Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc nước ngầm trồng cây tại huyện yên phong, tỉnh bắc ninh

Tính mới của đề tài Việc sử dụng bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý nước thải, loại bỏ chất ô nhiễm đã được áp dụng ở một số nước trên thế giới như Đan Mạch, Thụy Điển, Na Uy.. + Xử lý nư

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-  -

LÊ THÙY DƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY TẠI HUYỆN YÊN PHONG - TỈNH BẮC NINH

Chuyên ngành : Khoa học Môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2012

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-  -

LÊ THÙY DƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY TẠI HUYỆN YÊN PHONG - TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012

Người thực hiện luận văn

Lê Thùy Dương

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi

đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:

Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Dư Ngọc Thành - người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn

Lãnh đạo Phòng Tài nguyên và Môi trường; Lãnh đạo phòng Thống kê; Lãnh đạo Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Lãnh đạo phòng Kinh

tế và Hạ tầng, Chi cục bảo vệ thực vật, Lãnh đạo các xã, thị trấn trên địa bàn huyện Yên Phong; Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh

Lãnh đạo UBND huyện Yên Phong và tập thể đồng nghiệp là cơ quan chủ quản của tôi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về thời gian, tinh thần, vật chất để học tập và nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu và nghiên cứu Đặc biệt, tôi xin cảm ơn tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K18 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt quá trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này

Bà con nông dân, các doanh nghiệp đóng trên địa bàn huyện Yên Phong đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi

Tác giả luận văn

Lê Thùy Dương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

5 Giới hạn đề tài 3

6 Tính mới của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 4

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi 4

1.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi 4

1.1.3 Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi 5

1.2 Một số giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi 7

1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm, bãi lọc trồng cây 10

1.3.1 Khái niệm 10

1.3.2 Các loại bãi lọc trồng cây và cấu tạo của chúng 11

1.3.3 Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây 14

1.3.4 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc ngầm 20

1.3.5 Sơ lược về một số loại cây trong bãi lọc 21

1.3.5.1 Cây Hoa Bóng Nước 21

1.3.5.2 Cây Mon Nước 21

1.3.5.3 Cây Chuối Hoa 22

1.3.5.4 Cây Phát Lộc (cây Phát Tài) 22

1.3.5.5 Cây Trúc Mây (Mật Cật) 23

1.3.5.6 Cây Thiết Mộc Lan 23

1.3.5.7 Cây Thủy Trúc 24

1.3.5.8 Cây Xương Bồ 24

1.3.6 Sơ lược về vật liệu lọc trong bãi lọc ngầm trồng cây 25

1.3.6.1 Cát sỏi 25

1.3.6.2 Đá 25

1.3.6.3 Mùn 25

1.3.6.4 Đất sét 25

1.4 Một số nghiên cứu về bãi lọc trồng cây ở thế giới và Việt Nam 26

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 32

2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 32

2.3 Nội dung nghiên cứu 32

2.4 Phương pháp nghiên cứu 33

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 33

2.4.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu 33

2.4.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm và xây dựng mô hình 33

2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 39

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40

3.1 Một vài đặc điểm của điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu 40

3.2 Thực trạng xử lý nước thải hiện nay tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh 41

3.3 Độ dẫn thủy lực và khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc 43

3.3.1 Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc 43

3.3.2 Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các công thức 45

3.3.2.1 Hiệu suất xử lý BOD5 45

3.3.2.3 Hiệu suất xử lý đạm tổng số 48

3.3.2.4 Hiệu suất xử lý Lân tổng số 49

3.3.2.5 Hiệu suất xử lý TDS 51

3.3.2.6 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức 52

3.4 Ngưỡng chịu tải lượng BOD của các loại cây tham gia thí nghiệm 54

3.4.1 Xác định lượng nước và nồng độ BOD của các ngưỡng thử 54

3.4.2 Khả năng tăng trưởng chiều cao và ra lá của các cây trồng trong thí nghiệm 55

3.4.4 Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng tham gia thí nghiệm 58

