Nghiên cứu ứng dụng cây cỏ vetiver để xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội

Nghiên cứu ứng dụng cây cỏ vetiver trong xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội, mang lại giải pháp hiệu quả cho môi trường.

• Tác giả: Ngô Mạnh Tùng
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Xuân Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Cây Cỏ Vetiver Để Xử Lý Nước Rỉ Rác Tại Bãi Rác Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC SƠ ĐỒ
• TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Nghiên cứu khả năng xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh
• 1.2. Vai trò của thực vật thủy sinh
• 1.3. Đặc tính sinh học và khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của một số thực vật thủy sinh
• 1.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh
• 1.5. Tổng quan về bãi chôn lấp, và nước rỉ rác
• 1.5.1. Tổng quan về bãi chôn lấp
• 1.5.2. Tổng quan về nước rỉ rác
• 1.5.3. Thành phần nước rỉ rác trên thế giới
• 1.5.4. Thành phần nước rỉ rác ở Việt Nam
• 1.5.5. Đặc tính nước rỉ rác tại khu vực nghiên cứu
• 1.5.6. Ảnh hưởng của nước rỉ rác
• 1.6. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU VỰC
• 1.6.1. Điều kiện tự nhiên của thị xã Sơn Tây
• 1.6.2. Vị trí địa lý
• 1.6.3. Điều kiện địa hình
• 1.6.4. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 1.6.4.1. Thực trạng phát triển kinh tế
• 1.6.4.2. Diện tích đất đai
• 1.7. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.7.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.7.1.1. Mục tiêu chung
• 1.7.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.7.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.7.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.7.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.7.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.7.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7.4.1. Phương pháp lấy mẫu thực địa
• 1.7.4.2. Phương pháp kế thừa số liệu
• 1.7.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 1.7.4.4. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Thực trạng môi trường nước rỉ rác tại Xuân Sơn, Sơn Tây, Hà Nội
• 2.2. Đánh giá thực trạng môi trường nước rỉ rác qua ý kiến người dân
• 2.3. Đánh giá chất lượng nước rỉ rác qua các thông số phân tích tại bãi rác Xuân Sơn
• 2.4. Nghiên cứu một số đặc tính sinh học và khả năng xử lý nước rỉ rác của cây Cỏ Vetiver
• 2.4.1. Một số đặc tính sinh học của cây cỏ Vetiver
• 2.4.2. Khả năng xử lý nước rỉ rác của cây cỏ Vetiver
• 2.4.3. Đánh giá khả năng xử lý nước rỉ rác của cây cỏ Vetiver
• 2.5. Đề xuất một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác
• 2.5.1. Cơ sở khoa học để sử dụng cỏ Vetiver để xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn
• 2.5.2. Giải pháp về công nghệ
• 2.5.3. Giải pháp về quản lý
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng cây cỏ vetiver trong xử lý nước rỉ rác

Cây cỏ vetiver, một loại thực vật thủy sinh, đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, Sơn Tây. Nước rỉ rác là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng, chứa nhiều chất độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Việc sử dụng cỏ vetiver không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế và sinh thái.

1.1. Cây cỏ vetiver và đặc tính sinh học của nó

Cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng mạnh mẽ trong môi trường nước, với bộ rễ phát triển rộng, giúp hấp thụ các chất ô nhiễm như nitrat, photpho và kim loại nặng. Đặc tính này làm cho cỏ vetiver trở thành một giải pháp hiệu quả trong xử lý nước rỉ rác.

1.2. Tác dụng của cây cỏ vetiver trong xử lý nước rỉ rác

Cỏ vetiver không chỉ hấp thụ chất ô nhiễm mà còn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, từ đó tăng cường khả năng xử lý nước rỉ rác. Nghiên cứu cho thấy cỏ vetiver có thể giảm đáng kể nồng độ COD và BOD trong nước rỉ rác.

II. Vấn đề ô nhiễm nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn

Bãi rác Xuân Sơn đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do nước rỉ rác. Nước rỉ rác chứa nhiều chất độc hại như amoni, nitrit, và kim loại nặng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái xung quanh. Việc xử lý nước rỉ rác là một thách thức lớn cho chính quyền địa phương.

2.1. Thành phần và đặc tính của nước rỉ rác

Nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn có nồng độ ô nhiễm cao, với các chỉ tiêu như COD, BOD vượt quá quy chuẩn cho phép. Điều này đòi hỏi các biện pháp xử lý hiệu quả để bảo vệ môi trường.

2.2. Ảnh hưởng của nước rỉ rác đến sức khỏe cộng đồng

Nước rỉ rác không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân sống xung quanh bãi rác. Các bệnh lý liên quan đến nước ô nhiễm ngày càng gia tăng, đe dọa đến chất lượng cuộc sống.

III. Phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng cây cỏ vetiver

Việc áp dụng cây cỏ vetiver trong xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường. Cỏ vetiver có khả năng hấp thụ và xử lý các chất ô nhiễm hiệu quả.

