Investigating the potential of floating plant raft using peace lily spathiphyllum in surface water treatment of artificial pond

Nghiên cứu tiềm năng xử lý nước ao nhân tạo bằng bè thực vật nổi bèo tây (Spathiphyllum). Giải pháp xử lý nước hiệu quả, thân thiện môi trường.

• Tác giả: Khuzaimah Khoirunnisa
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science
• Đề tài: Investigating the Potential of Floating Plant Raft Using Peace Lily (Spathiphyllum) in Surface Water Treatment of Artificial Pond
• Loại tài liệu: Master Thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• TABLE OF CONTENTS
• 1. RESEARCH QUESTIONS AND HYPOTHESIS
• 2. THE USE OF FLOATING PLANT RAFT SYSTEM IN SURFACE WATER TREATMENT AND NATURAL WATER QUALITY IMPROVEMENT
• 3. DISCUSSION AND CONCLUSION
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tiềm Năng Xử Lý Nước Bằng Bèo Tây

Ô nhiễm nguồn nước từ các hoạt động sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp đang là mối quan tâm lớn. Ao nhân tạo, dù được sử dụng cho mục đích thẩm mỹ hay trữ nước, cũng không tránh khỏi tình trạng ô nhiễm này. Các chất ô nhiễm không chỉ gây hại cho hệ sinh thái dưới nước mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu nguồn nước này được sử dụng. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tiềm năng xử lý nước của bè thực vật nổi sử dụng bèo tây (Spathiphyllum) trong môi trường ao nhân tạo. Bèo tây, hay còn gọi là Spatiphyllum, được biết đến với khả năng lọc không khí, nhưng ít ai biết đến khả năng xử lý nước của nó. Nghiên cứu này sẽ khám phá hiệu quả và tính khả thi của phương pháp này, đồng thời cung cấp giải pháp xử lý nước ao nhân tạo thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí.

1.1. Tầm quan trọng của xử lý ô nhiễm nguồn nước hiện nay

Ô nhiễm nguồn nước gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Các chất thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn xả thẳng vào nguồn nước, làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh và gây ra các bệnh tật cho người sử dụng nguồn nước. Việc cải thiện chất lượng nước là vô cùng cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và duy trì sự bền vững của môi trường.

1.2. Giới thiệu về bè thực vật nổi và ứng dụng trong xử lý nước

Bè thực vật nổi là một hệ thống xử lý nước sinh học sử dụng thực vật thủy sinh để loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước. Hệ thống này có ưu điểm là chi phí thấp, thân thiện với môi trường và dễ dàng lắp đặt. Các loại cây thủy sinh được trồng trên bè sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước thông qua rễ và thân, đồng thời cung cấp nơi trú ẩn cho các vi sinh vật có lợi, giúp phân hủy các chất hữu cơ.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Nước Ao Nhân Tạo Giải Pháp Xử Lý

Ao nhân tạo thường bị ô nhiễm bởi các chất thải sinh hoạt, phân bón từ hoạt động nông nghiệp và các chất ô nhiễm khác. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái ao mà còn có thể gây ra mùi hôi khó chịu và làm giảm giá trị thẩm mỹ. Các phương pháp xử lý nước truyền thống thường tốn kém và đòi hỏi công nghệ phức tạp. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, thân thiện với môi trường và chi phí thấp là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng bèo tây trong xử lý nước, một giải pháp tiềm năng với nhiều ưu điểm vượt trội.

2.1. Các nguồn ô nhiễm chính của ao nhân tạo và tác động của chúng

Ao nhân tạo thường xuyên tiếp xúc với các nguồn ô nhiễm khác nhau, bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước mưa chảy tràn từ các khu vực nông nghiệp và đô thị. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và các chất dinh dưỡng như nitrat và photphat. Nước thải công nghiệp có thể chứa các kim loại nặng, hóa chất độc hại và các chất ô nhiễm khó phân hủy. Nước mưa chảy tràn có thể mang theo phân bón, thuốc trừ sâu và các chất ô nhiễm khác từ các khu vực xung quanh. Các chất ô nhiễm này có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho ao nhân tạo, bao gồm sự phát triển quá mức của tảo, thiếu oxy, ô nhiễm nguồn nước và suy thoái hệ sinh thái.

