ.

Để thực hiện các mục tiêu trên, khóa luận triển khai 3 nhiệm vụ nghiên cứu chính:

  1. Đánh giá thực trạng chất lượng nước sông Nhuệ tại khu vực thành phố Hà Nội, đặc biệt là đoạn qua quận Hà Đông.
  2. Xác định hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm nước của cây Thủy trúc theo các mật độ và khoảng thời gian thí nghiệm (15 ngày và 30 ngày).
  3. Đề xuất mô hình kỹ thuật và biện pháp trồng, chăm sóc cây Thủy trúc phục vụ xử lý ô nhiễm nước mặt sông Nhuệ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mẫu nước mặt sông Nhuệ lấy tại khu vực chân cầu Hà Đông (quận Hà Đông, Hà Nội); cây Thủy trúc (Cyperus involucratus Poiret) thu thập tại xã Phùng Xá, huyện Mỹ Đức, thành phố Hà Nội; cùng 11 thông số chất lượng nước bao gồm: $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$, $\text{Fe}$, $\text{TSS}$, $\text{TDS}$, Độ muối ($\text{Sal}$), Độ dẫn điện ($\text{EC}$) và Độ đục.
  • Phạm vi nghiên cứu: Về không gian, mẫu nước được khảo sát tại đoạn sông Nhuệ qua cầu Hà Đông; về mặt kỹ thuật, đề tài giới hạn thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm ở trạng thái nước tĩnh, chưa mô phỏng điều kiện thủy lực dòng chảy tự nhiên ngoài thực địa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên cơ sở lý thuyết về công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation), được định nghĩa là việc tận dụng quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực vật thích hợp để hấp thụ, chuyển hóa, tích lũy hoặc cố định các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và kim loại nặng trong môi trường nước. Cây Thủy trúc (Cyperus involucratus Poiret, họ Cyperaceae) có bộ rễ chùm dày đặc, tạo diện tích bề mặt tiếp xúc lớn cho vi sinh vật bám dính phân hủy chất hữu cơ, đồng thời hệ rễ trực tiếp giữ lại các hạt cặn lơ lửng và hấp thu các ion dinh dưỡng ($\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$) cùng ion sắt phục vụ cho quá trình trao đổi chất.

Tác giả đã kế thừa các công trình nghiên cứu trước đó về thực vật xử lý nước thải:

  • Nghiên cứu của PGS. Nguyễn Việt Anh (Trường Đại học Xây dựng) về bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng sử dụng Cỏ Nến, Sậy, Thủy trúc, Mai nước để xử lý nước thải sinh hoạt, đạt hiệu quả khử $\text{SS}$, $\text{COD}$, Nitơ và Photpho cao.
  • Nghiên cứu của Lê Thế Trung về việc sử dụng Thủy trúc và Rau Chai để khử mùi, giảm độ đục và cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi lợn.
  • Nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Thị Tuyết Trinh, Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Đăng Phúc Long (2009) về mô hình bể lọc gia đình kết hợp Thủy trúc và chất keo tụ, giúp giảm hàm lượng sắt từ 8,9 mg/l xuống 0,5 mg/l.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành bài bản qua các khâu:

  • Thu thập mẫu thực địa: Nước sông được lấy tại 3 điểm phân bố đều theo mặt cắt ngang sông Nhuệ dưới chân cầu Hà Đông vào lúc 8 giờ sáng (thời điểm ít nắng gió, hạn chế biến động sinh hóa). Thiết bị lấy mẫu là bình Winker dung tích 2 lít của Mỹ, lấy ở độ sâu bằng 60% chiều sâu cột nước tính từ đáy sông lên. Tổng thể tích nước thu thập trên 150 lít, được hòa trộn đồng nhất trong các can 20 lít không để bọt khí. Cây Thủy trúc được chọn đồng đều về kích thước, độ tuổi, rửa sạch bùn đất bám ở rễ bằng nước máy trước khi cân khối lượng ban đầu.
  • Bố trí thí nghiệm: Sử dụng 5 bể xốp (kích thước lòng trong: dài 43 cm, rộng 30 cm, cao 25 cm). Mỗi bể chứa 25,8 lít nước sông Nhuệ (chiều cao cột nước 20 cm) và được cố định cây bằng giá đỡ:
    • Bể 1: Trồng 10 cây (sinh khối 210 g).
    • Bể 2: Trồng 20 cây (sinh khối 300 g).
    • Bể 3: Trồng 30 cây (sinh khối 510 g).
    • Bể 4: Trồng 40 cây (sinh khối 620 g).
    • Bể 5: Bể đối chứng (chỉ chứa nước sông Nhuệ, không trồng thực vật).
  • Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Các chỉ tiêu được xác định tại Phòng thí nghiệm Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp theo tiêu chuẩn quốc gia:
    • $\text{BOD}_5$: Phương pháp pha loãng mẫu, ủ 5 ngày trong bóng tối và đo oxy hòa tan ($\text{DO}$) theo TCVN 6001:1995 (ISO 5815:1989).
    • $\text{COD}$: Phương pháp Kalidicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) nung mẫu ở $150^\circ\text{C}$ trong 2 giờ, chuẩn độ lượng dư bằng dung dịch $\text{Fe}^{2+}$ với chỉ thị Feroin theo TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989).
    • $\text{PO}_4^{3-}$: Phương pháp trắc quang tạo phức màu xanh dương ở $\text{pH} = 8,5$ theo TCVN 6282:1996.
    • $\text{Cl}^-$: Phương pháp chuẩn độ Morh với dung dịch bạc nitrat ($\text{AgNO}_3$), chỉ thị kali cromat ($\text{K}_2\text{CrO}_4$).
    • $\text{NO}_3^-$: Phương pháp so màu quang điện tạo phức màu vàng với axit đisunfophenic ở bước sóng 410 nm theo TCVN 6178:1996 (ISO 6777:1984).
    • $\text{Fe}$: Phương pháp trắc quang tạo phức màu đỏ máu với thuốc thử $\text{KCNS}$ trên mẫu axit hóa bằng $\text{HNO}_3$ đặc theo TCVN 6177:1996 (ISO 6332:1988).
    • $\text{TSS}$: Phương pháp lọc qua giấy lọc, sấy khô ở nhiệt độ $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi và cân phân tích.
    • Các chỉ tiêu đo nhanh: Đo đồng thời $\text{TDS}$, $\text{Sal}$, $\text{EC}$ bằng máy Exstik II (Extech Instruments); đo độ đục bằng máy so màu quang học Lovibond (Đức) đã hiệu chuẩn bằng dung dịch chuẩn 1000, 10 và 0,02 NTU.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Kết quả phân tích được đối chiếu với QCVN 08:2008/BTNMT (cột B2 - dùng cho giao thông thủy và các mục đích chất lượng nước thấp). Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel để thiết lập phương trình hồi quy tuyến tính biểu diễn mối quan hệ giữa sinh khối cây và lượng chất ô nhiễm xử lý được.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa mạng lưới sông ngòi nội thành Hà Nội (sông Hồng, Đuống, Tô Lịch, Nhuệ, Đáy, Kim Ngưu, Cà Lồ...), trong đó nhấn mạnh sông Nhuệ là trục tiêu thoát nước chính dài gần 40 km chạy qua thủ đô. Tác giả phân tích số liệu từ Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội cho thấy mỗi ngày nội thành xả khoảng 500.000 $\text{m}^3$ nước thải (trong đó có 100.000 $\text{m}^3$ nước thải công nghiệp, dịch vụ, y tế), phần lớn đổ dồn vào 4 sông thoát nước chính rồi nhập lưu vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt khiến nguồn nước bị suy thoái nghiêm trọng, đặc biệt vào mùa khô khi thiếu dòng chảy bổ cập tự nhiên.

Tiếp đó, chương tổng quan phân tích công nghệ phytoremediation trên thế giới và tại Việt Nam, phân loại nhóm thực vật nổi (bèo Nhật Bản, bèo Cái, bèo Tấm có khả năng hấp thụ $\text{NH}_4^+$ từ 90–100%, $\text{PO}_4^{3-}$ từ 35–58,6%) và thực vật ngập nước (Hến biển, Ngổ dại, Cỏ Nến, Sậy, Thủy trúc). Các công trình thực nghiệm của Nguyễn Việt Anh (xử lý nước thải sinh hoạt), Nguyễn Văn Khôi (hấp thụ Asen, Amoni), Lê Thế Trung (nước thải chuồng lợn) và Nguyễn Thị Tuyết Trinh (bể lọc gia đình khử Fe từ 8,9 mg/l xuống 0,5 mg/l) được phân tích để làm rõ tiềm năng của cây Thủy trúc. Phần cuối chương mô tả chi tiết đặc tính sinh học của Cyperus involucratus: cây thân thảo, cao 45–91 cm, thân tròn đường kính 0,5–1 cm, rễ chùm, tán lá bắc xòe tròn ở ngọn dài 15–25 cm, chịu úng tốt, biên độ $\text{pH}$ tối thích 5,5–6,5, có thể nhân giống bằng tách bụi hoặc ngọn cây.

