Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh

Một vai trò hết sức quan trọng của đất ngập nước đó là khả năng đồng hóa và xử lý chất ô nhiễm bởi tự nhiên và các hoạt động của con người gây ra… Ngày nay trên thế giới, việc sử dụng đấ

-NGUYỄN THỊ THANH HUỆ

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

-NGUYỄN THỊ THANH HUỆ

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

-NGUYỄN THỊ THANH HUỆ

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN THỊ LOAN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 7

TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƯỚC 7

1.1 Khái quát về Đất ngập nước 7

1.1.1 Các định nghĩa về Đất ngập nước 7

1.1.2 Chức năng của đất ngập nước 9

1.2 Khái quát nhóm thực vật đất ngập nước 10

1.2.1 Giới thiệu chung 10

1.2.2 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh 10

1.3 Các loại hình đất ngập nước và quá trình xử lý trong đất ngập nước 14

1.3.1 Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước 14

1.3.2 Các loại hình đất ngập nước 15

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.1.1 Nguồn nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Thị xã Hùng Quốc, Huyện Trà Lĩnh 30

2.1.2 Thực vật lựa chọn trong đất ngập nước 34

2.2 Phương pháp nghiên cứu 35

2.2.1 Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 35

2.2.2 Phương pháp điều tra và phỏng vấn ngoài thực địa 36

2.2.3 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 36

2.2.4 Phương pháp chuyên gia 36

2.2.5 Phương pháp phân tích tổng hợp đánh giá 36

2.2.6 Các phương pháp tính toán 36

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác của một số hệ thống đất ngập nước trên thế giới và Việt Nam 40

3.2 Kết quả nghiên cứu về tính khả thi của loài thực vật lựa chọn 47

3.3 Đề xuất mô hình xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp rác thải của thị trấn Hùng Quốc – Huyện Trà Lĩnh – Tỉnh Cao Bằng 51

3.4 Mô hình hệ thống xử lý nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 617

PHỤ LỤC……… ……… 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Ví dụ về các hệ đất ngập nước kết hợp 20Bảng 1.2 Vai trò của thực vật trong đất ngập nước 24Bảng 2.1 Dự báo quy mô dân số của thị trấn Hùng Quốc từ năm 2009 - 2025 26Bảng 2.2 Dự báo lượng rác thải của thị trấn Hùng Quốc từ năm 2009-2025 27Bảng 2.3 Thành phần chất thải tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 28Bảng 2.4 Giá trị trung bình của các thông số trong nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc (trước bể lắng) 30Bảng 3.1 Đặc điểm chung của đất ngập nước nhân tạo cho xử lý nước rỉ rác tại Slovenia 39Bảng 3.2 Thành phần nước rỉ rác với các giá trị trung bình cho các thông số chính theo dõi trong dòng vào (I) và thoát ra (O) của ba hệ thống đất ngập nước nhân tạo trong thời gian nghiên cứu.) tại Slovenia 39Bảng 3.3 Giá trị trung bình các thông số trong nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc (trong bể lắng) 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Thực vật nổi 8

Hình 1.2 Thực vật ngập nước 9

Hình 1.3 Thực vật trôi nổi 10

Hình 1.4 Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải 12

Hình 1.5 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật nổi 13

Hình 1.6 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước với thực vật ngập nước 14

Hình 1.7 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật trôi nổi 15

Hình 1.8 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang 16

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng từ trên xuống 17

Hình 1.10 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng 18 Hình 2.1 Bãi rác thị trấn Hùng Quốc- Huyện Trà Lĩnh 28

Hình 2.2 Máng thu nước đặt dưới chân núi tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 29

Hình 2.3 Bể thu nước mưa và nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 29

Hình 3.1 Phân biệt hai giống cỏ Vetiver 46

Hình 3.2 Mô hình hệ thống kết hợp VF-HF tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 51 Hình 3.3 Mô hình tổng thể của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 53

MỞ ĐẦU

Sự phát triển ngày một cao của nền kinh tế đi đôi với quá trình đô thị hóa

đã làm cho diện tích đất ngày càng thu hẹp trong đó có quá trình chuyển hóa đất ngập nước sang sản xuất nông nghiệp hoặc nuôi trồng thủy sản hay san lấp để tạo ra các vùng đất cho phát triển công nghiệp, đô thị

Trong khi đó, đất ngập nước lại có một vai trò hết sức quan trọng đối với cuộc sống con người, nhất là đối với những người dân sống trong và gần những vùng đất ngập nước như là: lương thực, thực phẩm, vật liệu làm nhà cửa,… Bên cạnh đó, nó còn có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, cân bằng sinh thái, duy trì đa dạng sinh học, điều tiết dòng chảy, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu Một vai trò hết sức quan trọng của đất ngập nước đó là khả năng đồng hóa và xử lý chất ô nhiễm bởi tự nhiên và các hoạt động của con người gây ra…

Ngày nay trên thế giới, việc sử dụng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước ô nhiễm rất được quan tâm do việc sử dụng đất ngập nước tương đối rẻ,

dễ vận hành, có khả năng cải thiện tình trạng của hệ sinh thái khu vực và duy trì khả năng bảo vệ môi trường của đất ngập nước Ở Việt Nam cũng có một

số nghiên cứu như: sử dụng đất ngập nước để xử lý nuớc thải mỏ hay xử lý nước thải làng nghề Phong Khê – Bắc Ninh,… Nhưng chưa được áp dụng rộng rãi với các loại nước thải khác nhau bởi mối tương quan giữa các yếu tố môi trường đến hiệu quả xử lý vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện dẫn đến hiệu quả xử lý trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo là chưa cao Do