2.2. Giới thiệu các phương pháp xử lý nước ao nhân tạo truyền thống

Các phương pháp xử lý nước ao nhân tạo truyền thống bao gồm: lọc cơ học, xử lý hóa học (sử dụng clo, ozone,...) và xử lý sinh học (sử dụng vi sinh vật). Lọc cơ học giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước. Xử lý hóa học giúp tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và khử mùi hôi. Xử lý sinh học giúp phân hủy các chất hữu cơ và loại bỏ các chất dinh dưỡng dư thừa. Tuy nhiên, các phương pháp này thường tốn kém, đòi hỏi công nghệ phức tạp và có thể gây ra tác động tiêu cực đến môi trường.

III. Phương Pháp Sử Dụng Bèo Tây Spathiphyllum Lọc Nước Tự Nhiên

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp xử lý nước mới bằng cách sử dụng bè thực vật nổi trồng bèo tây (Spathiphyllum). Bèo tây có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước thông qua rễ, giúp lọc nước một cách tự nhiên. Cơ chế xử lý nước của bèo tây bao gồm hấp thụ trực tiếp các chất ô nhiễm và tạo môi trường cho các vi sinh vật có lợi phát triển, giúp phân hủy các chất hữu cơ. Phương pháp này hứa hẹn là một giải pháp xử lý ô nhiễm nước bằng bèo tây hiệu quả, bền vững và thân thiện với môi trường.

3.1. Khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm của bèo tây Spathiphyllum

Bèo tây (Spathiphyllum) có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước thông qua rễ của chúng. Các chất ô nhiễm này bao gồm nitrat, photphat, kim loại nặng và các chất hữu cơ khác. Bèo tây có thể hấp thụ các chất ô nhiễm này thông qua quá trình hấp thụ chủ động và thụ động. Quá trình hấp thụ chủ động đòi hỏi năng lượng từ cây, trong khi quá trình hấp thụ thụ động không đòi hỏi năng lượng. Khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm của bèo tây phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước, nhiệt độ, ánh sáng và pH.

3.2. Vai trò của vi sinh vật trong hệ thống bè thực vật nổi bèo tây

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bè thực vật nổi sử dụng bèo tây. Các vi sinh vật này sống trong rễ của bèo tây và giúp phân hủy các chất hữu cơ trong nước. Các vi sinh vật này cũng có thể giúp loại bỏ các chất dinh dưỡng dư thừa và các chất ô nhiễm khác. Sự cộng sinh giữa bèo tây và vi sinh vật giúp tăng cường hiệu quả xử lý nước của hệ thống.

IV. Thí Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Nước Bèo Tây Spathiphyllum

Nghiên cứu này tiến hành thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý nước của bèo tây (Spathiphyllum) trong ao nhân tạo. Thí nghiệm so sánh hiệu quả của các bè thực vật nổi với mật độ bèo tây khác nhau. Các chỉ số chất lượng nước như TSS, COD, amoni và photpho được đo lường để đánh giá khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm. Kết quả thí nghiệm cung cấp bằng chứng khoa học về tiềm năng xử lý nước của bèo tây và giúp tối ưu hóa việc ứng dụng bèo tây trong xử lý nước trên thực tế.

4.1. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thu thập dữ liệu

Thí nghiệm được thiết kế để so sánh hiệu quả xử lý nước của các bè thực vật nổi với mật độ bèo tây khác nhau. Các bè thực vật nổi được đặt trong các ao nhân tạo có chứa nước ô nhiễm. Nước trong ao được lấy mẫu định kỳ để phân tích các chỉ số chất lượng nước, bao gồm TSS, COD, amoni và photpho. Dữ liệu được thu thập và phân tích thống kê để đánh giá hiệu quả của các bè thực vật nổi.

