Tiểu luận đất ngập nước

MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.2 CHỨC NĂNG CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.2.1 Chức sinh thái 1.2.2 Chức kinh tế đất ngập nước 1.2.3 Chức xã hội 1.3 VAI TRÒ CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.4 ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ PHÂN LOẠI 1.4.1 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm nước 1.4.2 Đất ngập nước tự nhiên 1.4.3 Đất ngập nước nhân tạo 1.4.3.1 Theo hệ thống phân loại Ramsar 1.4.3.2 Theo hệ thống phân loại ĐNN tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế (IUCN WETLAND CLASSIFICATION, DUGAN, 1999) 1.4.3.3 Theo Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trường năm 2001 việc phân loại đất ngập nước nhân tạo 1.5 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA ĐẤT NGẬP NƯỚC TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO 11 CHƯƠNG SƠ LƯỢC VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 13 2.1 THÀNH PHẦN CỦA VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 13 2.1.1 Nước 13 2.1.2 Chất nền, trầm tích, rác 13 2.1.3 Thực vật thủy sinh 14 2.1.4 Vi sinh vật 15 2.1.5 Động vật 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 16 2.2.1 Ưu điểm thi công vùng ngập nước 16 2.2.2 Nhược điểm vùng đất ngập nước nhân tạo 16 2.3 DUY TRÌ VÀ BẢO DƯỠNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC 17 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 19 3.1 MỘT SỐ THỰC VẬT TIÊU BIỂU VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC 19 3.1.1 Cây bèo tây 21 3.1.2 Cây sậy (tên khoa học Phragmites communis) 22 3.1.3 Cỏ Vetiver – Cỏ Hương Bài (Tên khoa học Vetiveria Zizanioides L thuộc họ Graminae, họ phụ Panicoideae, tộc Andropogoneae, tộc phụ Sorghinae.) 23 3.1.4 Cây cỏ nến (Typha) 24 3.2 CƠ CHẾ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 24 3.2.1 Các trình diễn hệ thống đất ngập nước 24 3.2.1.1 Q trình vật lí, hóa học 24 3.2.1.2 Quá trình sinh học 25 3.2.2 Cơ chế trình xử lý nước thải 25 3.2.2.1 Loại bỏ chất hữu có khả phân hủy sinh học 26 3.2.2.2 Loại bỏ chất rắn 27 3.2.2.3 Cơ chế loại bỏ Nitơ 28 3.2.2.4 Cơ chế loại bỏ photpho 30 3.2.2.5 Cơ chế loại bỏ kim loại nặng 30 3.2.2.6 Loại bỏ hợp chất hữu 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 33 4.1 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.1.1 Vị trí xây dựng 34 4.1.2 Thổ nhưỡng 34 4.1.3 Yếu tố thủy văn 34 4.1.4 Kỳ vọng hiệu suất 35 4.2 CÁC MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 35 4.2.1 Hệ thống dòng chảy bề mặt (Free water surface - FWS) 35 4.2.2 Hệ thống dòng chảy ngang mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF) 35 4.2.3 Hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF) 36 4.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38 4.3.1 Thiết kế hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy mặt (FWS) 39 4.3.1.1 Mơ hình liên tục – sequential model 39 4.3.1.2 Cơ sở tính tốn, thiết kế hệ thống FWS 41 4.3.2 Thiết kế hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm (SFS) 45 CHƯƠNG TỒ CHỨC QUAN TRẮC VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 48 5.1 QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC 48 5.2 QUẢN LÝ THẢM THỰC VẬT TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC 48 5.3 QUAN TRẮC ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG HỆ THỐNG 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC Định nghĩa đất ngập nước chia làm nhóm chính: nhóm theo nghĩa rộng nhóm theo nghĩa hẹp: - Nhóm định nghĩa theo nghĩa rộng nhiều người công nhận công ước Ramsar (năm 1971): "Đất ngập nước bao gồm: vùng đầm lầy, đầm lầy than bùn, vực nước tự nhiên hay nhân tạo, vùng ngập nước tạm thời hay thường xuyên, vực nước đứng hay chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể mực nước biển có độ sâu khơng q 6m triều thấp" - Theo nghĩa hẹp: Nhìn chung đất ngập nước