Đặt vấn đề Trong những năm gần đây với sự phát triển không ngừng của công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nền kinh tế - xã hội nước ta có những bước phát triển vượt bậc, nhu cầu về đời sống vật chất và tinh thần của con người ngày càng được cải thiện và nâng cao. Tuy nhiên, đi liền với sự phát triển của kinh tế - xã hội thì vấn đề môi trường còn nhiều hạn chế. Theo nhận định của PGS.TS Trần Việt Nga (Đại học Xây dựng) sự phát triển nhanh chóng của các khu vực đô thị đang làm gia tăng nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt cũng như thương mại, kéo theo lượng nước thải càng lớn. Trong đó, tính đến tháng 11/2016, Việt Nam mới có 35 hệ thống xử lý nước thải tập trung, tổng công suất 850.đêm, chỉ đáp ứng xử lý 12 – 13% lượng nước thải phát sinh.
Phần lớn trong khoảng 5.000 làng nghề trên toàn quốc chưa có trạm xử lý nước thải [1]. Việt Nam hiện có trên 60 triệu dân sống ở vùng nông thôn, chiếm 73% dân số trong cả nước, là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người không được xử lý nên thấm xuống đất hoặc rửa trôi làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao làm ảnh hưởng đến các nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm nghiêm trọng, tác động trực tiếp đến môi trường và sức khỏe của con người [2]. Từ thực trạng nêu trên cần đề ra các biện pháp để xử lý và giảm thiểu ô nhiễm cho nguồn nước mang lại sự trong lành cho con người. Việt Nam là 1 quốc gia với truyền thống sản xuất nông nghiệp nên diện tích đất trồng rộng và với khí hậu nhiệt đới rất thích hợp cho sự phát triển của thực vật.
Do đó, cần phải nghiên cứu và tìm ra phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp, dễ thực hiện, giá thành thấp và tận dụng được những nguyên liệu có sẵn tại địa phương. Vì thế, mô hình đất ngập nước kiến tạo ra đời, với mong muốn nâng cao hiệu quả xử lý, phát huy được ưu điểm của hệ thống đất ngập nước, nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý nước thải. Mô hình đất ngập nước kiến tạo là hệ thống công trình xử lý nước thải tạo dựng mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của đất tự nhiên với cây trồng tự chọn. Với ưu điểm của mô hình này là rất đơn giản trong việc xây dựng, phù hợp với điều kiện tự nhiên, dễ quản lý, ít hao tốn hóa chất và đặc biệt thích hợp ở những nơi có diện tích đất nhất là các vùng ở nông thôn.
Thực vật ở các khu vực ngập nước đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, là một trong những tác nhân làm sạch nước tự nhiên. Các thực vật được nghiên cứu và ứng dụng nhiều như: cây Sậy, cây Súng, cây Đước,…được sử dụng nhiều trong đất ngập 1 do an nước kiến tạo. Tuy nhiên trong những năm gần đây, đặc biệt là các vùng nhiệt đới đã tập trung nghiên cứu và phát triển những loài thực vật có giá trị kinh tế cao bằng cách sử dụng các loại cây kiểng như chuối hoa, phát tài, hoa loa kèn,… 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải sinh hoạt như: phương pháp xử lý hóa học, phương pháp xử lý sinh học và phương pháp xử lý hóa lý.
Tuy nhiên, điểm trừ của đa phần những phương pháp này là chi phí cao, nguyên lý vận hành phức tạp, tiêu hao nhiều hóa chất, không phù hợp với những hộ gia đình, các trường học hoặc các công ty nhỏ lẻ,… Mô hình đất ngập nước kiến tạo đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xử lý nước thải trên thế giới, thêm vào đó công nghệ xử lý áp dụng các điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, xử lý nước hoàn toàn bằng phương pháp sinh học và cơ học không sử dụng hóa chất. Công nghệ này đạt hiệu quả xử lý cao, chi phí thấp và ổn định. Thông qua những lý do trên, đề tài ‘’Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật là cây hoa Nhài’’ được thực hiện, nhằm nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tại hộ/khu dân cư bằng mô hình đất ngập nước kiến tạo, giảm thiểu tối đa lượng nước thải chưa được xử lý trước khi thải ra môi trường. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý nước thải bằng mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật là cây hoa Nhài.
Hiệu quả xử lý nước thải đầu ra của mô hình được đánh giá thông qua các chỉ tiêu BOD5, COD, TKN, SS, N_NO3-, N_NH4+, P_PO43- dựa trên QCVN 14:2008/BTNMT cột B – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. Các chỉ tiêu không có quy định tại quy chuẩn này được so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. Khảo sát hiệu quả xử lý của mô hình có sử dụng thực vật là cây hoa Nhài với mô hình không sử dụng thực vật. Khảo sát các lưu lượng lần lượt là 85 L/h và 115 L/h để tìm ra lưu lượng thích hợp.
