Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp cao su tại Tây Ninh đóng vai trò trọng điểm với năng suất cao nhất Việt Nam, đạt khoảng 2,1 tấn/ha, chiếm 8,9% diện tích gieo trồng và 15,6% sản lượng mủ thu hoạch cả nước. Tuy nhiên, hoạt động chế biến cao su gây ra ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nước thải với nồng độ BOD khoảng 3000 mg/L và COD khoảng 7000 mg/L, cùng các chất ô nhiễm như Nitơ amoni, phốt pho và chất rắn lơ lửng. Hiện chỉ có khoảng 70% nhà máy cao su tại Tây Ninh có hệ thống xử lý nước thải, trong đó chỉ 30% đạt yêu cầu nhưng không ổn định. Các công nghệ xử lý hiện tại chủ yếu gồm ba nhóm: hiếu khí kết hợp hóa lý (22,7%), hiếu khí kết hợp kỵ khí (50%) và AAO kết hợp hóa lý (27,3%). Tuy nhiên, hiệu quả xử lý các chỉ tiêu như BOD, COD, Nitơ, phốt pho còn thấp, gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng công nghệ wetland (đất ngập nước nhân tạo) trong xử lý nước thải cao su nhằm nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và dinh dưỡng, đồng thời hướng tới tái sử dụng nước thải cho tưới tiêu. Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình thí nghiệm với ba loại thực vật: cỏ vetiver, cây chuối hoa và cây thủy trúc, với các mức lưu lượng nước thải khác nhau tương ứng thời gian lưu nước từ 2 ngày trở xuống. Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ về mặt khoa học khi cung cấp dữ liệu vận hành hệ thống wetland cho nước thải cao su mà còn về thực tiễn giúp các nhà máy cải thiện công nghệ xử lý, giảm chi phí và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về đất ngập nước nhân tạo (wetland) với hai mô hình dòng chảy chính: dòng chảy ngầm (subsurface flow) và dòng chảy bề mặt (free surface flow). Đất ngập nước nhân tạo là hệ thống sinh học và vật lý sử dụng các loại thực vật thủy sinh để hấp thụ và phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải. Các khái niệm chính bao gồm:

  • BOD (Biochemical Oxygen Demand) và COD (Chemical Oxygen Demand): chỉ tiêu đánh giá lượng chất hữu cơ trong nước thải cần được xử lý.
  • Tải trọng thủy lực (Hydraulic Loading Rate - HLR) và Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time - HRT): các thông số vận hành quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
  • Vai trò của thực vật trong wetland: thực vật cung cấp bề mặt cho vi sinh vật phát triển, vận chuyển oxy vào vùng rễ, hấp thu dinh dưỡng như Nitơ và Phốt pho, đồng thời tạo cảnh quan xanh.
  • Cơ chế xử lý: bao gồm lắng, hấp phụ, phân hủy sinh học hiếu khí và kỵ khí, hấp thu dinh dưỡng và lọc cơ học.

Mô hình nghiên cứu kết hợp dòng chảy đứng và dòng chảy ngang, sử dụng ba loại thực vật đặc trưng cho vùng nhiệt đới: cỏ vetiver, cây chuối hoa và cây thủy trúc, nhằm đánh giá khả năng xử lý và phát triển sinh khối.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ nước thải cao su sau xử lý sinh học tại các nhà máy ở Tây Ninh, được phân tích các chỉ tiêu pH, BOD, COD, tổng Nitơ (TKN), Nitơ amoni, tổng Phốt pho, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) theo tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2012). Mô hình thí nghiệm gồm ba bể wetland kích thước 1m x 0,5m x 0,5m, vận hành với các lưu lượng 60, 80, 100 và 120 mm/ngày, tương ứng thời gian lưu nước từ 2 ngày trở xuống.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra tại từng bể, đồng thời theo dõi sự phát triển chiều cao của thực vật và mật độ vi sinh vật trong đất. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel để tính toán hiệu suất xử lý và đánh giá thống kê. Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, tập trung vào đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm và khả năng thích nghi của thực vật trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng (TSS): Tỉ lệ loại bỏ TSS đạt cao nhất 82,85% tại lưu lượng 100 mm/ngày, cho thấy khả năng lọc cơ học và hấp phụ của hệ thống wetland rất hiệu quả.

  2. Hiệu quả xử lý BOD và COD: Tỉ lệ loại bỏ BOD và COD dao động từ 80% đến 89%, phụ thuộc vào lưu lượng nước thải. Lưu lượng 100 mm/ngày được xác định là mức tối ưu cho hiệu quả xử lý cao nhất.

  3. Khả năng xử lý Nitơ và Phốt pho: Cây chuối hoa và cỏ vetiver thể hiện hiệu suất loại bỏ Nitơ và Phốt pho cao hơn cây thủy trúc, nhờ khả năng hấp thu dinh dưỡng và hỗ trợ vi sinh vật trong vùng rễ.

  4. Phát triển sinh khối thực vật: Cỏ vetiver và cây chuối hoa có tốc độ sinh trưởng tốt hơn cây thủy trúc, đồng thời góp phần tăng tính thẩm mỹ cho hệ thống xử lý nước thải.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ thống wetland nhờ sự kết hợp giữa cơ chế sinh học và vật lý, trong đó vai trò của thực vật là trung tâm. Bộ rễ phát triển mạnh của cỏ vetiver và chuối hoa cung cấp bề mặt lớn cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, đồng thời vận chuyển oxy vào vùng rễ, thúc đẩy quá trình phân hủy hữu cơ và chuyển hóa Nitơ, Phốt pho. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng wetland trong xử lý nước thải công nghiệp tại các vùng nhiệt đới.

