Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng thực vật nổi lục bình, bèo

Việc làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá trên ở các dạng nước thải nhờ vi sinh vật và nhờ thực vật thủy sinh là phương pháp được nhiều cơ sở khoa học nghiên cứu và áp dụng rất thành công

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Đặt vấn đề

Ở Việt Nam, dầu khí đã được phát hiện vào ngày 26/6/1986, tấn dầu đầu tiên đã khai thác được từ mỏ dầu Bạch Hổ Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí ở thềm lục địa phía Nam, đã đi vào khai thác như mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây Lan Đỏ…

Nhà nước ta bắt đầu tiến hành xây dựng nhà máy chế biến dầu đầu tiên với công suất 6 triệu tấn năm Đồng thời hàng loạt các dự án về sử dụng và chế biến khí ra đời Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa Chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí trong công cuộc công nghiệp hóa đất nước sẽ rất có ý nghĩa, góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới có thể sánh ngang các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới

Cùng với sự phát triển của ngành chế biến dầu, một trong những vấn đề được mọi ngưới rất quan tâm hiện nay, đó là tình trạng ô nhiễm môi trường của các chất thải có nhiễm dầu Các hiện tượng tràn dầu, rò rĩ khí dầu gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường, như làm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật, và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm

Với mục tiêu góp phần bảo vệ môi trường Ngoài việc tránh các hiện tượng rò rĩ khí dầu ra bên ngoài thì việc xử lý nước thải trong nhà máy lọc dầu được đặc biệt quan tâm chú ý, đầu tư phát triển

Và để đảm bảo sức khỏe cộng đồng và trả lại cho môi trường sự trong sạch ban đầu của nó, người ta đã nghiên cứu nhiều áp dụng thành công nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sinh học được đánh giá cao bởi các đặc tính ưu việt của nó như: giá thành hạ, không gây ô nhiễm cho môi trường xử lý, tuy thời gian dài hơn so với các phương pháp khoa học khác

Trong các phương pháp xử lý sinh học thì việc sử dụng thực vật thủy sinh là một phương pháp tương đối phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay Đặc biệt là các loài thực vật bản địa như lục bình, bèo… Thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước

thải tốt Vì những lý do đó tôi đã chọn đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm”

1.2 Mục tiêu đề tài:

Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm Từ đó đưa ra loại thực vật nào có hiệu suất xử lý cao hơn

1.3 Nội dung nghiên cứu:

Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu: nước thải nhiễm dầu, thực vật thuỷ sinh (lục bình, bèo)

Bố trí thí nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình, bèo tấm

Phân tích các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải nhiễm dầu sau khi qua hệ thống xử lý

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp luận

Từ khi con người phát hiện và biết khai thác dầu thì vấn đề ô nhiễm dầu cũng bắt đầu xuất hiện do: tràn dầu, nước thải từ nhà máy lọc dầu, kho xăng dầu,….gây ảnh hưởng đến môi trường sống của con người Bên cạnh đó các phương

pháp xử lý nước thải ô nhiễm dầu hiện nay tốn chi phí khá cao và vận hành phức tạp

Do đó lựa chọn một công nghệ xử lý có hiệu quả, chi phí thấp, phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay là điều cần thiết Việc ứng dụng khả năng xử lý nước thải của thực vật nổi phần nào đáp ứng được những nhu cầu đó

1.4.2 Phương pháp cụ thể

1.4.2.1 Tổng hợp các số liệu

Xử lý, phân tích, tổng hợp các tài liệu, số liệu, thu thập theo mục tiêu đề ra

1.4.2.2 Phương pháp chuyên gia

Các ý kiến tư vấn, đóng góp xây dựng được sử dụng trong việc lựa chọn các vấn đề chính, xây dựng khung chiến lược, lựa chọn chiến lược và vạch ra chiến lược chi tiết

1.4.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Tiến hành thực hiện khảo sát thực địa lấy mẫu, thí nghiệm, khảo sát, đo đạc và quan trắc

1.4.2.4 Phương pháp thống kê

Hệ thống hóa các chỉ tiêu cần thống kê, tiến hành điều tra thống kê, tổng hợp thống kê, phân tích và dự đoán

1.4.2.5 Phương pháp phân tích hóa, lý của nước

Phân tích các chỉ tiêu về BOD5, COD, SS, pH trong nước

1.5 Giới hạn của đề tài

Kết quả thu được từ mô hình tương đối khả quan, tuy nhiên quá trình được thực hiện còn nhiều hạn chế:

- Thời gian thực hiện gần 3 tháng từ ngày 1/04/2010 đến ngày 28/06/2010

- Số chỉ tiêu khảo sát chất lượng nước thải không nhiều (BOD5, COD, SS, pH) Do đó, phần nào ảnh hưởng đến đánh giá của thí nghiệm

- Chỉ thực hiện với 2 đối tượng lục bình và bèo tấm

- Chưa có điều kiện thực hiện mô hình thực nghiệm ở một diện tích đủ lớn để có thể thấy rõ hơn mức độ xử lý nước thải của lục bình, bèo tấm trên thực tế

1.6 Ý nghĩa của đề tài

Thông qua nghiên cứu của đề tài để góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng thực vật nổi để xử lý nước thải Có thể coi đây là một phương pháp xử lý hài hòa giữa lợi ích kinh tế và lợi ích môi trường, mang tính kinh tế cao và phù hợp với điều kiện nước ta, đặc biệt là vùng ngoại thành đang được đô thị hóa

Hạn chế ô nhiễm nguồn nước, bảo đảm chất lượng môi trường sống của con người

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THỰC VẬT THỦY SINH

2.1 Giới thiệu chung

Các loài thực vật không chỉ tồn tại ở trên mặt đất, mà chúng còn tồn tại cả những vùng đất ngập nước

Những thực vật sống ở những vùng ngập nước được gọi là thực vật thủy sinh Các loài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm

Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua rễ và qua lá Ở lá của các loài thực vật (kể cả thực vật thủy sinh) đều có nhiều khí khổng Mỗi một cm² bề mặt lá có khoảng 100 lổ khí khổng Qua lổ khí khổng này, ngoài sự trao đổi khí còn có sự trao đổi các chất dinh dưỡng Do đó, lượng vật chất đi qua lổ khí khổng để tham gia quá trình quang hợp không nhỏ Ở rễ, các chất dinh dưỡng vô cơ được lông rễ hút và chuyển hoá lên lá để tham gia quá trình quang hợp Như vậy vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với các chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối Thực vật chỉ tiêu thụ các chất hữu cơ hoà tan Các chất vô cơ không được thưc vật tiêu thụ trực tiếp mà phải qua quá trình vô cơ hoá nhờ hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hoàn tan Lúc đó thực vật mới có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất

Chính vì thế, thực vật không thể tồn tại và phát triển trong môi trường chỉ chứa các chất hữu cơ mà không có mặt của vi sinh vật Quá trình vô cơ hoá bởi vi sinh vật và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hoà tan bởi thực vật thủy sinh tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước Nếu đó là nước thải thì quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch sinh học

vô cơ hoá quang hợp

Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hoà tan Sinh khối thực vật

sinh khối vi sinh vật

Hình 2.1 Quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thực vật

Quá trình này thường xảy ra trong thiên nhiên ở những mức độ khác nhau Tác động của con người vào quá trình trên thường rất mạnh Nếu không có sự hiểu biết sẽ làm chậm hoặc làm ngưng trệ quá trình chuyển hoá trên Nếu có sự hiểu biết, chúng ta có thể làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá trên Việc làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá trên ở các dạng nước thải nhờ vi sinh vật và nhờ thực vật thủy sinh là phương pháp được nhiều cơ sở khoa học nghiên cứu và áp dụng rất thành công trong nhiều loại nước thải

2.2 Những nhóm thực vật thuỷ sinh

Tuy không đa dạng như thực vật phát triển trên cạn, nhưng thực vật thủy sinh cũng phát triển rất phong phú ở nhiều khu vực trên trái đất Để tồn tại được trong môi trường nước khác nhau đòi hỏi mỗi loài thực vật phải có sự tiến hóa và tính thích nghi rất cao Chính do sự tiến hóa và tính thích nghi này mà các loài thực vật thủy sinh có những đặc điểm riêng, khác với thực vật trên cạn

Cần lưu ý rằng, không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh đều có thể sử dụng để xử lý môi trường nước Chỉ có một ít trong số thực vật thủy sinh mới có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm

Thực vật thủy sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia ra làm ba nhóm lớn

2.2.1 Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước (submerged plant)

Những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới bề mặt nước) được gọi là thủy sinh ngập nước Đặc điểm quan trọng của các loài thực vật thủy sinh ngập nước là tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòng nước

Khi thực vật thủy sinh sống hẳn trong lòng nước, có rất nhiều quá trình xảy

ra không giống như thực vật sống trên cạn những quá trình đó bao gồm

+ Độ đục của nước;

+ Chiều sâu của nước

Ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất ở chiều sâu của nước là 50 cm trở lại Chính vì thế, chúng ta thấy phần lớn các thực vật ngập nước phát triển nhiều ở chiều sâu này (tính từ bề mặt nước)

2.2.1.2 Thứ hai

Khí CO2 trong nước không nhiều như CO2 có trong không khí Khả năng

CO2 có trong nước thường những nguồn sau:

- Từ quá trình hô hấp của vi sinh vật

- Từ quá trình phản ứng hóa học

- Từ quá trình hòa tan của không khí

Các quá trình hô hấp thải CO2 thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy Các phản ứng hóa học chỉ xảy ra trong môi trường nước chứa nhiều cacbonat Khả năng hòa tan CO2 từ không khí rất hạn chế Chúng chỉ xảy ra ở bề mặt nước và khả năng này thường giới hạn ở độ dày của nước khoảng 20 cm kể từ bề mặt nước Chính vì những hạn chế này mà các loài thực vật thủy sinh thường phải thích nghi hết sức mạnh với môi trường thiếu CO2

Những thực vật ngập nước tồn tại hai dạng Một dạng thực vật có rễ bám vào đất, hút chất dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước, một dạng thân và lá lơ lững trong lòng nước

2.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants)

Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm trong vùng nhiệt đới Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần, phần lá và

thân mềm nổi trên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm Chúng phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá, thực hiện các quá trình quang hợp Các loài thực vật trôi nổi phát triển và sinh sản rất mạnh, nhiều khi chúng gây ra những vấn nạn sinh khối

Nhóm thực vật này bao gồm ba loài sau: lục bình (water hyacinth), bèo tấm (duck week), rau diếp nước (water lettuce) Những loài thực vật này nổi trên mặt

nước và chúng thường chuyển động trên mặt nước theo gió thổi, sóng nước hay theo dòng nước chảy của nước Ở những khu vực nước không chuyển động , các loài thực vật này sẽ bị dồn về một phía theo chiều gió

Khi thực vật chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng sẽ thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ.Mặt khác, rễ của các loài thực vật này như những giá thể rất tuyệt vời để vi sinh vật bám vào đó, phân hủy hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ có trong nước thải So với thực vật gập nước, thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao

Ở nhiều nước nhiệt đới, các loài thực vật trôi nổi này, đặc biệt là loài lục bình phát triển rất nhanh ở các dòng sông Một mặt, lục bình làm giảm khả năng gây ô nhễm của nước, mặt khác chúng làm tắc nghẽn dòng chảy và gây ra hiện tượng ùn tắc lưu thông

2.2.3 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant)

Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước Phần rễ bám vào trong đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp Thuộc các nhóm này là các loài cỏ nước và các loài lúa nước Việc làm sạch môi trường nước đối với

các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước Những vật chất lơ lững thường ít hoặc không được chuyển hóa Các loài thân cỏ thuộc nhóm này bao

gồm: cỏ đuôi mèo (cattails), sậy (reed), cỏ lỏi bấc (bulrush)

Các loại thực vật thủy sinh trong quá trình phát triển phụ thuộc vào các điều kiện môi trường nước như sau:

- Nhiệt độ

- Ánh sáng

- Chất dinh dưỡng và cơ chất có trong nước

- pH của nước

- Các chất khí hòa tan trong nước

- Độ mặn (hàm lượng muối) có trong nước

- Các chất độc hại có trong nước

- Dòng chảy của nước

- Sinh thái của nước

2.2.4 Một số loài thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải

2.2.4.1 Lục bình

Hình 2.2 Lục bình (Nguồn: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia)

a.Tên

Tên tiếng việt: Lục bình, bèo tây hay bèo Nhật Bản

Tên khoa học: Eichhornia crassipes

3 dài và 3 ngắn Trái lục bình là nang có 3 buồng, bì mỏng nhiều hột Thường mọc nổi trên mặc nước hay bám vào đất bùn của các vùng nước ngọt có nhiệt độ từ 10 – 400C, nhưng sinh trưởng mạnh nhất ở nhiệt độ 20 - 300C Lục bình sinh sản rất mạnh, 1 cây mẹ có thể đẻ con, tăng số gấp đôi sau mỗi 2 tuần Ở Việt Nam lục

bình thường phát triển rất mạnh ở các ao hồ, ven sông, sống thành quần thể sát bờ sông hoặc kênh rạch

c Sử dụng

Ở dạng tự nhiên, loại lục bình này có tác dụng hấp thụ những kim loại nặng (như chì, thủy ngân và strontium) và vì thế có thể dùng để xử lý ô nhiễm môi trường

Ngoài ra còn dùng làm thức ăn cho gia súc, dùng làm nấm rơm, làm phân chuồng

Trong y học thuốc Nam, lá lục bình đem giả với muối rồi đem đắp lên ung nhọt sẽ làm giảm sưng

Còn có công dụng thủ công nghiệp Xơ lục bình phơi khô có thể chế biến để dùng bện thành dây, thành thừng rồi dệt thành chiếu, hàng thủ công, hay bàn ghế

