Đánh giá khả năng hấp thu photphat trong nước của cây lục bình ứng dụng lục bình xử lý nước thải

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trái đất là ngôi nhà chung của muôn loài, sinh sống và phát triển trong sự cân bằng theo những quy luật chung của vũ trụ. Ngày nay, cùng với sự phát triển của nhân loại, con ngƣời đã sử dụng tối đa và triệt để những gì tự nhiên ban tặng, điều đó đã làm mất đi sự cân bằng vốn có của tự nhiên, gây nên những hậu quả nghiêm trọng; hạn hán, lũ lụt, băng tan, đói nghèo gia tăng, mƣa axit, dịch bệnh, suy giảm tầng ozon, sự nóng lên toàn cầu đe dọa trực tiếp đến sự sống muôn loài. ¾ diện tích bề mặt trái đất là nƣớc, 70% nƣớc trong cơ thể con ngƣời, nƣớc là cội nguồn của sự sống, đƣợc mệnh danh là “máu sinh học của trái đất”. Đối với thế giới vô sinh nƣớc là thành phần tham gia rộng rãi vào các phản ứng hóa học, nƣớc là dung môi và là môi trƣờng để kìm hãm hay thúc đẩy các quá trình hóa học. Đối với thế giới hữu sinh nƣớc là thành phần, nguyên liệu không thể thiếu đối với sự sống. Con ngƣời cần nƣớc cho sinh hoạt, ăn uống, và cho sản xuất; con ngƣời có thể nhịn đói đƣợc trong cả tuần, nhƣng không thể nhịn khát trong vòng 3 ngày; trong hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nhu cầu sử dụng nƣớc là rất lớn. Để khai thác một tấn dầu mỏ cần phải có 10m 3 nƣớc, muốn chế tạo một tấn sợi tổng hợp cần có 5600m 3 nƣớc, trung tâm nhiệt điện hiện đại với công suất 1 triệu kW cần đến 1.2 – 1.6 tỉ m 3 nƣớc trong một năm. Cứ nghĩ tài nguyên nƣớc là vô tận nên việc sử dụng và tái tạo nƣớc chƣa đƣợc con ngƣời quan tâm đúng mức, nguồn nƣớc sạch dành cho hoạt động sống của con ngƣời ngày càng khan hiếm, thay vào đó là nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn theo nhiều kiểu vì vậy mà việc xử lý nƣớc càng gặp nhiều khó khăn cả về thời gian lẫn kinh phí. Yêu cầu đặt ra là phải tìm ra phƣơng pháp xử lý nƣớc thải phù hợp, đáp ứng đƣợc chất lƣợng nƣớc đầu ra, không tốn nhiều kinh phí, thời gian, không nguy hại đến các thành phần môi trƣờng khác. Việc sử dụng thực vật thủy sinh vào công nghệ xử lý nƣớc thải đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ khá lâu và áp dụng nhiều nơi khác nhau. Đặc biệt chú ý tới là khả năng xử lý nƣớc thải của cây Lục Bình. Nhiều nghiên cứu đƣợc thực hiện 4 trên cây Lục Bình chủ yếu là với mục đích làm giảm sự phú dƣỡng nguồn nƣớc, hấp thu kim loại nặng trong một số điều kiện nhất định, là loại thực vật có khả năng thích nghi với môi trƣờng rất cao, vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: “ Đánh giá khả năng hấp thu Photphat trong nước của cây Lục Bình ứng dụng Lục Bình xử lý nước thải” nhằm tìm hiểu thêm khả năng xử lý nƣớc thải của cây Lục Bình, ứng dụng xử lý nƣớc thải có mức độ ô nhiễm nặng hơn. Góp phần nhỏ trong việc cân bằng chu trình của nƣớc. 2. Mục đích Tìm hiểu sự phú dƣỡng nguồn nƣớc. Tìm hiểu khả năng xử lý và chịu đựng của cây Lục Bình ở các mức độ ô nhiễm khác nhau của nƣớc thải. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: Cây Lục Bình, nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải công nghiệp. Phạm vi nghiên cứu: Các quá trình nghiên cứu đƣợc tiến hành tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm – Đại học Đà Nẵng. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp vận hành, phƣơng pháp lấy mẫu, phƣơng pháp phân tích, phƣơng pháp tính toán. 5. Nội dung nghiên cứu 1. Tìm hiểu sự phú dƣỡng nguồn nƣớc. 2. Tìm hiểu các biện pháp xử lý, hạn chế sự phú dƣỡng nguồn nƣớc. 3. Tìm hiểu về cây Lục Bình và khả năng làm sạch nƣớc của cây Lục Bình. 4. Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải của Lục Bình.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Tên đề tài: Đánh giá khả năng hấp thu Photphat trong nước của cây Lục

Bình - ứng dụng Lục Bình xử lý nước thải SVTH: Nguyễn Thị Đến

GVHD:Phạm Thị Hà

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trái đất là ngôi nhà chung của muôn loài, sinh sống và phát triển trong sự cân bằng theo những quy luật chung của vũ trụ Ngày nay, cùng với sự phát triển của nhân loại, con người đã sử dụng tối đa và triệt để những gì tự nhiên ban tặng, điều đó đã làm mất đi sự cân bằng vốn có của tự nhiên, gây nên những hậu quả nghiêm trọng; hạn hán, lũ lụt, băng tan, đói nghèo gia tăng, mưa axit, dịch bệnh, suy giảm tầng ozon, sự nóng lên toàn cầu đe dọa trực tiếp đến sự sống muôn loài

¾ diện tích bề mặt trái đất là nước, 70% nước trong cơ thể con người, nước

là cội nguồn của sự sống, được mệnh danh là “máu sinh học của trái đất” Đối với thế giới vô sinh nước là thành phần tham gia rộng rãi vào các phản ứng hóa học, nước là dung môi và là môi trường để kìm hãm hay thúc đẩy các quá trình hóa học Đối với thế giới hữu sinh nước là thành phần, nguyên liệu không thể thiếu đối với

sự sống Con người cần nước cho sinh hoạt, ăn uống, và cho sản xuất; con người có thể nhịn đói được trong cả tuần, nhưng không thể nhịn khát trong vòng 3 ngày; trong hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nhu cầu sử dụng nước là rất lớn Để khai thác một tấn dầu mỏ cần phải có 10m3 nước, muốn chế tạo một tấn sợi tổng hợp cần có 5600m3

nước, trung tâm nhiệt điện hiện đại với công suất 1 triệu

kW cần đến 1.2 – 1.6 tỉ m3

nước trong một năm

Cứ nghĩ tài nguyên nước là vô tận nên việc sử dụng và tái tạo nước chưa được con người quan tâm đúng mức, nguồn nước sạch dành cho hoạt động sống của con người ngày càng khan hiếm, thay vào đó là nguồn nước bị nhiễm bẩn theo nhiều kiểu vì vậy mà việc xử lý nước càng gặp nhiều khó khăn cả về thời gian lẫn kinh phí Yêu cầu đặt ra là phải tìm ra phương pháp xử lý nước thải phù hợp, đáp ứng được chất lượng nước đầu ra, không tốn nhiều kinh phí, thời gian, không nguy hại đến các thành phần môi trường khác