3.5.1 Khả năng xử lý (T-N) của các thức cây trồng 60

3.5.2 Khả năng xử lý (T-P) của các công thức cây trồng 62

3.5.3 Khả năng xử lý BOD5 của các công thức cây trồng 64

3.5.4 Khả năng xử lý TSS ở các công thức cây trồng 66

3.5.5 Khả năng xử lý COD ở các công thức cây trồng 67

3.5.6 Khả năng cung cấp oxy (DO) ở vùng rễ của các công thức cây trồng 68

3.6 Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 70

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72

1 Kết luận 72

2 Đề nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Tiếng Việt 74

Tiếng Anh 74

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV Coefficient of variation Hệ số biến động

DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan

LSD Least significant difference Sai khác nhỏ nhất

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải sau Biogas 7

Bảng 2.1 Các vật liệu lọc được sử dụng 34

Bảng 2.2 Các công thức vật liệu lọc để xác định độ dẫn thuỷ lực 34

Bảng 2.3 Bảng kết hợp vật liệu lọc của các công thức 35

Bảng 2.4 Các loại cây được sử dụng trong thí nghiệm 36

Bảng 2.5 Công thức (CT) cây trong thí nghiệm 38

Bảng 3.1 Thời tiết vùng nghiên cứu 41

Bảng 3.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hoá học củanước thải chăn nuôi sau công trình khí sinh học Biogas 42

Bảng 3.3 Kết quả xác định độ dẫn thủy lực của các vật liệu lọc 44

Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức 45

Bảng 3.5 Hiệu suất xử lý COD của các công thức 46

Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý Đạm tổng số của các công thức 48

Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý Lân tổng số của các công thức vật liệu lọc 49

Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý TDS của các công thức vật liệu lọc(vẽ đồ thị) 51

Bảng 3.9 Kết quả xác định màu sắc, mùi vị sau xử lý của các công thức 52

Bảng 3.10 Kết quả xác định EC và pH sau xử lý của các công thức 53

Bảng 3.11 Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần 55

Bảng 3.12 Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi 55

Bảng 3.13 Số rễ và chiều dài rễ sau thời gian theo dõi thí nghiệm 57

Bảng 3.14 Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng 59

Bảng 3.15 Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại câyở các nồng độ BOD5 thử nghiệm 60

Bảng 3.16 Hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức 61

Bảng 3.17 Hiệu suất xử lý Lân tổng số ở các công thức cây trồng 63

Bảng 3.18 Hiệu suất xử lý BOD5 ở các công thức cây trồng 64

Bảng 3.19 Hiệu suất xử lý TSS ở các công thức cây trồng 66

Bảng 3.20 Hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng 67

Bảng 3.21 Hàm lượng DO qua các lần đo ở các công thức cây trồng 69

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt 12

Hình 1.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm 13

Hình 1.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 13

Hình 1.4 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm 14

theo chiều đứng (vẽ lại theo Cooper, 1996) 14

Hình 1.5 Đường đi của BOD/Cacbon bãi lọc 15

Hình 1.6 Đường đi của các hạt rắn trong bãi lọc 16

Hình 1.7 Đường đi của Nitơ trong bãi lọc 17

Hình 1.8 Đường đi của phốt pho trong bãi lọc 18

Hình 1.9 Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong bãi lọc 20

Hình 3.1: Đồ thị hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức 45

Hình 3.2 Hiệu suất xử lý COD của các công thức 47

Hình 3.3 Đồ thị hiệu suất xử lý Đạm tổng số của các công thức 48

Hình 3.4 Đồ thị hiệu suất xử lý Lân tổng số của các công thức vật liệu lọc 50

Hình 3.5 Đồ thị hiệu suất xử lý TDS của các công thức vật liệu lọc 51

Hình 3.6 Biểu đồ Chiều cao và số lá của các cây trồng sau thời gian theo dõi 56

Hình 3.7 Biểu đồ số rễ và chiều dài rễ sau thời gian theo dõi thí nghiệm 57

Hình 3.8 Đồ thị hiệu suất xử lý đạm tổng số (T -N) ở các công thức 61

Hình 3.9 Đồ thị hiệu suất xử lý Lân tổng số ở các công thức cây trồng 63

Hình 3.10 Đồ thị hiệu suất xử lý BOD5 ở các công thức cây trồng 65

Hình 3.11 Đồ thị hiệu suất xử lý TSS ở các công thức cây trồng 66

Hình 3.12 Đồ thị hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng 68

Hình 3.13 Đồ thị hàm lượng DO qua các lần đo ở các công thức cây trồng 69

Hình 3.14 Đồ thị hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình 70

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, đến năm 2011 cả nước có gần 28.000 trang trại với số lượng gia súc, gia cầm ở các trang trại có thể dao động trong khoảng