khu vực chuyển tiếp đất nước, đới chuyển tiếp sinh thái Những nơi mà ngập nước đất gây phát triển hệ sinh thái đặc trưng, bao gồm loạt môi trường ẩm ướt đầm lầy, đồng cỏ ẩm ướt, đất ngập nước thủy triều, vùng ngập ven sơng vùng đất ngập nước dọc theo dịng kênh Phạm vi phân bố diện tích đất ngập nước: - Đất ngập nước xuất nơi từ địa cực tới xích đạo Hiện nay, người ta chưa biết xác diện tích đất ngập nước chiếm phần trăm diện tích bề mặt Trái Đất - UNEP (Chương trình Mơi trường Liên hiệp quốc) cho diện tích đất ngập nước vào khoảng 570 triệu hecsta (5,7 triệu km²), tức khoảng 6% diện tích bề mặt trái đất, bao gồm 2% hồ, 30% bãi lầy, 20% đầm lầy 15% đồng cửa sông - Mitsch Gosselink sách giáo khoa: “ Tiêu chuẩn đất ngập nước’’ (tái lần thứ 4, năm 2000) cho biết diện tích Đước bao phủ khoảng 240.000 km², diện tích San hơ vào khoảng 600.000 km² vùng ven biển toàn giới - Tuy nhiên báo cáo đánh giá toàn cầu tài nguyên đất ngập nước Ramsar tổ chức vào năm 1999, diện tích tồn cầu tối thiểu từ 748-778 triệu hécta, vào nguồn thơng tin khác số “tối thiểu” tăng lên từ 999 đến 4.462 triệu hécta 1.2 CHỨC NĂNG CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đất ngập nước cung cấp số chức giá trị (chức đất ngập nước trình cố hữu xảy vùng đất ngập nước; giá trị đất ngập nước thuộc tính vùng đất ngập nước xã hội nhận thức có lợi) Trong tất vùng đất ngập nước cung cấp tất chức giá trị, hầu hết vùng đất ngập nước cung cấp số Trong trường hợp thích hợp xây dựng vùng đất ngập nước cung cấp số chức năng: 1.2.1 Chức sinh thái - Nạp nước ngầm - Hạn chế ảnh hưởng lũ lụt - Ổn định vi khí hậu - Chống sóng biển, ổn định bờ biển chống xói mịn - Xử lý nước, giữ lại chất cặn, chất độc… - Giữ lại chất dinh dưỡng - Sản xuất sinh khối - Giao thông thuỷ - Giải trí, du lịch - Cải thiện chất lượng nước 1.2.2 Chức kinh tế đất ngập nước - Tài nguyên rừng: cung cấp loạt sản phẩm quan trọng gỗ, than, củi sản phẩm khác nhựa, tinh dầu, tanin, dược liệu …Nhiều vùng ĐNN giàu động vật hoang dã đặc biệt loài chim nước, cung cấp sảnphẩm có giá trị thương mại cao - Thuỷ sản: Môi trường sống nơi cung cấp thức ăn cho cá, loài thuỷ sản - Tài nguyên cỏ tảo biển: Thức ăn nhiều loại thuỷ sinh vật, người gia súc, cịn làm phân bón dược liệu… - Sản phẩm nông nghiệp: ruộng lúa nước chuyển canh xen canh với hoa màu khác tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng vùng đất ngập nước - Cung cấp nước ngọt: Là nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt, tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc sản xuất công nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Tiềm năng lượng: Than bùn, đập, thác nước… nguồn lượng quan trọng 1.2.3 Chức xã hội - Tạo cảnh quan, vui chơi, giải trí - Giá trị văn hố: lễ hội, giáo dục, nghiên cứu… - Giá trị đa dạng sinh học  Nhận thức giá trị lợi ích vùng đất ngập nước, kết hợp với chất lượng minh chứng môi trường dẫn đến việc xây dựng đất ngập nước nhân tạo cho nhiều mục đích 1.3 VAI TRỊ CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC Đất ngập nước cịn có vai trị quan trọng thiên nhiên môi trường : - Lọc nước thải: vùng đất ngập nước có giá trị khoảng vài chục hectar có khả lọc xử lý nước thải tương đương với trạm xử lý nước nhiều triệu dollars Ước tính khoảng 70%N- NH4, 99% nitrir N – NO3 95% P tổng số hòa tan loại bỏ nước thải qua ĐNN - Nạp ổn định nước ngầm: nước thấm từ vùng đất ngập nước xuống tầng ngập nước lịng đất, nước giữ điều tiết thành dòng chảy bề mặt vùng ĐNN khác cho người sử dụng - Hạn chế ảnh hưởng lũ lụt: Bằng cách giữ điều hào lượng nước mưa “bồn chứa” tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ làm giảm hạn chế lũ lụt vùng hạ lưu - Điều hòa khí hậu, chống xói mịn, ổn định bờ biển, chắn gió bão Cùng với Năm quốc tế Đa dạng sinh học Liên Hợp Quốc tuyên bố, năm 2010 theo Cơng ước Ramsar cịn có chủ đề “Đất ngập nước, Đa dạng sinh học Biến đổi