Chương 2: Mục tiêu – Đối tượng - Nội dung – Phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thiết kế và thực hiện nghiên cứu. Tác giả xác lập rõ 2 mục tiêu và 3 nội dung nghiên cứu gắn liền với việc đánh giá hiệu quả xử lý 11 chỉ tiêu ô nhiễm của cây Thủy trúc trên mẫu nước sông Nhuệ tại cầu Hà Đông. Phương pháp lấy mẫu thực địa mô tả chuẩn xác việc sử dụng thiết bị Winkler 2 lít thu mẫu tại 3 điểm trên mặt cắt ngang ở tầng 60% độ sâu tính từ đáy sông lên vào lúc 8 giờ sáng, gộp thành thể tích hơn 150 lít.

Chương này cũng mô tả quy trình bố trí 5 bể thực nghiệm (4 bể trồng Thủy trúc với các mật độ 10, 20, 30, 40 cây tương ứng các dải sinh khối 210 g, 300 g, 510 g, 620 g và 1 bể đối chứng không trồng cây; thể tích 25,8 lít nước/bể). Tác giả chi tiết hóa toàn bộ các bước phân tích phòng thí nghiệm theo TCVN cho từng chỉ tiêu ($\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$, $\text{Fe}$, $\text{TSS}$, các máy đo nhanh $\text{TDS}$, $\text{Sal}$, $\text{EC}$, độ đục) cùng công thức tính nồng độ và phương pháp phân tích tương quan hồi quy tuyến tính trong Excel.

Chương 3: Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu

Chương 3 khái quát các đặc trưng tự nhiên và kinh tế - xã hội của lưu vực sông Nhuệ - Đáy (diện tích tự nhiên $7.665 \text{ km}^2$, tổng lượng nước hàng năm khoảng 28,8 tỷ $\text{m}^3$, mạng lưới sông có mật độ 0,7–1,2 $\text{km/km}^2$). Sông Hồng cung cấp 85–90% lượng nước cho lưu vực, chế độ dòng chảy phụ thuộc trực tiếp vào việc vận hành các cống điều tiết Liên Mạc, Thanh Liệt, Hà Đông, Đồng Quan... Đoạn sông Nhuệ qua quận Hà Đông dài 10–15 km, bề rộng trung bình 15–20 m (lớn nhất tại cầu Hà Đông đạt 34 m), độ sâu nước mùa kiệt 1,5–2 m, lưu lượng dòng chảy mùa khô dao động từ 4,008 đến 17,442 $\text{m}^3/\text{s}$. Tại cầu Hà Đông, lớp bùn đáy dày 0,87 m gồm 30% bột thô và 33% sét.

Về kinh tế - xã hội, lưu vực có dân số trên 10,2 triệu người (năm 2005) với mật độ 874 người/$\text{km}^2$ (cao gấp 3,5 lần mức trung bình toàn quốc). Tốc độ đô thị hóa nhanh (tăng trưởng dân số đô thị 5–5,58%/năm), sự phát triển của 458 làng nghề (dệt lụa Vạn Phúc, miến bún Phú Đô, chế biến thực phẩm, dệt nhuộm) cùng hàng loạt cụm công nghiệp đã thải trực tiếp các chất ô nhiễm hữu cơ, hóa chất nhuộm và kim loại nặng vào dòng sông, gây quá tải năng lực tự làm sạch của nguồn nước.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của khóa luận, cung cấp số liệu thực nghiệm toàn diện qua 3 giai đoạn đo đạc:

  1. Thực trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ (mẫu phân tích ngày 28/02/2011 tại chân cầu Hà Đông): Nguồn nước bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nghiêm trọng khi hầu hết các thông số đều vượt QCVN 08:2008/BTNMT cột B2 nhiều lần:

    • $\text{BOD}_5$ đạt 127,3 mg/l (vượt quy chuẩn 5,09 lần).
    • $\text{COD}$ đạt 254,6 mg/l (vượt quy chuẩn 5,1 lần).
    • $\text{PO}_4^{3-}$ đạt 3,24 mg/l (vượt quy chuẩn 6,48 lần).
    • $\text{NO}_3^-$ đạt 120,46 mg/l (vượt quy chuẩn 8,03 lần).
    • $\text{Fe}$ đạt 19,2 mg/l (vượt quy chuẩn 9,6 lần).
    • $\text{TSS}$ đạt 287,74 mg/l (vượt quy chuẩn 2,88 lần).
    • Các thông số khác: $\text{Cl}^- = 475,16\text{ mg/l}$; $\text{TDS} = 849\text{ mg/l}$; $\text{Sal} = 520\text{ ppm}$; $\text{EC} = 954\text{ }\mu\text{s}$; Độ đục = 58,57 NTU.

  2. Hiệu quả xử lý sau 15 ngày thí nghiệm: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong tất cả các bể trồng cây đều giảm mạnh so với mẫu ban đầu và vượt trội rõ rệt so với bể đối chứng. Chỉ tiêu $\text{TSS}$ ở cả 4 bể trồng cây đã giảm về mức 9,6–25,9 mg/l, đạt chuẩn QCVN cột B2 (quy chuẩn là 100 mg/l). Nồng độ $\text{NO}_3^-$ giảm từ 120,46 mg/l xuống còn 30,48–45,47 mg/l (hiệu suất thực tế cây xử lý đạt 41,7–54,1%). Sắt tổng số giảm xuống còn 3,01–5,84 mg/l (hiệu suất thực tế 65,95–80,67%). Độ đục giảm từ 58,57 NTU xuống còn 3,08–6,69 NTU.

  3. Phân tích tương quan hồi quy sau 15 ngày: Tác giả xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính giữa sinh khối cây Thủy trúc ($x$, đơn vị gam) và tải lượng chất ô nhiễm xử lý được ($y$, đơn vị mg):

    • Đối với $\text{BOD}_5$: $y = 1,8089x + 545,87$ với hệ số tương quan $R^2 = 0,9667$ (trong văn bản có lỗi đánh máy ghi $y = 18089x + 545,87$).
    • Đối với $\text{COD}$: $y = 2,9906x + 751,36$ với hệ số tương quan $R^2 = 0,9766$. Cả hai phương trình đều có hệ số $R^2 > 0,96$, chứng minh mối tương quan thuận rất chặt chẽ giữa sinh khối cây và lượng chất hữu cơ bị loại bỏ.

  4. Hiệu quả xử lý sau 30 ngày và đề xuất giải pháp: Sau 30 ngày, hiệu quả xử lý biểu hiện rõ nét nhất. Mặc dù bể 40 cây cho hiệu suất tuyệt đối cao nhất, nhưng mật độ 30 cây/bể (tương đương sinh khối ban đầu 510 g cho 25,8 lít nước) được xác định là mật độ tối ưu về mặt kinh tế - sinh thái để nước đạt tiêu chuẩn xả thải. Từ đó, tác giả đề xuất mô hình đóng bè thả nổi trồng Thủy trúc dọc theo chiều dài sông Nhuệ kết hợp biện pháp cắt tỉa sinh khối và nhân giống định kỳ vào mùa xuân.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã cung cấp bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm của cây Thủy trúc sau 15 ngày thực nghiệm:

TT Thông số Đơn vị Hiện trạng ban đầu Bể 10 cây (210 g) Bể 20 cây (300 g) Bể 30 cây (510 g) Bể 40 cây (620 g) Bể đối chứng (0 cây) QCVN 08:2008 (Cột B2)
1 $\text{BOD}_5$ mg/l 127,3 56,8 54,6 34,3 30,8 94,0 25
2 $\text{COD}$ mg/l 254,6 102,4 97,8 65,9 53,9 156,8 50
3 $\text{PO}_4^{3-}$ mg/l 3,24 0,97 0,84 0,67 0,45 2,57 0,5
4 $\text{Cl}^-$ mg/l 475,16 255,3 241,1 226,8 216,8 269,4 -
5 $\text{NO}_3^-$ mg/l 120,46 45,47 43,01 34,30 30,48 95,60 15
6 $\text{Fe}$ mg/l 19,2 5,84 5,71 3,53 3,01 18,50 2
7 $\text{TSS}$ mg/l 287,74 25,9 18,5 13,3 9,6 84,7 100
8 $\text{TDS}$ mg/l 849 730 645 638 626 834 -
9 $\text{Sal}$ ppm 520 443 432 422 416 470 -
10 $\text{EC}$ $\mu\text{s}$ 954 739 720 686 673 901 -
11 Độ đục NTU 58,57 6,69 5,11 3,22 3,08 38,57 -