đó việc học hỏi từ những bài học trên thế giới là cần thiết để nghiên cứu và ứng dụng hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp, thân thiện với môi trường và phù hợp với điều kiện nuớc ta Vì vậy, nên chúng tôi chọn đề

tài nghiên cứu: “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh”

Các nội dung nghiên cứu gồm:

- Tổng quan về vùng đất ngập nước tự nhiên và nhân tạo

- Các loài thực vật thủy sinh được sử dụng trong xử lý nước thải

- Ứng dụng đất ngập nước ở Việt Nam, bài học kinh nghiệm trên thế giới trong xử lý nước rỉ rác

- Thiết kế mô hình đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác tại thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh- tỉnh Cao Bằng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT

ĐẤT NGẬP NƯỚC 1.1 Khái quát về Đất ngập nước

1.1.1 Các định nghĩa về Đất ngập nước

Thuật ngữ “Đất ngập nước” - ĐNN được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tuỳ theo quan điểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau Các định nghĩa về đất ngập nước có thể chia làm 2 nhóm chính: nhóm thứ nhất theo định nghĩa rộng và nhóm thứ hai theo định nghĩa hẹp

- Các định nghĩa về đất ngập nước theo nghĩa rộng như định nghĩa của công ước Ramsar, định nghĩa theo chương trình điều tra đất ngập nước của

Mỹ, Canada, Niu Di-lân và Ôxtrâylia

+ Theo công ước Ramsar (năm 1971) đất ngập nước được định nghĩa như sau: "Đất ngập nước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ,

là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủy triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m."

+ Theo chương trình quốc gia về điều tra đất ngập nước của Mỹ: về vị trí phân bố, đất ngập nước là những vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và những hệ sinh thái thuỷ vực Những nơi này mực nước ngầm thường nằm sát mặt đất hoặc thường xuyên được bao phủ bởi lớp nước nông Đất ngập nước phải có một trong ba thuộc tính sau:

Có thời kỳ nào đó, đất thích hợp cho phần lớn các loài thực vật thủy sinh Nền đất hầu như không bị khô

Nền đất không có cấu trúc rõ rệt hoặc bão hòa nước, bị ngập nước ở mức cạn tại một số thời điểm nào đó trong mùa sinh trưởng hàng năm

+ Theo các nhà khoa học Canada : "Đất ngập nước là đất bão hòa nước trong thời gian dài đủ để hỗ trợ các quá trình thủy sinh Đó là những nơi khó tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt động sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt."

+ Theo các nhà khoa học Niu Di-lân : "Đất ngập nước là một khái niệm chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên Những vùng đất ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất và nước Nước có thể là nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn Đất ngập nước ở trạng thái

tự nhiên hoặc đặc trưng bởi các loại thực vật và động vật thích hợp với điều kiện sống ẩm ướt."

+ Theo các nhà khoa học Ôxtrâylia: "Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm những bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thuỷ triều xuống thấp."

+ Định nghĩa do các kỹ sư quân đội Mỹ đề xuất và là định nghĩa chính thức tại Mỹ: "Đất ngập nước là những vùng đất bị ngập hoặc bão hoà bởi nước bề mặt hoặc nước ngầm một cách thường xuyên và thời gian ngập đủ để

hỗ trợ cho tính ưu việt của thảm thực vật thích nghi điển hình trong điều kiện đất bão hoà nước Đất ngập nước nhìn chung gồm: đầm lầy, đầm phá, đầm lầy cây bụi và những vùng đất tương tự."

- Những định nghĩa theo nghĩa hẹp thì nhìn chung đều xem đất ngập nước như đới chuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi trường trên cạn và ngập nước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự phát triển của một hệ thực vật đặc trưng

Hiện nay định nghĩa theo công nước Ramsar là định nghĩa được nhiều

người sử dụng

1.1.2 Chức năng của đất ngập nước

- Nạp nước ngầm: nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng

- Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa như bồn chứa tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế lũ ở vùng hạ lưu

- Ổn định vi khí hậu: do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O2 và

CO2 trong khí quyển làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định

- Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn : nhờ lớp phủ thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng làm giảm sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt

- Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm: vùng đất ngập nước được coi như là bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc (chất thải sinh hoạt và công nghiệp)

- Giữ lại chất dinh dưỡng: làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó

- Sản xuất sinh khối: rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi tạo ra nguồn sinh khối lớn, làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũng như vật nuôi

- Giao thông đường thủy: hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển đường thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương

- Giải trí, du lịch: các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim (Tam Nông, Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí

1.2 Khái quát nhóm thực vật đất ngập nước

1.2.1 Giới thiệu chung

Thực vật đất ngập nước ngoài khả năng sản xuất sinh khối, còn là thành phần then chốt của hệ sinh thái đất ngập nước bởi vì chúng cung cấp lớp vỏ che chở cho sự sinh sản, nơi ẩn náu thú săn mồi và nơi nghỉ cho các vật ở dưới nước cùng nhiều loài hoang dã Theo đó, thực vật ĐNN tạo dựng nên những chức năng hữu ích của ĐNN, chúng có giá trị xã hội đáng kể như quản

lý chất cặn và sự vận chuyển chất dinh dưỡng Những giá trị về giải trí và giá trị cảnh quan thẫm mỹ được cải thiện nhờ quản lý thành công thực vật ĐNN Thực vật ĐNN có sự thích nghi về tổ chức cơ thể, hình thái, chức năng cho phép chúng tiếp tục tồn tại trong những điều kiện khắc nghiệt Trong nhiều hệ sinh thái ĐNN, thực vật ĐNN tái sinh bằng hạt trong suốt những thời kỳ phơi dài đủ để nảy mầm và thiết lập hạt giống Mặt khác, sự phơi và làm ẩm lại của hạt sẽ quyết định giải phóng hạt khỏi tình trạng ngủ, giai đoạn

ẩm - lạnh cũng làm tăng phần nào của tình trạng này Sự sống tiếp tục và sự phát triển của hạt phụ thuộc vào khả năng chịu ngập trong nước hoàn toàn hoặc đối với cây mọc cao đủ để các lá cây duỗi thẳng đến khu vực phía trên mặt nước

1.2.2 Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh

- Các loại thực vật thuỷ sinh tuy không đa dạng bằng các loài phát triển trên cạn, nhưng thực vật thuỷ sinh cũng phát triển phong phú ở nhiều nơi trên trái đất đặc biệt là ở những vùng có khí hậu nóng ẩm nhưng vùng xích đạo, cận xích đạo

Trong quá trình phát triển chịu sự ảnh hưởng rất lớn của các điều kiện môi trường nước như :

+ Nhiệt độ

+ Ánh sáng

+ Chất dinh dưỡng và các chất có trong nước

+ pH của nước

+ Chất khí hoà tan trong nước

+ Độ mặn (hàm lượng muối) có trong nước

+ Chất độc hại có trong nước

+ Dòng chảy của nước

+ Sinh thái của nước

- Thực vật thuỷ sinh là những loài có khả năng thích nghi cao với môi trường sống ngập trong nước và một số trong các loài đó có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nguồn nước với hiệu quả rất cao Thực vật thuỷ sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm có thể chia làm 3 loại: nhóm thực vật ngập nước, nhóm thực vật trôi nổi, nhóm thực vật nửa ngập nước

1.2.2.1 Thực vật nổi

Thực vật nổi là những dạng chiếm ưu thế trong vùng đất ngập nước và đầm lầy, phát triển trong một phạm vi mực nước từ 0,5 m dưới mặt đất đến độ sâu 1,5 m hoặc sâu hơn nữa (Hình 1.1) Nói chung, chúng có thân và lá cây tiếp xúc với không khí và hệ thống rễ lớn Thân và lá của thực vật nổi có nhiều điểm tương đồng với các loại thực vật trên mặt đất về hình thái học và

sinh lý Các cây một lá mầm, chẳng hạn như Phragmites và Typha, hình thành

các lá thẳng đứng từ hệ thống thân rễ và rễ

Hình 1.1 Thực vật nổi

Hệ thống rễ và thân rễ của các loại cây này tồn tại vĩnh viễn trong trầm tích kỵ khí và phải lấy ôxy từ các cơ quan trên không để phát triển Tương tự, những tán lá non dưới nước phải có khả năng hô hấp kị khí trong thời gian ngắn cho đến khi sống được trên mặt nước

1.2.2.2 Thực vật ngập nước

Là những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới mặt nước) Đặc điểm quan trọng của các loài thực vật ngập nước là chúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong nước 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 rễ và lá lơ lửng trong lòng nước (Hình 1.2) Ví dụ về các thực vật ngập nước bao gồm

Cacomba caroliniana (rong chó), Ceratophyllum spp (rong nước), Potamogeton spp (Cỏ ao), Utricularia spp (rong chìm dưới nước)

Hình 1.2 Thực vật ngập nước 1.2.2.3 Thực vật trôi nổi

Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước 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 (Hình 1.3) 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

Nhóm thực vật này bao gồm các loài sau : bèo lục bình (Eichhornia

crassipes), bèo tấm (Lemaceae), rau diếp (Pistia stratiotes L.), rau muống (Ipomoea aquatica Forsh), rau má (Hydrocotyle umbellata L.)… Những loài

thực vật này nổi trên mặt nước và chúng thường chuyển động trên mặt nước theo gió thổi và theo dòng chảy của nước

kể chất lượng nước thải song khả năng xử lý chưa được xác định rõ (Brix, 1993a) Trong vài thập kỷ qua, việc sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải mới được tập trung nghiên cứu và thực hiện một cách có kiểm soát Vai trò của các vùng đất ngập nước trong việc cải thiện chất lượng nước đã trở thành

đề tài ngày càng được quan tâm cho việc bảo tồn vùng đất ngập nước tự nhiên

và xây dựng hệ thống đất ngập nước để xử lý nước thải (Bastian, 1993) Đất ngập nước nhân tạo có thể được xây dựng với mức độ kiểm soát lớn hơn, do

đó cho phép thiết lập các điều kiện thử nghiệm để xử lý các loại các loại chất

ô nhiễm với các loài thực vật và kiểu dòng chảy khác nhau Những nghiên cứu xây dựng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải bắt đầu vào những năm 1950 ở Đức (Seidel, 1976), ở Hoa kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển mạnh trong những năm 1990, người ta xây dựng nhiều hệ thống xử

lý nước thải bằng đất ngập nước và áp dụng rộng rãi không chỉ để xử lý nước thải đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu công nghiệp, vùng khai

khoáng và nước thải nông nghiệp

1.3.2 Các loại hình đất ngập nước

Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dòng chảy, môi trường và các loài thực vật trồng trên bãi lọc Ta có thể phân loại bãi lọc trồng cây (đất ngập nước) thành hai loại:

1.3.2.1 Đất ngập nước tự nhiên

Nhìn chung, ĐNN tự nhiên xử lý được nước thải từ đô thị, công nghiệp, nước mưa và nông nghiệp Nhân tố quan trọng nhất trong việc quyết định ĐNN hoạt động như một hệ thống xử lý đó là thực vật Nhiều loài cây thuộc ĐNN tự nhiên không thể sống lâu do sự gia tăng nhiều dòng chảy (theo EPA,1993) Chỉ một số ít trong tổng số các loài vùng ĐNN thích nghi được trong môi trường nước tự nhiên, dù vậy có ba loại ĐNN tự nhiên thể hiện được chức năng xử lý nước thải và nước mưa như: (1) đầm lầy, (2) vùng đất ngập lũ, (3) vùng đất bụi cây rậm Nhìn chung, đây là ba loại hình ĐNN cơ bản thích hợp xử lý: (1) dòng chảy ngang cố định trong một hồ, (2) dòng chảy ngang cố định trong một con sông và (3) dòng chảy thẳng đứng hay chéo vận chuyển trong mặt đất nghiêng và cố định trong một vùng nhận nước

1.3.2.2 Đất ngập nước nhân tạo

Hệ thống đất ngập nước nhân tạo là các hệ thống được thiết kế và xây dựng nhằm tận dụng các quá trình tự nhiên kết hợp với sử dụng đất, thảm

thực vật ngập nước và hệ vi sinh vật để xử lý nước thải Các loại nước nhân tạo được trình bày trong Hình 1.4

So với hệ đất ngập nước tự nhiên, hệ đất ngập nước nhân tạo được kiểm soát tốt hơn, do đó tạo cơ sở cho việc thiết lập các hệ thống xử lí nước thải thử nghiệm với hàm lượng chất ô nhiễm, loại thực vật và kiểu dòng chảy được xác định rõ ràng Ngoài ra, hệ đất ngập nước nhân tạo còn có thêm một

số ưu điểm so với các vùng đất ngập nước tự nhiên bao gồm việc lựa chọn vị trí, đa dạng về kích thước, và quan trọng nhất là tải thủy lực và thời gian lưu

được kiểm soát chặt chẽ (Brix, 1993a)

Hình 1.4 Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải

a Các hệ thống dòng chảy bề mặt

Đất ngập nước với dòng chảy bề mặt còn gọi là đất ngập nước nhân tạo dòng chảy tràn trên bề mặt (Free water surface constructed wetlands - FWS CW) bao gồm các lưu vực hoặc các kênh, với đất hoặc các vật liệu khác thích hợp cho thực vật có rễ và mực nước chảy qua hệ tương đối nông, vận tốc dòng chảy nhỏ, và có thân cây và lá cây điều tiết lưu lượng nước, nhất là các kênh dài, hẹp, đảm bảo điều kiện dòng chảy không bị xáo trộn Một trong

những mục đích thiết kế chính của hệ là cho nước thải tiếp xúc với bề mặt sinh học hoạt động (Kadlec và Knight, 1996) Các FWS CW có thể được phân loại theo các loại thực vật như sau:

a.1 Hệ thống với thực vật nổi

Đất ngập nước dòng chảy tràn trên bề mặt với thực vật nổi (Hình 1.5) là một lưu vực nông hoặc chuỗi các lưu vực, có chứa 20-30 cm đất rễ, với độ sâu 20-40 cm Thảm thực vật dày đặc nổi lên bao phủ gần hết bề mặt, thường

là trên 50%

Hình 1.5 Sơ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo

với thực vật nổi ( Vymazal, 2001a)

Đất ngập nước dòng chảy tràn bề mặt với thực vật nổi có chức năng như

hệ thống xử lý sinh học đất thâm canh Nước vào có chứa các hạt rắn lơ lửng

và các chất ô nhiễm hòa tan chảy tràn vào vùng nước nông và thực vật nổi (Kadlec và Knight, 1996) Loại bỏ chất rắn lơ lửng thường là một quá trình vật lý khá nhanh chóng Các cơ chế loại bỏ chính là trầm tích, tổng hợp và độ bám dính bề mặt (QDNR, 2000) Các hạt lớn nhất và nặng nhất sẽ lắng trong vùng nước vào, trong khi các hạt nhỏ hơn và nhẹ hơn lắng sau khi chảy vào thảm thực vật đất ngập nước (QDNR, 2000) Các hạt nhỏ hơn cũng có thể không lắng trong thời gian lưu trong vùng đất ngập nước Đối với các hạt này Đất

cơ chế loại bỏ là bám dính vào những thực vật nổi và các màng sinh học đang phát triển trên bề mặt của các cây này