khí hậu” Đây vấn đề thảo luận nhiều giới, đặc biệt biến đổi khí hậu ngày gia tăng ảnh hưởng tồn cầu Trong đó, nhiều nghiên cứu cho thấy, đất ngập nước làm giảm tác động từ biến đổi khí hậu, chúng chiếm 6-8% diện tích bề mặt Trái đất Chính giá trị quan trọng đó, thơng điệp cho Ngày Đất ngập nước Thế giới năm (02/02/2010) “Chăm sóc vùng đất ngập nước – giải pháp cho biến đổi khí hậu” Do chu trình trao đổi chất nước trogn hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật ĐNN, cân O2 CO2 khí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com làm cho vi khí hậu đại phương ổn định, đặc biệt nhiệt độ lượng mưa ổn định - Là nơi trú chân nhiều loài động vật hoang dã, đặc biệt loại chim nước, có nhiều loại quý hiếm, có ý nghĩa quốc tế Các hệ sinh thái rừng ngập mặn rừng tràm có nhiều giá trị việc cung cấp sản phẩm, trì cân sinh thái bảo tồn thiên nhiên; cung cấp nơi kiếm ăn, khu cư trú cho loài chim qúi như: Sếu đầu đỏ, cồng cộc, ô tác, giang sen, 1.4 ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ PHÂN LOẠI 1.4.1 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm nước Đất ngập nước sử dụng để cải thiện chất lượng nước biết đến vào thập kỷ 30 kỷ trước, hầu hêt loại đất ngập nước tự nhiên (U.S EPA, 1999) Những nghiên cứu xây dựng đất ngập nước để xử lý nước thải bắt đầu vào năm 1950 Đức, Hoa Kỳ vào năm 1970 đến 1980 phát triển mạnh năm 1990, người ta xây dựng nhiều hệ thống xử lý nước thải đất ngập nước va áp dụng rộng rải không để xử lý nước thải thị mà cịn để xử lý nước thải cho khu công nghiệp vùng khai khống nước thải cơng nghiệp Do đất ngập nước để xử lý nước thải gồm có hai loại: Đất ngập nước tự nhiên đất ngập nước nhân tạo 1.4.2 Đất ngập nước tự nhiên Đất ngập nước tự nhiên vùng ngập nước thường xuyên có nhiều loại chịu nước lau, sậy chứa đựng nhiều loài vi sinh sống lớp bề mặt có tiềm oxy hóa tiềm khử khác hỗ trợ tính đa dạng loài vi sinh vật vi khuẩn, nấm, actinomycetes, động vật nguyên sinh Những loài phân huỷ thành phần hữu vô đưa vào hệ thống 1.4.3 Đất ngập nước nhân tạo So với vùng đất ngập nước tự nhiên ngày việc xây dựng vùng đất ngập nước nhân tạo thiết yếu lợi ích thiết thực dùng để xử lý nước thải Một vùng đất ngập nước thiết kế xây dựng có thảm thực vật dùng để lọc xử lý chất ô nhiễm nước thải (cải thiện chất lượng nước) chảy qua hệ thống gọi đất ngập nước nhân tạo Hệ thống xây dựng mô LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cấu trúc chức vùng đất ngập nước tự nhiên chúng cịn có cộng đồng vi sinh vật phong phú để thực việc chuyển đổi ion nước, thực trình sinh hóa, hấp thụ, hập phụ chất gây nhiễm, đặc biệt hệ thống tự trì hoạt động Đất ngập nước nhân tạo khơng có khái niệm rõ ràng mà bảng hệ thống phân loại Tùy theo tổ chức, mục đích nghiên cứu mà có phân loại đất ngập nước khác 1.4.3.1 Theo hệ thống phân loại Ramsar Đất ngập nước nhân tạo Các đầm/ ao nuôi trồng thủy sản (như đầm nuôi tôm/cá) Các ao; bao gồm ao nông nghiệp, ao nuôi, bể chứa nhỏ (nhìn chung nhỏ 8ha) Đất tưới tiêu; bao gồm kênh mương tưới tiêu ruộng lúa Đất nông nghiệp ngập theo mùa (bao gồm đồng cỏ ngập nước đồng cỏ dùng để chăn thả gia súc quản lý cách tích cực) Các điểm khai thác muối; ruộng/ hồ muối, nước mặn… Các khu vực trữ nước; hồ chứa/đập nước/đập chắn/ đập tràn (nhìn chung ha) Các nơi đào; mỏ cuội/gạch/sét; mỏ đất mượn, moong mỏ Các vùng xử lý nước thải; bãi chứa nước thải sinh hoạt, ao lắng, bể ơxy hóa… Các kênh, rạch thoát nước, mương nhỏ 10 Các hệ thống thủy văn castơ ngầm hang động nhân tạo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.4.3.2 Theo hệ thống phân loại ĐNN tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế (IUCN WETLAND CLASSIFICATION, DUGAN, 1999) Đất ngập nước nhân tạo Canh tác thủy/hải sản Ao nuôi trồng thủy sản, kể ao cá ao tôm Các ao canh tác, ao giống ao nhốt cá Nông nghiệp Đất tưới nước kênh dẫn nước, bao gồm đồng lúa, kênh rạch Đất trồng