từ hàng trăm đến hàng nghìn con Hình thức chăn nuôi theo mô hình này ngày càng được phát triển rộng rãi và nhận được sự quan tâm của nhà nước cũng như chính quyền địa phương Đây cũng là định hướng chiến lược phát triển đến năm 2020 khuyến khích phát triển chăn nuôi theo hình thức trang trại, công nghiệp [11]

Tuy nhiên việc phát triển các trang trại chăn nuôi với quy mô ngày càng tăng kéo theo những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, trong đó phân và nước thải

từ các trang trại chính là nguồn gây ô nhiễm lớn, ảnh hưởng tới sức khỏe của người

và vật nuôi nếu như không có biện pháp xử lý Chất thải từ chăn nuôi do không được

xử lý hay xử lý không triệt để đã làm ô nhiễm môi trường không khí, đất và nguồn nước Từ nguồn ô nhiễm này đã ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người như gây lên các bệnh về đường hô hấp và đường tiêu hoá, bệnh ngứa da, ngứa mắt, viêm gan, ảnh hưởng đến sức khoẻ, đời sống của nhân dân Không chỉ làm ô nhiễm môi trường xung quanh, chất thải của vật nuôi không được xử lý còn đe dọa sự phát triển bền vững và ổn định của chính những trang trại này.Ở các nước có nền chăn nuôi công nghiệp phát triển mạnh như Hà Lan, Anh, Mỹ, Hàn Quốc thì đây là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất Ở Việt Nam, khía cạnh môi trường của ngành chăn nuôi chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi tốc độ phát triển chăn nuôi ngày càng tăng, lượng chất thải do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng nhiều Theo báo

cáo tổng kết của Viện chăn nuôi [15], hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy

tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức; Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần; Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần

Đến nay phần lớn trang trại chăn nuôi lợn đã có hệ thống xử lý nước thải đơn giản (hầm biogas) nhưng hầu hết đều không đạt tiêu chuẩn thải Tùy thuộc vào loại hình chăn nuôi mà số lượng và đặc tính các chất thải có khác nhau, loại hình trang trại gây ô nhiễm lớn nhất được đánh giá là các trang trại chăn nuôi lợn do sử dụng nước thường xuyên để vệ sinh chuồng trại, trung bình là từ 8 - 10 m3/ngày/trang trại

2000 con Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, giàu nitơ (COD = 600 -1700 mg/l, BOD5 = 500-1500 mg/l) và có chứa lượng vi khuẩn gây bệnh lớn như E.coli

từ 4.103 - 5.105 MPN/100ml Bên cạnh đó, lượng chất thải rắn phát sinh trong chăn nuôi cũng rất lớn, trung bình từ 5-18 tấn/năm tùy thuộc vào từng loại hình chăn nuôi, chủ yếu là phân vật nuôi và chất độn Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải hậu biogas chi phí thấp phù hợp với điều kiện nông thôn là rất cần thiết Đó chính là

lý do chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây tại huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” Nhằm đảm bảo

nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn nước thải Việt Nam, góp phần giảm thiểu ô nhiễm

môi trường xung quanh

2 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng cũng như vận hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm

thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định độ dẫn thủy lực và khả năng xử lý nước thải của một số loại vật liệu lọc sử dụng trong bãi lọc ngầm

- Xác định ngưỡng nồng độ thích hợp của các cây trồng trong bãi lọc ngầm

- Xác định khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng tham gia thí nghiệm trong mô hình

- Thành phần nước thải chăn nuôi sau xử lý đạt QCVN về nước thải công nghiệp

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5 Giới hạn đề tài

- Thực hiện trên mô hình bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy thẳng đứng