Việc sử dụng thực vật thủy sinh vào công nghệ xử lý nước thải được các nhà khoa học nghiên cứu từ khá lâu và áp dụng nhiều nơi khác nhau Đặc biệt chú ý tới

là khả năng xử lý nước thải của cây Lục Bình Nhiều nghiên cứu được thực hiện

trên cây Lục Bình chủ yếu là với mục đích làm giảm sự phú dưỡng nguồn nước, hấp thu kim loại nặng trong một số điều kiện nhất định, là loại thực vật có khả năng

thích nghi với môi trường rất cao, vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài: “ Đánh giá

khả năng hấp thu Photphat trong nước của cây Lục Bình - ứng dụng Lục Bình

xử lý nước thải” nhằm tìm hiểu thêm khả năng xử lý nước thải của cây Lục Bình,

ứng dụng xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm nặng hơn Góp phần nhỏ trong việc cân bằng chu trình của nước

2 Mục đích

Tìm hiểu sự phú dưỡng nguồn nước

Tìm hiểu khả năng xử lý và chịu đựng của cây Lục Bình ở các mức độ ô nhiễm khác nhau của nước thải

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Cây Lục Bình, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp

Phạm vi nghiên cứu: Các quá trình nghiên cứu được tiến hành tại trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp vận hành, phương pháp lấy mẫu, phương pháp phân tích, phương pháp tính toán

5 Nội dung nghiên cứu

1 Tìm hiểu sự phú dưỡng nguồn nước

2 Tìm hiểu các biện pháp xử lý, hạn chế sự phú dưỡng nguồn nước

3 Tìm hiểu về cây Lục Bình và khả năng làm sạch nước của cây Lục Bình

4 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của Lục Bình

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về nước thải chứa photphat

sự gia tăng sản lượng lương thực trên thế giới

Photphat là nguồn cung cấp photpho cho thực vật, là thành phần của nhiều chất hữu cơ trong cơ thể thực vật, giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sống Photpho vô cơ trong dạng photphat PO4

đóng một vai trò quan trọng trong các phân tử sinh học như ADN và ARN; trong đó nó tạo thành một phần của phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử này Các tế bào sống cũng sử dụng photphat để vận chuyển năng lượng tế bào thông qua ađênôsin triphotphat (ATP) Gần như mọi tiến trình trong tế bào có sử dụng năng lượng đều có nó trong dạng ATP

Song cũng có không ít lượng photphat đã thâm nhập vào nguồn nước và khi hiện diện với nồng độ cao chúng gây ô nhiễm, góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các ao hồ

Ngoài lượng PO4

3-

có nguồn gốc tự nhiên, hàng năm hoạt động nông nghiệp

và các nguồn thải đã bổ sung vào môi trường nước một lượng PO4

3- khổng lồ Hàm lượng photphat dư thừa trong nước làm cho các loại tảo, các loại thực vật lớn phát

triển mạnh gây tắc thủy vực Hiện tượng tảo sinh trưởng mạnh do dư thừa dinh dưỡng thực chất là do hàm lượng photphat và nitrat cao Sau đó tảo và sinh vật bị tự phân, thối rữa làm nước bị ô nhiễm thứ cấp, thiếu oxi trầm trọng làm cá, tôm chết hàng loạt

Bên cạnh đó polyphotphat còn có trong các chất tẩy rửa Hàng năm các nhà máy dệt nhuộm đã thải ra nguồn nước mặt một khối lượng lớn chất tẩy rửa làm gia tăng hàm lượng photphat

Ngoài ra, cùng với sự phát triển mạnh mẽ về nền kinh tế nói chung, công nghệ thực phẩm ngày càng có những bước tiến đột phá làm cho số lượng sản phẩm phong phú đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của con người, mang lại lợi nhuận cao Tuy nhiên điều này đã làm nảy sinh một vấn đề cho ngành thực phẩm là làm thế nào để

xử lý được nguồn nước thải đặc biệt là hàm lượng photphat có nhiều trong phụ gia thực phẩm Đây cũng là một trong các nguồn quan trọng làm tăng hàm lượng photphat trong nước

1.1.2 PO 4 3- và sự ô nhiễm nguồn nước [1], [2], [9]

1.1.2.1 Sự ô nhiễm nguồn nước

Ô nhiễm nguồn nước là do sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý, hóa học, sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh học trong nước Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất

Nước bị ô nhiễm do sự phú dưỡng xảy ra chủ yếu ở các vùng nước ngọt và vùng ven biển, vùng biển khép kín Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ quá dư thừa làm cho quần thể sinh vật trong nước không thể đồng hóa được Kết quả làm cho hàm lượng oxi trong nước giảm đột ngột, các khí độc tăng lên, tăng độ đục của nước, gây suy thoái thủy vực Ô nhiễm nước ngọt có nguyên nhân

từ các loại chất thải và nước thải thải ra sông mà chưa được xử lý đúng mức; các loại phân bón hóa học, thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm và nước ao hồ, nước thải sinh hoạt thải ra từ các vùng dân cư ven sông gây ô nhiễm trầm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân trong khu vực

1.1.2.2 Nguồn gốc PO 4 3- có trong nước

Các vi sinh vật biển nhận một lượng đáng kể photpho từ các nguồn thực phẩm hoặc các cơ thể chết dưới dạng photpho khó hòa tan hoặc photphat vô cơ hòa tan Chỉ một phần nhỏ photphat ở dưới đất (5%) là có thể được cây trồng hấp thụ vì chỉ có đihyđrogen photphat (H2PO4