trọt, ngập nước theo mùa Khai thác muối Những ruộng muối Đô thị/Công nghiệp Các hồ chứa nước dùng để tưới tiêu sinh hoạt thải nước, vùng ngập nước theo mùa Đập nước với mực nước thay đổi thường xuyên hàng tuần hàng tháng 1.4.3.3 Theo Bộ Khoa học, Công nghệ Môi trường năm 2001 việc phân loại đất ngập nước nhân tạo Bên cạnh hệ thống phân loại quốc tế, nước ta có nhiều hệ thống phân loại để quản lí sử dụng tài nguyên ĐNN hiệu Trong đó, ĐNN nhân tạo phân loại rõ ràng Đất ngập nước nhân tạo Các đầm ao nuôi trồng thuỷ sản (ví dụ: tơm,cá) Các đầm, bao gồm đầm canh tác, hồ chứa nhỏ (tổng quát ha) Đất có nước tưới; bao gồm mương, kênh dẫn nước ruộng lúa Đất canh tác ngập nước theo mùa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vùng khai thác muối; đầm muối, hồ nước mặn, v.v… Những vùng trữ nước, hồ chứa, đập nước, vùng úng nước (tổng quát rộng ha) Các hố đào; nơi khai thác sỏi, đất sét, làm gạch, mỏ lấy đá, hầm lấyvật liệu, hầm khai quặng v.v… Các9 vùng xử lý nước thải, nơi nước, đầm lắng, v.v… Sơng đào, kênh mương nước Sở dĩ có phân loại loại hình đất ngập nước có đặc điểm chung khu đất có đủ độ ẩm (đất bị ngập bị bão hòa nước mặt nước ngầm), tần suất thời gian lưu nước đủ dài để thực vật thích nghi với điều kiện đất đai kỵ khí, hạn chế phát triển thực vật hiếu khí Chế độ thủy văn vùng đất ngập nước nói chung dịng chảy chậm vùng nước nơng bị bão hịa Hình 1.1 Sơ đồ vùng đất ngập nước 1.5 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA ĐẤT NGẬP NƯỚC TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO Trái ngược với vùng đất ngập nước tự nhiên, vùng đất ngập nước nhân tạo người xây dựng vận hành với chức mang tính cạnh tranh nhiều 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Nên lựa chọn SSF diện tích đất hạn chế, cần xử lý nước thải xám (lượng bốc hơn) Tuy nhiên việc bảo trì kiểm sốt khó khăn FWS - Khi yêu cầu mức dộ xử lý cao sử dụng hệ thống kết hợp ( với dòng chảy thẳng đứng) - Để xử lý bậc 3, nên chọn FWS (rủi ro từ muỗi, hạn chế xử lý bậc đô thị) 4.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 4.3 Vị trí hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải Thiết lập vùng đất ngập nước gồm hoạt động chuẩn bị địa điểm, giải phóng mặt bằng, xây dựng địa hình đất ngập nước lắp đặt cơng trình kiểm sốt nước Trong giai đoạn dọn dẹp xây dựng, vùng cối dọn dẹp lấy để xây dựng thành phần vùng đất ngập nước Tất gốc rễ tàng tích lịng đất cần loại bỏ Một số lồi đặc hữu có giá trị bảo tồn nên chuyển khu bảo tồn bảo vệ Địa hình, máy kéo sử dụng để loại bỏ lớp đất mặt cần dự trữ để tái sử dụng, nén đất lắp đặt lót (hố sâu gị tạo ra) Việc san lấp mặt phía vùng đất ngập nước để nước lưu thông dễ dàng Vùng đất ngập nước làm ẩm đến mức độ trồng thực vật Sau thực vật đất ngập nước chuyển đến trồng tay Sau xây dựng hệ thực vật, mực nước tăng lên nhờ mức nước dâng bình thường, nhờ nước mưa nước tưới vùng đất ngập nước hoàn toàn tạo dễ dàng 4.3.1 Thiết kế hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy mặt (FWS) 37 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3.1.1 Mơ hình liên tục – sequential model FWS thiết kế theo “ mơ hình liên tục – sequential model”, phát triển Gearheart Finney ( 1999) Phương pháp tổng thể để tiếp cận mơ hình xem xét yếu tố ảnh hưởng đến trình vật lý sinh học nhằm xác định chất lượng dòng nước thải vùng khác khu vực vùng đất ngập nước nhân tạo Phương pháp công nhận số biến đổi thành phần chế loại bỏ xác định mức độ xảy đồng thời vùng đất ngập nước, phần lớn trình loại bỏ xảy cách tuần tự, với chế cung cấp sản phẩm cho trình Tổng diện tích cần thiết khu phải đảm bảo sau cho nược xử lý đạt yêu cầu để đưa vào khu xử lý Các chất xử lý ba “ngăn- ompartment” hệ thống - Ngăn (1) diễn trình kết bơng lắng xảy - Ngăn thứ ngăn hiếu khí làm giảm lượng BOD diễn q trình nitrat hóa - Ngăn thứ ngăn xử lý nước thảm thực vật, nước tiếp tục giảm TSS hợp chất