3.1. Quy trình xử lý nước rỉ rác bằng cỏ vetiver

Quy trình xử lý bao gồm việc trồng cỏ vetiver trong các bể chứa nước rỉ rác, nơi mà cỏ có thể hấp thụ các chất ô nhiễm. Sau một thời gian, nồng độ các chất độc hại trong nước sẽ giảm đáng kể.

3.2. Lợi ích kinh tế và môi trường từ việc sử dụng cỏ vetiver

Sử dụng cỏ vetiver không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu cho các sản phẩm sinh học, góp phần vào phát triển kinh tế địa phương. Đồng thời, nó cũng cải thiện chất lượng môi trường sống.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả xử lý nước rỉ rác

Nghiên cứu cho thấy cỏ vetiver có khả năng xử lý nước rỉ rác hiệu quả, với các chỉ tiêu ô nhiễm giảm mạnh sau khi áp dụng phương pháp này. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước rỉ rác tại các bãi rác khác.

4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác

Các chỉ tiêu như COD, BOD, và nồng độ amoni trong nước rỉ rác đã giảm đáng kể sau khi áp dụng cỏ vetiver. Điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp này trong thực tiễn.

4.2. So sánh hiệu quả giữa cỏ vetiver và các phương pháp khác

So với các phương pháp xử lý nước rỉ rác khác, cỏ vetiver cho thấy hiệu quả cao hơn về mặt chi phí và khả năng xử lý ô nhiễm, đồng thời không gây hại cho môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của ứng dụng cỏ vetiver

Việc ứng dụng cây cỏ vetiver trong xử lý nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn đã chứng minh được hiệu quả và tính khả thi. Tương lai, phương pháp này có thể được mở rộng áp dụng tại nhiều bãi rác khác trên toàn quốc.

5.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước rỉ rác

Công nghệ xử lý nước rỉ rác bằng cỏ vetiver có tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa quy trình.

5.2. Khuyến nghị cho các bãi rác khác

Các bãi rác khác nên xem xét áp dụng phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng cỏ vetiver, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường sống cho cộng đồng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và gia tăng dân số tại Việt Nam tạo ra áp lực rất lớn đối với công tác quản lý chất thải rắn. Trung bình mỗi năm có khoảng 20 bãi chôn lấp chất thải mới được hình thành; trên cả nước có khoảng 904 bãi chôn lấp nhưng phần lớn luôn trong tình trạng quá tải và tiềm ẩn rủi ro ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trong đó, nước rỉ rác là nguồn phát thải độc hại chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ (COD, BOD), hợp chất nitơ (amoni, nitrat), kim loại nặng (Fe, As, Pb, Cd, Hg) và vi sinh vật gây bệnh, đe dọa trực tiếp tới tầng nước ngầm, nước mặt và đất canh tác nông nghiệp.

Khu xử lý chất thải Xuân Sơn (đặt tại xã Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội) có tổng diện tích 83,5 ha, hoạt động từ năm 1998 để tiếp nhận và xử lý rác thải sinh hoạt của thị xã Sơn Tây cùng 12 huyện ngoại thành Hà Nội (gồm Ba Vì, Chương Mỹ, Đan Phượng, Hoài Đức, Mỹ Đức, Phúc Thọ, Phú Xuyên, Quốc Oai, Thạch Thất, Thanh Oai, Thường Tín, Ứng Hòa). Khối lượng rác tiếp nhận trung bình khoảng 1.500 tấn/ngày (trong đó chôn lấp 1.400 tấn và đốt 100 tấn). Dù đã có các trạm xử lý nước rác đi vào hoạt động (do Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội vận hành với công suất 300 $\text{m}^3/\text{ngày}$ và Công ty CP Môi trường và Công trình đô thị Sơn Tây vận hành với công suất 500–700 $\text{m}^3/\text{ngày}$), chất lượng nước thải sau xử lý qua các năm vẫn chưa đạt yêu cầu, gây ô nhiễm nguồn nước và nông nghiệp tại địa phương. Thực trạng này dẫn đến nhiều bức xúc trong cộng đồng dân cư xung quanh bãi rác (tiêu biểu tại thôn Lễ Khê). Trước yêu cầu cấp thiết về việc tìm kiếm giải pháp xử lý sinh thái chi phí thấp và thân thiện với môi trường, khóa luận đã thực hiện nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver để làm sạch nước rỉ rác.