Hoa của chi Wolffia là nhỏ nhất trong thế giới các loài hoa, nó chỉ dài 0,3 mm

Bèo tấm là nguồn thức ăn quan trọng cho các loại chim nước, cũng như được sử dụng Một số loài bèo tấm được nuôi trồng trong các bể cá cảnh nước ngọt và ao hồ, chúng phát triển khá nhanh, mặc dù trong các ao hồ lớn có thể là rất khó loại trừ một khi chúng đã có mặt Bèo tấm có vai trò quan trọng trong việc khắc phục tình trạng dư thừa các chất dinh dưỡng dạng khoáng chất trong các ao hồ bằng biện pháp sinh học do chúng phát triển nhanh và hấp thụ phần lớn các chất này, cụ thể là các nitrat và photphat Nó cũng làm giảm tỷ lệ bay hơi của nước

2.2.4.3 Một số loài thực vật xử lý nước thải khác

a Cỏ vetiver

Họ: Gramanae

Tộc: Andropogoneae

Tên khoa học: Vetiver zizanioides

Tên thường gọi: Vetiver grass, cỏ hương bài

Hình 2.4 Cỏ vetiver (Nguồn: www.ctu.edu.vn)

b Cây bông súng

Tên khoa học: Nymphaea rubra Roxb ex Salisb

Hình 2.5 Cây bông súng (Nguồn: www.ctu.edu.vn)

c Cỏ voi

Tên thường gọi: cỏ voi, Napier, Elephant grass,

Họ: Geminae

Hình 2.6 Cỏ voi (Nguồn: www.khuyennongvn.gov.vn)

d Cây rau mác

Tên khoa học: Sagttiaria trofolis L

Họ: Alismataceae

Hình 2.7 Cây rau mác (Nguồn: www.ctu.edu.vn)

e Cây kèo nèo

Tên khoa hoc: Laminocharis flava Buch

Họ: Limnocharitaceae

Hình 2.8 Cây kèo nèo ( Nguồn: www forum.zing.vn)

f Bèo tai chuột

Tên khoa học: Salvinia cucullata

Họ: Salviaceae

Bộ: Dương xỉ

Hình 2.9 Bèo tai chuột (Nguồn: www.khuyennongvn.gov.vn)

g Bèo hoa dâu

Tên khoa học: Azolla caroliana

Thuộc họ: Azollaceae

Bộ: Dương xỉ

Hình 2.10 Bèo hoa dâu (Nguồn: www.forum.zing.vn)

h Bèo cái

Tên khoa học: Pistia stratiotes

Thuộc họ: Môn Araceae

Hình 2.11 Bèo cái (Nguồn: www.forum.zing.vn)

2.3 Quan hệ của thực vật thủy sinh và quá trình tự làm sạch của nước

Trong các hồ sinh vật (là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo) sẽ diễn ra quá trình chuyển hoá các chất bẩn Quá trình này diễn ra với vai trò chủ yếu là các sinh vật và tảo

Cơ chế chung của quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật được biểu diễn qua hình 2.12 Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn được lắng xuống đáy Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp thụ và ôxy hoá mà tạo ra sinh khối: CO2, các muối nitrat, nitrit Khí cacbonic và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo, thực vật nổi sử dụng trong quá trình quang hợp, giải phóng O2 cung cấp cho quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ của các vi khuẩn Sự hoạt động của rong tảo, thực vật nổi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn Trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang hình thức dị dưỡng, tham gia vào quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ Nấm nước, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự

Trong hồ sinh vật, các loại thực vật bậc cao đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chất lượng nước Chúng lấy các muối dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và photpho) và các kim loại nặng (như Cd, Cu, Hg và Zn) cho sự đồng hóa và phát triển sinh khối Các loại thực vật bậc cao trong hồ chia ra làm hai loại: thực vật nổi và thực vật ngập nước

Thực vật nổi thu nhận các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết qua

bộ rễ Loại này bao gồm các loại bèo như: Eichhonia crassipes, valvina,

Spirodella, Lama, Postia stratiotes và Eichhornia, các loại này phát triển sinh khối

rất nhanh trong môi trường nước thải Bộ rễ của bèo còn là nơi cư trú của vi khuẩn hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ Trong các hồ nuôi trồng thực vật bậc cao hiệu quả khử BOD có thể đạt tới 95%, khử nitơ amoni và photpho đến 97%

Các loại thực vật bậc cao ngập nước như rong Hydrilla verticillata,

Ceratophyllum Cây bấc Scirpus longii, Typha latifolia, Pragmites communis

hấp thụ các chất dinh dưỡng và nguyên tố cần thiết qua thân và lớp vỏ Thực vật ngập nước còn đóng vai trò lớn trong việc cung cấp oxy cho vi khuẩn để phân hủy các chất hữu cơ Tuy nhiên, cần thường xuyên thu hồi các loại thực vật nổi và thực vật ngập nước ra khỏi hồ để chống hiện tượng tái nhiễm bẩn, tái nhiễm độc nước

Hình 2.12 Cơ chế quá trình xử lý nước trong hồ sinh vật (Nguồn T/C Người xây

dựng, số 7 / 2006)

Yếu tố chính để đảm bảo quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ sinh vật là oxy và nhiệt độ Hàm lượng oxy trong hồ phụ thuộc vào chiều sâu hồ, điều kiện khí hậu, thời tiết, chế độ dòng chảy Ở tầng nước mặt do có oxy khuyếch tán từ không khí và oxy quang hợp, quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra rất mạnh, thế năng oxy hóa khử của hồ giảm dần theo chiều sâu Ở tầng nước sâu hàm lượng

Chất bẩn hữu

cơ

axit hữu cơ, rượu vùng kị khí

Vi khuẩn chết Cặn đáy

Tảo

oxy hòa tan giảm tạo nên điều kiện thiếu khí hoặc yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy liên kết từ: NO2 , NO3 hoặc SO22- để oxy hóa chất hữu cơ Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân hủy bằng cách lên men sản phẩm tạo ra ở lớp nước đáy hồ thường là metan CH4, sunfuahydro H2S và một số chất khí khác Như vậy trong hồ sinh vật, có thể tồn tại và phát triển các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tùy tiện và vi khuẩn kỵ khí tại các tầng nước khác nhau Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ ở tầng hiếu khí là cao nhất Vì vậy, để tăng cường quá trình xử lý nước người ta thường tăng dung tích vùng hiếu khí bằng các biện pháp cưỡng bức

Theo chiều chuyển động của nước thải, hồ sinh vật được chia thành ba vùng khác nhau:

Hình 2.13 Chế độ theo chiều sâu của hồ sinh vật (Nguồn: T/C Người xây dựng,

số 7 / 2006)

- Vùng Polyxaprobe (P): Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ dễ

bị ôxy hoá sinh hoá, lên men cặn lắng nhờ vi khuẩn Lượng ôxy tiêu thụ lớn và là tiền đề cho chế độ ôxy vùng sau ổn định

- Vùng  - mezoxaprobe (-m): Tại đây phân huỷ mạnh các chất hữu cơ, các

hợp chất nitơ tồn tại dưới dạng amoni Hàm lượng oxy hoà tan thấp Vi khuẩn tuỳ tiện phát triển mạnh Ngoài ra trong vùng này còn có nấm, thảo trùng, tảo