-) có thể hòa tan tốt trong nước Các photphat vô

cơ khó hòa tan sẽ tồn tại trong đất và sau này có thể bị các axit như axit sunfuric hòa tan và đi vào thành phần của nguyên sinh động vật Các photpho tồn tại ở các gốc rễ cây trồng, sẽ từ từ thủy phân ở dạng các khoáng vi sinh do quá trình photphat hóa

Lượng photphat trong hệ sinh thái nước và sinh vật trên cạn không đủ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật (lượng photphat này chỉ vào khoảng 0,5 – 5% khối lượng) cho nên photpho thường được biểu thị như là chất dinh dưỡng hạn định Sự thiếu hụt này được bổ sung bởi các hoạt động nhân tạo như việc bón các loại phân chứa photphat (superphophate, đisuperphotphate, NPK….) Lượng photpho dư trong phân bón thấm qua đất, qua sông ra biển và lắng ở đó Trong nước mưa nồng

độ có từ 10 – 100 mg/m3

(do bụi, muối biển bốc hơi, các quá trình có nhiệt độ cao

và quá trình chuyển hóa photpho trong khí quyển)

Nguồn phát sinh photpho bao gồm:

– Trong tự nhiên

– Sản xuất bom, đạn

– Sản xuất hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật

– Chất thải, các chất bài tiết của động vật

– Trong bùn thải của hệ thống xử lý nước thải…

1.1.2.3 Sự tồn tại của photphat trong nước và ảnh hưởng của nó đến sự phú dưỡng nguồn nước

Con người là nguồn gây nên sự giàu dinh dưỡng cho các hệ nước ngọt và nước biển ven bờ Nitơ và photpho theo nước thải sinh hoạt, sản xuất và hoạt động nông nghiệp xả xuống các thủy vực không qua xử lý là nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm cho các nguồn nước

Với các mức độ xả lớn hay ở đầu nguồn xả có thể làm cho nguồn nước bị phú dưỡng Hiện trạng ô nhiễm tự nhiên chủ yếu được xác định bằng độ màu mỡ của lưu vực chứa nước Trong các hệ sinh thái nước ngọt thì yếu tố giới hạn thường

là P bởi vì:

+ Các dòng chảy tràn trên mặt chứa một lượng lớn nitrat

+ N dưới dạng nitrat dễ bị hòa tan do đó dễ bị rửa trôi ra các hệ sinh thái nước ngọt

+ Một số loài tảo lục và vi khuẩn có khả năng cố định nitơ dưới dạng N2 từ khí quyển

Gần đây hiện tượng phú dưỡng nuôi trồng được coi là vấn đề nan giải trong các vùng nước nội địa Tuy nhiên tần suất “nở hoa” tảo cũng tăng lên ở các vùng nước duyên hải cho thấy vấn đề này không còn là trường hợp điển hình Sự phong phú về dinh dưỡng do con người gây ra là một yếu tố góp phần quan trọng đối với khả năng xảy ra hiện tượng “nở hoa” của nước Ở Hà Lan năm 1987, tổng chi phí cho việc xử lý hiện tượng phú dưỡng mất tới 30 triệu USD Còn ở Nauy, các chất độc do tảo tạo ra gây thiệt hại hơn 10 triệu USD cho ngành công nghiệp nuôi cá hồi năm 1988

1.1.3 Sự phú dưỡng nguồn nước [1], [9], [17]

1.1.3.1 Khái niệm

Sự phú dưỡng (eutrophication) được hiểu là sự làm giàu quá mức bởi những chất dinh dưỡng vô cơ cùng với những chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ thực vật, thông thường đó là các muối của nitơ và photpho gây nên sự phát triển bùng nổ của các loài rong, tảo trong nước

1.1.3.2 Các nguồn gây phú dưỡng

 Nguồn điểm

Là nguồn xác định trong môi trường không gian nhỏ, trong đó các chất thải chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng được đổ trực tiếp vào hệ sinh thái nước ngọt qua các hệ thống cống, rãnh, ống dẫn chất thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư

Đáng chú ý là hiện tượng sử dụng bột giặt, các chất tẩy rửa có chứa P, nước thải được đưa vào ao, hồ Bột giặt chứa P sản xuất từ năm 1940 Giữa những năm

1950 – 1970 lượng bột giặt tiêu thụ tăng gấp 5 lần ở Mĩ và gấp 7 lần ở Anh P từ bột giặt chiếm 47 – 65% tổng số P trong nước cống từ 6 trạm xử lý ở Anh vào năm

1971 so với 10 – 20% vào năm 1957

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, bao gồm các hợp chất như: protein (40 – 50%), hydatcacbon (40 – 50%), chất béo (5 – 10%), nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng

150 – 450 mg/l Thành phần cũng như tính chất của nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị như bảng 1.1

Bảng 1.1 M t số ch ti u trong nước thải sinh hoạt

 Nguồn phân tán

Là nguồn dẫn các chất dinh dưỡng (N, P) vào các hệ sinh thái nước ngọt không theo một con đường nhất định (cống, rãnh…), chúng thường rất đa dạng trong không gian và mang tính tạm thời (phụ thuộc vào mùa, điều kiện thời tiết…)

Một dạng chính của nguồn phân tán này là các dòng chảy tràn trên mặt Chúng được hình thành khi mưa, băng tan hay tưới tiêu, nước không chỉ ngấm xuống đất mà tạo thành những dòng chảy tạm thời Những dòng chảy này đi từ cánh đồng, đường phố, khu tập kết rác thải… và cuốn theo nó là vô số các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng xuống các hệ sinh thái ao, hồ

Trong nông nghiệp, để tăng năng suất, người ta đã sử dụng một lượng lớn phân bón mà chủ yếu là phân đạm (chứa N), phân lân (chứa P) Tuy nhiên, chỉ có

30 – 40% lượng phân bón đưa vào cây có khả năng hấp thụ, còn lại sẽ bị tích tụ trong đất Hiện tượng xói mòn xảy ra sẽ cuốn theo lượng phân bón dư thừa đó đổ ra nguồn nước Ngày nay, lượng phân bón sử dụng tăng lên nhanh chóng Owen (1970) cho rằng nguồn thực vật từ nông nghiệp chiếm 71% khối lượng nitơ chảy xuống sông Great Ouse ở miền trung nước Anh Còn ở Đắc Lắc nông dân bón lượng phân chứa nitơ là 600kg/ha cho cà phê đất đỏ vẫn không cho năng suất cao hơn với việc bón 200kg/ha và lượng dư thừa sẽ đổ vào sông hồ và làm phú dưỡng nguồn nước