Hiệu suất xử lý thực tế của riêng cây Thủy trúc sau 15 ngày (sau khi đã khấu trừ tỷ lệ tự phân hủy/lắng đọng ở bể đối chứng):

  • $\text{BOD}_5$: Loại bỏ từ 39,3% (bể 10 cây) đến 59,71% (bể 40 cây).
  • $\text{COD}$: Loại bỏ từ 31,4% (bể 10 cây) đến 50,42% (bể 40 cây).
  • $\text{PO}_4^{3-}$: Loại bỏ từ 50,0% đến 66,01%.
  • $\text{NO}_3^-$: Loại bỏ từ 41,7% đến 54,1%.
  • $\text{Fe}$: Loại bỏ từ 65,95% đến 80,67%.
  • $\text{TSS}$: Loại bỏ từ 53,9% đến 59,66%.

Giải pháp và đóng góp của đề tài:

  • Về mặt học thuật: Khóa luận đã khắc phục những thiếu sót của các nghiên cứu trước (như nghiên cứu của Lê Thế Trung hay Nguyễn Thị Tuyết Trinh còn mang tính chất định tính hoặc chỉ khảo sát đơn lẻ một chỉ tiêu $\text{Fe}$). Tác giả đã thiết lập được thực nghiệm định lượng đa chỉ tiêu (11 thông số sinh lý, hóa học, vật lý) và chứng minh bằng phương trình toán học mối quan hệ giữa sinh khối Thủy trúc với khả năng hấp thụ $\text{BOD}_5$ ($R^2 = 0,9667$) và $\text{COD}$ ($R^2 = 0,9766$).
  • Về mặt thực tiễn: Xác định được mật độ nuôi trồng tối ưu là 30 cây/25,8 lít nước để đạt hiệu quả xử lý kinh tế nhất. Đề xuất mô hình thiết kế bè nổi trồng Thủy trúc phân bố dọc theo chiều dài sông Nhuệ, vừa tận dụng khả năng hút bớt chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng và sắt của rễ cây, vừa tạo cảnh quan sinh thái mặt nước đô thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số giới hạn nghiên cứu do điều kiện thực hiện:

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm trong môi trường nước tĩnh, thể tích bể chứa nhỏ (25,8 lít), chưa phản ánh được các yếu tố thủy động lực học phức tạp của sông Nhuệ như lưu tốc dòng chảy, chế độ đóng mở cống điều tiết và dao động mực nước theo mùa lũ/kiệt.
  • Chưa khảo sát sâu khả năng tích lũy kim loại nặng và độc chất trong từng bộ phận sinh khối (rễ, thân, lá) của cây Thủy trúc qua các chu kỳ sinh trưởng khác nhau.
  • Thời gian theo dõi thực nghiệm dừng lại ở mốc 30 ngày, chưa đánh giá được ngưỡng bão hòa hấp thụ của thực vật và nguy cơ ô nhiễm thứ cấp khi cây già cỗi, phân hủy.

Hướng nghiên cứu mở rộng được đề xuất:

  • Cần hoàn thiện phương pháp nghiên cứu bằng cách thử nghiệm trên mô hình dòng chảy liên tục hoặc các pilot bãi lọc ngầm/bè nổi bán tự nhiên ngoài hiện trường ven sông Nhuệ.
  • Nghiên cứu chu kỳ thu hoạch và xử lý sinh khối thực vật sau hấp phụ để tránh tái ô nhiễm nguồn nước, đồng thời nghiên cứu khả năng tận dụng sinh khối thân cây khô làm chất đốt hoặc dây buộc thủ công.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích đối với:

  • Sinh viên, học viên cao học ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên Nước trong việc tham khảo phương pháp thiết kế thí nghiệm sinh học xử lý nước thải tĩnh và quy trình phân tích các chỉ tiêu hóa lý theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN).
  • Các cán bộ nghiên cứu và cơ quan quản lý môi trường đô thị quan tâm đến giải pháp xử lý ô nhiễm nước mặt phân tán, chi phí thấp thông qua mô hình bè thực vật thủy sinh nổi trên sông hồ nội đô.
  • Phần đáng tham khảo nhất của công trình là hệ thống số liệu định lượng chi tiết của 11 thông số nước mặt sông Nhuệ và phương pháp phân tích tương quan hồi quy giữa sinh khối thực vật và tải lượng chất ô nhiễm xử lý được.