-Vùng  - mezoxaprobe (-m): Đây là vùng ổn định với hàm lượng BOD

không cao Hàm lượng NO3 , PO43 lớn là nguyên nhân tạo nên sự phi dưỡng tiếp theo Trong vùng này xuất hiện nhiều tảo lục đơn bào, các loại động vật nguyên sinh và thảo trùng khác

Trong hồ sinh vật, các loại tảo và vi khuẩn dị dưỡng, phân huỷ hiếu khí chất hữu cơ đóng vai trò đối thủ, kình địch của các loại vi khuẩn gây bệnh Ngoài

ra với thời gian nước lưu lại trong hồ lớn (trên 5 ngày đêm), phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh còn lại sẽ bị tiêu diệt bởi các tia cực tím của ánh sáng mặt trời

Hiệu quả xử lý nước thải trong hồ có thể tăng lên bằng cách cung cấp ôxy cưỡng bức nuôi trồng tảo, bèo và các thực vật bậc cao hoặc kết hợp nuôi cá và thuỷ sinh vật khác trong hồ

2.4 Khả năng chuyển hóa làm giảm các cơ chất, các chỉ tiêu của nước thải bởi thực vật thủy sinh

2.4.1 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước

Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ các chất hữu cơ cao Do đó, trong nước thải chứa nhiều độc tố pH quá kiềm hay quá acid đều ảnh hưởng rất xấu đến sự phát triển của chúng

Ngoài ra sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưng lại chậm hơn các loài vi sinh vật Do đó nếu so sánh khả năng chuyển hóa vật chất hóa học có trong nước thải giữa thực vật và vi sinh vật thì thực vật thường chậm hơn rất nhiều Sở dĩ có hiện tượng này, ngoài tốc độ sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật cao hơn thực vật ra, còn một đặc điểm rất quan trọng khác là tốc độ chuyển hóa vật chất trong một ngày/ đêm của vi sinh vật rất

cao Chúng có thể chuyển hóa lượng vật chất gấp ngàn lần khối lượng của chúng Trong khi đó, thực vật chuyển hóa lượng vật chất so với khối lượng của chúng thường không cao

Tuy nhiên, các loài thực vật thủy sinh có những ưu điểm rất đặc biệt mà ở

vi sinh vật không có được, đó là khả năng hấp thụ các kim loại nặng, khả năng ổn định sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức độ dễ dàng trong thu nhận sinh khối thực vật cũng như khả năng sử dụng sinh khối này trong nhiều mục đích khác nhau

2.4.2 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải

Các loài thực vật thủy sinh có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất tốt Các thí nghiệm của S.K Jain, P Vasudevan và N.K Jha (1987) ở Ấn Độ cho thấy các loài bèo hoa dâu đều có khả năng làm giảm lượng kim loại nặng rất cao.Các kết quả thí nghiệm của các tác giả trên được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.1 Khả năng làm giảm sắt của bèo hoa dâu (Lemna minor và Aspirodela

polyrliza) (Nguồn: theo S.K Jain, P Vasudevan và N.K Jha, 1987)

Hàm lượng sắt trước thí

Bảng 2.2 Khả năng làm giảm đồng của bèo hoa dâu (Lemna minor và Aspirodela

polyrliza) (Nguồn: theo S.K Jain, P Vasudevan và N.K Jha, 1987)

Hàm lượng đồng trước

Bảng 2.3 Khả năng làm giảm sắt của bèo hoa dâu (Azolla pinata) (Nguồn: theo

S.K Jain, P Vasudevan và N.K Jha, 1987)

Hàm lượng sắt trước thí

Bảng 2.4 Khả năng làm giảm đồng của bèo hoa dâu (Azolla pinata) (Nguồn: theo

S.K Jain, P Vasudevan và N.K Jha, 1987)

Hàm lượng đồng trước

Sắt: Sắt được thực vật hấp thụ sẽ kết hợp với protein enzyme sẽ tạo ra một

loạt các enzyme hô hấp như: Xitocrom (citoromocydase, citocromperocydase,

catalase, perocydase) và tham gia xúc tác sinh tổng hợp diệp lục Trong thực vật,

sắt thường kém linh động, nếu cây thiếu sắt sẽ trở nên vàng úa Ở môi trường nước có pH kiềm, sắt khó được hấp thụ Khi đó sắt sẽ kết hợp với acid photphoric và các hợp chất khác hoặc sẽ bị kết tủa bởi hoạt động của vi khuẩn

Đồng: Đồng tham gia vào nhóm ngoại của polyphenolocydase axcocbinocydase, lactase Đây là những enzyme tham gia vào những phản ứng không có ánh sáng của thực vật và những phản ứng khác Trong nước ô nhiễm, lượng đồng vượt quá 0,4 mg/l sẽ gây độc cho thực vật thủy sinh

Kẽm: Kẽm tham gia vào thành phần của enzyme cacboanhydrase, photphotase, anolase, và một số enzyme protease

Mangan: Các loài thực vật thủysinh hấp thụ mangan ở dạng oxyt mangan hóa trị hai Mangan tác động rất mạnh vào của một loạt enzyme peptidase, ferase, photphatase, carbocylase và một số desmolase khác Chúng tham gia vào sự hình thành H2O2 và tham gia vào tổng hợp diệp lục và tăng sự đồng hóa nitơ Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong sự điều chỉnh quá trình oxy hóa và khử sắt Trong môi trường nước, tỷ lệ mangan/sắt từ 1/2 – 1/3, cây hấp thụ tốt nhất Một số kim loại nặng thường gây độc cho thực vật thủy sinh Trong đó đáng chú ý nhất là chì, cadmi, thủy ngân…

Những nghiên cứu của Lê Huy Bá và các cộng sự cho thấy, Cd có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lúa nước nhiều hơn ảnh hưởng của Pb trên cây lúa nước Nồng độ Hg thấp, thấy xuất hiện khả năng kích thích sinh trưởng Nồng độ càng cao, Hg càng có tác động xấu đối với thực vật thủy sinh Tương tự như vậy khi nghiên cứu tác động của kim loại nặng 0,1 ppm, rau muống vẫn phát triển tốt Nhưng nồng độ kim loại nặng đến 0,5 ppm, sự phát triển của rau muống bị ảnh hưởng rất nghiêm trọng Kim loại nặng được tách ra khỏi môi trường nước theo những hướng sau:

- Thực vật nhận kim loại nặng từ môi trường nước, đưa chúng vào sinh khối thực vật, sinh khối thực vật được thu hoạch và đưa ra khỏi môi trường nước Do đó, kim loại nặng đã được chuyển từ môi trường nước vào sinh khối thực vật, kết quả là giảm lượng kim loại nặng Tuy nhiên, nếu sinh khối này chứa quá nhiều kim

loại nặng lại được sử dụng như nguồn thực phẩm, sẽ gây ngộ độc cho người và động vật