Chất thải từ động vật cũng là nguồn lớn gây hiện tượng phú dưỡng Lượng P

do gia súc thải ra gấp 4 lần lượng do con người thải ra

Tác động xói mòn, rửa trôi được tăng cường bởi các hoạt động của con người như: xây dựng các công trình, canh tác, đốt rừng; làm giảm diện tích đất che phủ bởi thực vật, làm đất bị trơ ra Trong quá trình đó, một lượng lớn nitrat đã bị rửa trôi xuống ao, hồ Theo một thí nghiệm được tiến hành ở Hubard Brook ở vùng núi trắng ở New Hamphire trong vòng 3 năm từ năm 1960 đến năm 1963; người ta tiến hành chặt trụi một thung lũng, rồi đo hàm lượng nitrat đi ra, so sánh với một thung lũng được giữ nguyên Kết quả cho thấy, lượng nitrat tăng 50 lần so với thung lũng không bị chặt trụi

Ngoài ra, các hiện tượng thời tiết bất thường do tác động của con người như hiện tượng mưa axit cũng là nguồn bổ sung nitrat vào các hệ sinh thái nước ngọt Việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch làm sản sinh các chất khí như NO2, NO,

SO2… hay việc bốc hơi khí NH3 từ phế thải sinh vật vào không khí, sẽ xảy ra một loạt các phản ứng để tạo thành axit, theo mưa rơi xuống ao, hồ

Hình 1.1 Các nguồn gây phú dưỡng

Như vậy, qua các nguồn gây phú dưỡng hóa, ta thấy rằng, không chỉ có hoạt động của con người ở ngay cạnh các hệ sinh thái nước ngọt mới gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, mà những hoạt động nhân sinh cách xa đó hàng trăm km mới là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng này, đây chính là một khó khăn trong việc

xử lý vấn đề phú dưỡng

1.1.3.3 Cơ chế hình thành phú dưỡng hóa

Diễn biến của quá trình phú dưỡng trong hệ sinh thái nước ngọt:

Trong các hệ sinh thái nước ngọt, luôn tồn tại sẵn các loài tảo và một hàm lượng nhất định các chất nitơ, photpho để đảm bảo sự phát triển bình thường của các hệ sinh thái này

Khi nồng độ nitơ, photpho tăng lên, nó sẽ kích thích sự phát triển của tảo – gọi là hiện tượng “tảo nở hoa” đó là sự phát triển một cách vượt bậc về số lượng các loài tảo trong hệ sinh thái nước Tùy thuộc vào sự tham gia của loài tảo vào hiện tượng “tảo nở hoa” mà số lượng tảo phát triển ở các mức độ khác nhau Ở điều kiện bình thường, tảo có 10 – 100 tế bào/ml nước, còn trong điều kiện phú dưỡng tảo có thể lên tới 104 – 105

tế bào/ml nước (thậm chí lên tới hàng triệu tế bào/ml nước – loài Gyrodinium aureulum), kéo theo đó là sự đổi màu của nước; đây là dấu hiệu dễ nhận biết nhất của hệ sinh thái nước ngọt bị phú dưỡng Tuy nhiên không phải lúc

nào hiện tượng này cũng xảy ra, có những trường hợp tảo nở hoa nhưng không làm thay đổi màu nước Trong hệ sinh thái nước ngọt, thường có tảo lục, tảo lam hay tảo giáp do vậy nước thường đổi màu xanh

Hình 1.2 Sự khác biệt giữa hồ bình thường và hồ phú dưỡng

Tảo phát triển bao nhiêu thì cũng có một lượng lớn tảo bị chết đi Khi tảo chết đi sẽ được các vi khuẩn phân hủy, chúng lấy đi O2 khuếch tán trong môi trường nước để phân hủy tảo chết:

(CH2O)106(NH3)H3PO4 + 138O2 106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4Như vậy để phân hủy 1 phân tử tảo thì vi khuẩn đã lấy đi của môi trường 276 nguyên tử oxi, làm giảm nồng độ oxi làm cho các loài cá và sinh vật thủy sinh khác không đủ oxi mà chết ngạt

Lúc đầu ảnh hưởng còn nhỏ, sinh khối tăng ít Quá trình tiếp tục, dần dần dẫn đến toàn bộ hệ sinh thái của hệ thống bị xáo trộn Những thay đổi chủ yếu diễn

ra trongthành phần các loài thực vật nổi, chủ yếu sinh sôi các loài “nở hoa” gồm cả tảo lục độc Với sản lượng tảo tăng lên làm cho độ đục tăng, độ xuyên ánh sáng giảm, gây tổn thất cho hệ thực vật dưới nước Các hệ thực vật này là thức ăn cho các hệ động vật hồ, là nơi cư trú của cá và động vật không xương sống Do tổn thất này, các loài động vật không xương sống bị cạn kiệt, thành phần của quần xã cá bị thay đổi Đặc biệt là vào mùa xuân, khi nhiệt độ, ánh sáng tăng lên và nước phân tầng, sinh khối tảo tăng nhanh, rồi chết đi rơi xuống đáy, tạo thành lớp trầm tích ở

đáy hồ, lâu ngày làm cho hồ nông dần đi Môi trường đáy là nơi nồng độ O2 rất thấp, các vi khuẩn phân hủy trong điều kiện yếm khí, kết quả là sinh ra các khí như

H2S, NH3, SO2… gây mùi hôi thối, làm nước bị vẩn đục, có màu đen hoặc xám đen

1.1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phú dưỡng

b Độ sâu của hồ

Hồ càng sâu thì các chất dinh dưỡng sẽ bị lắng xuống tầng đáy, cách xa phạm vi sinh sống ở tầng mặt do vậy hạn chế được hiện tượng “tảo nở hoa”

c Khả năng lưu chuyển nước

Nước mà lưu chuyển càng nhanh thì sẽ kéo các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ sinh thái, khiến cho các loài tảo không đủ thời gian để sử dụng các chất dinh dưỡng này Những ao, hồ tụ đọng, không có sự lưu thông dòng chảy mà nguồn cung cấp nước chủ yếu từ nước ngầm, nước chảy tràn trên mặt còn nước đi ra do ngấm qua đất hay bốc hơi nước, có nguy cơ lớn dẫn đến hiện tượng phú dưỡng

d Các điều kiện khí hậu

Khi có các yếu tố về ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp thì sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển của tảo gây ra hiện tượng phú dưỡng