Mục tiêu chung của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver. Các mục tiêu cụ thể và nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:

1. Đánh giá đặc điểm chất lượng nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây, Hà Nội.
2. Theo dõi, đánh giá đặc điểm sinh trưởng và xác định khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác của cỏ Vetiver.
3. Đề xuất một số giải pháp công nghệ và quản lý nhằm ứng dụng cỏ Vetiver để xử lý nước rỉ rác tại khu vực nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cỏ Vetiver (tên tiếng Việt: Cỏ hương bài hoặc Cỏ hương lau; tên khoa học: Chrysopogon zizanioides, thuộc họ Hòa thảo Poaceae). Mẫu giống thuần chủng được thu thập từ Divi farm, xã Yên Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ.
• Phạm vi không gian: Nhà máy xử lý rác thải Xuân Sơn (thị xã Sơn Tây, Hà Nội) và Trung tâm Thí nghiệm thực hành T6, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
• Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ tháng 9/2020 đến tháng 5/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết về công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật (Phytoremediation), cụ thể là nhóm thực vật thủy sinh/bán thủy sinh. Cơ chế xử lý ô nhiễm của thực vật gồm:

• Cơ chế tác động trực tiếp: Thực vật hấp thu các chất dinh dưỡng (N, P) và một số ion kim loại nặng từ môi trường nước để phục vụ quá trình sinh trưởng, tích lũy sinh khối; bộ rễ dạng chùm dày đặc giúp giữ lại các chất rắn lơ lửng (SS), làm giảm độ đục của nước.
• Cơ chế tác động gián tiếp: Bộ rễ phát triển xốp tạo thành giá thể diện tích bề mặt lớn cho vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí bám dính. Thực vật vận chuyển oxy hòa tan ($\text{DO}$) từ khí khổng của phần thân trên qua mô khí xuống vùng rễ, kích thích vi sinh vật hiếu khí oxy hóa các hợp chất hữu cơ (làm giảm COD, BOD) và thúc đẩy quá trình nitrat hóa, phản nitrat hóa.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập số liệu bao gồm:

• Phương pháp điều tra xã hội học: Tiến hành khảo sát bằng bảng hỏi gồm 30 phiếu điều tra tại các hộ dân sống quanh khu vực bãi rác Xuân Sơn để đánh giá mức độ ô nhiễm, tác động đến sức khỏe, cây trồng và nguồn nước.
• Phương pháp lấy mẫu thực địa: Mẫu nước rỉ rác thô (thể tích 40 lít) được lấy tại hố thu thứ nhất của bãi rác Xuân Sơn lúc 15h00 ngày 28/10/2020 bằng can nhựa 20 lít tráng rửa sạch, nắp kín không để lọt bọt khí. Cây cỏ Vetiver được thu thập lúc 14h00 ngày 05/10/2020 tại Phú Thọ, rửa sạch rễ và nuôi ổn định 15 ngày trong nước sạch để thích nghi trước khi đưa vào thí nghiệm.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm: Sử dụng 4 thùng xốp kích thước $49 \times 34 \times 28,5\text{ cm}$. Mẫu nước rỉ rác được pha loãng 5 lần (tỷ lệ 3 lít nước rác nguyên chất pha với 12 lít nước sạch tạo thành 15 lít dung dịch/thùng). Bố trí 1 thùng đối chứng (không trồng cây) và 3 thùng trồng cỏ Vetiver tương ứng với các mức độ che phủ bề mặt 30%, 70% và 100%. Quá trình theo dõi được thực hiện qua 4 mốc thời gian: Lần 1 (ngay sau lấy mẫu - ngày 29/10/2020), Lần 2 (sau 15 ngày - 13/11/2020), Lần 3 (sau 30 ngày - 28/11/2020), Lần 4 (sau 45 ngày - 13/12/2020).
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
  • $\text{pH}$: Đo trực tiếp bằng máy đo $\text{pH}$ meter.
  • Tổng chất rắn hòa tan ($\text{TDS}$): Xác định bằng thiết bị đo nhanh chuyên dụng trong phòng thí nghiệm (đơn vị ppm).
  • Amoni ($\text{NH}_4^+$): Lọc mẫu, tạo phức màu vàng bằng thuốc thử Nessler và dung dịch Senesner, đo mật độ quang trên máy so màu quang điện UV-VIS.
  • Nitrat ($\text{NO}_3^-$): Đun cách thủy làm cạn mẫu, phản ứng với acid disunfophenic và $\text{NH}_3$ đặc, so màu quang điện.
  • Nitrit ($\text{NO}_2^-$): Phản ứng tạo màu với acid sulfanilic và $\alpha$-naphthylamine, đo quang phổ UV-VIS.
  • Nhu cầu oxy hóa học ($\text{COD}$): Phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) bằng phương pháp oxy hóa với Kali dicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) và $\text{Ag}_2\text{SO}_4/\text{H}_2\text{SO}_4$, nung ở $150^\circ\text{C}$ trong 2 giờ, chuẩn độ lượng dư bằng muối Mohr $(\text{NH}_4)_2\text{Fe}(\text{SO}_4)_2$ với chất chỉ thị Ferroin.
  • Sắt tổng số ($\text{Fe}^{3+}$): Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn ($0 - 6\text{ mg/l}$), tạo phức với acid sunfosalicylic trong môi trường $\text{NH}_4\text{Cl}$ và $\text{NH}_3$, so màu quang điện ở bước sóng 424 nm.
  • Tổng Photpho: Vô cơ hóa mẫu bằng Kali peroxodisulfat ($\text{K}_2\text{S}_2\text{O}_8$) hoặc hỗn hợp $\text{HNO}_3 - \text{H}_2\text{SO}_4$, tạo phức màu xanh với acid ascorbic và thuốc thử molybdate, đo phổ hấp thụ trên máy UV-VIS.
• Tiêu chuẩn so sánh: Đối chiếu kết quả với QCVN 25:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn, Cột B2) và QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, Cột B).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh, nêu rõ các nhóm thực vật thường dùng (lau sậy, cỏ lác, bèo cái, cải xoong, rau muống, cỏ Vetiver) cùng vai trò lọc cơ học, chuyển hóa sinh hóa và cung cấp oxy vùng rễ. Chương này phân tích các ưu điểm (chi phí thấp, dễ vận hành, tận dụng sinh khối làm phân bón/thủ công mỹ nghệ, không tốn năng lượng) và nhược điểm (cần diện tích mặt bằng lớn, hiệu quả xử lý chậm) của phương pháp.