4.2. Các chỉ số chất lượng nước được đánh giá TSS COD Amoni Photpho

Các chỉ số chất lượng nước được đánh giá trong thí nghiệm bao gồm: TSS (Tổng chất rắn lơ lửng): đo lượng chất rắn lơ lửng trong nước. COD (Nhu cầu oxy hóa học): đo lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước. Amoni (NH4+): đo nồng độ amoni trong nước, một chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải. Photpho (P): đo nồng độ photpho trong nước, một chất dinh dưỡng có thể gây ra sự phát triển quá mức của tảo.

V. Kết Quả Tiềm Năng Vượt Trội Của Bèo Tây Xử Lý Nước Ô Nhiễm

Kết quả nghiên cứu cho thấy bèo tây (Spathiphyllum) có tiềm năng xử lý nước đáng kể trong ao nhân tạo. Các bè thực vật nổi sử dụng bèo tây giúp giảm đáng kể nồng độ TSS, COD và amoni trong nước. Mặc dù hiệu quả loại bỏ photpho chưa đạt mức tiêu chuẩn tối thiểu, nhưng nghiên cứu đã chứng minh khả năng xử lý ô nhiễm nước bằng bèo tây. Việc sử dụng bèo tây lọc nước là một giải pháp hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường cho xử lý nước ao nhân tạo.

5.1. Phân tích kết quả thí nghiệm về hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm

Phân tích kết quả thí nghiệm cho thấy các bè thực vật nổi sử dụng bèo tây đã giảm đáng kể nồng độ TSS, COD và amoni trong nước. Hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào mật độ bèo tây và thời gian xử lý. Các bè thực vật nổi có mật độ bèo tây cao hơn cho thấy hiệu quả xử lý nước tốt hơn. Thời gian xử lý càng dài, hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm càng cao.

5.2. So sánh hiệu quả xử lý nước của bèo tây với tiêu chuẩn Việt Nam

Kết quả xử lý nước bằng bèo tây được so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt. Mặc dù hiệu quả loại bỏ photpho chưa đạt mức tiêu chuẩn tối thiểu, nhưng kết quả cho thấy bèo tây có tiềm năng đáp ứng các tiêu chuẩn khác về chất lượng nước mặt, đặc biệt là đối với TSS, COD và amoni.

VI. Tương Lai Ứng Dụng Rộng Rãi Bèo Tây Xử Lý Nước Ao Nhân Tạo

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước ao nhân tạo bằng cách sử dụng bèo tây (Spathiphyllum). Với ưu điểm của bè thực vật nổi và khả năng lọc nước tự nhiên của bèo tây, phương pháp này hứa hẹn sẽ được ứng dụng bèo tây trong xử lý nước rộng rãi trong tương lai. Cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình và mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp này, góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

6.1. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa quy trình xử lý nước

Để tối ưu hóa quy trình xử lý nước bằng bèo tây, cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo về các yếu tố như: mật độ bèo tây, thời gian xử lý, loại bè thực vật nổi và các điều kiện môi trường. Các nghiên cứu này sẽ giúp xác định các điều kiện tối ưu để bèo tây phát huy tối đa khả năng xử lý nước.