Tóm lại, hiện tượng phú dưỡng sẽ có tiềm năng phát triển ở hệ sinh thái nước ngọt mà hội tụ các yếu tố:

– Hàm lượng N, P cao (từ các nguồn do con người hay tự nhiên)

– Độ sâu thấp

– Khả năng lưu chuyển nước kém

– Các điều kiện khí hậu thuận lợi

1.1.2.5 Ảnh hưởng của sự phú dưỡng nguồn nước đến môi trường

 Đối với hệ sinh thái nước ngọt

Các tác động bao gồm:

+ Sự đa dạng các loài sinh vật giảm đi, loài thống trị bị thay đổi

+ Độ đục tăng lên

+ Tốc độ lắng tăng, tuổi thọ tối đa của hồ giảm

+ Giảm đa dạng sinh học của ao, hồ do các nguyên nhân:

 Nồng độ ôxy khuếch tán trong nước giảm, dẫn đến sự thiếu O2 cung cấp cho các loài cá và sinh vật thủy sinh trong hệ sinh thái, gây ra hiện tượng chết hàng loạt của các loài này

 Trong quá trình “tảo nở hoa”, đã sản sinh ra một số chất độc gây hại cho các loài sinh vật ăn tảo

 Nhiều loại tảo không có độc tuy nhiên với hình dạng gai, kim của tế bào và mật độ dày đặc đã gây nên cái chết cho cá và các loài động vật có mang khác Do vi tảo làm nghẹt mang các loài động vật, đưa đến việc hô hấp ngừng trệ và chết hàng loạt

Ví dụ: Hiện tượng quá giàu dinh dưỡng đã làm chết sạch các loài cá quan trọng về mặt thương mại ở hồ Erie (Bắc Mỹ) trong những năm 1950 – 1960 Khi những quy định chặt chẽ hơn về việc đổ thải được ban hành đã tạo điều kiện cho một số quần thể cá phục hồi trở lại nhưng nhiều loài cá và động vật không xương sống bản địa đã không thể khôi phục

Mối đe dọa của khu hệ động – thực vật ở nước xuất hiện thấy rõ nhất đó là hiện tượng thủy triều đỏ (red tide), hiện tượng nở hoa nước (water bloom), chỉ sự

nở hoa của các loài vi tảo Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/ml (thông thường có khoảng 10 – 100 tế bào vi tảo/ml, nhưng trong trường hợp “nở hoa” mật độ có thể lên trên 10.000 tế bào/ml) làm biến đổi màu của nước biển từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám (người dân ven biển thường gọi là nước cám, nước mùn cưa)

Hiện tượng thủy triều đỏ có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như:

nhiệt độ, độ mặn và hàm lượng muối dinh dưỡng cũng như các trường khí – thủy văn Ngoài ra, các chất thải từ hoạt động của con người như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch, sự phát triển của các nhà máy chế biến thủy sản, hóa chất… cũng

là một trong các nguyên nhân dẫn đến sự hình thành thủy triều đỏ Hầu hết các loài

vi tảo biển nở hoa thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm lượng oxy hòa tan suy giảm nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác đặc biệt là vi khuẩn

Tại Việt Nam, hiện tượng thủy triều đỏ cũng đã xảy ra ở nhiều nơi Tuy nhiên, khu vực biển Bình Thuận là nơi có tần suất nở hoa của vi tảo cao nhất, hiện tượng này dường như xảy ra hàng năm vào khoảng tháng 3 đến tháng 8, khi nhiệt

độ ấm lại và cường độ bức xạ cao nhất trong năm Đồng thời, nghề sản xuất giống thủy sản và nuôi lồng các loài tôm hùm, cá mú cũng thải ra môi trường một lượng dinh dưỡng đáng kể cũng là một điều kiện kích thích sự nở hoa Hiện tượng nở hoa nước thường xảy ra trong các hồ nước ngọt và các ao nuôi thủy sản

 Tác động tới con người

– Ảnh hưởng đến nguồn cung cấp nước

Nhiều vùng đã xử lý nguồn nước ở các hệ sinh thái nước ngọt để cung cấp cho các hoạt động hàng ngày Để đưa vào sử dụng, người ta tiến hành các phương pháp lọc, tuy nhiên sự tăng trưởng của các loài thực vật trôi nổi đặc biệt là tảo trong quá trình phú dưỡng đã gây cản trở cho việc làm sạch nước Số lượng tảo lớn đã làm tắc các bể lọc nước, nguồn nước sau khi lọc vẫn chứa một lượng đáng kể các loại tảo có kích thước nhỏ Sản phẩm phân hủy chúng đã tạo phức chất với Fe, Al dẫn đến tăng lượng kim loại trong nước, đồng thời các sản phẩm phân hủy đó còn thúc đẩy sự lớn mạnh của vi khuẩn, nấm và động vật không xương sống

– Ảnh hưởng đến sức khỏe

Nguồn nước chứa nhiều nitrat tiềm ẩn mối nguy hại lớn đối với sức khỏe con

người Trẻ em dưới 6 tháng tuổi có thể mắc bệnh Methaemoglobinaemia do uống

sữa bình chứa nhiều nitrat Nguyên nhân của bệnh này là do trẻ nhỏ có pH dịch vị rất thấp, dễ khử nitrat thành nitrit Khi ion nitrit thâm nhập vào máu, ở đó chúng ion

hóa Fe (II) trong phân tử hemoglobin thành Fe (III) làm giảm khả năng vận chuyển máu Gây nên bệnh thiếu máu có thể dẫn đến tử vong

Viện Tiêu chuẩn sức khỏe Châu Âu đề nghị tiêu chuẩn về nước uống nồng

độ nitrat không quá 50mg/l, tiêu chuẩn của Mỹ là 45mg/l Còn ở Việt Nam hàm lượng nitrat là 50mg/l (TCVN 6180 - 1996, ISO 7890-1988)

 Ảnh hướng đến giá trị du lịch, giải trí

Khi nước bị phú dưỡng, giá trị này thường giảm đi đáng kể Việc câu cá, bơi thuyền có thể bị cản trở do việc tạo váng trên bề mặt khi tảo nở hoa Các loài tảo phân hủy thường bốc mùi khó chịu, gây ảnh hưởng cảnh quan xung quanh