Chất hữu cơ lắng xuống được loại bỏ nhanh chóng trong các hệ thống dưới điều kiện tĩnh bởi lắng đọng và lọc Sự phát triển của vi khuẩn bám dính

sẽ loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan đang bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí Các con đường phân hủy cacbon trong đất ngập nước được xác định bởi

sự cân bằng giữa tải cacbon và nguồn oxy cung cấp Oxy được cung cấp cho các cột nước vùng đất ngập nước bằng cách khuếch tán qua màng ngăn cách không khí-nước và thông qua các hoạt động quang hợp của cây trong cột nước, cụ thể là thực vật bám dính và tảo đáy (Kadlec và cộng sự, 2000)

a.2 Hệ thống với thực vật ngập nước

Thực vật thủy sinh này có mô quang hợp hoàn toàn trong nước (Hình 1.6) Tuy nhiên chúng chỉ phát triển tốt trong môi trường nhiều ôxy, do đó không thể được sử dụng trong nước thải với hàm lượng chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học cao bởi vì sự phân hủy của vi khuẩn sẽ tạo điều kiện thiếu ôxy (Brix, 1993a)

Hình 1.6 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước với thực vật ngập nước (Vymazal ,2001a)

Do điều kiện giới hạn về nồng độ dinh dưỡng, ánh sáng, độ đục nên việc

sử dụng thực vật này dành cho xử lí cấp 3

a.3 Hệ thống với thực vật trôi nổi tự do

Đất ngập nước với thực vật nổi tự do bao gồm một hoặc nhiều ao nông,

và thực vật trôi nổi trên bề mặt (Hình 1.7) Thực vật trôi nổi rất đa dạng về hình thức và dạng hoạt động, từ các loài thực vật lớn với lá nổi và rễ ngập

nước rất phát triển (ví dụ, Eichhornia crassipes - lục bình hoặc Pistia

stratiotes - rau diếp), thực vật nổi bề mặt có ít hoặc không có rễ (ví dụ

Lemnaceae - bèo tấm, Lemna spp, Spirodela polyrhiza, Wolffia spp (Brix và

Schierup, 1989c)

Hình 1.7 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo

với thực vật trôi nổi (Vymazal, 2001a)

Chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu bởi vi khuẩn sống kí sinh và sống tự

do Hệ thống rễ của cây cung cấp diện tích bề mặt lớn cho vi sinh vật bám, do

đó tăng khả năng phân hủy các chất hữu cơ Thực vật trên bề mặt giảm thiểu những tác động do gió gây ra và loại bỏ các chất rắn lơ lửng thông qua lắng trọng lực Nitơ được loại bỏ thông qua sự hấp thu thường xuyên, quá trình bay hơi amoniac và nitrat hóa-khử nitrat Photpho có thể được loại bỏ bằng sự đồng hóa của vi sinh vật, kết hợp với các cation hóa trị hai, hoá trị ba hoặc hấp thụ vào đất sét và các chất hữu cơ

b Các hệ thống với dòng chảy ngầm

Đất ngập nước với dòng chảy ngầm có thể được phân loại theo hướng dòng chảy vào theo chiều ngang và thẳng đứng Đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng phân loại thành dòng chảy xuống và và dòng chảy lên, tùy theo nước được nạp từ trên mặt hay từ dưới đáy của đất ngập nước

b.1 Hệ thống dòng chảy ngang (Horizontal-SubSurface-Flow HSF)

Wetland-Hệ thống được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm qua tầng lọc xốp, dưới bề mặt của nền đất, trên một đường ngang cho tới dòng ra (Hình 1.8) Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các vùng hiếu khí, thiếu khí và kị khí Các vùng hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi O2 đi vào trong bề mặt Trong thời gian nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân huỷ sinh

học của vi sinh vật thông qua các quá trình hoá, lý

Hình 1.8 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang

(Vymazal – 2001a)

Các hợp chất hữu cơ được phân huỷ hiếu khí cũng tốt như kị khí bởi các

vi khuẩn bám dính xung quanh vùng dưới của thực vật (rễ, bầu rễ) và bề mặt lớp lọc Lượng O2 cần thiết cho phân huỷ hiếu khí được cung cấp trực tiếp bởi

sự khuếch tán từ không khí vào hoặc thấm O2 từ rễ thực vật

Các chất rắn chìm và lơ lửng không được loại bỏ trong hệ thống xử lý đầu tiên thì được loại bỏ hiệu quả bởi qúa trình lắng đọng Sự lắng đọng sẽ xảy ra trong những vùng ổn định của bất kì hệ thống HSF nào

Nitơ được loại bỏ trong các vùng đất ngập nước HSF bởi quá trình nitrat hóa và phản nitrat, sự bay hơi và hấp thụ Cơ chế loại bỏ nitơ chính là nitrat hóa và phản nitrat

Phốtpho được loại bỏ khỏi nước thải đầu tiên ở các hệ thống HSF bởi các phản ứng trao đổi ion, nơi mà PO43-

chiếm chỗ nước hoặc các nhóm OH- từ bề mặt của Fe(OH)2 hay Al(OH)3 Tuy nhiên, lớp lọc sử dụng trong các hệ thống HSF thường không chứa lượng lớn Fe, Al, Ca và bởi vậy, sự loại bỏ P nói chung chậm

b.2 Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ trên xuống

Hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng với dòng chảy từ trên xuống

được hình thành từ rất sớm ở Đức vào những năm 1970 (Hình 1.9)

Hình 1.9 Bố trí cơ bản của hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng

từ trên xuống (Cooper và cộng sự, 1996)