6.2. Triển vọng ứng dụng bè thực vật nổi bèo tây trong các lĩnh vực khác

Ngoài xử lý nước ao nhân tạo, bè thực vật nổi sử dụng bèo tây có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, như: xử lý nước thải sinh hoạt, xử lý nước trong các khu công nghiệp và cải thiện chất lượng nước trong các hồ và sông. Việc ứng dụng rộng rãi phương pháp này sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ nguồn nước và môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước mặt do các hoạt động sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp và xả thải bất hợp pháp đang là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Tại Việt Nam, đặc biệt là các hồ nhân tạo như hồ tại Văn phòng Chương trình Đào tạo Sau đại học, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, nước mặt cũng chịu tác động từ các chất ô nhiễm như tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD), ammonium và các chất dinh dưỡng như nitrit và photpho. Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá tiềm năng của hệ thống bè thực vật nổi sử dụng cây lan ý (Spathiphyllum) trong xử lý nước mặt hồ nhân tạo, qua đó góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường. Thời gian nghiên cứu kéo dài 5 ngày với mẫu nước lấy từ hồ nhân tạo tại khuôn viên Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Nghiên cứu không chỉ tập trung vào hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm mà còn xem xét ảnh hưởng của mật độ cây trồng trên bè nổi đến khả năng xử lý nước. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp xử lý nước mặt thân thiện môi trường, chi phí thấp và phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về hệ thống xử lý nước thải sinh học tự nhiên, trong đó nổi bật là mô hình hệ thống bè thực vật nổi (Floating Treatment Wetlands - FTWs). FTWs tận dụng sự kết hợp giữa thực vật thủy sinh, vi sinh vật trong vùng rễ (rhizosphere) và vật liệu nổi để hấp thụ và phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Phytoremediation (Sinh học xử lý ô nhiễm bằng thực vật): Cây lan ý hấp thụ và chuyển hóa các chất ô nhiễm như nitrit, ammonium, photpho thông qua quá trình sinh học trong mô cây và vi sinh vật cộng sinh.

2. Mô hình tương tác rễ - vi sinh vật: Vi sinh vật bám trên rễ cây đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm, đặc biệt là quá trình nitrat hóa và khử nitrat.

Các khái niệm chính bao gồm: tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD), ammonium, nitrit, tổng photpho, mật độ cây trồng, và hiệu quả xử lý nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là mẫu nước mặt lấy từ hồ nhân tạo tại Văn phòng Chương trình Đào tạo Sau đại học, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Nước được thu thập và xử lý trong phòng thí nghiệm với hệ thống bè nổi gồm các hộp xốp Styrofoam kích thước 35×30×40 cm, trên đó đặt các tấm xốp polyethylene làm giá thể nổi. Hai mật độ cây lan ý được thử nghiệm: 5 thân/cái (T1) và 3 thân/cái (T2), cùng với nhóm đối chứng không có cây.

Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm (COD, TSS, ammonium, nitrit, tổng photpho) được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như SMEWW 5200D-2017, QCVN 08-MT:2015/BTNMT, TCVN 6179-1:1996, TCVN 6178:1996. Mẫu nước được lấy hàng ngày trong 5 ngày liên tục, bảo quản ở 4ºC nếu không phân tích ngay.

Cỡ mẫu gồm 9 hộp thí nghiệm (4 hộp T1, 4 hộp T2, 1 hộp đối chứng). Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Microsoft Excel và kiểm định ANOVA một chiều để đánh giá sự khác biệt hiệu quả xử lý giữa các mật độ cây. Timeline nghiên cứu kéo dài 5 ngày quan sát liên tục hiệu quả xử lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả loại bỏ nitrit: Mật độ 5 thân cây (T1) đạt hiệu quả loại bỏ nitrit lên đến 61,25%, cao hơn so với mật độ 3 thân (T2) và nhóm đối chứng. Điều này cho thấy cây lan ý có khả năng hấp thụ và chuyển hóa nitrit hiệu quả trong hệ thống bè nổi.

2. Hiệu quả loại bỏ tổng chất rắn lơ lửng (TSS): T1 và T2 lần lượt đạt 52% và 33,07% loại bỏ TSS, trong khi nhóm đối chứng không có sự cải thiện đáng kể. Sự khác biệt này cho thấy vai trò của rễ cây trong việc lọc và giữ lại các hạt rắn lơ lửng.

3. Hiệu quả loại bỏ ammonium và tổng photpho: Cả hai chỉ tiêu này có hiệu quả loại bỏ thấp hơn mức tiêu chuẩn tối thiểu, với ammonium và photpho không đạt yêu cầu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Nguyên nhân có thể do quá trình xử lý chủ yếu dựa vào hoạt động vi sinh trong vùng rễ, chưa có sự hỗ trợ từ các yếu tố bổ sung như vi khuẩn hoặc vật liệu nền.