1.1.3.6 M t số biện pháp khống chế sự phú dưỡng nguồn nước

Như chúng ta đã biết, khả năng tự làm sạch các chất dinh dưỡng của nguồn nước bị hạn chế vì vậy cần phải có những phương pháp thích hợp để hạn chế hiện tượng phú dưỡng

a Trước khi bị phú dưỡng

Phương pháp hiệu quả nhất là xử lý nước thải chứa các dinh dưỡng với hàm lượng N, P lớn trước khi đổ ra nguồn nước

Các nhà máy cần phải có hệ thống để xử lý nước thải:

+ Xử lý sơ cấp: vật thể rắn được lấy ra từ các màn chắn, chỉ loại bỏ được 5 – 15% lượng dinh dưỡng

+ Xử lý thứ cấp: loại bỏ 30 – 50% các chất dinh dưỡng, vẫn còn các muối photphat, nitrat và amôn được thải ra sông, hồ

+ Xử lý tam cấp: cần thiết để loại bỏ phần lớn photpho có trong nước thải, có các biện pháp xử lý hóa học, vật lí hoặc sinh học Photphat có thể kết tủa bằng vôi tôi, hợp chất nhôm, hoặc sắt Kết tủa được tách ra ở các bể lắng đọng Quá trình này loại bỏ 90 – 95% lượng P Xử lý sinh học sử dụng khả năng của một vài vi sinh vật hút P nhiều hơn nhu cầu dinh dưỡng của chúng và dự trữ trong tế bào dưới dạng polyphotphat Những vi sinh vật này có thể tách khỏi nước cùng với bùn

Ngoài ra, có thể giảm dinh dưỡng đổ vào bằng cách thay đổi phương thức sử dụng đất trên lưu vực sông Ngăn chặn bào mòn, sử dụng có hiệu quả phân bón và phát triển các phương pháp xử lý phân động vật, hạn chế súc vật tới bên hồ

b Khi đã bị phú dưỡng

Hiện nay, có một số phương pháp được đưa ra để xử lý các hồ đã bị phú dưỡng trong đó có một biện pháp hữu hiệu và kinh tế đó là cách dùng các loài thực vật thủy sinh để loại bỏ bớt các chất dinh dưỡng ở trong hồ, đưa lượng chất dinh

dưỡng dư thừa trong nước hồ chuyển vào sinh khối của thực vật thủy sinh (hấp thụ thức ăn)

– Nạo vét các chất lắng đọng ở đáy để loại bỏ các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ sinh thái nước hồ, xử lý hóa học nước hồ bằng cách cho các hóa chất vào để làm giảm các chất dinh dưỡng trong hồ, ví dụ cho phèn nhôm vào nước gây phản ứng tạo ra một lớp màng cứng lên các chất lắng đọng ở đáy

Bên cạnh các phương pháp xử lý, một biện pháp không thể thiếu được là việc nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại cũng như cách kiểm soát hiện tượng phú dưỡng

1.1.4 Một số phương pháp xử lý sự phú dưỡng nguồn nước [5]

1.1.4.1 Khử chất dinh dưỡng bằng phương pháp thiếu khí

Xử lý nhằm loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải thường sử dụng phương pháp sinh học truyền thống dựa vào quá trình biến đổi:

(NH4+ NO2- NO3- N2

Để loại bỏ chất dinh dưỡng trong công trình xử lý nước thải, cần tạo ra trong

đó vùng thiếu khí (anoxic) Như vậy, thời gian lưu nước trong công trình sẽ tăng lên ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý cũng như tính kinh tế của công trình Năng lượng sinh ra được sử dụng để thực hiện các quá trình sinh tổng hợp, tạo tế bào mới và

VK Nitrosomonas VK Nitrobacter khử nitrat

một phần thoát nhiệt Điều kiện tối ưu cho sự phát triển các vi khuẩn nitrat hóa là pH: 7.5, lượng oxy hòa tan: 0.5mg/l, nhiệt độ từ: 50

C – 400C

1.1.4.2 Khử chất dinh dưỡng bằng phương pháp Anammox

Chuyển hóa các hợp chất nitơ thành dạng khí nitơ phân tử, con đường chuyển hóa này thực hiện bằng phương pháp sinh học thông qua các quá trình liên tiếp nitrat hóa và khử nitrat, thực hiện phản ứng oxy hóa khử trực tiếp giữa ammoni với nitrit bằng phương pháp vi sinh (quá trình Anammox), oxy hóa xúc tác trực tiếp ammoni thành khí nitơ bằng các chất oxy hóa mạnh

Các nghiên cứu, thử nghiệm và phân tích được trong phòng thí nghiệm đã chứng minh sự biến đổi ammoni được xem như một giải thích khả quan Hơn nữa, nhận thấy rằng sinh khối đỏ vốn được cho là đặc tính của các vi khuẩn sinh ra từ phản ứng Anammox trong cột phản ứng Trong đó quá trình khử ammoni trong điều kiện kỵ khí (quá trình Anammox) xảy ra trong điều kiện tự dưỡng mà NO2- đóng vai trò không thể thiếu do vi khuẩn Plactomycetales thực hiện Ammoni được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng với công nghệ mới này thì quá trình xử

lý đơn giản hơn ít tiêu tốn năng lượng và thời gian xử lý

1.1.4.3.Công nghệ kết hợp thiếu khí - Anammox

Theo cơ chế Anammox thì muốn khử ammoni thì môi trường đó phải có một lượng NO2

tương ứng Từ yêu cầu trên, ta có thể kết hợp quá trình anammox và thiếu khí nhằm rút ngắn thời gian xử lý nhưng hiệu suất vẫn đảm bảo, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công nghệ hiện đại

1.1.4.4 Công nghệ Wetland nhân tạo

Wetland nhân tạo được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải ở các nước trên thế giới như một giải pháp thân thiện với môi trường bằng công nghệ sinh thái, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng wetland nhân tạo còn khá mới mẻ, chưa được áp dụng phổ biến

Hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ wetland là bãi lọc trồng cây (constructed wetland) Có hai loại bãi lọc thường được áp dụng là bãi lọc trồng cây

ngập nước và bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm với dòng chảy ngang hoặc chảy đứng

Trong các loại bãi lọc trồng cây nêu trên, bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng có nhiều ưu điểm như hiệu quả xử lý cao (đặc biệt là các chất dinh dưỡng trong nước), dễ phân bố vật liệu lọc, loại bỏ được các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải, tốn ít diện tích cho hệ thống xử lý… Nhược điểm của phương pháp này chỉ là phải tạo ra sự chênh lệch về gradient dòng chảy