Nitơ (thơng qua q trình khử nitơ ) Các hợp chất phốt bền vững bị loại bỏ vùng đất ngập nước mà phần lớn phốt hấp phụ thực vật Quá trình lắng chất nhiễm giảm tác nhân gây bệnh liên quan thời gian lưu nước khu, đặc biệt khu phải quan tâm đến nhiệt độ nước 38 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Rộng (W) Nước vào Sâu (H) Nước Dài (L) Khu Khu Khu Hiếm khí Hiếu khí Hiếm khí Hình 4.1 Mơ hình xử lý ba ngăn- ompartment Mơ hình cho thấy chế khu vực trình xử lý thảm thực vật, trình lắng keo tụ Trong suốt độ sâu ngăn mùa phát triển thực vật lượng oxy hòa tan TSS liên quan thành phần BOD, nitơ hữu phốt pho, kim loại số hợp chất hữu xử lý phần Các chất hữu dễ bay có khả bị loại bỏ khỏi nước thải nhờ trình hấp thu hay q trình oxy hóa diễn ngăn - Chất keo tụ nước thải chủ yếu chức hấp thụ lượng từ hai nguồn bên khả thủy động lực bên dòng chảy Khi giảm hệ số Reynolds ( Re ) làm cho trình lắng hạt trở nên tối ưu Dòng nước thải chảy qua bụi với bán kính thủy lực nhỏ (hệ số Reynolds (Re) làm thay đổi bán kính thủy lực), Re nằm phạm vi tương ứng thành dịng chảy rối, cho hạt lắng tốt Trong khu vực 2, xảy q trình xử lý hiếu khí , vào ban ngày thảm thực vật cung cấp oxy hóa tan nhờ q trình quang hợp, lượng oxy hồ tan oxy hóa hợp chất cácbon tới mức đủ thấp để tạo điều kiện cho trình nitrat hóa 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NH4- N để NO3- N diễn Các q trình địi hỏi lớn lượng ơxy (có thể cung cấp thêm) Thời gian lưu nước tối đa khu vực khoảng 2-3 ngày trước tảo không mong muốn phát triển bùng nổ ( tảo nở hoa) Các trình diễn vùng giống đầm phá tự nhiên 4.3.1.2 Cơ sở tính tốn, thiết kế hệ thống FWS Trong FWS vùng đất ngập nước, loại bỏ BOD5 hòa tan phát triển vi sinh vật công rễ, thân rụng rơi xuống nước Bởi tảo thường khơng diện phạm vi có thực vật bao phủ hồn tồn, phản ứng cho q trình yếm khí nguồn cung cấp oxy bề mặt nước chủ yếu trồng quang hợp vận chuyển oxy từ đến vùng rễ Tiêu chuẩn cụ thể trình bày thích hợp cho tải trọng hữu từ thấp đến trung bình Các chất hữu nên phân phần lớn khu vực không áp dụng điểm Độ sâu nước thiết kế nên có khoảng 600 mm (24 in) để đảm bảo phân phối đầy đủ oxy phần nước thải tuần hồn xem xét tháng mùa hè để vượt qua tổn thất ET trì tốc độ dịng chảy cần thiết nồng độ oxy - Xác định điều kiện giới hạn kính thước hệ thống Áp dụng công thức tải lượng bề mặt (ALR) tình trạng lưu lượng trung bình ngày (Q0): Ta có: ALR  Q0 C0 (nguồn: EPA Constructed Wetlands Treatment of Municipal AW Wastewaters, 2000) Trong đó:  ALR: Tốc độ tải lượng bề mặt  Q0: Lưu lượng dòng thải đầu vào  C0: Nồng độ chất thải đầu vào  AW: Diện tích bề mặt (ha) - Loại bỏ BOD5 hệ thống FWS Loại bỏ BOD5 vùng đất ngập nước thường mơ tả mơ hình động học bậc sau: 40 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong đó: Ce: BOD5 (mg/l) Co: BOD5 vào (mg/l) KT: số phản ứng, d-1 t: thời gian lưu thủy lực, d - Thời gian lưu thủy lực Có thể biểu diễn như: t = LWd ÷ Q Trong đó: L = chiều dài W = chiều rộng d = chiều sâu Q = tốc độ dịng chảy trung bình = (dịng chảy + chảy ra) ÷  Phương trình đại diện cho thời gian lưu thủy lực cho hệ thống dịng chảy khơng giới hạn - Phương trình tiêu diệt Coliform phân cách xấp xỉ FWS: Trong nồng độ coliform phân dịng nước thải đưa vào (cfu/100 ml) nồng độ coliform phân dòng nước sau xử lý (cfu/100 ml) N số lượng khu vực hệ thống FWS t thời gian lưu nước hệ số xử lý coliform phân (T-1) 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Tỷ lệ chiều dài chiêu rộng: Tỷ lệ chiều dài chiêu rộng (AR) hệ thống FWS xác định công thức Trong L chiều dài trung bình hệ thống W chiều rộng trung bình hệ thống Trong vùng đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy mặt thường thiết kế với tỷ lệ AR từ 1:1 đến 90:1 Thông thường, tỷ lệ AR tốt 1:1 - Độ xốp  : hệ số độ xốp đất ngập nước, phụ thuộc vào cấu tạo lớp đất bể (thơng thường có giá trị 0.6 - 0.8) - Độ dốc thủy lực nước bề mặt S  v *h n (nguồn: EPA Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters, 2000) Trong đó:  V: Vận tốc trung bình dòng chảy (m/s)  n : Hệ số nhám Manning (s/m1/3)  H : Độ sâu trung bình dòng chảy (m)  S : Độ dốc thủy lực độ nghiêng nước bề mặt - Hiệu suất loại bỏ BOD5: Lưu lượng nước thải sau xử lý: Qe = Q0 + P -I –ET (nguồn: EPA Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters, 2000) Trong đó: 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  P: Lượng mưa trung bình (mm/tháng)  I: Tốc độ thẩm thấu vào nước ngầm (m3/ngày)  ET: Tốc độ bay (mm/tháng) Bảng 4.2 Dự đoán thực nghiệm so với thực tế giá trị Ce/Co cho xây dựng vùng đất ngập nước (Giá trị thực tế từ Listowel, Ontario) Cùng khoảng cách lịng ao, m Mùa đơng Mùa hè Dự đốn Thực tế Dự đoán Thực tế 0.52 0.52 0.52 0.52 67 0.38 0.36 0.40 0.40 134 0.27 0.41 0.31 0.20 200 0.20 0.30 0.24 0.19 267 0.14 0.27 0.18 0.17 334 (dòng thải cuối) 0.10 0.17 0.14 0.17 Các tỷ lệ Ce/Co dao động 0,18-0,098 phần cuối kênh đất ngập nước 335 m (1.100 ft) Đối với đường kính thân 12 mm (0,5 in) số lượng thảm thực vật %, người ta ước tính diện tích bề mặt cụ thể 15,7 m2/m3 (4,8 sq ft/cu ft) Đây tham số mà đo trực tiếp mơi trường đất ngập nước thực tế Nó đại diện cho diện tích bề mặt từ tất lứa thực vật cột nước bao gồm thân, rễ sậy Độ nhạy với nhiệt độ thử nghiệm cách thay đổi phạm vi 5-25oC (41-77°F) cho tỷ lệ Ce/Co dự đoán Listowel: Mức độ xử lý 5oC (41oF) bị giảm đáng kể so với 25°C (77°F) Điều cho thấy phương trình nhạy cảm với nhiệt độ nhiệt độ phải dự đốn xác để sử dụng phương trình Việc thiết kế phải lưu ý, mùa đông, độ sâu vùng đất ngập nước nói chung phải tăng lên phép độ sâu đóng băng Sự gia tăng thời gian lưu giữ mùa đông từ độ sâu lớn có tác dụng bù vào tỷ lệ Ce/Co 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3.2 Thiết kế hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm (SFS) Hướng nước chảy Thực vật thủy sinh Các lưu ý thiết kế: - Chiều sâu sỏi 0,40 m – 0,85 m - Chiều sâu nước 0.30 - 0,75 m - Các ống dẫn nước PVC có đường kính từ 100 đến 220 mm - Các ống phân phối nước đặt cách đáy 10 -15 cm Cấu trúc ống dẫn nước vào Các lỗ trến ống có đường kính 40-80 mm, chiều dài, chạy theo chiều rộng hệ thống khoảng m Các nguồn lượng oxy cho thành phần bên mặt đất (đất, sỏi, đá, môi trường khác, rảnh liếp) lượng oxy truyền thực vật đến vùng rễ Trong hầu hết trường hợp, hệ thống dòng chảy bề mặt thiết kế để trì dịng chảy bề mặt liếp, việc thống khơng khí hạn chế Do đó, lựa chọn loài thực vật yếu tố quan trọng 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Loại bỏ BOD5 hệ thống dòng chảy bề mặt mơ tả phương trình động học dịng vào bậc giống phương trình cho hệ thống mặt nước tự Phương trình 3-2 biến đổi sử dụng để ước tính diện tích bề mặt cần thiết cho hệ thống dịng chảy bề mặt Cả hai hình thức phương trình hiển thị cho thuận tiện sử dụng [Ce / Co] = exp (-KTt) As = [Q (lnCo - lnCe)] ÷ (KTd n) (3-2) (3-7) Trong đó: Ce = BOD5 thải ra, mg/l Co = BOD5 chảy vào, mg/l KT = nhiệt độ phụ thuộc vào thứ tự tốc độ phản ứng liên tục, d-1 t = thời gian lưu thủy lực, d Q = tốc độ dịng chảy trung bình thơng qua hệ thống, m3/d d = độ sâu ngập nước, m = độ xốp kênh, phân số n = lỗ rỗng liếp As = diện tích bề mặt hệ thống, m2 Diện tích mặt cắt ngang cho dịng vào thơng qua hệ thống dịng vào bề mặt tính theo cơng thức sau: Ac = Q ÷ ksS Trong đó, AC = d.W, diện tích mặt cắt ngang lịng đất ngập nước, vng góc với hướng dịng chảy, m2 R = chiều rộng kênh, m d = chiều sâu kênh, m ks = thấm môi trường, m3/m2-d S = độ dốc kênh, gradient thủy lực (là phân số số thập phân) Chiều rộng kênh tính phương trình sau W = Ac ÷ d Khu vực cắt ngang chiều rộng kênh: 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Q = kS AS S Diện tích mặt cắt ngang chiều rộng kênh độc lập với nhiệt độ (khí hậu) chất hữu chúng điều khiển đặc tính thủy lực