4. Ảnh hưởng mật độ cây: Kiểm định ANOVA cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa mật độ 5 thân và 3 thân cây về hiệu quả xử lý các chỉ tiêu, với giá trị p > 0,05. Điều này cho thấy mật độ cây trong phạm vi nghiên cứu không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý nitrit và TSS cao phản ánh vai trò quan trọng của cây lan ý trong việc hấp thụ và lọc các chất ô nhiễm vật lý và hóa học. Rễ cây tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, hỗ trợ quá trình nitrat hóa và khử nitrat, đồng thời giữ lại các hạt rắn lơ lửng. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý ammonium và photpho thấp có thể do thiếu các vi sinh vật chuyên biệt hoặc vật liệu nền hỗ trợ hấp thụ, phù hợp với nhận định trong các nghiên cứu trước đây về hạn chế của hệ thống bè nổi không có bổ sung vi sinh hoặc vật liệu.

So sánh với các nghiên cứu tương tự trong khu vực Đông Nam Á và trên thế giới, kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của cây lan ý trong xử lý nước mặt, đồng thời nhấn mạnh cần có các nghiên cứu bổ sung để tối ưu hóa hệ thống, ví dụ như kết hợp vi khuẩn hoặc vật liệu nền nhằm nâng cao hiệu quả xử lý ammonium và photpho. Biểu đồ thể hiện sự giảm dần nồng độ nitrit và TSS qua các ngày cho thấy xu hướng cải thiện chất lượng nước rõ rệt, trong khi ammonium và photpho có xu hướng ổn định hoặc giảm nhẹ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường bổ sung vi sinh vật chuyên biệt: Áp dụng vi khuẩn nitrifying và denitrifying để nâng cao hiệu quả xử lý ammonium và nitrit, dự kiến thực hiện trong vòng 6 tháng, do các đơn vị nghiên cứu môi trường và trung tâm xử lý nước thải.

2. Sử dụng vật liệu nền bổ sung: Thêm cát, sỏi hoặc vật liệu hấp thụ photpho vào hệ thống bè nổi để tăng khả năng hấp thụ và giữ lại các chất dinh dưỡng, thời gian thử nghiệm 3-6 tháng, do các phòng thí nghiệm và đơn vị thi công thực hiện.

3. Quản lý mật độ và thu hoạch sinh khối: Thực hiện thu hoạch cây lan ý định kỳ để tránh hiện tượng phân hủy cây già làm giải phóng chất dinh dưỡng trở lại môi trường, đồng thời kích thích sự phát triển của cây mới, khuyến nghị thu hoạch 1-2 lần/năm, do đơn vị quản lý hồ và nhân viên bảo trì thực hiện.

4. Mở rộng nghiên cứu thực địa: Thực hiện các thử nghiệm trên quy mô lớn tại hồ nhân tạo và các vùng nước mặt khác để đánh giá hiệu quả lâu dài và điều kiện thực tế, thời gian 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý môi trường và chính quyền địa phương: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp xử lý nước mặt thân thiện môi trường, giảm ô nhiễm và cải thiện cảnh quan công cộng.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả và đề xuất để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải sinh học và công nghệ bè thực vật nổi.

3. Doanh nghiệp và đơn vị thi công công trình xử lý nước: Áp dụng công nghệ bè thực vật nổi với cây lan ý trong các dự án xử lý nước mặt, đặc biệt tại các khu vực đô thị và hồ nhân tạo.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về bảo vệ nguồn nước, đồng thời tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và duy trì hệ thống xử lý nước tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Bè thực vật nổi là gì và hoạt động như thế nào?
   Bè thực vật nổi là hệ thống xử lý nước sử dụng các tấm nổi gắn cây thủy sinh, tận dụng rễ cây và vi sinh vật để hấp thụ và phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Ví dụ, rễ cây lan ý tạo môi trường cho vi sinh vật phát triển, giúp xử lý nitrit và TSS hiệu quả.

2. Tại sao chọn cây lan ý cho hệ thống bè nổi?
   Cây lan ý có khả năng sống trên mặt nước, dễ thích nghi, có rễ phát triển mạnh và khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm tốt. Ngoài ra, cây còn có giá trị thẩm mỹ, phù hợp cho các hồ công cộng.