- Tham gia vào quá trình trao đổi ion, quá trình hấp thụ, lắng đọng xuống bùn đáy và chuyển thành các hợp chất hữu cơ

- Kết tủa ở dạng oxyt hydroxyt, cacbonate photphate và sulfit

2.4.3 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước

Các loài vi sinh vật bám vào rễ và thân, mầm thực vật thủy sinh ngập trong nước đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình làm thay đổi BOD5 trong môi trường nước Thực vật làm giảm BOD5 trực tiếp rất khó diễn ra Sự tạo ra BOD5

trong hệ thống thực vật thủy sinh có thể là kết quả của:

- Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng của chúng

- Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình mục nát Lượng BOD5

được tạo ra 3 – 10 mg/l trong thời gian thực vật phát triển và 5 – 20 mg/l trong quá trình chúng bị thối rữa Trong rất nhiều trường hợp, lượng BOD5 có thể đạt tới 30 mg/l

2.4.3.2 Chất rắn

Thực vật thủy sinh có thời gian tồn tại trong nước rất lâu, do đó các chất rắn dạng keo được chuyển hóa nhờ vi sinh vật bám vào đó trong môi trường nước Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi do sự va chạm vào thực vật thủy sinh, đáy hồ, sông và các chất rắn lơ lửng khác Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa bởi sự thối rữa yếm khí hoặc hiếu khí Hàm lượng chất rắn lơ lửng tạo ra khoảng < 20 mg/l (thường nhỏ hơn 10 mg/l)

2.4.3.3 Chuyển hóa nitơ

Nitơ được chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản:

- Thực vật nhận từ các chất chứa nitơ có trong môi trường để tạo ra sinh khối, sau đó sinh khối lại được loài người, động vật sử dụng

- Bị mất theo dạng amoniac

- Vi khuẩn tham gia quá trình nitrit hóa và phản nitrit hóa Hai quá trình này xảy ra do vi sinh vật thực hiện

Trong ba hướng chuyển hóa nitơ, hướng nitrit hóa và phản nitrit hóa bởi vi sinh vật đóng vai trò lớn nhất Quá trình phản nitrit hóa xảy ra trong điều kiện thiếu oxy Khi đó nitơ được giải phóng khỏi các hợp chất hóa học và chuyển thành dạng khí, thoát vào không khí Phản ứng chuyển hóa thường xảy ra trong môi trường trung tính Phản ứng này xảy ra như sau:

6 NO2 + 5 CH3OH 5 CO2 + 3 N2 + 7 H2O + 6 OH- Phản ứng trên xảy ra phụ thuộc vào:

- Khả năng chuyển hóa của vi khuẩn Khả năng này phụ thuộc không chỉ ở từng loài vi khuẩn mà còn phụ thuộc ở pH, nhiệt độ, nguồn carbon có trong môi trường

- Khả năng hoạt động bề mặt bùn lắng trong lưu vực

- Tiềm năng N2 được tạo ra thoát vào không khí và hấp thụ của thực vật

Ở những vùng nước thải mới, thực vật dễ nhận nitơ hơn nước thải tồn tại lâu trong thiên nhiên Điều đó có thể được hiểu là nước thải tồn tại lâu trong điều kiện tự nhiên thường chứa ít nitơ vô cơ và trong loại nước thải này có nhiều NO3-, trong khi đó, ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH4+

2.4.3.4 Chuyển hóa Photpho

Photpho trong nước thải có thể được chuyển hóa bởi các nguyên nhân sau:

- Chuyển hóa do vi sinh vật

- Chuyển hóa do thực vật thủy sinh

- Chuyển hóa do quá trình hấp thụ hóa học

- Chuyển hóa do hiện tượng mưa, tuyết

Trong đó, chuyển hóa photpho do vi sinh vật thường rất quan trọng, chuyển hóa do thực vật thủy sinh có một ý nghĩa rất lớn Cả hai quá trình chuyển hóa trên giống nhau ở chổ là khi photpho khi được chuyển vào tế bào thực vật đều tham gia

vào thành phần của ADN (Axit Deoxyribonucleic), ARN (Axit Ribonucleic), ATP (Adenosine Triphotphate), ADP (Adenosine Diphotphate), AMP (Adesine

Monophotphate) Các hợp chất khác chứa photpho và cả trong thành phần các

enzyme oxy hóa có trong tế bào Tất cả những hợp chất trên nằm trong tế bào, trong sinh khối của thực vật Khi ta thu hoạch sinh khối của thực vật nghĩa là ta tách photpho ra khỏi môi trường nước

2.4.3.5 Vi rút và vi sinh vật gây bệnh

Trong xử lý nước thải bằng vi sinh vật thủy sinh thấy lượng vi rút và vi sinh vật gây bệnh đều có chiều hướng giảm dần theo thời gian, hiện tượng này thấy hầu hết ở các nơi xử lý Nguyên nhân tạo ra hiện tượng này hiện nay chưa có một

nghiên cứu nào đưa ra thật chính xác Tuy nhiên, nhiều người đưa ra những tác động chính làm giảm lượng virút và vi sinh vật gây bệnh như sau:

- Tác động do yếu tố vật lý, trong đó khả năng tác động của tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời, các yếu tố tiềm ẩn trong bùn

- Tác động do yếu tố hóa học trong đó đáng lưu ý là các quá trình oxy hóa, quá trình khử và các chất độc hóa học

- Tác động do yếu tố sinh học, trong đó đáng lưu ý là do đấu tranh sinh học giữa các loài vi sinh vật với nhau và các độc tố được tách ra từ thực vật trong quá trình phát triển của chúng

2.5 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng

Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng phát triển rất mạnh ở các loài rong, tảo và thực vật thủy sinh khi trong môi trường nước chứa nhiều nitơ và chứa nhiều photpho

Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng sẽ làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái nước và thường ảnh hưởng xấu đến môi trường nước Khi đó nước sẽ nghèo oxy và các dưỡng khí khác, làm đảo lộn hệ sinh thái nước

Hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong thiên nhiên có thể do con người gây ra (phú dưỡng nhân tạo) và cũng có thể thiên nhiên tự phát sinh (phú dưỡng tự nhiên)

Phú dưỡng tự nhiên có thể xảy ra ngay cả trong môi trường nước được coi là khá sạch Trong trường hợp này, nước ở trạng thái nghèo sinh dưỡng chuyển sang trạng thái giàu dinh dưỡng, thời gian tồn tại hiện tượng này thường rất lâu Đây là quá trình tích lũy chất dinh dưỡng trong nước Phần lớn các trầm tích hữu cơ được tạo ra do hiện tượng phú dưỡng dạng này

