ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN CUỐI KÌ 1 (Bài tiểu luận kết thúc học phần) Học phần Kiểm soát ô nhiễm môi trường nước Giảng viên phụ trách Đoạn Chí Cường Mã phác[.]
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MƠI TRƯỜNG TIỂU LUẬN CUỐI KÌ (Bài tiểu luận kết thúc học phần) Học phần:Kiểm sốt nhiễm môi trường nước Giảng viên phụ trách : Đoạn Chí Cường Mã phách : ………………………… Đà Nẵng, tháng năm 2023 MỤC LỤC: I Giới thiệu wetland (Đất ngập nước) constructed wetland : Error: Reference source not found 1.1 Giới thiệu wetland (Đất ngập nước): Định nghĩa: 1.2 Đặc điểm đất ngập nước: 1.3 Phân loại đất ngập nước: 1.4 Chức giá trị đất ngập nước: 1.5 Các nguy hệ sinh thái đất ngập nước: 11 Giới thiệu (Đất ngập nước kiến tạo) constructed wetland: 12 2.1 Xử lí nước thải đất ngập nước: 12 2.2 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wetland) 13 2.3 Phân loại đất ngập nước kiến tạo: 13 II Đề xuất thiết kế mô hình sử dụng constructed wetland để xử lý nước thải chăn nuôi tập trung trang trại: 15 Thí nghiệm: 15 1.1 Mơ hình thực nghiệm: .15 1.2 Vật liệu cấu tạo mơ hình: 15 Kết dự kiến: 16 2.1 Kết thí nghiệm: 16 Mơ hình hóa sơ đồ hệ thống: 18 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm đất ngập nước kiến tạo: .20 Các loài thực vật: .22 III Kết luận: 23 I Giới thiệu wetland (Đất ngập nước) constructed wetland? 1.Giới thiệu wetland (Đất ngập nước) 1.1 Định nghĩa: Trong nhiều thập kỷ qua, chuyên gia môi trường tài nguyên nước giới tìm cách định nghĩa, mơ tả đặc điểm phân loại “đất ngập nước” (ĐNN) Theo thời gian khái niệm, từ “đất ngập nước” (wetland) dùng để vùng đầm lầy, rừng sát, rừng ngập mặn, vùng đất trũng chứa nước ao hồ, đầm phá, bãi đầm lún, vùng đồng lũ, vùng đất chứa than bùn, bãi đất ngập ven sông, vùng đất ven biển chịu ảnh hưởng thủy triều, Tính chất ngập nước, từ nguồn nước nào, làm cho đất trở nên bão hòa cận bão hòa theo thường kỳ định kỳ đặc điểm để định dạng đất ngập nước Công ước Ramsar Đất ngập nước định nghĩa từ “đất ngập nước” sau: “Đất ngập nước vùng đất đầm lầy, miền ngập lầy, bãi than bùn vùng nước, tự nhiên nhân tạo, thường kỳ tạm thời, nước đứng chảy, nước ngọt, nước lợ mặn, bao gồm vùng biển nơi độ sâu mức thủy triều thấp không m” “Đất ngập nước kết hợp vùng đất ven sông vùng ven biển liền kề, vùng đảo vùng biển có độ sâu m so với mực nước triều thấp” Hình 1.1 Tổng quan chung cho đất ngập nước Hình 1.2 Minh họa cảnh quan kiểu hình đất ngập nước 1.2 Đặc điểm đất ngập nước Có đặc điểm để đánh giá phân loại đất ngập nước: nguồn nước, thực vật, đất 1.2.1 Nguồn nước: Đất ngập nước có phải diện nước, nguồn nước có từ đâu nước mưa, nước tuyết tan, nước ao hồ, đầm lầy, sông suối, kênh mương, cửa biển, vùng biển cạn, nước ngầm, nước đọng đất, nước lớp thổ nhưỡng Sự có mặt nước thường xuyên theo mùa thay đổi bất thường tác động thiên nhiên người Đất ngập nước chứa nhiều loại nước có chất lượng nước khác nước mặn, nước kiềm, nước chua, nước ngọt, nước thải từ sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, khai khống, có chứa chất vơ hữu cơ, nước bùn, Mô tả đặc điểm thủy văn nguồn nước có lẽ tiêu chí quan trọng cho việc hình thành quản lý loại đất ngập nước tiến trình đất ngập nước (Mitsch Gosselink, 2000) Nguồn nước diện vùng đất ngập nước ở: (a) Vùng trũng chứa nước mặt (Hình 1.3a); (b) Vùng trũng chứa nước ngầm đổ vào (Hình 1.3b); (c) Vùng dịng chảy sườn dốc (Hình 1.3c); (d) Vùng đất ngập lũ (Hình 1.3d) Hình 1.3 Các vùng hình thành đất ngập nước 1.2.2 Thực vật Do diện đất nước, thực vật phát triển vùng đất ngập nước Thực vật vùng đất ngập nước tảng chuỗi thực phẩm yếu tố dịng lượng tồn hệ thống đất ngập nước Sự diện loài thực vật khác vùng đất ngập nước phong phú Các loại thực vật sống vùng đất ngập nước nhà thực vật học gọi tên ưa nước (Hydrophytes, water loving plants), chúng thích nghi điều kiện ẩm ướt, yếm khí, bao gồm khả Nhiều lồi có túi khí đặc biệt gọi mơ khí (aerenchyma) rễ thân cho phép oxygen khuếch tán từ mô hô hấp vào rễ chúng Một số thân gỗ bơm oxygen từ (một sản phẩm quang hợp) tới rễ nằm đất bão hịa nước Tiến trình cho phép tạo phản ứng trao đổi dinh dưỡng cần thiết với đất chung quanh Một số phát hệ thống rễ cạn, thân phình rễ mọc từ thân xõa mặt đất Các loại ưa nước môi trường nước mặn phát triển cản ngăn chặn kiểm soát muối mặt rễ quan đặc biệt có khả tiết muối qua gân Thực vật đất ngập nước cịn phân loại dựa vào quan sát hình dạng chúng: Thực vật có thân lá, cành, hoa, trái vượt mặt nước (Emergent plants) Điển hình cỏ mèo (Cattails), cói (Rushes), thủy trúc (Umbrella plant Cyperus alternifolius) Thực vật có trải rộng mặt nước, thân rễ mặt nước Hoa trái vượt mặt nước (Floating plants) Điển hoa súng (water lily), bèo (duckweed) Thực vật ngập chìm hồn tồn mặt nước (Submergent plants) Điển lồi rong, tảo Cây bụi (Shrubs) đầu thấp, cho thân gỗ mềm với nhiều cành nhỏ Cây thân gỗ cao mét, thân thân nhiều nhánh Điển loại tràm, đước, bần, mắm, Nhóm thường tạo nên quần thể thực vật đất ngập nước rộng lớn dạng rừng 1.2.3 Đất Đất định nghĩa vật liệu tự nhiên không bền vững diện mặt đất, trồng phần lớn tồn đất Đất vùng đất ngập nước (wetland soil) thường gọi “đất có chứa nước” (hydric soil) Đặc điểm đất định quan trọng mô tả thủy văn đất ngập nước Phần lớn đất ngập nước tồn nơi đất trạng thái bão hòa cận bão hòa ngập nước Các vùng đất thường nơi đất trũng, đất thấp nơi có dịng chảy qua nơi mà nước ngầm dâng trào, phún xuất làm cho đất bị sũng ướt, ngậm nước ứ nước Do đất bị ngâm nước thời gian dài, điều kiện yếm khí nên đất nguyên thủy thành đất ngập nước mà số lồi thực vật đặc biệt sống Có bốn điều kiện để đất trở nên yếm khí khu đất ngập nước là: Đất phải bị bão hịa đến điểm khơng thể tiếp nhập oxygen khơng khí; Đất phải chứa nguồn hữu bị oxy hóa phân hủy được; Đất phải có chứa số quần thể vi khuẩn hơ hấp để oxy hóa chất hữu cơ; Nước đất phải bị ứ đọng di chuyển chậm Khi đánh giá đất ngập nước cần lưu ý mơ tả đặc điểm địa hình, địa mạo, độ dốc, tính chất thổ nhưỡng, màu sắc đất ví dụ hình 1.4 Các số hình thái đất sử dụng để nhận dạng đất đất ngập nước Dưới số số tổng qt: • Sự tích tụ chất hữu cơ; Màu sắc đất theo tầng đất; Sự diện đốm, đường vằn đất; Sự phân biệt ion sắt mangan; Mức giảm sulphur carbon (chẳng hạn đất phèn) Hình 1.4 Mơ tả thay đổi tính chất đất từ vùng tiêu nước tốt đến vùng khó tiêu nước 1.3 Phân loại đất ngập nước: 1.3.1 Các hệ thống phân loại đất ngập nước Có nhiều hệ thống phân loại đất ngập nước giới thiệu toàn giới Sự phân loại thường xây dựng sở mô tả đặc điểm nguồn nước, trồng đất diện 1.3.2 Phân loại theo cơng ước đất ngập nước Ramsar 1.3.2.1 Nhóm đất ngập nước vùng ven biển/vùng biển Vùng biển nước nông ngập thường xuyên (ký hiệu A, Permanent shallow marine waters): bao gồm vùng nước sâu m lúc triều thấp, vùng kể vịnh biển eo biển Vùng nước đáy triều biển (ký hiệu B, Marine subtidal aquatic beds ): bao gồm vùng đáy có tảo bẹ, vùng đáy cỏ biển, bãi cỏ biển vùng nhiệt đới Vùng rặng san hô (ký hiệu C, Coral reefs) Vùng biển đá rặng (ký hiệu D, Rocky marine shores): bao gồm rặng đá vùng đảo ngồi khơi, vùng vách đá nhơ biển Vùng biển có bãi cát, bãi đá cuội bãi đá sỏi (ký hiệu E, Sand, shingle or pebble shores): bao gồm vỉa cát, đảo cát bờ cát ngầm, hệ giồng cát ven biển dải đụn cát chứa nước Vùng cửa biển (ký hiệu F, Estuarine waters): bao gồm vùng cửa biển ngập thường xuyên hệ cửa sông đổ biển vùng châu thổ Các vỉa bùn vùng ảnh hưởng triều, vỉa cát vỉa muối (ký hiệu G, Intertidal mud, sand or salt flats) Vùng đầm lầy chịu ảnh hưởng triều (ký hiệu H, Intertidal marshes): bao gồm vùng đầm lầy nước mặn, vùng đầm muối, đầm nhiễm mặn, tức vùng đầm lầy nước lợ nước Vùng đất ngập nước có rừng chịu ảnh hưởng triều (ký hiệu I, Intertidal forested wetlands): bao gồm vùng đầm lầy rừng sát, rừng đước, rừng dừa nước (Nipah) vùng rừng nước lợ nước mặn vùng triều Vùng đầm phá nước mặn/ lợ ven biển (ký hiệu J, Coastal brackish/saline lagoons): bao gồm vùng đầm phá từ mặn sang lợ, có dịng chảy hẹp nối thơng với biển Vùng đầm phá nước ven biển (ký hiệu K, Coastal freshwater lagoons): bao gồm vùng đầm phá vùng châu thổ nước Vùng đá vôi vùng