Hệ thống dòng chảy thẳng đứng bao gồm một lớp sỏi với cát, trồng thực vật Kích thước của sỏi ở lớp đáy khoảng 30-60mm và ở trên bề mặt khoảng 6mm Nước thải được cấp gián đoạn với lượng nước lớn và bao phủ toàn bộ

bề mặt của hệ thống Sau đó nước thải từ từ thấm xuống thông qua lớp lọc và được thu gom bởi hệ thống ống ở dưới đáy Kiểu cấp nước theo mẻ làm cho ôxy dễ dàng vận chuyển vào, do đó làm tăng khả năng nitơrát hóa Sự khuếch tán oxy từ không khí giúp quá trình oxy hóa tốt hơn so với vận chuyển oxy thông qua thực vật Mục đích chính của sự có mặt thực vật ở vùng đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng là giúp duy trì độ dẫn thủy lực

b.3 Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên

Với hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên, nước

thải được cấp vào từ đáy của hệ thống Nước sẽ được thấm ngược từ dưới lên phía trên và sau đó được thu gom nhờ hệ thống thu gom trên bề mặt (Hình 1.10)

Hình 1.10 Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng ( Vymazal, 2001a)

b.4 Dòng thủy triều

Hệ thống dòng thủy triều là một dạng thẳng đứng kiểu mới (Cooper, 2005) Cooper (2005) chỉ ra rằng hệ thống đất ngập nước với dòng chảy mô phỏng chế độ thủy triều được phát triển để giải quyết một số hạn chế của các

hệ thống thẳng đứng ban đầu, liên quan đến hiện tượng tắc nghẽn ở trên bề mặt Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy ngược từ dưới lên đã được sử dụng từ 20 năm trước nhưng chúng gặp phải vấn đề về việc phân phối nước ở bên dưới bề mặt và từ đó hệ thống này không còn được chú ý nhiều Trong hệ thống đất ngập nước mô phỏng chế độ thủy triều, nước thải được cấp vào từ đáy của hệ thống bên trong các ống thông khí Sau đó chúng sẽ thấm ngược lên phía trên cho đến khi bề mặt bị ngập hoàn toàn Khi đó, bơm sẽ được ngắt, nước thải được giữ lại trong hệ thống tiếp xúc với các vi sinh vật sống bám dính trên lớp vật liệu lọc Sau một thời gian, nước thải được rút khỏi hệ thống theo hướng từ trên xuống, đến đây chu trình hoàn thành và không khí lại được phân tán vào trong các lỗ hổng bên trong lớp lọc

c Hệ thống kết hợp

Các loại đất ngập nước có thể được kết hợp để đạt được hiệu quả xử lý cao hơn, đặc biệt là với xử lý nitơ Nhu cầu nước đầu ra yêu cầu quá trình nitrat hóa xảy ra hoàn toàn nhưng hệ thống dòng chảy ngang xử lý thứ cấp không thể làm điều này vì khả năng vận chuyển oxy hạn chế Hệ thống dòng thẳng đứng có khả năng vận chuyển oxy lớn hơn nhiều, và do đó, tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa tốt hơn Tuy nhiên, trong hệ thống dòng thẳng đứng sự khử nitrat xảy ra rất hạn chế Vì vậy, đã có một sự quan tâm ngày càng tăng trong các hệ thống lai (đôi khi được gọi là hệ thống kết hợp) Hệ thống lai thường gồm dòng thẳng đứng và dòng chảy ngang sắp xếp theo từng giai đoạn, tuy nhiên, tất cả các loại đất ngập nước đều có thể kết hợp được (Bảng 1.1) Nhiều hệ thống này được bắt nguồn từ hệ thống kết hợp được

phát triển bởi Seidel tại Viện Max Planck ở Krefeld, Đức Giai đoạn dòng

thẳng đứng thường được trồng với Phragmites australis (cây sậy), trong khi giai đoạn dòng chảy ngang trồng thực vật nổi, bao gồm Iris (cây irit cờ vàng),

Typha (cỏ nến),

Bảng 1.1 Ví dụ về các hệ đất ngập nước kết hợp Các loại ĐNN nhân tạo Quốc gia Loại nước thải

VF-HF (Hệ thẳng đứng – nằm ngang)

Ba Lan Soroko (2005)

Lò mổ VF-HF

(Hệ thẳng đứng – nằm ngang)

Bỉ (Lesage, 2006)

Nước cống HF-FWS

(Hệ nằm ngang - hệ bề mặt)

Canada (Kinsley và cộng sự 2006) Rỉ rác VF-HF

(Hệ thẳng đứng – nằm ngang)

Nhật Bản (Kato và cộng sự, 2006)

Nước thải nhà máy

Sữa HF-FWS

(Hệ nằm ngang - hệ bề mặt)

Na Uy (Mæhlum và cộng sự1999) Rỉ rác VF-HF

(Hệ nằm ngang - hệ bề mặt)

Slovenia (Bulc, 2006)

Rỉ rác

1.3.2.3 Tình hình áp dụng đất ngập nước trong xử lý nước thải

a Ngoài nước

- Ở miền bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để

xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị Nhìn chung, khử nitơ là mục đích chính, mặc dù hiệu quả xử lý TSS và BOD cũng khá cao Nghiên cứu đã đánh giá hoạt động trong 3 - 8 năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn (diện tích 20 - 28 ha) Hai bãi lọc tiếp nhận nước thải đô thị, với các khâu

xử lý hoá học và cơ học Hai bãi lọc còn lại tiếp nhận nguồn nước thải đã được xử lý sinh học, do đó nồng độ BOD (BOD5) và NH4+