Ngoài ra, để đánh giá và dự báo sự phú dưỡng, có thể sử dụng chỉ tiêu sinh khối của phytoplankton (thực vật phù du), vì sự biến động của sinh khối này liên quan chặt chẽ đến sự phú dưỡng Có thể áp dụng mô hình toán học để xác định sinh khối của phytoplankton và dự báo sự biến động của chúng; đó là một trong những phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao, phạm vi áp dụng rộng rãi

1.1.4.5 Xanh hóa hồ bằng thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh là những loài cây sống, phát triển trong môi trường ngập nước Có 2 nhóm chính: nhóm thực vật nổi mặt nước và nhóm thực vật bám rễ xuống đáy hồ, còn thân lá có thể chìm hoặc nổi trên mặt nước Tùy theo điều kiện mặt nước để sử dụng các nhóm khác nhau Nhóm thực vật nổi được đánh giá cao và tập trung nghiên cứu nhiều vào các loại: bèo tây, bèo tấm, hoa súng…Trong điều kiện nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ, sẽ rất tốt cho thực vật thủy sinh phát triển, trong bộ rễ của thực vật thủy sinh chứa một hệ vi khuẩn phong phú giúp phân giải các chất hữu cơ làm thức ăn cho cây Thực tế cho thấy ao hồ có hệ thực vật thủy sinh phát triển mạnh, sử dụng hết chất hữu cơ hạn chế tảo phát triển, nước trong hơn Hệ rễ cũng giúp cố định các kim loại nặng độc hai đối với môi trường Thực vật thủy sinh giúp tăng lượng oxi hòa tan trong nước, cá tôm, trai, sò phát triển, cân bằng sinh thái bền vững

Việc sử dụng thực vật thủy sinh vào công nghệ xử lý nước thải được các nhà khoa học nghiên cứu từ khá lâu và áp dụng nhiều nơi khác nhau Thường hay dùng bèo Lục Bình, bèo Hoa Dâu, sen súng và một số loài cây thủy sinh khác để trồng trên các

ao hồ

1.2 Tổng quan về cây Lục Bình [14], [15]

1.2.1 Giới thiệu chung

Cây Lục Bình (tên khoa học

Eichhornia crassipes, tên Tiếng Anh water

hyacinth) hay còn gọi là Bèo Tây mọc cao

khoảng 30cm với dạng lá hình tròn, màu

xanh lục, láng và nhẵn mặt Lá cuốn vào

nhau như những cánh hoa Cuống lá nở

phình ra như bong bóng xốp ruột giúp cây

bèo nổi trên mặt nước Ba lá đài giống như

ba cánh Rễ Lục Bình trông như lông vũ sắc

đen buông rủ xuống nước Hình 1.3 Cây Lục Bình Lục Bình sinh sản rất nhanh nên dễ làm nghẽn ao hồ, kênh rạch Một cây mẹ

có thể đẻ nhiều cây con, số lượng cây có thể tăng lên gấp đôi trong vòng 2 tuần

Lục Bình là loại thủy sinh lọc nước có thể coi là đứng đầu, bộ rễ dài, dày

ngoài khả năng lắng lọc đục bẩn, kích thích hệ vi sinh, là nơi cư trú cho hàng trăm

loại vi sinh vật có ích, nó còn có khả năng ngậm các độc tố và kim loại nặng

Lục Bình là loài cây ưu nắng, phát triển mạnh nhất trong nước ấm và giàu

chất dinh dưỡng, pH thích hợp trong nước cho sự phát triển của loài thực vật thủy

sinh này là trung tính, nhưng nó cũng có thể chịu đựng ở giá trị pH từ 4 – 10 Đây là

một nhân tố quan trọng bởi dựa vào điểm mà có thể sử dụng Lục Bình để xử lý

nước thải ở các nồng độ khác nhau Nhiệt độ tối ưu của nước cho sự phát triển của

cây là 280C – 300C, trên 330C thì ức chế sự phát triển (Knipling et al., 1993)

Nhiệt độ tối ưu của không khí 210

C – 300C Sau 12h chịu đựng ở nhiệt độ

C  -50C, nhưng nó sẽ chết ở khoảng nhiệt độ -60C  -70C và không thể

phát triển được ở những nơi có nhiệt độ trung bình -10

C Vì thế những vùng lạnh

mà muốn thiết lập hệ thống này cần thiết phải xây dựng hệ thống nhà kính để đảm

bảo điều kiện tối ưu cho sự sinh trưởng và sinh trưởng và phát triển của loài thực vật này (Reed and Bastian, 1980)

Độ ẩm không khí thấp từ 15% – 40% cũng là yếu tố giới hạn để kiềm hãm sự phát triển của Lục Bình

Lục Bình chịu được hạn hán khá tốt bởi vì chúng có thể tồn tại ở những vùng đất mùn ẩm ướt lên tới vài tháng (Paraja, 1934)

Độ mặn là yếu tố chính cản trở sự phát triển của Lục Bình ở những vùng sườn (Olivares and Colonnello, 2000) De Casabianca and Laugier (1995) đã nghiên cứu

số lượng của loài sinh vật trong mối tương quan với các giá trị thay đổi của độ mặn, đồng thời theo dõi phản ứng của cây với nồng độ muối cao bằng cách ghi nhận các triệu chứng xuất hiện ở các cường độ khác nhau Họ đã kết luận rằng số lượng của Lục Bình giảm và sự hoại tử trên lá và cuống lá xuất hiện sớm cùng với sự gia tăng nồng độ muối Thí nghiệm cũng đã chỉ ra rằng với nồng độ muối cao nhất là 6g NaCl/l thì không có sự gia tăng về số lượng và hiện tượng hoại tử trên lá và cuống

lá xảy ra chỉ một vài giờ sau khi xử lý Sau 3 ngày, tất cả các chồi đều bị thối rữa

1.2.2 Lục Bình với khả năng làm giảm sự phú dưỡng của nguồn nước

Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng Lục Bình có khả năng loại bỏ chất rắn lơ lửng; giảm BOD; giảm các hợp chất của nito và photpho trong nước thải sinh hoạt

và nước thải công nghiệp với hiệu quả cao Cơ sở khoa học cho việc xử lý nước thải

là do sự cộng tác hiệu quả giữa hệ sinh vật phát triển trong bộ rễ và sự sinh trưởng của Lục Bình (O’Brien, 1981, Wolverton and Me Donald, 1979) Rễ và một phần thân của Lục Bình là nơi đặc biệt thích hợp cho sự phát triển các loài vi khuẩn

Bộ rễ với sự phát triển cực kì mạnh của hệ thống lông hút và cấu tạo đặc biệt của rễ với nhiều mô xốp gồm nhiều ống dẫn khí thuận lợi cho việc cung cấp oxy quá trình phân hủy hiếu khí của hệ sinh vật bám trên rễ Có thể nói bộ rễ Lục Bình

là giá thể thuận lợi cho các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò quan trọng trong việc phân giải các hợp chất hữu cơ trong nước thải Bên cạnh việc tạo điều kiện tốt cho

vi sinh vật tăng trưởng, hệ thống rễ còn là môi trường tốt cho quá trình lọc nước và hấp phụ vật chất lơ lửng, chất dinh dưỡng và kim loại nặng như crom, đồng, cadimi thí nghiệm của Maine et al (1999) đã chứng minh được rằng 72% cadimi

được loại bỏ từ hệ thống này Hiệu quả loại bỏ nitơ khoảng 10% – 90%, photpho 35% – 80%, khoảng 60% BOD5, 43% chất lơ lửng (U.S EPA, 1988)

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng thực vật thủy sinh hiện nay

1.3.1 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Thực vật thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, là tác nhân làm sạch nước tự nhiên Cây thủy sinh có trong nước sẽ làm thay đổi đặc điểm hóa học của nước thải, có tác dụng làm các chất dinh dưỡng trong đất chuyển đổi, chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển Thực vật thủy sinh trong môi trường nước tham gia chu trình vận chuyển thủy văn nước mặt và nước ngầm Có nhiều vai trò nổi bật ảnh hưởng của cây thủy sinh trong nước, đặc biệt là nước thải:

– Vai trò quan trọng nhất của thực vật trong xử lý nước thải là tác động lý học của nó Chúng làm ổn định bề mặt đất ngập nước Làm giảm vận tốc dòng chảy, làm tăng khả năng lắng và giữ lại các chất rắn của nước thải trong khu vực xử lý nước nhân tạo, tăng khả năng hấp thụ đạm và ion, giúp tạo nguồn oxy để cho các hoạt động phân hủy các chất ô nhiễm của các vi sinh vật hiếu khí

– Ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của đất, khi chúng ta nhổ cây sẽ tạo nên những lỗ rỗng lớn làm tăng sự thẩm thấu của nước và gia tăng tác động qua lại giữa thực vật và nước thải

– Phóng thích các hợp chất hữu cơ thông qua rễ của chúng

– Tạo một diện tích lớn cho vi khuẩn bám và phát triển màng sinh học Vi khuẩn chịu trách nhiệm chính trong việc phân hủy các chất ô nhiễm, kể cả quá trình khử đạm Khi các phần cơ thể thực vật chết đi sẽ tạo thành giá bám cho các vi sinh vật

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng thực vật thủy sinh hiện nay trên thế giới

Thí nghiệm đầu tiên về hệ thống thủy sinh xuất hiện đầu tiên ở Mỹ vào đầu những năm 70 ở Texas, ngày nay có thể thấy ở miền Nam nước Pháp (de Casabianca and Laugier, 1995), Brazil (Mangabeira et al., 2004), Argentina (Maine

et al., 2001), India (Babu et al., 2003; Singhal and Rai, 2003), China (So et al.,

2003) và một số quốc gia khác Xu thế hiện nay là tận dụng khả năng của Lục Bình, ứng dụng các nguyên lý sinh thái học để nghiên cứu thiết lập các thông số kĩ thuật

để xây dựng hệ sinh thái bán nhân tạo và hệ sinh thái nhân tạo trong đó sử dụng Lục Bình là tác nhân của quá trình xử lý nước thải trong hệ sinh thái đó (Yan, 1986,1987) Phần lớn các nghiên cứu hiện nay là là tập trung trong việc sử dụng Lục Bình để xử lý nước thải bậc 3, xử lý triệt để các hợp chất chứa nitơ, photpho

1.3.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng thực vật thủy sinh hiện nay ở Việt Nam

Ở Việt Nam, khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho hoạt động của các loài vi khuẩn, tảo phân giải chất hữu cơ cùng với hệ thống các loài thực vật nước phong phú, việc sử dụng thực vật thủy sinh có thể là công trình xử lý nước thải có hiệu suất cao, hiệu quả kinh tế lớn

– Từ năm 1985 – 1990, Dương Đức Tiến đã nghiên cứu sử dụng tảo trong việc xử lý nước thải của xí nghiệp Liên hợp phân đạm hóa chất Hà Bắc cho thấy: sau 3 ngày nuôi cấy tảo nồng độ amoni từ 150mg/l giảm xuống tới 0.05mg/l (tiêu chuẩn cho phép là 0.02mg/l)

– Ở một số nơi như An Giang, Hậu Giang người ta cũng đã sử dụng Lục Bình, cỏ muỗi nước để xử lý nước thải từ các trại chăn nuôi gia súc, nước thải từ các trại chăn nuôi chứa rất nhiều nitơ, photpho và những hợp chất vô cơ có thể hoà tan được Rất khó tách những chất thải này khỏi nước bằng cách quét rửa hay lọc thông thường Kết quả nghiên cứu cho thấy sau vài ngày cho nước thải chảy vào bể

mở có bèo Lục Bình hoặc cỏ muỗi nước Mặt nước trong bể được cây che phủ (mật

độ khoảng 400 cây/bể) Nếu là bèo Lục Bình, bể có thể làm sâu tuỳ ý, đối với cỏ muỗi nước thì để nước nông một chút, độ sâu bể xử lý khoảng 30cm Cỏ muỗi nước cần thời tiết mát mẻ, còn bèo Lục Bình phù hợp với thời tiết ấm Kích cỡ của bể tuỳ thuộc vào lượng nước thải cần được xử lý Bể có thể chứa nước thải chuồng nuôi khoảng 30 ngày Nước thải được giữ trong bể xử lý 10 ngày Thời gian này, lượng photpho trong nước giảm khoảng 57 – 58%, 44% lượng nitơ được loại bỏ, BOD5 giảm khoảng 80 – 90% Những biện pháp xử lý nước thải theo cách này đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu Nước thải ra sông hồ, suối một cách an toàn mà không cần

xử lý thêm