Khảo sát ảnh hưởng của việc sục khí gián đoạn đến hiệu quả loại bỏ các hợp chất hữu cơ 1. Nội dung nghiên cứu Tính toán và thiết kế kích thước mô hình đất ngập nước kiến tạo. 2 do an Vận hành mô hình đất ngập nước kiến tạo không sử dụng thực vật với mức lưu lượng Q = 85 L/ngày Vận hành mô hình đất ngập nước kiến tạo kèm thực vật chạy thích nghi với lưu lượng nước thải tăng dần đến khi thực vật thích nghi được với nước thải. Vận hành mô hình đất ngập nước kiến tạo kèm thực vật và đánh giá khả năng xử lý nước thải với hai mức lưu lượng lần lượt là 85 L/ngày và 115 L/ngày.
Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào việc sục khí gián đoạn. Ý nghĩa nghiên cứu 1. Ý nghĩa khoa học Góp phần hoàn thiện và đưa ra công nghệ xử lý nước thải quy mô nhỏ, vận hành đơn giản và hiệu quả cao. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện nông thôn ở Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn Về khoa học: Đề xuất mô hình xử lý nước thải cho hộ gia đình ở khu vực nông thôn. Về môi trường: Đạt chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT, góp phần cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường đang gây bức xúc hiện nay. Về kinh tế: Đề xuất được mô hình xử lý với chi phí xây dựng và vận hành thấp 1. Tính mới của đề tài Tại Việt Nam, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng mô hình đất ngập nước kiến tạo được thực hiện nhưng sử dụng thực vật là cây hoa nhài để xử lý nước thải sinh hoạt thì chưa từng được thực hiện trước đây.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng thực vật là cây hoa Nhài’’ là đề tài nghiên cứu khoa học hoàn toàn mới và có tính ứng dụng cao. Phạm vi thực hiện Về thời gian: thực hiện nghiên cứu trong 9 tháng Về nội dung: nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật là cây hoa Nhài được đặt tại phòng thí nghiệm. Tình hình nghiên cứu áp dụng đất ngập nước trong và ngoài nước 1. Trên thế giới Hơn 100 năm qua, nhiều nơi trên thế giới đã nghiên cứu và sử dụng đất ngập nước như là nơi để chứa và xử lý nước thải một cách vô tình hay có chủ đích.
Vào đầu những năm 1950, ý định đầu tiên là sử dụng thực vật đất ngập nước để loại bỏ các chất ô nhiễm khác nhau từ nước thải do K. Sau đó, trong giai đoạn 1960 – 1980, Seidel và các đồng sự tại Viện Max Planck ở Đức sau nhiều nghiên cứu đã đề xuất được kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo chảy mặt (Kickuth, 1977; Seidel, 1976) [3]. Năm 1967 – 1969, một công trình xây dựng khu đất ngập nước chảy mặt hoàn chỉnh đã được xây dựng tại Hà Lan để xử lý cho khu đất dùng để cắm trại. Trong những năm tiếp theo, có thêm khoảng 20 khu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt tiếp tục được xây dựng [3].
Tại Châu Âu, hầu hết các nước ở đây đều chuộng kiểu hình đất ngập nước chảy ngầm theo phương ngang. Ở miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị. Khử Nitơ là mục đích chính của nghiên cứu, mặc dù hiệu quả xử lý TSS và BOD cũng khá cao. Nghiên cứu của J.
Kallner Bastiviken và K.S Tonderski đã đánh giá hoạt động trong 3 – 8 năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn (diện tích 20 – 28 ha). Hai bãi lọc tiếp nhận nước thải đô thị, các khâu xử lý hóa học và cơ học. Hai bãi lọc còn lại tiếp nhận nguồn nước thải đã được xử lý sinh học, do đó nồng độ BOD (BOD5) và N_NH4+ đầu vào bãi lọc thấp hơn. Các bãi lọc hoạt động khá ổn định, loại bỏ 0,7 - 1,5 tấn N/ha.
Đây là giá trị trung bình trong thời gian nghiên cứu, với tải trọng biến đổi từ 1,7 -6,3 tấn N/ha. Lượng Photphor bị khử cũng biến đổi trong khoảng 10 – 40 kg/ha.năm, phụ thuộc vào các giá trị tải trọng khác nhau [4]. Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt năm 1991. Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này trở nên phổ biến trong xử lý nước thải sinh hoạt ở những khu vực nông thôn, nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông với chi phí thấp.
Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện các quá trình Nitrate hóa trong điều kiện khí hậu lạnh.