Chương 1 cũng tổng quan về nguồn gốc hình thành, thành phần hóa lý phức tạp của nước rỉ rác trên thế giới (số liệu so sánh tại Colombia, Canada, Đức) và tại Việt Nam (bãi rác Nam Sơn, Gò Cát, Thủy Phương, Tràng Cát). Đối với bãi rác Xuân Sơn, tài liệu dẫn lại số liệu đánh giá năm 2012 của Vũ Đức Toàn cho thấy nước thải sau trạm xử lý vẫn có nồng độ COD lên tới 3.540–3.730 mg/l, $\text{BOD}_5$ đạt 2.150–2.350 mg/l, vượt xa quy chuẩn môi trường cho phép.

Chương 2: Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của khu vực

Chương này mô tả chi tiết điều kiện khu vực thị xã Sơn Tây:

• Vị trí địa lý: Cửa ngõ phía Tây Hà Nội, cách trung tâm 42 km; tọa độ $21^\circ08'12'' - 21^\circ13'89''$ vĩ độ Bắc và $105^\circ30'116'' - 105^\circ50'44''$ kinh độ Đông; tiếp giáp huyện Vĩnh Tường (Vĩnh Phúc), Ba Vì, Phúc Thọ, Thạch Thất.
• Địa hình: Trung du, gồm 2 dạng chính: vùng bán sơn địa (chiếm 63% diện tích tự nhiên, gồm các xã Xuân Sơn, Kim Sơn, Thanh Mỹ, Cổ Đông, phường Xuân Khanh) và vùng đồng bằng (chiếm 37%). Tổng diện tích tự nhiên là 113,5 $\text{km}^2$.
• Kinh tế - xã hội: Dân số năm 2019 đạt 233.620 người (mật độ 2.067 người/$\text{km}^2$). Tốc độ tăng trưởng sản xuất đạt 10,1%; cơ cấu kinh tế gồm dịch vụ 45,3%, công nghiệp - xây dựng 43,9%, nông - lâm - thủy sản 10,8%; thu nhập bình quân đầu người ước đạt 45 triệu đồng/năm.
• Khí hậu: Nhiệt đới gió mùa 4 mùa rõ rệt, nhiệt độ trung bình năm $23,3^\circ\text{C}$, lượng bốc hơi 816 mm/năm, độ ẩm trung bình 84%, tốc độ gió trung bình 18 m/s.

Chương 3: Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung, phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày các thông số thực nghiệm, đối tượng thực vật Chrysopogon zizanioides với cấu trúc thân bụi cao 1,5–3 m, rễ cắm sâu 3–5 m và xòe rộng 2,5 m. Chương này quy định chi tiết quy trình lấy mẫu nước tại hố thu thứ nhất, quy trình dưỡng cây 15 ngày, cách thức pha loãng dung dịch 5 lần, các bước vận hành 4 thùng xốp thí nghiệm và các quy trình hóa nghiệm xác định 8 thông số ô nhiễm nước theo đúng các phương pháp chuẩn độ và quang phổ kế UV-VIS.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4 phân tích dữ liệu khảo sát 30 hộ dân tại xã Xuân Sơn: 20/30 hộ (chiếm 66,67%) đánh giá nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm rất cao, bốc mùi hôi thối, phát sinh ruồi muỗi, gây bệnh về mắt/đường hô hấp cho người già và trẻ nhỏ, làm mất mùa lúa và làm chết/dị tật thủy sản nuôi trồng.

Chương này trình bày chi tiết kết quả phân tích nồng độ nước rác thô đầu vào và biến thiên các chỉ tiêu hóa lý trong các thùng thí nghiệm trồng cỏ Vetiver ở các mốc 15, 30 và 45 ngày. Dữ liệu khẳng định cỏ Vetiver thích nghi tốt với môi trường nước rỉ rác pha loãng, hệ rễ và thân phát triển mạnh, làm giảm đáng kể nồng độ COD, amoni, nitrat, nitrit, photpho và sắt tổng số.