đầu vào bãi lọc

thấp hơn Các bãi lọc hoạt động khá ổn định, loại bỏ 0,7-1,5 tấn N/ha.năm Đây là giá trị trung bình trong thời gian nghiên cứu, với tải trọng biến đổi từ 1,7-6,3 tấn N/ha.năm Lượng P bị khử cũng biến đổi trong khoảng 10 đến 41 kg/ha.năm, phụ thuộc vào các giá trị tải trọng khác nhau, các dạng hợp chất P

và vòng tuần hoàn nội tại của P trong các bãi lọc (Nguyễn Ngọc Nam, 2009)

- Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt vào năm 1991 Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở Na

Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ các bãi lọc vận hành với chi phí thấp, hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đến là một bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện các quá trình nitrat hoá trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật "ngủ" vào mùa đông Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành cho phép đạt hiệu suất khử P ổn định

> 90% trong vòng 15 năm nếu sử dụng cát thiên nhiên chứa nhiều sắt và canxi hoặc sử dụng vật liệu hấp phụ P tiền chế có trọng lượng nhẹ Lớp vật liệu này sau khi bão hoà P, có thể sử dụng chúng làm chất cải tạo đất hay làm phân bón bổ sung phốtpho Hiệu suất loại bỏ N khoảng 40-60% Hiệu quả loại bỏ các vi khuẩn chỉ thị rất cao, thường đạt tới < 1000 coliform chịu nhiệt/ 100 ml (Nguyễn Ngọc Nam, 2009)

b Trong nước

- Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây

dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam (Nguyễn Việt Anh, 2006)

Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm như: với giai đoạn 1 (bể tự hoại) chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây cho phép đạt tiêu chuẩn nước loại B đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP Với

giai đoạn 2 (bãi lọc ngầm), chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây đạt tiêu chuẩn nước loại A với các chỉ tiêu COD, SS, TP Tuy nhiên, với chế độ luôn ngập nước, chỉ tiêu NH4-N và vi sinh vật trong nước còn vượt quá tiêu chuẩn

- Xây dựng mô hình hệ thống Đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải

sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Thành phố Việt Trì Kết quả cho

thấy chất lượng nước thải đầu ra sau khi đã được xử lý bằng các biện pháp sinh học mang lai kết quả tương đối tốt, nước không còn mùi hôi, số lượng vi khuẩn coliform giảm đi rõ rệt, các chỉ số ô nhiễm COD, BOD5 ở dưới ngưỡng cho phép, các chỉ số NH4+

, NO3- rất thấp.(Hoàng Minh Lâm, 2005)

- Nghiên cứu sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo chảy phía dưới với các loại thực vật thủy sinh thân rỗng để xử lý nước sông Tô lịch phục vụ cho mục đích sản xuất nông nghiệp (Nguyễn Thị Loan, 2009) đã cho kết quả khả quan về việc sử dụng kết hợp các biện pháp sinh học để xử lý nước thải Hiệu quả xử lý bằng thực vật thể hiện rõ nhất ở các thông số: SS (87%), PO43-(85%), COD(82,6%), NH4

+(82,1%)… thông số NO2

có kết quả xử lý thấp hơn (77,3%)

1.3.2.4 Những ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng đất ngập nước

để xử lý nước thải

a Ƣu điểm

Ngày nay, có nhiều nước sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải

và nước ô nhiễm Hiệu qủa xử lý tuy chậm nhưng rất ổn định đối với những loại nước có BOD và COD thấp, không chứa độc tố Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản sau:

- Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh thấp

- Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp

- 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 thực phẩm cho gia súc như rau muống, sen, bèo tây, bèo tấm + Làm phân xanh, tất cả các loài 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 thực vật trôi nổi Nhờ sự vận chuyển (đặc biệt là thực vật trôi nổi) sẽ đưa vi sinh vật theo cùng Chúng di chuyển từ

vị trí này đến vi trí khác trong nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hoá 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 có thể coi mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật thủy sinh 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 thực vật thủy sinh

để xử lý nước ô nhiễm ở những vùng không có điện đều có thể thực hiện dễ dàng (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Vai trò của thực vật trong đất ngập nước

- Cung cấp diện tích bề mặt cho màng sinh học

- Tạo oxy → phân hủy hiếu khí

và ánh sáng trong điều kiện đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển hoá càng tốt Do đó, diện tích của bề mặt của sự tiếp xúc này sẽ cần nhiều Điều đó 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 lại 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 trên đó Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh (đặc biệt là các loài thực vật trôi nổi), các loài vi sinh vật sẽ không có nơi bám và chúng rất dễ trôi theo dòng nước hoặc bị lắng xuống đáy Đây là hai vấn đề cần hiểu:

- Rễ các loài thực vật thủy sinh đóng vai trò tích cực trong việc tăng trưởng của vi sinh vật nếu vi sinh vật không phải là những 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 ô nhiễm môi trường rất mạnh

- Ngoài bộ rễ ra, các loài thực vật thủy sinh còn chiếm không gian rất lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào nước khi đó vi sinh vật không bị tiêu diệt bởi ánh sáng 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 mà cả những vi sinh vật gây bệnh cũng phát triển Do đó, hiện tượng trên vừa có lợi, vừa có hại; có lợi 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 rõ được bản chất tự nhiên này giúp ta tìm

ra các biện pháp tích cực trong công nghệ xử lý bằng thực vật thủy sinh có hiệu quả hơn