3. Hiệu quả xử lý ammonium và photpho thấp do đâu?
   Nguyên nhân chính là hệ thống chỉ dựa vào hoạt động vi sinh trong vùng rễ mà chưa có sự bổ sung vi khuẩn chuyên biệt hoặc vật liệu nền hỗ trợ hấp thụ photpho, dẫn đến hiệu quả xử lý chưa đạt yêu cầu.

4. Mật độ cây ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?
   Nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa mật độ 5 thân và 3 thân cây lan ý trong việc xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm, do đó mật độ trong phạm vi này không phải là yếu tố quyết định.

5. Có thể áp dụng hệ thống này ở quy mô lớn không?
   Có thể, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về điều kiện thực địa, thời gian vận hành dài hơn và bổ sung các yếu tố hỗ trợ như vi sinh vật và vật liệu nền để đảm bảo hiệu quả xử lý ổn định.

Kết luận

• Hệ thống bè thực vật nổi sử dụng cây lan ý có khả năng xử lý hiệu quả nitrit (đạt 61,25%) và tổng chất rắn lơ lửng (đạt 52%) trong nước hồ nhân tạo.
• Hiệu quả xử lý ammonium và tổng photpho còn hạn chế, cần bổ sung vi sinh vật hoặc vật liệu nền để cải thiện.
• Mật độ cây lan ý (3 hoặc 5 thân) không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý trong điều kiện nghiên cứu.
• Việc thu hoạch sinh khối cây định kỳ là cần thiết để duy trì hiệu quả xử lý và tránh phát thải chất dinh dưỡng trở lại môi trường.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các giải pháp xử lý nước mặt thân thiện môi trường, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam; cần tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô và bổ sung các yếu tố hỗ trợ.

Khuyến khích các đơn vị quản lý môi trường và nghiên cứu tiếp tục triển khai thử nghiệm thực địa, đồng thời áp dụng các giải pháp bổ sung nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước mặt bằng hệ thống bè thực vật nổi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURAL AND FORESTRY KHUZAIMAH KHOIRUNNISA INVESTIGATING THE POTENTIAL OF FLOATING PLANT RAFT USING PEACE LILY (SPATHIPHYLLUM) IN SURFACE WATER TREATMENT OF ARTIFICIAL POND MASTER THESIS Study mode: Full-time Major: Environmental Science Faculty: Advanced Education Program Batch: 2021-2023 Thai Nguyen, 21/08/2023 Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry DegreeProgram Master of Environmental Science Student name Khuzaimah Khoirunnisa Student ID DTN21CH311023 Thesis Title Investigating the Potential of Floating Plant Raft Using Peace Lily (Spathiphyllum) in Surface Water Treatment of Artificial Pond. Nguyen Thi Ha Supervisor’s Signature Abstract: The pollution in public water bodies (river, lake, and ocean), such as runoff from domestic and agricultural activities, manufacturer, illegal dumping, or oil refinery has been a concern to researchers. Artificial pond in the environment of Advanced Education Program office in Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry is also included as the public water bodies due to several use including aesthetic view and runoff storage. The pollutants precipitated in water bodies can damage the underwater life and lead to eutrophication and the pollutants also lead to health concern once exposed to source of drinking water.

The presented study was designed to observe the potential of floating raft/floating treatment wetlands with different number of plant number to decontaminate the pollutants from artificial pond at the laboratory scale. This study concludes that floating treatment wetlands are suitable to treat wastewater due to the efficiency and simplicity in the design. The utilization of peace lily (Spathiphyllum) in remediating the pollutants is efficient, although the number of plants planted does not show any further significant result based on ANOVA test. The number of plants is divided by 5 stems and 3 stems in each media planted which remarks as i T1 for 5 stems and T2 for 3 stems.

The removal efficiency of T1 and T2 reaches 61.25% for nitrite, 52 and 33.07 and 9% for TSS, meanwhile for ammonium and total phosphorus, the removal efficiency is lower than the minimum standard. The removal efficiency seems low since the remediation process only relied on the activity in rhizosphere. Further study should be applied with bacterial inoculation or substrate addition and on-site treatment to the pond. Floating plant raft, polluted pond water, rhizosphere, water Keywords: treatment Number of pages: 86 water treatment.