Chỉ tiêu	Mẫu thô ban đầu	Thí nghiệm 15 ngày	Thí nghiệm 30 ngày	Thí nghiệm 45 ngày	QCVN 25:2009 (B2)	QCVN 40:2011 (B)
$\text{pH}$	9,3	7,5	7,3	7,0	-	5,5–9,0
$\text{TDS (ppm)}$	680	267	190	150	-	-
$\text{COD (mg/l)}$	15.360	10.080	7.968	4.800	300	150
$\text{NH}_4^+\text{ (mg/l)}$	404,44	36,65	26,19	11,15	25	10
$\text{NO}_2^-\text{ (mg/l)}$	22,52	2,53	2,00	1,76	-	-
$\text{NO}_3^-\text{ (mg/l)}$	28,20	1,862	1,358	1,253	-	-
$\text{Fe}^{3+}\text{ (mg/l)}$	52,59	9,725	8,46	6,12	-	5
Tổng Photpho $\text{(mg/l)}$	34,52	19,144	16,583	11,926	-	6

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp số liệu thực nghiệm định lượng về khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác bãi rác Xuân Sơn của cây cỏ Vetiver ở mật độ che phủ 100%:

• Chỉ số $\text{pH}$: Nước rác thô có tính kiềm cao ($\text{pH} = 9,3$). Dưới tác động chuyển hóa của hệ vi sinh vật và rễ cỏ Vetiver, $\text{pH}$ giảm dần về mức trung tính ổn định: đạt 7,5 sau 15 ngày; 7,3 sau 30 ngày và 7,0 sau 45 ngày (đáp ứng giới hạn cho phép 5,5–9,0 của QCVN 40:2011/BTNMT).
• Tổng chất rắn hòa tan ($\text{TDS}$): Giảm mạnh từ mức 680 ppm ban đầu xuống còn 267 ppm (sau 15 ngày), 190 ppm (sau 30 ngày) và 150 ppm (sau 45 ngày).
• Khả năng xử lý $\text{COD}$: Hàm lượng $\text{COD}$ ban đầu là 15.360 mg/l. Sau khi pha loãng và đưa vào hệ thống xử lý cỏ Vetiver, nồng độ $\text{COD}$ giảm xuống 10.080 mg/l (sau 15 ngày), 7.968 mg/l (sau 30 ngày) và đạt 4.800 mg/l (sau 45 ngày).
• Khả năng xử lý các hợp chất Nitơ: Nồng độ $\text{NH}_4^+$ trong nước rác thô là 404,44 mg/l (vượt tiêu chuẩn cột B2 hơn 16 lần). Trong hệ thí nghiệm cỏ Vetiver, $\text{NH}_4^+$ giảm xuống 36,65 mg/l (sau 15 ngày), 26,19 mg/l (sau 30 ngày) và còn 11,15 mg/l (sau 45 ngày), tiệm cận quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B ($10\text{ mg/l}$) và đạt QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 ($25\text{ mg/l}$). Chỉ số $\text{NO}_2^-$ giảm từ 22,52 mg/l xuống 1,76 mg/l; $\text{NO}_3^-$ giảm từ 28,20 mg/l xuống 1,253 mg/l sau 45 ngày.
• Khả năng xử lý Sắt ($\text{Fe}^{3+}$) và Photpho: Hàm lượng $\text{Fe}^{3+}$ giảm từ 52,59 mg/l xuống 6,12 mg/l (gần đạt chuẩn $5\text{ mg/l}$); Tổng Photpho giảm từ 34,52 mg/l xuống còn 11,926 mg/l sau 45 ngày.

Các giải pháp tác giả đề xuất:

• Giải pháp công nghệ: Xây dựng mô hình xử lý nước rỉ rác bán thủy sinh dạng bãi lọc ngầm/bề mặt, kết hợp trồng cỏ Vetiver với các tầng vật liệu lọc (sỏi, cát, than hoạt tính) để tăng cường quá trình hấp phụ và phân hủy sinh học trước khi xả ra môi trường.
• Giải pháp quản lý: Đẩy mạnh công tác tuyên truyền, giáo dục ý thức bảo vệ môi trường, kiểm tra giám sát định kỳ vận hành các trạm xử lý nước rác, công khai kết quả quan trắc cho người dân địa phương.

Đóng góp của khóa luận: Cung cấp chuỗi dẫn liệu phân tích cụ thể về đặc tính nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn và chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng sinh khối cỏ Vetiver bản địa để xử lý nguồn nước thải có nồng độ ô nhiễm cao trong điều kiện tự nhiên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Thí nghiệm được thực hiện ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm (sử dụng 4 thùng xốp thể tích nhỏ 15 lít), chưa vận hành dòng chảy liên tục ngoài thực địa bãi rác.
• Mẫu nước rỉ rác nghiên cứu phải pha loãng 5 lần trước khi xử lý bằng cỏ Vetiver để tránh làm cây bị sốc nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ và amoni quá cao.
• Nồng độ $\text{COD}$ và tổng photpho sau 45 ngày thí nghiệm tuy đã giảm mạnh nhưng vẫn còn vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 25:2009/BTNMT (Cột B2) và QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
• Thời gian theo dõi thực nghiệm giới hạn trong 45 ngày, chưa đánh giá chu kỳ tích lũy kim loại nặng dài hạn trong sinh khối thân và rễ của cỏ Vetiver.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Triển khai mô hình thử nghiệm bán thủy sinh kết hợp vật liệu lọc ở quy mô pilot ngoài hiện trường với dòng thải liên tục.
• Nghiên cứu kết hợp cỏ Vetiver với các phương pháp tiền xử lý hóa lý hoặc công nghệ sinh học bổ trợ để đưa nồng độ $\text{COD}$ và photpho đạt tiêu chuẩn xả thải hoàn toàn.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho sinh viên, học viên và cán bộ nghiên cứu thuộc các ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Khoa học Môi trường và Công nghệ Sinh học Môi trường.