So với các công nghệ xử lý truyền thống hiện đang áp dụng tại Tây Ninh, wetland cho thấy ưu điểm vượt trội về hiệu quả xử lý, chi phí vận hành thấp và thân thiện môi trường. Việc lựa chọn lưu lượng 100 mm/ngày tương ứng thời gian lưu nước khoảng 1,5 ngày là phù hợp để cân bằng giữa hiệu quả xử lý và khả năng vận hành thực tế. Ngoài ra, các loại cây trang trí như chuối hoa và thủy trúc còn nâng cao tính thẩm mỹ, góp phần tạo cảnh quan xanh cho khu vực xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hiệu suất xử lý BOD, COD, TSS, Nitơ và Phốt pho theo từng lưu lượng, cũng như bảng so sánh tốc độ sinh trưởng của các loại thực vật, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và ưu nhược điểm của từng loại cây trong hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ưu tiên áp dụng công nghệ wetland cho các nhà máy vừa và nhỏ: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu giảm tải ô nhiễm BOD, COD, Nitơ, Phốt pho xuống mức quy chuẩn QCVN 01-MT:2015/BTNMT cột B, trong vòng 12 tháng, do các nhà máy cao su tại Tây Ninh thực hiện.

  2. Tăng cường sử dụng cây cỏ vetiver và cây chuối hoa trong hệ thống wetland: Động từ "trồng và duy trì", nhằm nâng cao hiệu quả xử lý dinh dưỡng và chất hữu cơ, đồng thời cải thiện cảnh quan, thực hiện liên tục trong quá trình vận hành.

  3. Xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích tái sử dụng nước thải đã xử lý: Động từ "ban hành", mục tiêu thúc đẩy tái sử dụng nước thải cho tưới tiêu cao su, giảm áp lực khai thác nguồn nước tự nhiên, trong vòng 18 tháng, do cơ quan quản lý môi trường phối hợp với ngành cao su.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành hệ thống wetland cho cán bộ kỹ thuật: Động từ "tổ chức", nhằm đảm bảo vận hành ổn định, duy trì hiệu quả xử lý, trong 6 tháng đầu triển khai, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư môi trường tại các nhà máy cao su: Giúp lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả xử lý.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và ngành cao su: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy chuẩn và hướng dẫn tái sử dụng nước thải.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật môi trường: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng công nghệ wetland trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.

  4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực xử lý nước thải: Hỗ trợ đánh giá tiềm năng đầu tư công nghệ wetland, phát triển các giải pháp xử lý thân thiện môi trường và bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ wetland là gì và có ưu điểm gì trong xử lý nước thải cao su?
    Công nghệ wetland là hệ thống xử lý nước thải sinh học sử dụng đất ngập nước nhân tạo và thực vật thủy sinh để loại bỏ chất ô nhiễm. Ưu điểm gồm chi phí thấp, vận hành đơn giản, hiệu quả xử lý cao các chất hữu cơ và dinh dưỡng, đồng thời tạo cảnh quan xanh.

  2. Loại thực vật nào phù hợp nhất cho hệ thống wetland xử lý nước thải cao su?
    Cỏ vetiver và cây chuối hoa được đánh giá phù hợp nhất nhờ khả năng sinh trưởng nhanh, hấp thu Nitơ và Phốt pho hiệu quả, đồng thời chịu được điều kiện khắc nghiệt và tăng tính thẩm mỹ cho hệ thống.

  3. Lưu lượng nước thải tối ưu cho hệ thống wetland là bao nhiêu?
    Lưu lượng 100 mm/ngày tương ứng thời gian lưu nước khoảng 1,5 ngày được xác định là mức tối ưu, cân bằng giữa hiệu quả xử lý và khả năng vận hành thực tế.

  4. Công nghệ wetland có thể áp dụng cho các nhà máy lớn không?
    Công nghệ này phù hợp nhất với các nhà máy vừa và nhỏ do chi phí xây dựng và vận hành thấp. Với nhà máy lớn, cần nghiên cứu mở rộng quy mô và kết hợp với các công nghệ xử lý khác để đạt hiệu quả tối ưu.

  5. Nước thải sau xử lý bằng wetland có thể tái sử dụng như thế nào?
    Nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn có thể tái sử dụng cho tưới tiêu trong các cánh đồng cao su, giúp tiết kiệm nguồn nước và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Kết luận

  • Công nghệ wetland ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước thải cao su, với tỉ lệ loại bỏ BOD, COD đạt 80-89%, TSS đạt 82,85%, và xử lý Nitơ, Phốt pho hiệu quả nhờ sự kết hợp của cỏ vetiver và cây chuối hoa.
  • Lưu lượng nước thải 100 mm/ngày là mức tối ưu cho hiệu quả xử lý và phát triển sinh khối thực vật.
  • Hệ thống wetland không chỉ xử lý ô nhiễm mà còn tạo cảnh quan xanh, thân thiện môi trường và chi phí vận hành thấp.
  • Đề xuất ưu tiên áp dụng công nghệ wetland cho các nhà máy vừa và nhỏ tại Tây Ninh, đồng thời xây dựng chính sách hỗ trợ tái sử dụng nước thải.
  • Các bước tiếp theo gồm đào tạo nhân lực vận hành, mở rộng nghiên cứu quy mô và phối hợp với các cơ quan quản lý để triển khai chính sách phù hợp.

Hành động ngay hôm nay để cải thiện chất lượng môi trường và phát triển bền vững ngành cao su bằng công nghệ wetland!