có hệ sinh thái thủy văn ngầm khác (ký hiệu Zk(a), Karst and other subterranean hydrological systems ) vùng biển, ven biển 1.3.2.2 Nhóm đất ngập nước nội địa Vùng châu thổ nội địa thường xuyên ngập (ký hiệu K, Permanent inland deltas) Vùng sông, rạch, dòng chảy thường xuyên (ký hiệu M, Permanent rivers/streams/creeks): bao gồm thác nước Vùng sơng, rạch, dịng chảy theo mùa/ gián đoạn/ bất thường (ký hiệu N -Seasonal/intermittent/irregular rivers/streams/creeks) Vùng hồ nước thường xuyên (Ký hiệu O, Permanent freshwater lakes): vùng phải rộng ha, bao gồm hồ hình “ách bị” (hồ hình cung) Vùng hồ nước mặn/ nước lợ/ nước chứa muối alkaline thường xuyên (Ký hiệu Q, Permanent saline/brackish/alkaline lakes) Vùng hồ/đầm nước mặn/ nước lợ/ nước chứa muối alkaline thường xuyên (Ký hiệu Sp, Permanent saline/brackish/alkaline marshes/pools) Vùng hồ/đầm nước mặn/ nước lợ/ nước chứa muối alkaline theo mùa/ gián đoạn (Ký hiệu Ss, Seasonal/intermittent saline/ brackish/ alkaline marshes/ pools) Vùng hồ/ đầm nước thường xuyên (Ký hiệu Tp, Permanent freshwater marshes/pools): gồm hồ có diện tích ha, đầm lầy vùng đất vô cơ, với trồng mọc vùng nước đọng suốt mùa tăng trưởng Vùng hồ/ đầm nước theo mùa/ gián đoạn vùng đất vô (Ký hiệu Ts, Seasonal/intermittent freshwater marshes/pools on inorganic soils): gồm vũng lầy, hốc nước, đồng cỏ ngập lũ theo mùa, đầm lách Vùng đất than bùn khơng có rừng (Ký hiệu U, Non-forested peatlands): bao gồm bãi lầy, đầm lầy có bụi trống Vùng đất ngập nước vùng núi Alpine (Ký hiệu Va, Alpine wetlands): bao gồm vùng nước lầy núi Alpine, vùng nước tạm thời hình thành từ tuyết tan Vùng đất ngập nước vùng Tundra (Ký hiệu Va, Tundra wetlands): bao gồm gồm hồ nước vùng Tundra (những vùng Bắc cực bị đóng băng vĩnh cửu phẳng rộng lớn châu Âu, Á Bắc Mỹ), vùng nước tạm thời hình thành từ tuyết tan Vùng đất ngập nước có ưu bụi (Ký hiệu W, Shrub-dominated wetlands): bao gồm vùng đầm lầy bụi, đầm nước ưu bụi, bụi shurb-carr, sủi (alder) mọc dày đất vơ Vùng đất ngập nước ngọt, có ưu bụi (Ký hiệu Xf, Shrub- dominated wetlands): bao gồm vùng đầm lầy nước ngọt, khu rừng ngập nước mùa lũ, đầm lầy có rừng đất vơ Vùng đất than bùn có rừng (Ký hiệu Xp, Forested peatlands): bao gồm khu rừng vùng đầm lầy than bùn Vùng suối nước ngọt, ốc đảo (Ký hiệu Y, Freshwater springs, oases) Vùng đất ngập nước địa nhiệt (Ký hiệu Zg, Geothermal wetlands) Vùng đá vơi vùng có hệ sinh thái thủy văn ngầm khác (ký hiệu Zk(b), Karst and other subterranean hydrological systems ) vùng nội địa 1.3.2.3 Nhóm đất ngập nước nhân tạo Các vùng đất ngập nước nhân tạo (Human-made wetlands) khơng có ký hiệu riêng Các loại đất ngập nước bao gồm: Ao hồ nuôi trồng thủy sản Ao hồ nông trại, hồ trữ nước, bể chứa, (thường ha) Đất trồng có tưới, bao gồm kênh thủy lợi cánh đồng lúa Đất nông nghiệp có tưới theo mùa, đất trồng màu, đất trồng cỏ, Các ruộng muối, cánh đồng làm muối, Các vùng trữ nước, hồ chứa, đê đập, bờ bao (thường rộng ha) Các vùng đào xới (để lấy đất làm gạch ngói, khai khống, ) Các vùng đất dùng làm xử lý nước thải vùng thải nước nơng trại, hồ lắng, hồ oxy hóa, bãi thải nước thai khu dân cư, Các dạng kênh tiêu, mương, rãnh thoát nước, Các hệ thống ngầm có chứa nước người tạo 1.4 Chức giá trị đất ngập nước Đất ngập nước có nhiều chức giá trị quan trọng hệ sinh thái liên quan đến đặc điểm chu trình thủy văn, địa chất, sinh học hóa học Đất ngập nước hệ sinh thái có giá trị suất cao, cung cấp nguồn nước, nguồn lương thực, nguồn cá, nguồn gen thực vật, động vật hoang dại Chức giá trị đất ngập nước liên kết bổ sung cho Trên giới có khoảng tỷ người ăn lúa gạo, sống phụ thuộc vào đất ngập nước Khoảng 2/3 lượng thủy sản đánh bắt từ đất ngập nước Barbier (1993) cho giá trị kinh tế đất ngập nước bao gồm giá trị sử dụng giá trị không sử dụng, tham khảo Bảng 1.3 Trong bảng này, giá trị chọn lựa hiểu mức hài lòng chi trả cá nhân (individual’s willingness to pay) cho việc chọn lựa sử dụng giá trị ngày sau Giá trị trực tiếp Thu hoạch cá Giá trị gián tiếp Giữ dinh dưỡng Làm nông nghiệp Kiểm sốt lũ Lấy củi Giải