Các phần có giá trị tham khảo cao bao gồm:

• Quy trình hóa nghiệm và công thức xác định các thông số chất lượng nước ô nhiễm cao ($\text{COD}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, $\text{NO}_2^-$, $\text{Fe}^{3+}$, Tổng P) bằng phương pháp chuẩn độ hóa học và quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.
• Bảng số liệu khảo sát hiện trạng bãi rác Xuân Sơn, số liệu điều tra xã hội học 30 hộ dân tại xã Xuân Sơn và chuỗi dữ liệu thực nghiệm về động học hấp thu chất ô nhiễm của cỏ Vetiver qua các khoảng thời gian 15, 30 và 45 ngày.

Câu hỏi thường gặp

1. Chất lượng nước rỉ rác thô đầu vào tại bãi rác Xuân Sơn có những chỉ tiêu nào vượt quy chuẩn môi trường? Kết quả phân tích mẫu nước rỉ rác thô tại hố thu thứ nhất của bãi rác Xuân Sơn cho thấy 5 thông số vượt rất cao so với QCVN 25:2009/BTNMT (cột B2) và QCVN 40:2011/BTNMT (cột B), bao gồm: $\text{pH}$ (9,3), $\text{COD}$ (15.360 mg/l), $\text{NH}_4^+$ (404,44 mg/l), $\text{Fe}^{3+}$ (52,59 mg/l) và Tổng photpho (34,52 mg/l).

2. Mô hình thí nghiệm xử lý bằng cỏ Vetiver được thiết kế và vận hành theo quy cách nào? Nghiên cứu sử dụng 4 thùng xốp kích thước $49 \times 34 \times 28,5\text{ cm}$. Mẫu nước rác thô được pha loãng 5 lần (3 lít nước rỉ rác pha với 12 lít nước sạch tạo thành 15 lít/thùng). Thí nghiệm gồm 1 thùng đối chứng không trồng cây và 3 thùng trồng cỏ Vetiver với các mức độ che phủ 30%, 70% và 100%. Cây cỏ Vetiver được thu thập từ Phú Thọ và nuôi ổn định 15 ngày trong nước sạch trước khi đưa vào bố trí thí nghiệm.

3. Hiệu quả xử lý Amoni ($\text{NH}_4^+$) và $\text{COD}$ của cỏ Vetiver sau 45 ngày đạt được mức độ nào? Ở mật độ che phủ 100% sau 45 ngày thí nghiệm, nồng độ $\text{NH}_4^+$ giảm từ mức 404,44 mg/l ban đầu (sau pha loãng) xuống còn 11,15 mg/l, đạt quy chuẩn QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 ($25\text{ mg/l}$) và tiệm cận QCVN 40:2011/BTNMT cột B ($10\text{ mg/l}$). Nồng độ $\text{COD}$ giảm mạnh từ 15.360 mg/l (sau pha loãng còn 10.080 mg/l ở ngày thứ 15) xuống còn 4.800 mg/l ở ngày thứ 45.

4. Kết quả điều tra xã hội học 30 hộ dân quanh bãi rác Xuân Sơn phản ánh những vấn đề gì? Khảo sát 30 phiếu điều tra tại xã Xuân Sơn ghi nhận 66,67% số hộ (20 hộ) đánh giá nước rỉ rác ô nhiễm nặng và bốc mùi hôi thối. Nguồn ô nhiễm gây phát sinh ruồi muỗi, ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe người dân (đặc biệt là bệnh về mắt và hô hấp ở người già, trẻ nhỏ), làm chết hoa màu, mất mùa lúa và làm thủy sản nuôi trồng bị chết hoặc dị tật.