cơng cụ 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG TỒ CHỨC QUAN TRẮC VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO Quản lý quan trắc vùng đất ngập nước vấn đề quan trọng việc trì chức xử lý nước thải vùng đất ngập nước Quan trắc vùng đất ngập nước để có đầy đủ liệu để xác định hiệu suất vùng đất ngập nước việc thực mục tiêu khác Bảo trì vùng đất ngập nước cần thiết để quản lý loại thực vật ngập nước lớn loài mong muốn, để loại bỏ cỏ dại xâm lấn, để loại bỏ bùn từ vùng đất ngập nước, để loại bỏ rác từ vùng đất ngập nước 5.1 QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC - Giám sát nguồn nước đầu vào, đầu ra, mực nước, biến đỗi chất lượng nước ao xử lý - Giám sát chất lượng nước mặt khu vực xung quanh nơi đặt hệ thống xử lý để đảm bảo khơng bị rị rỉ nước thải nguồn xung quanh - Giám sát yếu tố khí tượng nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, thủy triều nhằm phục vụ cho việc điều tiết nước ao xử lý - Mực nước cần kiểm tra sử dụng thiết bị điều khiển mực nước để đảm bảo tăng trưởng thực vật - Chất rắn lơ lửng từ nước thải rác phân rã từ thực vật tích lũy thời gian giảm dần khoảng trống rửa để tránh tắt ngẽn dòng chảy nước - Xác định trạng loài thực vật ưu thế, lồi động vật khơng xương sống có kích thước lớn (có thể quan sát mắt), đánh giá nhanh chất lượng nước hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải [9] - Trong quan trắc chất lượng nước hệ thống cần tạo mẫu hỗn hợp để xem xét dịng nước, cịn tùy thuộc lượng chất nhiễm, thay đổi thể tích… hệ thống Tất mẫu nên lấy 24 thích hợp với hợp chất hóa học, hợp chất hữu cơ, độ đục… 5.2 QUẢN LÝ THẢM THỰC VẬT TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC - Giám sát sinh trưởng phát triển loài thực vật ao xử lý 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Duy trì mật độ dày đặc thực vật mong muốn vùng đất ngập nước để đảm bảo hiệu xử lý - Thu nhặt chết rác thải rơi vào ao, kể cỏ dại mọc xâm lấn - Diễn sinh thái thực vật đất ngập nước diễn Tuy nhiên, số lồi rong, nên u cầu phải bảo trì hàng năm để loại bỏ - Mực nước cao làm cho bị dịch chuyển vùng đất ngập nước /hoặc bị chết úng - Nếu khu vực lớn bị mất, cần phải tái lập lại Khu vực nhỏ thường hồi phục tự nhiên khu vực lớn m2 yêu cầu trồng lại - Dấu hiệu suy công sâu bệnh cần điều tra kịp thời Thuốc trừ sâu sinh học thuốc trừ sâu – dịch hại có độc tính thấp sử dụng số lượng sâu bệnh vượt giá trị ngưỡng định 5.3 QUAN TRẮC ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG HỆ THỐNG - Quan trắc chất lượng môi trường đất hệ thống cần thiết Xác định vị trí quan trắc, vị trí lấy mẫu, xây dựng mạng lưới quan trắc… nên định kỹ trạng thái tốn tại, cách biến động…của chất gây ô nhiễm [23] - Các thơng số hóa học cần phân tích: pH, Oxy đất, Nhiệt độ, độ dẫn điện, Tổng Nitơ, Nitrat, amoni, Phosphous, cácbon hữu cơ, kim loại, Coliform… 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Sử dụng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải công nghệ mới, phương pháp thay có giá thành rẻ so với việc xử lí nước trước Đất ngập nước nhân tạo tạo nên mơi trường cảnh quan có tính thẩm mỹ cao Hệ thống xử lý nước thải đất ngập nước nhân tạo thúc đẩy việc sử dụng bền vững nguồn tài nguyên, hệ thống xử lí nước thải sinh học, thân thiện với môi trường Việc tạo vùng đất ngập nước nhân tạo tốn chi phí hơn, khơng u cầu cơng nghệ cao công cụ đại, phức tạp Hệ thống dựa nguồn lượng tái tạo mặt trời động-thực vật vùng ngập nước vi sinh vật, thứ hoạt động tốt việc hoạt động xử lí 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Canfield, T.J., Jorgensen, E.E., Burden, D.S., Kemble, N.E 1997 Constructed Wetlands: Contaminant Filters, [2] Transformers, Or Sinks: Evaluating The Fate Of Contaminants In Sediments And Biota Of Wetlands Constructed For Wastewater Treatment [3] DeBusk, W.F 1999 Evaluation of a Constructed Wetland for Treatment of