Phú dưỡng nhân tạo là hiện tượng phát triển quá mạnh bởi tảo, rong và thực vật thủy sinh do con người gây ra Trong quá trình sống và hoạt động sống, con người thải vào môi trường nước quá nhiều các chất hữu cơ, các chất vô cơ Các chất này làm tăng nhanh sự tích tụ vật chất và ở một thời điểm nào đó làm tăng nhanh các quá trình phát triển của tảo, rong và sinh vật thủy sinh Phú dưỡng nhân tạo thường tạo ra rất nhanh, chỉ trong một khoảng thời gian ngắn sinh khối trong môi trường nước sẽ đạt được mức độ tối đa Ở mức độ tăng sinh khối này sẽ làm gia tăng hiện tượng giảm lượng oxy hòa tan trong nước, dẫn đến hiện tượng làm suy giảm sinh khối và càng làm tăng nhanh mức độ phân giải sinh khối Khi môi trường nước thiếu dưỡng khí sẽ làm giảm khả năng tự làm sạch nước trong thiên nhiên Kết quả là nước tăng mùi khó chịu, pH của nước giảm Trong các nguyên nhân gây ra sự giảm oxy trong nước có sự phân hủy tảo Do đó, khi trong môi trường nước xuất hiện phú dưỡng là điểm báo hiện tượng nước bị ô nhiễm nặng

2.6 Năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh

Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh khá cao Ở đó thực vật không bị tác động xấu của các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học Các kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy các loài thực vật thủy sinh ngập nước, năng suất sinh khối thường đạt 3 – 8 tấn chất khô/ha, năm Các loài thực vật thủy sinh nửa ngập nước có năng xuất sinh khối thường đạt 27 – 77 tấn chất khô/ha, năm Các loài lục bình có năng suất rất cao, chúng có năng suất sinh khối khoảng 135 – 199 tấn chất khô/ha, năm Trong khi đó, các loài thực vật sống trên cạn có thể đạt sinh khối thường cao giá trị trung bình của các loài thực vật thủy sinh Để đánh giá khả năng sinh khối của thực vật thủy sinh, người ta đã đưa ra công thức tính toán sau:

N t = N o X t

Trong đó: Nt : số lượng cây sau thời gian kiểm tra

No: Số lượng cây ban đầu

Xt : Hệ số tăng hàng ngày

t : Khoảng thời gian trong ngày

Ngoài ra, người ta cũng xác định khả năng tăng trưởng bằng cách đo chiều cao cây và nhánh cây, số lượng lá được tạo ra hàng ngày Một phương pháp chính xác nhất là người ta thu hoạch toàn bộ số sinh khối thực vật ở thời điểm phát triển cao nhất trong chu kỳ phát triển của chúng, phơi khô hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi và cân trọng lượng của sinh khối đó Từ đó, ta tính được năng suất sinh khối thu được trên một diện tích cây phát triển trong một khoảng thời gian phát triển của chúng

Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta có số liệu để so sánh năng suất sinh khối giữa các loài thực vật với nhau và cho phép ta dự đoán hoặc tính toán khả năng sử dụng chúng trong xử lý nước ô nhiễm cũng như sử dụng sinh khối này cho mục đích làm thức ăn cho gia súc, thực phẩm cho người hay làm phân bón Những số liệu về năng suất sinh khối còn cho phép ta đánh giá khả năng làm bền vững sinh thái hay làm thay đổi hệ sinh thái do chúng gây ra Ngoài

ra, các số liệu về năng suất sinh khối còn cho ta biết mức độ ô nhiễm của nước, khả năng làm sạch của chúng, từ đó giúp ta thiết lập công nghệ xử lý

Để đánh giá được khả năng chuyển hóa vật chất có trong nước, người ta phải phân tích một khối lượng mẫu rất lớn Các mẫu này thường được lấy ở các phần của thực vật và ở trong nước ô nhiễm Từ đó xác định sự giảm của vật chất đó và xác định khả năng tích lũy vật chất trong đó trong các thành phần của cây Đây là công việc rất phức tạp đòi hỏi người nghiên cứu phải có tính cẩn thận và có kiến thức sâu về sinh lý thực vật

Trong nhiều trường hợp, thực vật thủy sinh gây ra những tác động không tốt cho môi trường, đặc biệt là sinh thái môi trường Người ta cũng đã nhiều lần thấy

hiện tượng phát triển quá mức bình thường của lục bình ở những dòng sông thuộc châu Phi hoặc những đầm, hồ thuộc châu Á Lục bình phát triển rất nhanh đến mức trong một khỏang thời gian ngắn, chúng có thể lấp kín bề mặt nước Khi đó nước sẽ không được mặt trời chiếu sáng, lượng các chất khí hòa tan trong nước thay đổi nghiêm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến các vi sinh vật khác có trong nước Ngoài ra, do sự phát triển quá mạnh của lục bình sẽ làm hạn chế tốc độ của dòng chảy, từ đó làm thay đổi căn bản sinh thái dòng chảy

2.7 Phương pháp ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Nước thải có lượng COD, BOD5 cao và chứa nhiều kim loại nặng, các chất độc hại không thể áp dụng thực vật thủy sinh để xử lý các loại nước thải có hàm lượng COD, BOD5 thấp và không chứa các chất độc hại có ảnh hưởng xấu đến sinh lý thực vật Thực vật thủy sinh đã được xử dụng nhiều trong xử lý nước thải ở nhiều nước

2.7.1 Phương pháp xử dụng bèo lục bình để xử lý nước thải

Bèo lục bình là loài thực vật thủy sinh thuộc dạng thực vật trôi nổi Rễ của chúng ngập sâu trong nước, thân giả và lá phát triển trong không khí Chúng có khả năng phát triển rất mạnh, nhất là ở vùng nhiệt đới Trong khi phát triển, chúng cần lượng ánh sáng nhiều, do đó khi sử dụng chúng như tác nhân xử lý cần phải chọn địa điểm có ánh sáng liên tục trong ngày Phương pháp xử dụng lục bình để xử lý nước thải được ứng dụng nhiều ở Ấn Độ do chính các nhà khoa học người Ấn Độ thiết kế công nghệ Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng nhiều ở các nước châu Phi do các nhà khoa học châu Âu chuyển giao công nghệ Toàn bộ qui trình công nghệ sử dụng lục bình để sử lý nước thải được tiến hành như hình 2.14 (theo V.R Joglekar, V.G Sonar etal, 1998)

Hồ sinh học được thiết kế theo kích thước 7,3 m x 7,3 m x 0,9 m Toàn bộ hệ thống hồ sinh học bao gồm 10 hồ, mỗi hồ có kích thước như trên Các hồ này được liên thông với nhau bằng một kêng dẫn ở nước

Nước thải

Xử lý sơ bộ

Hồ sinh học nuôi lục bình

Kiểm soát nước ô nhiễm

Thu nhận sinh Nước thải

khối lục bình vào môi trường

Sản xuất khí CH4

Chất thải CH4 làm

làm phân bón nhiên liệu

Hình 2.14 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng lục bình

Hệ thống hồ sinh học này có thể xử lý 1250 m³/ngày, khả năng giảm COD là 71,4%, BOD là 89,3%, khả năng làm giảm hàm lượng nitơ là 50% và photpho là 88,9%, làm giảm lượng vi sinh vật đến 91,3%

Sinh khối bèo lục bình được thu hoạch hàng ngày và được xay nhỏ Lục bình sau khi xay nhỏ sẽ được chuyển vào hệ thống lên men yếm khí để sản xuất khí CH4 Người ta thiết kế 3 kiểu hệ thống lên men CH4: loại có 1 bể, loại 2 bể và loại 3 bể