trí Vận tải Giá trị chọn lựa Tiềm sử dụng tương lai Giá trị thông tin tương lai Giá trị không sử dụng Đa dạng sinh học Bảo tồn văn hóa Cản bão Giá trị cho hệ sau Bổ sung nước ngầm Hỗ trợ hệ sinh thái ngoại vi Động vật hoang dã Ổn định vi khí hậu Than bùn Ổn định bờ 1.4.1 Chu trình thủy văn biến đổi Nước chu trình thủy văn mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, trao đổi dòng triều vào vùng đất ngập nước, kết hợp với tượng quang hợp có tác dụng làm tích tụ, tạo nguồn chuyển đổi nhiều hoạt chất vô hữu quan trọng như: nitrogen, phosphorus, carbon, sulfur, sắt manganese Đất ngập nước nơi tạo nên q trình chơn vùi chất trầm tích, khử nitơ, làm giảm carbon dioxide khơng khí, bay ammonia, methane, sulfur, Quá trình phần thải bỏ, tái khống hóa, di chuyển thực vật, thay đổi tiềm oxy hóa khử thành phần sinh học 1.4.2 Điều tiết dòng chảy lũ bổ sung nước ngầm Đất ngập nước có tác dụng làm suy giảm chiều cao đỉnh lũ làm chậm trình đỉnh lũ Nước lũ mưa lớn, dòng chảy tràn bờ, tràn mặt đến vùng trũng đất ngập nước giữ lại làm gia tăng diện tích mặt thống đất ngập nước, phần nước lũ cỏ hấp thu, phần thấm xuống đất, bổ sung lượng nước ngầm 1.4.3 Giữ lại phần tử hạt tạo nguồn nguyên liệu thô Đất ngập nước xem vùng bẫy lưu giữ hạt phù sa, chất dinh dưỡng chất độc qua tiến trình vật lý Do vận tốc dòng chảy qua đất ngập nước bị suy giảm, gây nên lắng đọng chất phù sa chất chất trầm tích, chất phức hóa học vơ lẫn hữu kết dính hạt phù sa bị lắng đọng theo tiến trình Thực vật, động vật, đất ngập nước hấp thu chất trầm tích tạo nên nguồn ngun liệu thơ Con người khai thác phần ngun liệu thơ Ví dụ, rừng ngập mặn cung cấp để làm nhà, làm than cây, làm củi đốt Rừng tràm vùng lung phèn cung cấp thân gỗ cho công trình xây dựng, vỏ tràm cho cơng nghiệp làm bột giấy, tinh dầu từ làm dược liệu, hoa cho ong mật Sen súng, lúa hoang mọc với động vật hoang dã chim, cá, rắn, rùa, ếch, sống đất ngập nước làm thực phẩm cho người Tuy nhiên, việc khai thác thiếu bền vững ngun liệu thơ dẫn đến suy giảm chức giá trị đất ngập nước 1.4.4 Môi trường sống cho thủy thực vật động vật hoang dã Tất vùng đất ngập nước mơi trường sống, có giá trị việc trì làm phong phú nguồn thủy thực vật loài động vật hoang dã khác Đất ngập nước bảo tồn nhiều nguồn gen thực vật q giá Nhiều lồi động vật hoang dã cá, chim, rùa rắn, bị đe dọa thiếu vùng đất ngập nước vùng đệm chung quanh Minh làm gia tăng thất thoát nước, cản trở lưu thông kênh đào ảnh hưởng đến khả phòng chống cháy rừng vào mùa khô Sự phát triển Mai dương khu bảo tồn Tràm Chim đe dọa đến đa dạng thực vật khu đất ngập nước Ở nguyên quán tận Nam Mỹ, Mai dương có chiều cao chừng 30 – 40 cm, đến ĐBSCL vượt trội thành bụi cao đến – m tồn lâu đất Gai thân Mai dương làm trở nên khó diệt Sự diện Mai Dương ghi nhận khắp 13 tỉnh thành ĐBSCL, đặc biệt vùng ngập nước lũ Cá lau kính giống cá thường ni chậu kính ni cá cảnh Chúng thường xun bám sát vào mặt kính để ăn rong rêu nên có tên gọi Khi mơi trường nước tự nhiên q trình nhân giống, ni dưỡng bn bán, cá lau kính xem lồi xâm hại số quốc gia Loài cá dễ tồn phát triển điều kiện thiếu oxy, nước tù đọng, nhiễm bẩn cao Nó cạnh tranh thức ăn trực tiếp loài cá địa có tập tính làm giảm thiểu đa dạng sinh học Ốc Bươu vàng có nguồn gốc từ Nam Mỹ, lúc đầu nhập nuôi thử nghiệm Việt Nam từ sau năm 1989 Về sau, lồi phát tán mạnh mẽ có mặt hầu hết vùng canh tác lúa, ao hồ sông rạch vùng đất ngập nước khác Ốc Bươu vàng sống khỏe, mau lớn, đẻ nhiều ăn hoa màu, lúa, rau xanh mạnh Chúng làm thiệt hại trồng nông nghiệp, phá vỡ cấu chuỗi thực phẩm tự nhiên làm nguy lai cho lồi ốc địa Sử dụng hóa chất để diệt lồi ốc Bươu vàng gây ô nhiễm môi trường nước Ốc Bươu vàng phát tán chủ yếu theo dòng lũ, dòng nước chảy hệ thống kênh rạch đất ngập nước 1.5.3 Sự thay đổi khí hậu tồn cầu Các hoạt động người làm gia tăng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính như: CO2, CH4, N2O dẫn đến thay đổi khí hậu tồn cầu (nhiệt độ mưa) làm cho băng tan mực nước biển dâng lên Các nghiên cứu nhiều nhà khoa học tổ chức quốc tế chứng minh