Leachate at a Municipal Landfill in Northwest Florida, in Constructed Wetlands for the Treatment of Landfill Leachates, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, pp.175-186 [4] Aquaculture Systems for Wastewater Treatment: Seminar Proceedings and Engineering Assessment U.S Environmental Protection Agency [5] Kadlec RH, Knight RL Treatment wetlands USA: Lewis, 1996 p 950 Korn M The dike-pond concept: sustainable agriculture and nutrient recy-cling in China Ambio 996;25(1):6±13 [6] EPA, United States Environmental Protection Agency Constructed treatment wetland EPA 843-F-03-013, Office of Water, August 2004 [7] Types of Wetlands and Their Roles in the Watershed – trích WATERSHEDSS (WATERSHEDSS phát triển tài trợ Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ, Văn phịng Nghiên cứu Phát triển, Exposure Quốc gia Phịng thí nghiệm nghiên cứu, Bộ phận Nghiên cứu hệ sinh thái, Athens, GA (Hiệp định hợp tác / Dự án Grant EPA # CR822270 818.397.011), biết đến với vai trò Cơ quan cảnh quan nơng nghiệp tính vị trí đặt thiết bị đầu cuối mơi trường, cấp cho North Carolina State University Các cán dự án EPA Dermont Bouchard Nhà nghiên cứu Quản lý dự án Judith A Gale (NCSU) [8] Nguyễn Lân Dũng Công nghệ để làm ao hồ thành phố, 30/07/2005 [9] EPA, United States Environmental Protection Agency Constructed treatment wetland EPA 843-F-03-013, Office of Water, August 2004 [10] Công ước Ramsar [11] A handbook of contructed wetlands [12] Ramsar Convention On Wetlands [13] National Risk Management Research Laboratory Office of Research and Development U.S Environmental Protection Agency Cincinnati, Ohio 45268 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters EPA/625/R-99/010 September 2000 [14] Csilla Todorovics, Tamás M Garay, Zoltán Bratek The use of the reed (Phragmites australis) in wastewater treatment on constructed wetlands Proceedings of the Hungarian Congress on Plant Physiology and the 6th Hungarian Conference on Photosynthesis, 2005 Volume 49(1-2):81-83, 2005 Acta Biologica Szegediensis [15] Sim Cheng Hua The use of constructed wetlands for wastewater treatment First Edition February 2003 Malaysia office 24pp [16] DeBusk, W.F 1999 Evaluation of a Constructed Wetland for Treatment of Leachate at a Municipal Landfill in Northwest Florida, in Constructed Wetlands for the Treatment of Landfill Leachates, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, pp.175-186 [17]Transformers, Or Sinks: Evaluating The Fate Of Contaminants In Sediments And Biota Of Wetlands Constructed For Wastewater Treatment [18] Chuyên đề “Tổng quan đất ngập nước đất ngập nước nhân tạo” [19] Nguyễn Thành Luân Đồ án Thiết kế hệ thống đất ngập nước phục vụ xử lý nước thải cụm công nghiệp Tân Qui - Huyện Củ Chi - Tài liệu [20] Tác động tốc độ tải thủy lực việc loại bỏ chất nhiễm dịng chảy ngang bề mặt đất ngập nước nhân tạo vùng nhiệt đới [21] Kadlec RH, Knight RL Treatment wetlands USA: Lewis, 1996 p 950 Korn M The dike-pond concept: sustainable agriculture and nutrient recy-cling in China [22] Office of Water (4502F), United States, Environmental Protection Agency, Washington, DC 20460 Protecting Natural Wetlands: A Guide to Stormwater Best Management Practices [23] en.wikipedia.vn 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... CỦA ĐẤT NGẬP NƯỚC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đất ngập nước cung cấp số chức giá trị (chức đất ngập nước trình cố hữu xảy vùng đất ngập nước; giá trị đất ngập nước. .. nước thải gồm có hai loại: Đất ngập nước tự nhiên đất ngập nước nhân tạo 1.4.2 Đất ngập nước tự nhiên Đất ngập nước tự nhiên vùng ngập nước thường xuyên có nhiều loại chịu nước lau, sậy chứa đựng... ướt đầm lầy, đồng cỏ ẩm ướt, đất ngập nước thủy triều, vùng ngập ven sông vùng đất ngập nước dọc theo dịng kênh Phạm vi phân bố diện tích đất ngập nước: - Đất ngập nước xuất nơi từ địa cực tới