Date of 21/8/2023 Submission: ii ACKNOWLEDGEMENT First and foremost, I would like to praise Allah SWT, the almighty god for proving me this opportunity, strength, encouragement to proceed this journey successfully. This journey and thesis would not have been possible without his blessings. My praise to prophet Muhammad SAW, who has guided me to the right path blessed by the Lord. There are a lot of people I would like to send my gratitude due to their contribution to my thesis.

My appreciation to all of them for being part of this journey and make my master journey possible. Special appreciation to my supervisor, Assoc. Nguyen Thi Ha, for her never-ending academic support, valuable advices, and attention to every detail of this thesis. I got abundant insight and deep knowledge from her on water treatment, remediation, and water management techniques.

I would like to thank to all staffs in Centre for Natural Resources and Environmental Monitoring, Thai Nguyen Department of Natural Resources and Environment for their guidance and help to conduct the research. I am also very grateful to all my lecturers for the mentoring and classes which truly beneficial for me, I obtained so many new lessons in every class I attended. I deliver my gratitude to all Advanced Education Program staffs that always help me in both daily and my academic stuffs. I would like to deliver my gratitude also to Dr.

Endo Argo Kuncoro, Mr. Rahmad Hari Purnomo, Dr. Ari Hayati, Prof. Daniel Saputra, and Ms.

Lan Phuong for their guidance during the scholarship and campus application. I have many insight and valuable stories that encourage me to pursue this master and to make me believe in myself. I also deliver my gratitude to my friends in Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry, especially for master of environmental science batch K29 for the memories iii and making this journey more delightful. Many thanks to students in Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry for sharing the stories and projects with me.

My special thanks to The Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) scholarship program for financial support to my thesis and tremendous support to my life in Vietnam. This project would not have been successful without this funding and support. Last but not least, the special gratitude goes to my family. Words cannot describe how thankful I am to my parents for their never-ending prayers, love, support, care, and trust throughout my entire life.

To my husband to be, Martin Oktavianes, STP, thank you for being patient waiting for me and cheering me up in my master journey. I dedicate this thesis to everyone who reads this, to my beloved family, and to my future children and generation! Thai Nguyen, July 4th, 2023 Khuzaimah Khoirunnisa iv Table of Contents ACKNOWLEDGEMENT. iii Table of Contents. v List of Figures.

vii List of Tables. Research questions and hypothesis. The use of floating plant raft system in surface water treatment and natural water quality improvement. In Indonesia and Vietnam.

Factors affect floating treatment wetlands (FTWs) performance. The environmental conditions. Ornamental plants for water treatment. Advantages and disadvantages of using floating plant raft system.

RESEARCH OBJECTS AND METHODS. Efficiency of suspended solid removal. Efficiency of organic removal (COD). Efficiency of nitrogen removal.

Efficiency of total phosphorus removal. DISCUSSION AND CONCLUSION. The absence of substrate. The role of roots.

70 vi List of Figures Figure 1. Floating mat in laboratory scale. Batch experiment for floating wetlands. Canna indica in floating wetlands.

Typha latifolia from Mongolia. The artificial pond for water sampling. Diagram of experiment set up procedure .The roots of peace lily. TSS removal efficiency of floating treatment wetlands.

The example of filtered solids in TSS analysis. COD removal efficiency of floating treatment wetlands. The removal efficiency of ammonium test in floating treatment wetlands. Ammonium analysis procedure .The visual of color exchange in ammonium experiment.

The example of experiment T1 and T2. The removal efficiency of nitrite test in floating treatment wetlands .The example of color changing in nitrite experiment. 48 vii List of Tables Table 1. The input water based on standard.

The characteristic of peace lily. ANOVA table for TSS in the water sample after 5 days of treatment. ANOVA table for COD in the water sample after 5 days of treatment. ANOVA table for ammonium in the water sample after 5 days of treatment.