hữu Theo dự báo xu hướng phát thải không hạn chế kiểm sốt ĐBSCL bị đe dọa tượng nước biển dâng Điều làm ảnh hưởng khu vực trồng lúa, khu đất ngập nước ven biển, thêm vào quần thể thực vật đất ngập nước thay đổi nhiệt độ gia tăng Theo báo cáo nghiên cứu Ủy ban Liên Chính phủ thay đổi khí hậu, mực nước biển dâng cao thêm mét, ĐBSCL bị ngập thêm 15.000 - 20.000 km đất đai kiện ảnh hưởng đến chừng 3,5 đến triệu người vùng Đồng Giới thiệu (Đất ngập nước kiến tạo) constructed wetland 2.1 Xử lí nước thải đất ngập nước Hiện giới có chừng 6% diện tích đất mặt, khoảng 8.6 triệu km, đất ngập nước Đất ngập nước xem yếu tố làm ổn định cân khí hậu vùng đệm quản lý tài nguyên nước lưu vực Đất ngập nước cịn nơi cư trú cho nhiều lồi chim, lồi bị sát, lồi lưỡng cư Hơn 100 năm qua, nhiều đô thị, thị trấn thôn làng nhiều nơi giới, người sử dụng đất ngập nước tự nhiên nơi để chứa xử lý nước thải cách vơ tình chủ đích Các vi sinh vật sống tự nhiên nước, cát sỏi, thân rễ thực vật thủy sinh tiêu thụ chất hữu chất dinh dưỡng nước thải tác dụng loại bỏ chất ô nhiễm Các cỏ sống nước có khả trao đổi ion hấp thụ độc chất nước thải Hơn nữa, phần tử rắn nước thải bị tích giữ đáy vùng đất ngập nước điều kiện dòng chảy bị chậm lại Tuy nhiên, đâu, người tìm khu đất ngập nước tự nhiên có đủ điều kiện diện tích khả xử lý nước thải Vì vậy, việc xây dựng cải tạo khu vực trũng, ngập nước để xử lý nước thải biện pháp chọn lựa Một vùng đất ngập nước người kiến thiết, tạo dựng hoàn toàn hay cải tạo từ tự nhiên gọi tên chung đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wetland – CW) Ở đất ngập nước kiến tạo, thực vật thủy sinh chọn lựa để trồng Các trồng khu đất ngập nước kiến tạo ngồi tác dụng xử lý nước thải, chúng có thêm vai trò quan trọng việc giảm thiểu tiếng ồn, điều hịa vi khí hậu khu vực, tạo mơi trường sống cho nhiều loài sinh vật hoang dã khác, v.v 2.2 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wetland) Đất ngập nước kiến tạo định nghĩa hệ thống cơng trình xử lý nước thải kiến thiết tạo dựng mơ có điều chỉnh theo tính chất đất ngập nước tự nhiên với trồng chọn lọc Đất ngập nước kiến tạo xây dựng cho mục đích xử lý nước thải, mục tiêu khác điều tiết lũ, bổ cập nước ngầm, điều hịa khí hậu, khai thác ngun liệu thô, tạo môi trường tự nhiên cho động vật hoang dã mục tiêu phụ Các chất nhiễm nước thải, từ mưa chảy tràn sườn dốc, nước thải sinh hoạt, nước thải từ sản xuất dân dụng công nghiệp, qua đất ngập nước kiến tạo bị giữ lại chất (đất, cát, sạn sỏi, ) trồng, cuối nước trở nên Ưu điểm lớn phương thức xử lý nước thải đất ngập nước kiến tạo so với biện pháp xử lý nước thải khác chúng hợp với điều kiện tự nhiên, đơn giản xây dựng, dễ quản lý, hao tổn lượng, hóa chất, hiệu xử lý tốt chi phí vận hành thấp Tuy vậy, trở ngại lớn việc xây dựng đất ngập nước kiến tạo cần khu đất tương đối rộng 2.3 Phân loại đất ngập nước kiến tạo Hình 2.3 Phân loại kiểu đất ngập nước kiến tạo 2.3.1 Đất ngập nước kiến tạo chảy mặt Đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường thích hợp với loại phát triển với độ ngập nước 0.4 m (Kadlec et al., 2000) Vùng nước mặt kết hợp với thiết kế tối ưu thủy lực tạo điều kiện môi trường sinh sống cho động vật hoang dã Đất ngập nước kiến tạo chảy mặt sử dụng vỉa đất sỏi chất cho loại trồng mọc rễ tăng trưởng Chiều sâu lớp đất đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường vào khoảng 0.6 đến 1.0 m, đáy thiết kế có độ dốc để tối thiểu hóa dòng chảy tràn mặt Khi thiết kế khu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt cần phải xem xét cách mô chế độ thủy văn lưu vực cạn, có quy mơ nhỏ xây dựng với loại đất trồng thủy sinh với cân nước hệ thống Lượng nước chảy khỏi đất mặt bị tổn thất bốc thoát thấm bên khu đất ngập nước Người ta phân biệt dạng đất ngập nước kiến tạo chảy mặt chủ yếu qua loại thực vật thủy sinh trồng (Hình 2.3) Dù khơng phải tất loại thực vật thủy sinh phù hợp cho khu xử lý nước đất ngập nước (Kadlec et al., 2000), tìm loại thực vật thân lớn phổ biến như: Sậy (Phragmites australis), Lác hến (Scripus spp.), Năng (Eleochris spp.), cỏ Đuôi mèo (Typha spp.), thực vật như: bèo Lục bình (Eichhornia crassipes), bèo Tấm (Lemma spp.), loại thực vật mặt nước, rễ đáy như: Súng trắng (Nymphaea spp.), Sen (Nelumbo spp.), Súng vàng (Nuphar spp.); thực vật mọc lan mặt nước thành vạt thảm như: Sậy (Phragmites australis), cỏ Nến (Scripus spp.); lồi thực vật sống ngập chìm nước loại Thủy thảo (Elodea spp.), rong Kim ngư (Myriophyllum spp.), rong Thủy kiều (Najas spp.) 2.3.2 Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm thiết kế thủy vực kênh dẫn với đáy khơng thấm (lót trải nylon, vải chống thấm) lót đất sét với độ thấm nhỏ để ngăn cản tượng thấm ngang có chiều sâu lớp dẫn thấm thích hợp để trồng thủy sinh phát triển Có hai kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm phân loại theo tính chất dịng chảy: hệ thống chảy ngang (Hình 2.4) hệ thống chảy đứng (Hình 2.5) Việc lựa chọn kiểu chảy ngang đứng tùy thuộc vào địa hình, đặc điểm nước thải lượng thải Nguyên tắc vận hành chung nước thải chảy từ phía độ cao lớn khu đất ngập nước qua lòng dẫn với lớp đất trồng thủy sinh Nước thải xử lý qua q trình hóa lý hóa sinh phức tạp gồm thấm rút, hấp thụ, bốc thoái biến vi sinh Cuối nước thải xử lý dẫn qua lớp sạn, sỏi, đá hộc để ngồi Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm cịn có nhiều tên gọi khác nhau, tùy theo tác giả: bãi lọc ngầm có trồng, phương pháp vùng rễ, hệ thống lọc kết II Đề xuất thiết kế mơ hình sử dụng constructed wetland để xử lý nước thải chăn nuôi tập trung trang trại Đề xuất ứng dụng đất ngập nước kiến tạo để xử lí nước thải ni tơm Giới thiệu: Trong nghiên cứu đất ngập nước dòng chảy ngập theo phương ngang sử dụng thực vật tượng, thủy trúc cỏ nước mặn để xử lý nước thải thực tế từ ao nuôi tôm nhằm xác định khả áp dụng mơ hình cho mục đích xử lý tái sử dụng nước thải, giảm thiểu suy thối mơi trường khu vực Hiện chưa có nhiều nghiên cứu việc kết hợp ba loại thực vật xử lý nước thải đất ngập nước 1.Thí nghiệm 1.1 Mơ hình thực nghiệm Mơ hình thí nghiệm triển khai cạnh ao ni tơm sú rộng 200 m2, tôm nuôi dạng bán thâm canh (5-10 m2 ), hàng tuần ao thay lượng nước định, lượng nước đưa vào hồ điều hòa trữ nước Nước từ hồ điều hòa đưa qua xử lý hồ sinh học trước đưa vào mơ hình đất ngập nước Lưu lượng nước vào mơ hình 100 m3 /ngày Nước sau khỏi mơ hình lấy mẫu để xác định tiêu tổng amoni (TAN), BOD5, COD, NH4 + , TP, tần suất lấy mẫu ngày lần Phương pháp phân tích tiêu dựa vào phương pháp công bố trước 1.2 Vật liệu cấu tạo mơ hình Đất ngập nước sử dụng nghiên cứu thuộc loại cánh đồng ngập nước dạng chảy ngầm với dòng chảy ngang (Horizontal subsurface flow constructed wetlands) Cấu tạo mơ hình: + Diện tích bề mặt mơ hình đất ngập nước: 200 m2 + Chiều dài: 25 m + Chiều rộng: m Chiều cao lớp vật liệu: 0,65 m từ đáy lên thứ tự chiều cao lớp sau: + Đáy bao phủ lớp chống thấm HDPE + Lớp sỏi đỡ 20x30mm, dày 0,2m + Lớp cát dày 0,25 m + Hỗn hợp đất trồng cát dày 0,2 m Bảng chất lượng nước đầu vào: Chỉ tiêu Đơn vị Kết phân tích Yêu cầu sau xử lí BOD5 mg /l 23,1 - 47,2 50 COD mg /l 36,3 -78,4 100 P tổng mg /l 0,29 - 0,93 0.2 NH4+ mg /l 0,04 - 0,32 0.1 Đáng lưu ý hàm lượng muối nước thải ao nuôi tôm cao nên việc loại bỏ chất nhiễm khó đạt hiệu cao thực giải pháp thơng thường Do đó, nghiên cứu sử dụng đối tượng vi sinh vật thực vật thích nghi với môi trường nước mặn để xử lý nước thải ao nuôi tôm sau qua hồ sinh học 2.Kết dự kiến: 2.1 Kết thí nghiệm: Khả xử lí COD Giá trị đầu vào có xu hướng giảm từ ngày đến ngày 36 chủ yếu hiệu xử lý tăng dần hồ sinh học, sau dao động khoảng 40 - 50 mg/L Hiệu suất xử lý COD đạt không cao nồng độ COD nước thải đầu vào tương đối thấp, dao động khoảng 44 56% Tuy nhiên với nồng độ đầu 17,82 - 43,12 mg/L, nước thải đầu đất ngập nước đảm bảo đạt yêu cầu theo QCVN 01- 80:2011/BNNPTNT Giá trị COD đầu thấp đạt vào ngày 39 17,82 mg/L với hiệu suất xử lý 56%, giá trị phù hợp cho tái sử dụng nước thải cho ao nuôi tôm Cơ chế xử lý COD đất ngập nước chủ yếu thông qua trình trao đổi chất thực vi sinh vật tồn tại, bám dính bề mặt vật liệu lọc hay