- Chỉ kiểm tra các thông số BOD, COD, tổng N, tổng P và TSS, DO, TDS, EC, PH

- Thực vật sử dụng là Thủy Trúc, Xương Bồ, Chuối Hoa, Bóng Nước, Trúc Mây, Phát Lộc, Thiết Mộc Lan, Mon Nước

- Vật liệu sử dụng trong bãi lọc là những vật liệu có sẵn trong tự nhiên, dễ

tìm có khả năng lọc, lắng cặn như cát, sỏi, đá

- Đề tài nghiên cứu chỉ mới thực hiện trong phạm vi mô hình, chưa thực hiện

ra ngoài môi trường

6 Tính mới của đề tài

Việc sử dụng bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý nước thải, loại bỏ chất ô nhiễm đã được áp dụng ở một số nước trên thế giới như Đan Mạch, Thụy Điển, Na Uy Tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu trong phòng về bãi lọc ngầm trồng cây và đã có một số kết quả Tuy nhiên trong điều kiện thực tế ở Bắc Ninh chưa có đề tài nào nghiên cứu về vấn đề này và việc sử dụng cây trồng bản địa trong bãi lọc ngầm cũng chưa được nghiên cứu Việc chúng tôi làm xây dựng mô hình bãi lọc ngầm có sử dụng các cây bản địa để xử lý nước thải trong điều kiện tỉnh Bắc Ninh chính là tính mới của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi

Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn Ô nhiễm chất thải rắn do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời Các chất này là các chất dễ phân hủy sinh học: carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy ở các trang trại chăn nuôi tập trung [6]

Theo tính toán thì lượng chất thải rắn mà các vật nuôi có thể thải ra (kg/con/ngày) là: Bò 10, trâu 15, lợn 2, gia cầm 0,2, do vậy hàng năm, đàn vật nuôi Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn (phân khô, thức ăn thừa) và 25-30 triệu khối chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu và nước rửa chuồng trại) Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn), 80% chất thải lỏng (20-24 triệu m3) xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Ước tính một tấn phân chuồng tươi với cách quản lý, sử dụng như hiện nay sẽ phát thải vào không khí khoảng 0,24 tấn CO2 quy đổi thì với tổng khối chất thải nêu trên sẽ phát thải vào không khí 17,52 triệu tấn CO2 Các nhà nghiên cứu đã ước tính được rằng chăn nuôi gây ra 18% khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên (biến đổi khí hậu toàn cầu), lớn hơn cả phần do giao thông vận tải gây ra [8]

1.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi

- Nước thải chăn nuôi là một trong những loại chất thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường rất cao, đặc biệt là COD, BOD, hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh Nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải

ra ngoài môi trường Việc lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải [2], bao gồm:

- Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất vô

cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-[2]…

- N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa lượng N và P rất cao Hàm lượng N- tổng trong nước thải chăn nuôi là 571- 1026mg/L, phốt pho từ 39- 94 mg/L [2]

- Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn như Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski, có thể gây bệnh cho người và gia súc [2]

1.1.3 Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi

Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật Một kết quả kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong chuồng nuôi gia súc cho thấy, tổng số vi khuẩn trong không khí ở chuồng nuôi cao gấp 30 - 40 lần so với không khí bên ngoài

Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, các chi phí phòng trị bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế Sức đề kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh Vì vậy, WHO khuyến cáo phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe các đàn giống Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường do vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh các loại dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1

* Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm môi trường không khí trong chăn nuôi chủ yếu là do các khí như

NH3, H2S…Ammoniac (NH3) có trong khí, trước hết là từ sự phân hủy và bốc hơi

của các chất thải vật nuôi Các hoạt động sản xuất nông nghiệp (chăn nuôi, sử dụng phân bón) đã được xác định là các nguồn lớn thải khí NH3 ra môi trường Số lượng của đàn vật nuôi đã và đang tăng đáng kể, cũng tương tự là sự phát thải của NH3 từ phân bón nitơ [22] Sự gia tăng mạnh nhất gây ra bởi nhóm vật nuôi lợn và gia cầm Trong các hoạt động chăn nuôi, sự thải NH3 vào môi trường trước hết là từ chuồng trại, nuôi vỗ béo mở (hở), chế biến và dự trữ phân, sử dụng phân bón trên đất