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguồn nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Thị xã Hùng Quốc, Huyện Trà Lĩnh

Thị trấn Hùng Quốc là thị trấn huyện lỵ miền núi, trong những năm qua

đã được Đảng, Nhà nước quan tâm nhiều chương trình dự án Xuất phát từ điều kiện tự nhiên lý tưởng, vị thế thuận lợi, vùng phía Đông Bắc của tỉnh Cao Bằng đã được Thủ tướng Chính phủ ra quyết định thành lập khu kinh tế cửa khẩu Trà Lĩnh

Cặp cửa khẩu Trà Lĩnh - Long Bang được chính phủ 2 nước Việt Nam

và Trung Quốc ký hiệp định tạm thời ngày 7-11-1991 Từ năm 2000 đến

2007, kim ngạch xuất nhập khẩu qua cửa khẩu Trà Lĩnh đạt gần 72 triệu USD, thu ngân sách đạt 115 tỷ đồng Thông thương hàng hóa qua cửa khẩu ngày càng phát triển, đem lại lợi ích kinh tế Sự phát triển này sẽ đưa thị trấn Hùng Quốc trở thành một khu hợp tác kinh tế biên giới Quá trình đô thị hóa nhanh kéo theo sự tăng trưởng của quy mô dân số của thị trấn (Bảng 2.1) Do

đó lượng chất thải rắn trong tương lai sẽ là vấn đề lớn đối với thị trấn Hùng Quốc (Bảng 2.2)

Bảng 2.1 Dự báo quy mô dân số của Thị trấn Hùng Quốc

Bảng 2.2 Dự báo lƣợng rác thải của Thị trấn Hùng Quốc

Tiêu chuẩn

Nhu cầu (tấn/ngày đêm)

Chất thải rắn sinh hoạt

0,9 kg/người/ngày đêm

4,86 tấn/ngày đêm

1 kg/người/ngày đêm

7,70 tấn/ngày đêm

Viện Kiến trúc đô thị quy hoạch nông thôn, 2010

Trong khu vực thị trấn các điểm tập trung chất thải rắn được bố trí các thùng đựng rác trong các khu dân cư, khoảng cách giữa các thùng là 150 

200 m Hàng ngày công nhân dọn vệ sinh của Công ty Môi trường đô thị đi thu gom từ các khu dân cư và tập trung vào 1 điểm trung chuyển gần chợ Hàng ngày xe thu gom chất thải rắn của thị trấn sẽ vận chuyển đến bãi chôn lấp rác thải Riêng về chất thải rắn công nghiệp thì được các cơ sở sản xuất trong khu công nghiệp ký hợp đồng thu gom và xử lý chất thải rắn công nghiệp, chất thải nguy hại với các đơn vị chuyên trách của tỉnh, chuyển chất thải rắn về khu xử lý của tỉnh Cho nên rác thải của thị trấn hầu như là có nguồn gốc từ sinh hoạt Thành phần chất thải trong bãi rác được thể hiện trong (Bảng 2.3)

Hiện nay, rác thải sinh hoạt được thu gom và vận chuyển đến bãi chôn lấp rác thải của thị trấn chưa được xử lý đạt tiêu chuẩn Rác được chở đến bãi rác thuộc Lũng Tàn, xóm Cốc Cáng, thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh cách thị trấn khoảng 10km về phía đông Đây mới là nơi chứa rác, được xử lý

sơ bộ như rắc vôi và phun chế phẩm EM (Hình 2.1)

Bảng 2.3 Thành phần chất thải tại bãi rác Thị trấn Hùng Quốc

Nước mưa chảy từ trên vách núi xuống theo các máng nước được tráng

bê tông dưới chân núi (cách bãi rác 2-3m) và chảy vào bể chứa nước (Hình 2.2 và Hình 2.3)

Hình 2.2 Máng thu nước đặt dưới chân núi tại bãi rác

thị trấn Hùng Quốc

Hình 2.3 Bể thu nước mưa và nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc

Tuy nhiên nước rác được chứa trong bể thu không được xử lý nên nồng

độ các chất rất cao (Bảng 2.4) Nước ngầm và nước mặt ở đây có nguy cơ ô nhiễm nặng nếu như nước rỉ rác thấm ra ngoài hoặc theo nước mưa chảy tràn Điều đó sẽ ảnh hưởng đến hoạt động canh tác nông nghiệp của dân cư xung quanh

Bảng 2.4 Giá trị trung bình của các thông số trong nước rỉ rác

tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc (trước bể lắng)

STT Thông số Đơn vị Giá trị trung

bình

QCVN 08:2008/BTNMT

2.1.2 Thực vật lựa chọn trong đất ngập nước

Cỏ Vetiver (cỏ hương bài)

Có hai loài cỏ Vetiver phổ biến đã được trồng để bảo vệ đất là Vetiver

zizanioides và Vetiver nigritana Tuy nhiên loài Vetiver zizanioides phân bố

trong vùng ẩm, trong khi loài Vetiver nigritana hiện diện ở những vùng khô hơn Có hai kiểu gen của loài Vetiver zizanioides đã và đang được sử dụng:

Kiểu gen Bắc Ấn Độ: là loại cỏ hoang dại và được gieo trồng bằng hạt Kiểu gen Nam Ấn Độ: là loại cỏ có khả năng tạo màu cho đất thấp và loại bất thụ