ANOVA table for nitrite in the water sample after 5 days of treatment. Research rationale The water ecosystems have been under pressure due to the global climate change and anthropogenic activities (deforestation, land use change, expansion of agriculture and development of industry, urbanization, and wastewater production) (Paerl et al. The urban population relates to water resource utilization and lead to increase in wastewater discharge, for example, 1% increase in the urban population leads to 0.925% increase in total water resource utilization (Wang, 2020; Wen et al.Besides the total of water utilization, the quality of water also depends on both natural and human influences. The natural factors influence water quality in the way of evapotranspiration, deposition of dust and salt by wind, natural leaking of organic matter and nutrients from soil, and biological processes in the aquatic environment.

On the other side, human activities from rural and urban areas play role in water quality in the form of sewage discharge, industrial discharge, and agricultural run-off. The lack of awareness among the users, quality of sanitation, and disposal need to be considered as the aspect of water resource management. The human activities or known as anthropogenic factors affect the water quality in order to fulfil the needs for human’s daily life. Animal husbandry as the branch of agriculture produces the waste from animal raising activities in the form of food waste and manure which may contain pathogens such as E.

Coli, hormones, antibiotics, nutrients (nitrates, phosphorus, and ammonium), and heavy metals. The contaminants from this activity can pollute the surface water through run-off and affect the drinking water wells and water systems though groundwater (CDC, 2022). However, the environmental impact of aquaculture 1 also depends on the species, the process of production, and the location of farm. The initial intention of fish farming is to increase the food system.

However, the environmental problems are following behind. The problems are linked to the nutrient, effluents, and environmental degradation due to the location of ponds. The waste from fish has potential to pollute the surrounding area and tends to deplete the oxygen in water, create algal blooms, and dead zones (GSA, 2019). Hence, the water management practices (mainly to remove chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total phosphorus (TP), heavy metals, and other contaminants/pollutants must be conducted to improve the water quality and to sustain the water utility (Bao & Chen, 2015; Bao & Zou, 2017; Ma et al., 2016; Zhao et al.

The water management practices include the water usage reduction and wastewater recycling for several purposes (Adams, 2021). The practice of wastewater recycling includes the wastewater treatment approaches, the wastewater can be recycled to reuse or discharged to environment without harming the surrounding area. One of the solutions to recycle wastewater is constructed wetlands. Constructed wetlands are the organic wastewater treatment systems that effectively purify the wastewater.

The concept of constructed wetlands relies on the aquatic plants, natural microorganisms, and a substrate (sand, soil, or gravel). Constructed wetlands are normally used for secondary or tertiary phase of wastewater treatment. The natural components and affordable costs make this practice seems comfortable to use. The collaboration of water plants, microorganisms and substrate to filter the contaminants in wastewater will advance the possibility to remove the contaminants (CSE, 2022).

Several designs exist in constructed wetlands system, for example, floating wetlands 2 (floating plant raft) that use floating mats and plants that can be planted in a pilot scale system to treat multiple kinds of wastewater. The components in constructing the floating treatment wetlands play important role in the remediation process, one of the most important factors is the selection of plant used, the speed in remediation process and the support from the appearance of the plant itself can promote the goal of floating treatment wetlands in public spaces. In order to achieve successful treatment of floating treatment wetlands, the use of ornamental plants can be considered. As mentioned by Zanin et al., (2018), FTWs have multi purposes of improving the quality of treated water and the potency to adorn the appearance of the water bodies through the aesthetic-ornamental values within the plants.

According to Barco and Borin (2020a), there are four criteria of constructing appealing floating wetlands, such as: 1). the selection of plants with colourful flowers, 2). the mixture of different plant species with colored flowers, different blooming time is preferable, 3). the use of species with broad aesthetic characteristics (the color of leaves, shape, the motif, etc), or 4).

the use of plants which can maintain the green coverage of floating mats. Thus, the purpose of plant species to enhance the water purification and ornamental look has been acknowledged in floating treatment wetlands. In this study, the efficiency of peace lily (Spathiphyllum) which is an ornamental plant in surface water treatment of artificial pond using floating plant raft is tested. Peace lily is well-know is beautiful hybrid plant with white flower that people commonly put inside the house of Vietnamese, planted with soil, whereas, this plant is also applicable to put on the water.