rễ đất ngập nước hấp thụ chất hữu thực vật Có thể thấy trồng vi sinh vật thích nghi tốt ổn định từ giai đoạn vận hành thích nghi nên khả xử lý tương đối ổn định theo thời gian Khả xử lý BOD5 Giá trị BOD đầu vào có xu hướng giảm 60 ngày vận hành nước thải từ hồ sinh học xử lý với hiệu tăng dần sang đất ngập nước Giá trị BOD5 đầu vào nằm khoảng 23,1 - 47,2 mg/L tương ứng với tải trọng bề mặt 11,55 - 23,6 g/m2 /ngày Với tải trọng này, hiệu xử lý BOD5 đất ngập nước tương đối tốt, hiệu suất xử lý có xu tăng dần, đạt giá trị cao 53% vào ngày 39; tương đối ổn định khoảng 45% đến 52% ngày lại giai đoạn vận hành cho thấy khả thích nghi hệ sinh vật đất ngập nước nước thải cần xử lý Giá trị BOD5 đầu đất ngập nước nằm khoảng 11,09 - 30,68 mg/L, suốt thời gian vận hành 60 ngày, giá trị BOD5 đầu đạt QCVN 01-80:2011/BNNPTNT Khả xử lý chất hữu đất ngập nước phụ thuộc chủ yếu vào hệ vi sinh vật sinh trưởng, bám dính bề mặt vật liệu lọc hay rễ đất ngập nước, bên cạnh thực vật đóng vai trị hấp thu phần chất hữu dạng hịa tan nước thải Ngồi ra, tải trọng BOD5 cuối giai đoạn vận hành (khoảng 12g/m2 /ngày) phù hợp với tải trọng thường áp dụng đất ngập nước xử lý nước thải nên hiệu suất xử lý đạt tốt Khả xử lý Nitơ Giá trị giới hạn thông số Ammonium (NH4 + tính theo N) theo QCVN 01-80:2011/BNNPTNT nước thải nuôi tôm đạt yêu cầu xả thải 10 mg/L, Ammonium (NH4 + tính theo N) theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT Chất lượng nước mặn để nuôi thủy sản 0,1 mg/L, giá trị NH4 + trung bình nước thải đầu vào đất ngập nước dao động khoảng 0,09-0,32 mg/L Nồng độ Amoni đầu vào có xu hưởng giảm đến ngày 45 sau dao động khoảng 0,13 - 0,19 mg/L chủ yếu ảnh hưởng hiệu xử lý cơng trình phía trước hồ sinh học với thay đổi nồng độ Amoni nước thải ao nuôi tôm Hiệu suất xử lý tăng nhẹ giai đoạn đầu trình vận hành nhìn chung hiệu suất xử lý dao động không nhiều, nằm khoảng 45%-55% Nồng độ đầu giai đoạn từ ngày đến ngày 30 tương đối thấp chưa đạt QCVN 10-MT:2015/BTNMT Chất lượng nước mặn để nuôi thủy sản 0,1 mg/L Từ ngày 33 đến cuối giai đoạn vận hành nồng độ đầu thấp 0,1 mg/L đạt yêu cầu quy định Nhìn chung nồng độ NH4 + có xu hướng giảm, đạt yêu cầu tái sử dụng nước cuối giai đoạn vận hành 60 ngày, điều xảy chủ yếu nhờ kết hợp q trình nitrat hóa, khử nitrat vi sinh vật đất ngập nước hấp thu đạm thực vật trồng đất ngập nước Nước thải xử lý hồ sinh học nên nồng độ Amoni đầu vào tương đối thấp, với yêu cầu chất lượng nước mặn để nuôi thủy sản 0,1 mg/L cần đảm bảo hiệu xử lý Amoni khoảng 52% để tái sử dụng nước thải cho ao nuôi tôm Do cần tiếp tục khảo sát với thời gian dài để đảm bảo yêu cầu nước tái sử dụng Tổng Nitơ Amoni TAN NH3 Nồng độ NH3 cao ao nuôi tôm ảnh hưởng đến sinh trưởng tơm gây chết tơm, theo QCVN 01-80:2011/BNNPTNT hàm lượng NH3 khơng vượt 0,1 mg/l Phương pháp xác định NH3 sử dụng xác định tổng đạm amon (TAN) bao gồm NH3 NH4 + (TAN = NH3 + NH4 + ) Nước thải ao nuôi tôm đạt tiêu chuẩn tái sử dụng tiêu COD, BOD5, NH4 + TP, cụ thể: + Hiệu xử lý COD, BOD5 đất ngập nước đạt cực đại 56% 53%; nồng độ COD, BOD5 đầu thuộc giới hạn 17,82 – 43,12mg/L 11,09 – 30,68mg/L đảm bảo đạt quy chuẩn 01- 80:2011/BNNPTNT tiêu vệ sinh thú y nước thải + Hiệu suất xử lý NH4 + TP tối đa đất ngập nước 55% 53% Nồng độ đầu NH4 + TP từ ngày 33 (nửa cuối giai đoạn vận hành) 0,046 – 0,093 mg/L 0,14 – 0,20 mg/L đạt yêu cầu nước cấp cho ao nuôi tôm theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT Giá trị NH3 tính theo TAN nước sau xử lý ln đạt mức nhỏ 0,1 mg/L theo quy chuẩn - Cần có nghiên cứu bổ sung tiêu khác độ mặn, nhiệt độ, độ đục, pH… để xác định khả tái sử dụng nước thải cho ao nuôi - Ba loại thực vật tượng, thủy trúc cỏ nước mặn kết hợp sử dụng hiệu đất ngập nước cho thấy khả xử lý nước thải nhiễm mặn loại thực vật địa Khả xử lý Photpho: Giá trị giới hạn thơng số Phosphate (PO4 3- tính theo P) theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT- quy định chất lượng nước mặn để ni thủy sản 0,2 mg/L, giá trị Tổng Photpho (TP) nước thải đầu vào 0,29-0,934 mg/L Nồng độ Photpho đầu