Kiểu một bể thường được thiết kế và lắp đặt theo mô hình bể lên men trôi nổi (floating gas holder) Loại này thường được xây dựng theo hình trụ, phía trên có nắp giữ khí có thể lên, xuống tùy theo lượng khí có trong bể

Kiểu hệ thống hai bể được thiết kế và lắp đặt như sau: bể thứ nhất là loại bể cố định và bể thứ hai là bể trôi nổi Hai bể này được nối với nhau bằng một ống dẫn nước có Þ = 200 mm hoặc lớn hơn

Mỗi bể có dung tích trung bình 19,6 m³ khí thu được hàng ngày dùng để nấu ăn Sự tạo thành CH4 phụ thuộc rất nhiều vào khí hậu trong năm

2.7.2 Sử dụng bèo hoa dâu để xử lý nước thải

Các nhà khoa học Israel, G Oron và D Porath thuộc trường Đại học Ben – Guron (1996) đã nghiên cứu ứng dụng bèo hoa dâu để xử lý nước thải Các nhà khoa học ở trường này sử dụng bèo hoa dâu Lemna gibba xử lý nước thải sinh hoạt Bể được xây dựng để xử lý có chiều sâu 20 – 30 cm, sau 10 ngày họ thu được 10 – 15 g sinh khối bèo khô/m²/ngày

Hàm lượng protein trong bèo khoảng 30%, bèo thu nhận được có chất lượng rất tốt cho chăn nuôi Nước sau khi xử lý đủ tiêu chuẩn dùng để tưới cho rau và cây ăn quả

Một công ty khác ở Mỹ như công ty Lemma đã thiết kế hệ thống với quy mô rất lớn Toàn bộ hệ thống này rộng 10 ha Công ty này sử dụng bèo hoa dâu để xử lý nước thải và thu nhận sinh khối bèo hoa dâu Sinh khối bèo hoa dâu thu nhận từ phương pháp này có hàm lượng protein là 35% Nước sau xử lý được sử

dụng cho trồng trọt và đổ vào hồ để nuôi cá, sinh khối bèo hoa dâu được sử dụng làm thức ăn cho gia súc

Ngoài ra, trên thế giới có rất nhiều nơi sử dụng bèo hoa dâu trong xử lý nứơc thải và cho kết quả rất khả quan

2.7.3 Xử lý nước thải bằng thực vật nửa ngập nước

Thực vật nửa ngập nước có rễ ăn sâu vào lòng đất ở phía dưới nước, thân thực vật nằm trong nước còn lá thì vương ra khỏi mặt nước Các loại thực vật này

thường thấy là cỏ đuôi mèo (typha), cỏ lỏi bấc (scirpus) và cây họ sậy (phragmites) Những loài thực vật này thường phát triển ở vùng đất ẩm ướt (wetlants) Đất ẩm ướt là một hệ thống phức hợp hóa, lý và sinh học xảy ra đang

xen nhau, tạo ra hệ sinh thái rất đặc biệt trong tự nhiên

Các vùng đất ẩm thuộc loại đất kiến tạo, là loại đất yếu có lượng nước quanh năm, có nhiều điều kiện thuận lợi cho thực vật nửa ngập nước phát triển, đồng thời có khả năng thấm rất tốt

Liên quan đến quá trình xử lý nước, người ta chia đất ẩm kiến tạo thành 2

loại: loại nước bề mặt tự do (Free Water Surface – FWS), và dòng chảy dưới bề mặt (Subsurface Flow – SF)

Người ta thiết kế FWS bằng hệ thống hồ hoặc kênh sinh học song song, phía dưới được xếp những lớp đá, sỏi để làm giá đỡ cho cây nửa ngập nước bám vào Chiều sâu của nước từ 0,1 – 0,6 m, kể từ bề mặt đá hoặc sỏi

Hệ thống SF còn được gọi là vùng rễ (root zone) hay bể lọc đá (rock – bed

fieter) Đáy hệ thống này cũng được lấp đầy để làm giá đỡ cho cây Sự khác biệt

giữa FWS và SF ở chỗ, trong FS, nước không ngập lớp đá mà chỉ xấp xỉ bề mặt hoặc thấp hơn bề mặt đá Các kênh sinh học ở đây có độ dốc khoảng 1%

Ống dẫn nước và phân phối nước thải

Ống thoát nước

Đá dùng để Đất cát Màng thấm

phân phối nước hay sỏi nhỏ

Hình 2.15 Hệ thống SF cắt ngang (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng – 2003 – Công

nghệ sinh học môi trường – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội)

Ở Mỹ người ta đã sử dụng khá nhiều hệ thống xử lý nước thải bằng thực vật

nửa ngập nước Bằng phương pháp này, 80% lượng nitơ và photpho đã được

chuyển hóa

2.7.4 Ưu, nhược điểm trong việc sử dụng thực vật thủy sinh để làm sạch

môi trường nước

2.7.4.1 Ưu điểm

Sau một thời gian sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý nước thải Những kết

quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm như sau:

- Sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý không đòi hỏi kỹ thuật cao Nhiều

trường hợp giống như kỹ thuật canh tác một loài cây nào đó trong sản xuất nông

nghiệp

- Sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý môi trường ít chi phí đầu tư, không

đòi hỏi máy móc thiết bị phức tạp và đắt tiền

- Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm thấp

- Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như:

+ Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ như cói, đay, lục bình, cỏ

+ Làm thực phẩm cho người như củ sen, củ súng, rau muống

+ Làm phân xanh, tất cả các loại thực vật thủy sinh sau khi thu nhận từ quá trình xử lý trên đều là nguồn nguyên liệu để sản xuất phân xanh rất có hiệu quả

+ Sản xuất khí sinh học

- Bộ rễ thân cây ngập nước, cây trôi nổi được coi như một giá thể rất tốt (hay được coi như một chất mang) đối với vi sinh vật Vi sinh vật bám vào rễ, vào thân cây ngập nước hay các loài trôi nổi Nhờ sự vận chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước bị ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất có trong nước Như vậy, hiệu quả xử lý của vi sinh vật nước trong trường hợp này sẽ cao hơn khi không có thực vật thủy sinh Ở đây ta cũng có thể coi mối quan hệ của vi sinh vật và thực vật thủy sinh như là mối quan hệ cộng sinh Mối quan hệ cộng sinh này đã đem lại sức sống tốt hơn cho cả hai nhóm sinh vật và tác dụng xử lý sẽ tăng cao

- Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng Do đó, việc ứng dụng ở thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm ở những vùng không có điện đều có thể thực hiện dễ dàng

- Sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý môi trường tạo ra một thảm thực vật có ý nghĩa rất lớn đến sự đều hòa môi trường không khí

2.7.4.2 Nhược điểm

Mặc dù không ít những ưu điểm, không phải sinh vật nào cũng có trong việc ứng dụng để xử lý môi trường, việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý môi trường có những nhược điểm cần phải khắc phục như sau:

-Diện tích cần dùng để xử lý nước thải lớn Vì thực vật là vi sinh vật tiến hành quang hợp nên luôn cần thiết phải có ánh sáng Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong đều điện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển hóa càng tốt Do đó, diện tích bề mặt của sự tiếp xúc này sẽ cần nhiều Điều này sẽ rất khó khăn khi ta tiến hành xử lý nước ô nhiễm ở những khu vực đô thị vốn đã rất khó khăn về đất Tuy nhiên nó rất thích hợp cho vùng nông thôn, kể cả những vùng không được cung cấp điện

- Trong điều kiện các loài thực vật phát triển mạnh ở các nguồn nước thải, bộ rễ của chúng như những chất mang rất hữu ích cho vi sinh vật bám vào đó Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh (đặc biệt là các loài thực vật trổi nổi), các loài vi sinh vật sẽ không có nơi bám vào Chúng sẽ dể dàng bị trôi theo dòng nước hoặc bị lắng xuống đáy Ở đây là hai vấn đề cần hiểu rõ:

+ Rễ các loài thực vật thủy sinh sẽ đóng vai trò tích cực trong việc tăng trưởng của vi sinh vật nếu những vi sinh vật đó không phải là những vi sinh vật gây bệnh, chúng cũng có thể đóng vai trò không tích cực đối với vi sinh vật gây bệnh Trong trường hợp này, các loài vi sinh vật gây bệnh sẽ phát triển mạnh ở bộ rễ và những vùng xung quanh của thực vật, chúng sẽ là tác nhân sinh học gây ra ô nhiễm môi trường rất mạnh

+ Các loài thực vật thủy sinh chiếm không gian rất lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào trong lòng nước Khi đó, vi sinh vật không bị tiêu diệt bởi tác động của ánh sánh mặt trời Thảm thực vật thủy sinh phủ kín mặt nước được coi như vật cản và hấp thụ rất hữu hiệu tia tử ngoại và hồng ngoại của ánh sáng mặt trời Tác dụng này không chỉ tạo điều kiện để những vi sinh vật có ích phát triển và cả những vi sinh vật gây bệnh phát triển Do đó, hiện tượng trên vừa có lợi vừa có hại, có lợi là các là các vi sinh vật có ích (những vi sinh vật phân giải các chất hữu

cơ, vô cơ) phát triển, làm sạch môi trường nước, có hại là các vi sinh vật gây bệnh phát triển mạnh sẽ làm nước bị ô nhiễm sinh học nặng hơn

-Hiểu biết được bản chất tự nhiên này giúp ta tìm biện pháp tích cực trong công nghệ xử lý sau này

2.8 Vấn đề sức khỏe khi ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải

An toàn sinh học trong sử dụng các loài thực vật để xử lý nước thải được đặc biệt quan tâm Việc sử dụng các loài thực vật thủy sinh để xử lý nước thải có một đặc điểm khá điển hình Công nghệ xử lý này hoàn toàn được thực hiện ở hệ thống hở Hệ thống hở thường khó kiểm soát hơn hệ thống kín Ở đó có sự tương tác không chỉ là những tương tác hóa học, vật lý mà cả trong tương tác sinh học Công nghệ xử lý này thường xảy ra ba vấn đề rất quan trọng cần được quan tâm giải quyết

2.8.1 Ảnh hưởng trực tiếp đến người vận hành kỹ thuật xử lý nước thải bởi thực vật thủy sinh

Trong trường hợp này người ta rất quan tâm đến khả năng nhiễm các vi sinh vật gây bệnh từ các hồ xử lý Nguy cơ nhiễm bệnh từ các vi sinh vật gây bệnh rất lớn Hệ thống xử lý ở điều kiện tự nhiên thường rất khó kiểm soát quá trình nhiễm

vi sinh vật gây bệnh từ không khí, nước thải và từ chính bản thân các thực vật thủy sinh mà ta dùng để xử lý Trong khi đó, các hệ thống kín như các bể lên men, ta hoàn toàn khống chế được sự nhiễm vi sinh vật gây bệnh từ môi trường bên ngoài

Ở những hồ sinh học xử lý bằng thực vật thủy sinh, các loài vi sinh vật gây bệnh có thể bám vào rễ, thân thực vật ngập trong nước hoặc chúng tồn tại ở bùn cặn dưới đáy, ánh sáng mặt trời không có tác dụng mạnh để tiêu diệt chúng Mặt khác,

vì là hệ thống mở, bề mặt thoáng rộng nên có hệ số thoát nhiệt cao, do đó chúng không bị tiêu diệt bởi nhiệt như quá trình lên men bởi vi sinh vật Điểm cuối cùng có liên quan đến khả năng tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh bởi chính các loài vi sinh vật đối kháng có trong quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật

Tất cả những điều trình bày trên cho thấy, nguy cơ nhiễm bẩn bởi các vi sinh vật gây bệnh trong xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh thường cao hơn các phương pháp khác

Ngoài ra , các loài giun, sán được đưa vào các hồ sinh học này từ các loài nước thải, nhất là nước thải sinh hoạt rất nhiều Các loài giun sán (nhất là loài

fasciolopsis buski, thường thấy nhiều ở các nước châu Á) thường tồn tại rất lâu

trong các hồ sinh học (Feachem et al, 1983) Những trứng giun sáng sẽ gây ra

những bệnh nguy hiểm cho người và động vật Chính vì thế, trước khi đưa các loại nước thải này vào xử lý cần phải kiểm tra các chỉ tiêu về vi sinh vật và các loại trứng giun, sán Nếu có phải xử lý ở một hồ riêng, sau đó mới chuyển sang hồ sinh học xử lý bằng các loài thực vật thủy sinh

2.8.2 Nước thải trong quá trình xử lý bằng thực vật thủy sinh có thể chứa các chất độc từ phân hóa học và thuốc trừ sâu

Chất độc hóa học từ phân bón hoặc thuốc trừ sâu ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe thông qua thực vật Thực vật hấp thụ các chất độc này và giữ trong sinh khối của nó, khi động vật ăn các loại thực vật này sẽ bị nhiễm độc Như vậy các chất độc sẽ theo chuỗi thực phẩm và gây độc cho người và động vật Tương tự như vậy, nếu trong nước thải chứa nhiều kim loại nặng, thực vật hấp thụ kim loại nặng và đương nhiên chúng sẽ là nguồn gây ra hiện tượng ngộ độc cho người và gia súc Trong trường hợp mà chất thải chứa quá nhiều chất độc hại như trên, điều cần làm trước tiên là đưa chúng qua bể xử lý sơ bộ, sau đó mới đưa nước thải vào hồ sinh học xử lý bằng thực vật thủy sinh

2.8.3 Có thể có nhiều trường hợp sinh ra nhiều muỗi

Trong nước thải xử lý bằng thực vật thủy sinh sẽ có nhiều ấu trùng của muỗi anopheles và mansonia Trong trường hợp xảy ra hiện tượng này, người ta

thường tăng cường số lượng cá trong hồ sinh học Cá sẽ là động vật rất hữu ích để loại bỏ ấu trùng của các loại muỗi