Câu hỏi thường gặp

1. Mẫu nước sông Nhuệ dùng trong thí nghiệm được thu thập ở đâu và vào thời gian nào?
Mẫu nước được lấy vào lúc 8 giờ sáng ngày 28/02/2011 tại 3 điểm phân bố đều theo chiều ngang sông Nhuệ dưới chân cầu Hà Đông, quận Hà Đông, Hà Nội. Nước được thu ở độ sâu bằng 60% chiều sâu dòng sông tính từ đáy lên bằng thiết bị Winkler dung tích 2 lít, với tổng thể tích thu thập trên 150 lít.

2. Hiện trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ tại thời điểm lấy mẫu nghiêm trọng nhất ở những chỉ tiêu nào?
Nước sông Nhuệ bị ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng rất nặng. Đối chiếu với QCVN 08:2008/BTNMT (cột B2), chỉ tiêu $\text{Fe}$ vượt 9,6 lần (đạt 19,2 mg/l); $\text{NO}_3^-$ vượt 8,03 lần (đạt 120,46 mg/l); $\text{PO}_4^{3-}$ vượt 6,48 lần (đạt 3,24 mg/l); $\text{COD}$ vượt 5,1 lần (đạt 254,6 mg/l); $\text{BOD}_5$ vượt 5,09 lần (đạt 127,3 mg/l) và $\text{TSS}$ vượt 2,88 lần (đạt 287,74 mg/l).

3. Mật độ trồng cây Thủy trúc nào được kết luận là tối ưu cho quá trình xử lý?
Mặc dù bể trồng 40 cây (sinh khối 620 g) cho hiệu quả xử lý cao nhất về giá trị tuyệt đối, nhưng bể trồng 30 cây (sinh khối 510 g trên 25,8 lít nước) được xác định là mật độ tối ưu nhất. Ở mật độ này, hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm đạt tương đương bể 40 cây và đảm bảo các chỉ tiêu đưa nước về ngưỡng đạt chuẩn quy chuẩn mà vẫn tiết kiệm mật độ sinh khối nuôi trồng.

4. Sau 15 ngày thí nghiệm, chỉ tiêu nào đã đạt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT (cột B2)?
Chỉ tiêu tổng chất rắn lơ lửng ($\text{TSS}$) ở tất cả các bể trồng cây Thủy trúc đều giảm mạnh xuống mức 9,6–25,9 mg/l (đạt hiệu suất xử lý thực tế 53,9–59,66%), thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn quy định của cột B2 là 100 mg/l. Trong khi đó, ở bể đối chứng không trồng cây, nồng độ $\text{TSS}$ vẫn ở mức 84,7 mg/l.

5. Khóa luận đề xuất mô hình thực tế nào để làm sạch nước sông Nhuệ?
Tác giả đề xuất mô hình đóng các bè nổi bằng tre gỗ để trồng cây Thủy trúc thả nổi dọc theo chiều dài lưu vực sông Nhuệ. Mô hình này giúp bộ rễ cây ngập trong nước để hút chất dinh dưỡng, kim loại và giữ cặn lơ lửng, đồng thời thân lá trên mặt nước tạo cảnh quan sinh thái xanh cho dòng sông mà không cản trở lớn đến thoát lũ nếu được neo buộc quy chuẩn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phạm Bảo Ngọc đã chứng minh thực nghiệm thành công khả năng làm sạch nước sông Nhuệ bị ô nhiễm nặng bằng cây Thủy trúc (Cyperus involucratus Poiret) trong điều kiện phòng thí nghiệm. Sau 15 đến 30 ngày xử lý, các thông số ô nhiễm đặc trưng như $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, $\text{Fe}$ và $\text{TSS}$ đều suy giảm rõ rệt, trong đó mối quan hệ giữa sinh khối cây và tải lượng xử lý chất hữu cơ tuân theo quy luật tương quan tuyến tính rất chặt chẽ ($R^2 > 0,96$). Nghiên cứu đã xác lập mật độ tối ưu 30 cây/25,8 lít và đề xuất giải pháp bè thực vật nổi giàu tính khả thi, đóng góp dữ liệu khoa học thiết thực cho công tác kiểm soát ô nhiễm nước mặt đô thị bằng phương pháp sinh thái.