vào có xu hướng giảm từ ngày đến ngày 27, sau trì khoảng tương đối ổn định từ 0,29 đến 0,37 mg/L Hiệu xử lý đạt suốt trình vận hành nằm khoảng 42%-53% hiệu suất cao 53% đạt ngày 54 Khả xử lý Photpho đất ngập nước đạt thực vật vi sinh vật hấp thụ photpho cho trình sinh trưởng, phát triển phần photpho kết tụ, lưu giữ bùn đáy Nồng độ TP đầu tính đến ngày 21 chưa đạt QCVN 10 - MT:2015/BTNMT - quy định chất lượng nước mặn để nuôi thủy sản (0,2 mg/L), từ ngày 24 đến cuối giai đoạn vận hành 60 ngày nồng độ TP đầu < 0,2 mg/L đảm bảo yêu cầu chất lượng cung cấp cho ao nuôi tôm Khuyết điểm: - Khuyết điểm mơ hình cần phải có diện tích lớn; khả loại bỏ nitơ, phospho vi khuẩn kém; gây mùi hôi phân hủy chất hữu cơ; khó kiểm sốt muỗi, trùng mầm bệnh khác; Rủi ro cho trẻ em gia súc -Mơ hình có nhược điểm tốn thêm chi phí cho vật liệu cát, sỏi; tốc độ xử lý chậm; nước thải chứa TSS cao gây tình trạng úng ngập Ưu điểm: - Mơ hình có chi phí xây dựng, vận hành quản lí thấp - Tối thiểu hóa thiết bị khí, lượng kĩ quản lí, ổn định nhiệt độ độ ẩm khu vực - Loại bỏ hiệu nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), kim loại nặng, cần diện tích nhỏ ĐNN kiến tạo chảy mặt; giảm thiểu mùi hơi, vi khuẩn; tối thiểu hóa thiết bị khí, lượng kỹ quản lý, vận hành quanh năm điều kiện nhiệt đới Mơ hình hóa sơ đồ hệ thống: Sơ đồ Thiết kế đất ngập nước kiến tạo Mục tiêu thiết kế Ý đồ xử lý Cấu trúc tiền xử lý/bể lắng Cấu trúc hệ thống Hệ thống phân phối dòng chảy Cấu trúc chổ xả râ Nơi để thu hoạch cỏ Xây dựng, vận hành quản lý quảng lý Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm đất ngập nước kiến tạo: Xử lý nước thải hệ thống đất ngập nước kiến tạo dựa vào: a Quá trình vật lý, hóa học -Lắng xuống, đóng cặn: loại bỏ chất hạt chất rắn lơ lửng Xử lý nước thải dân dụng thỏa yêu -Thấm hút bề mặt: bao gồm trình hấp thụ hấp phụ, xảy bề mặt loài cầu xả nước nguồn theo chuẩn thực vật, chất nền, trầm tích, rác rưởi quốc gia -Oxi hóa khử kết tủa hóa học: chuyển biến kim loại tác dụng dịng chảy, thơng qua tiếp xúc nước với chất rác thành dạng chất rắn không tan lắng xuống, biện pháp hữu hiệu hạn chế tác hại kim loại có tính độc đất ngâp nước Địa hình -Sự quang phân, oxi hóa: phân hủy, oxi hóa hợp chất tác dụng ánh sáng mặt trời Loại đất tính thấm Thỏa ? -Sự bay hơi: xảy áp suất đủ lớn, hợp chất chuyển sang Chọn tuyến cơng trình b Q trình sinh học - Các chất hữu hòa tan phân hủy vi sinh vật đáy vi sinh vật bám dính thực vật Có nitrat phản nitrat hóa tác động vi sinh vật Dưới điều kiện thích thểCáckhíyếu tố thủy văn Quyền sử dụng nước đất Các xem xét xã hội, môi trường sức khỏe công cộng Mức nạp BOD5 Mức nạp dưỡng chất hợp, khối lượng đáng kể chất ô nhiễm thực vật hấp thụ Sự phân hủy tự nhiên chất hữu môi trường Mức nạp thủy lực Biến xử lý Chiều sâu lớp đất(sỏi, cát) - Các loại thực vật hệ thống đất ngập nước có rễ bám vào lớp đất đáy thân vươn cao Thời gian tồn lưu thủy lực lên mặt nước Thực vật thủy sinh phần thiếu hệ sinh thái c Cơ chế loại bỏ chất rắn lơ lửng Chọn loại thực vật thủy sinh Chất rắn lơ lửng nước thường bao gồm loại chất ô nhiễm rác vụn, bùn cát, chất dinh dưỡng, kim loại nặng phức chất hữu Chất rắn nước thải bao gồm chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả lắng, hạt keo chất rắn hịa tan Thơng thường Yếu tố kết cấu cơng trình người ta dùng thơng số tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids – TSS) để biểu thị nồng độ TSS nước thải trọng lượng phần rắn giữ lại sau lọc nước thải qua giấy lọc (có đường kính lọc 0,45 km) cho bay hoàn toàn nhiệt độ 103 - 105°C Các chất bay Chi phí khảo sát phê duyệt nhiệt độ không coi chất rắn TSS biểu thị đơn vị mg/L Đôi khi, thông số độ đục (turbidity) từ nước thải sinh hoạt dùng để thay thànhChi phíphầnđấtổng chất rắn lơ lửng Chi phí điều hành Độ đục nước chủ yếu diện phần tử lơ lửng, nhiên số nước thải nước thải nhà máy nhuộm vải có độ đục cao tổng số chất rắn lơ lửng nhỏ Đất ngập nước có khả cao việc loại bỏ cách hiệu chất rắn lơ lửng dịng Chi phí xây dựng Chi phí đường vào khu vực Chi phí vậ hành quan trắc