5. Tác giả đã đề xuất mô hình công nghệ cụ thể nào để nâng cao hiệu quả xử lý nước rỉ rác? Tác giả đề xuất xây dựng mô hình bãi lọc bán thủy sinh sử dụng cỏ Vetiver kết hợp các tầng vật liệu lọc nhằm tận dụng bộ rễ xốp dày của cỏ làm giá thể vi sinh và giữ cặn lơ lửng, đồng thời kết hợp quá trình lọc vật lý của sỏi cát để xử lý triệt để các chất ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã làm rõ thực trạng ô nhiễm nghiêm trọng của nước rỉ rác tại bãi rác Xuân Sơn (thị xã Sơn Tây, Hà Nội) với các hàm lượng $\text{COD}$, amoni, photpho và sắt vượt quy chuẩn nhiều lần. Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides) có sức sống tốt và hiệu quả xử lý vượt trội đối với các chất ô nhiễm hữu cơ, hợp chất nitơ và kim loại trong nước rỉ rác pha loãng sau 45 ngày theo dõi. Kết quả đạt được là cơ sở khoa học quan trọng để hoàn thiện mô hình công nghệ bán thủy sinh chi phí thấp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các bãi chôn lấp rác thải rắn đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu khả năng xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh Hiện nay, cùng với trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đã có nhiều biện pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm. Trong đó nổi bật là công nghệ xử lý nước bằng thực vật. Công nghệ này đã được nhiều nơi áp dụng và bước đầu thu được những kết quả đáng mừng.

Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có một khái niệm thống nhất về công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật. Trong một số tài liệu, các nhà khoa học đã bước đầu đưa ra quan điểm của mình về vấn đề này. Theo Salt và cộng sự, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật được hiểu là việc sử dụng các loài thực vật để loại bỏ chất ô nhiễm trong môi trường hoặc làm cho các chất ô nhiễm đó ít độc hơn (I. Theo quan điểm của một số tác giả được trình bày trên website Arabidopsis.info công nghệ xứ lý ô nhiễm bằng thực vật là việc tận dụng quá trình sinh trưởng của thực vật để làm giảm hoặc loại bỏ chất ô nhiễm có trong đất, nước, trầm tích và không khí bị ô nhiễm.

Theo từ điển bách khoa toàn thư, xử lý ô nhiễm bằng thực vật được hiểu là biện pháp xử lý các vấn đề môi trường thông qua việc sử dụng các loài thực vật. Mặc dù cách diễn đạt của các quan điểm này là khác nhau nhưng chúng ta có thể hiểu công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật là việc sử dụng các loài thực vật thích hợp để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Vai trò của thực vật thủy sinh Thực vật thủy sinh là các loại thực vật sinh trưởng trong môi trường nước. Nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố của chúng.

Tuy nhiên trong việc xử lý nước rỉ rác, đặc biệt là nước thải ô nhiễm thì nó lại có vai trò quan trọng mà chúng ta cần quan tâm. Nghiên cứu nhiều hơn để tận dụng khả năng này của chúng một cách hiệu quả nhất. Thực vật thủy sinh có thể là những cây không có hiệu quả kinh tế như: lau sậy, cỏ lác, bèo cái,. đến những cây ít nhiều mang lại giá trị kinh tế như: rau 3 muống, cải xoong, cỏ Vetiver,.

vì chúng có thể làm thức ăn cho người và động vật. Trong các vùng đất ngập nước, xử lý nước rỉ rác có trồng các thực vật thủy sinh thì những thực vật này sẽ làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm thông qua các tác động trực tiếp hay tác động gián tiếp. Tác động trực tiếp của các thực vật thủy sinh trong xử lý nước rỉ rác là khả năng hấp thu chất dinh dưỡng từ môi trường để cung cấp dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng, từ đó làm giảm các chất ô nhiễm trong nước. Ngoài ra chúng còn có khả năng hấp thu và tích lũy trong cơ thể một lượng nhất định các nguyên tố như N, P, kim loại nặng,.

Tùy theo từng loài cây mà mức độ xử lý nước của chúng khác nhau nhưng nhìn chung tốc độ xử lý tỷ lệ thuận với tốc độ sinh trưởng của cây. Trong xử lý nước rỉ rác người ta đã sử dụng thực vật thủy sinh như bèo cái, cải xoong, cỏ Vetiver do có bộ rễ phát triển rộng trong nước có khả năng hấp thu các chất lơ lửng trên bề mặt bộ rễ làm giảm độ đục, SS, qua đó cũng giảm BOD. Tác động gián tiếp của nó là: thực vật thủy sinh giống như một nơi trú ngụ của các vi sinh vật (VSV). Rễ càng dài, càng rộng và xốp thì VSV cư trú càng nhiều.

Đây sẽ là nơi cho các VSV sinh trưởng và phát triển. Đồng thời cũng bảo vệ chúng khỏi những tác động có từ các bức xạ mặt trời. Các thực vật thủy sinh mọc đứng trong nước có tác dụng làm giảm tốc độ của nước, tạo điều kiện cho các chất lơ lửng lắng xuống đáy, làm tăng thời gian tiếp xúc của các chất trong nước với các VSV và bề mặt thực vật. Do đó sẽ làm tăng hiệu quả xử lý.

Ngoài ra, thực vật thủy sinh còn có khả năng hấp thu O2 từ những bộ phận phía trên và vận chuyển qua các mô khí xuống bộ phận phía dưới. Do vậy mà ngay phía dưới rễ cây, DO trong nước cũng cao hơn ở ngoài rễ cây, tạo điều kiện cho các VSV hiểu khí sống bám trên rễ cây oxi hóa các chất hữu cơ (BOD) và làm tăng quá trình phản nitrat hóa. Điều này cùng có nghĩa cây nào rễ chùm, rộng thì khả năng xử lý càng tốt vì VSV hiếu khí bám trên đó càng nhiều. Nhờ có khả năng làm giảm đáng kế hàm lượng các chất SS, BOD, N, P và một số kim loại nặng nên ngoài việc tận dụng các vùng đất tự nhiên với hệ thực vật sẵn có, người ta còn xây dựng những vùng đất ngập nước với việc lựa chọn một số 4 loài thực vật có khả năng hấp thụ cao các chất ô nhiễm vào xử lý nhiều loại nước rỉ rác khác nhau như: nước rỉ rác lâu năm, nước rỉ rác tạm thời,.

Ngoài ra việc sử dụng các thực vật trong xử lý rỉ rác còn giảm nguy cơ xói mòn do làm giảm tác động của gió, sóng và nước chảy, góp phần cài thiện chất lượng môi trường thêm trong lành. Đặc biệt khi ngân sách nhà nước dành cho công tác quản lý môi trường còn hạn hẹp, áp dụng các phương pháp xử lý nước rỉ rác khác tuy hiệu quả nhưng chỉ phí cao thì đây là một giải pháp hết sức tiết kiệm đơn giản và có ý nghĩa sinh thái cao.1 Đặc tính sinh học và khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của một số thực vật thủy sinh Xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh đã và đang áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới với ưu điểm là rẻ tiền, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao. Đây là công nghệ xử lý nước rỉ rác trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương. Ưu, nhược điểm của phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh Xử lý chất thải đô thị bằng phương pháp chôn lấp vẫn là hình thức phổ biến được áp dụng ở nước ta bởi ưu điểm chi phí thấp so với các phương pháp xử lý khác như đốt, hóa rắn,…Tuy nhiên, kéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường do bãi chôn lấp không hợp vệ sinh, không đạt tiêu chuẩn gây ra nhiều bất cập làm ảnh hưởng tới môi trường xung quanh và cuộc sống con người.

Đặc biệt, hầu hết nước rỉ rác tại bãi chôn lấp đều phát thải trực tiếp vào môi trường, khuếch tán mầm bệnh gây tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Đến nay đã có nhiều công nghệ xử lý nước rỉ rác đắt tiền được nhập khẩu vào Việt Nam, tuy nhiên đều chưa triển khai được hoặc phải ngừng hoạt động do công nghệ không phù hợp với đặc tính nước rỉ rác ở nước ta: rác thải không được phân loại tại nguồn. Trong đó, phương pháp xử lý nước rỉ rác bằng thực vật thủy sinh đã và đang được thực hiện không chỉ ở Việt Nam mà còn ở một số quốc gia trên thế giới. 5  Ưu điểm của thực vật thủy sinh trong xử lý nước rỉ rác - Hiệu quả xử lý chậm nhưng ổn định đối với các loại nước rỉ rác có nồng độ COD, BOD thấp - Chi phí xử lý không cao - Quá trình xử lý không đòi hỏi công nghệ phức tạp - Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau: làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ, làm thực phẩm cho người và gia súc, làm phân bón,… - Bộ rễ thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với vi sinh vật, sự vận chuyển của cây đưa vi sinh vật đi theo.

- Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng, do vậy có thể ứng dụng ở những vùng hạn chế năng lượng.  Nhược điểm của thực vật thủy sinh trong xử lý nước rỉ rác - Diện tích cần dùng để xử lý nước rỉ rác phải lớn, đòi hỏi phải có đủ ánh sáng. Trong trường hợp không có thực vật, vi sinh vật không có nơi bám vào. Chúng dễ dàng trôi theo dòng nước và lắng xuống đáy.

Rễ thực vật là nơi cho vi sinh vật có hại sinh sống, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh. Tổng quan về bãi chôn lấp, và nước rỉ rác 1. Tổng quan về bãi chôn lấp Nguồn: Theo thống kê của Tổng cục Môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường – TN&MT) Biểu đồ 1.1: Biến động bãi chôn lấp qua các năm  Hiện nay có khoảng 904 bãi chôn lấp tuy nhiên vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu của con người và luôn trong tình trạng quá tải, các tác động từ các bãi chôn lấp là vô cùng lớn, trong đó điều đáng lo ngại nhất là nước rỉ rác với thành phần chất ô nhiễm rất cao, và vô số các vi sinh vật gây bệnh. Tổng quan về nước rỉ rác  Khái niệm nước rỉ rác Nước rỉ rác hay nước rò rỉ trong bãi rác là loại chất lỏng thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ chất thải rắn vào tầng đất ở dưới đáy bãi chôn lấp (BCL).

Trong giai đoạn hoạt động của BCL, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do thiết bị đầm nén. Hay nước rỉ rác là một loại chất lỏng được sinh ra từ quá trình phân hủy vi sinh đối với các chất hữu cơ có trong rác, thấm qua các lớp rác của ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và hòa tan từ các chất thải rắn.  Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ rác được hình thành khi nước thấm vào ô chôn lấp.