Nitơ được thải ra ở dạng ure (động vật có vú) hoặc axit uric (chim) và NH3, nitrogen hữu cơ trong phân và nước tiểu của vật nuôi Để biến ure hoặc axit uric thành

NH3 cần có enzyme urease Sự biến đổi này xảy ra rất nhanh, thường là trong ít ngày Biến đổi các dạng phức hợp nitrogen hữu cơ trong phân xảy ra chậm hơn (hàng tháng hoặc hàng năm) Trong cả 2 trường hợp, nitrogen được biến đổi thành ammonium (NH4+) trong điều kiện pH axit hoặc trung tính hoặc thành ammoniac (NH3) trong điều kiện pH cao hơn

NH3 thải ra ảnh hưởng lớn tới chất lượng không khí quốc gia, khu vực và toàn cầu Sự tích lũy NH3 trong không khí có thể gây ra sự phì nhiêu nước mặt, do vậy làm cho tảo độc hại tăng trưởng nhanh và sẽ làm giảm nhiều loài thủy sinh, trong đó

có các đối tượng kinh tế Các loài cây trồng nhạy cảm như cà chua, dưa chuột và các loại hoa quả khi được trồng gần khu vực có NH3 thải ra lớn sẽ bị hư hại do NH3 lắng đọng tăng [24] Sự lắng đọng NH3 trong đất với khả năng đệm thấp có thể gây nên axit hóa đất hoặc rút hết các cation cơ bản Điều đáng quan tâm đặc biệt là NH3 trong không khí chuồng nuôi do thường xuyên được tích tụ trong chuồng kém thông thoáng, tăng mức NH3 sẽ ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe và năng suất vật nuôi Đồng thời NH3 có thể tác động xấu lên sức khỏe con người, dù chỉ ở mức thấp cũng

có thể gây sưng phổi, sưng mắt, ảnh hưởng tới hô hấp và tim mạch

* Ô nhiễm môi trường đất

Nếu trong đất chứa một lượng lớn nito, photpho sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa hay lượng nito thừa sẽ được chuyển hóa thành nitrat làm cho nồng độ nitorat trong đất tăng cao, sẽ gây độc cho hệ vi sinh vật đất cũng như cây trồng, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật ưa nito, photpho phát triển, hạn chế chủng vi sinh vật khác, gây mất cân bằng hệ sinh thái đất

Bên cạnh đó trong phân tươi gia súc chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, chúng có thể tồn tại và phát triển trong đất sẽ phát tán đi khắp nơi gây nguy cơ nhiễm bệnh cho người và động vật nuôi Photpho trong môi trường đất có khả năng kết hợp với các nguyên tố Cu, Al…tạo thành các chất phức tạp, khó phân hủy, làm cho đất cằn cỗi, ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật Chất thải chăn nuôi thải trực tiếp ra đất các chất hữu cơ, kim loại theo mưa, nước chảy tràn thấm qua đất vào nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm

* Ô nhiễm nguồn nước

Nước thải chăn nuôi khi chưa được xử lý hay đã qua xử lý nhưng vẫn chưa đạt yêu cấu thường được thải ra các ao, hồ, sông , suối sẽ là một nguồn gây ô nhiễm hết sức nghiêm trọng.Bên cạnh đó quá trình vệ sinh rửa chuồng trại cũng thải ra môi trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm nguồn nước và suy giảm nguồn tài nguyên nước

Bảng 1.1 Bảng kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải sau Biogas

(Nguồn: Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Bắc Ninh, 2012) [9]

Kết quả của bảng 1.1 cho thấy ngoài chỉ tiêu pH nằm trong tiêu chuẩn cho phép ra thì các chỉ tiêu còn lại đều vượt quá tiêu chuẩn rất nhiều lần

1.2 Một số giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi

Việc xử lý nước thải chăn nuôi heo nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:

- Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước

- Lưu lượng nước thải

- Các điều kiện của trại chăn nuôi

ra có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn khoảng vài ngàn mg/l và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi sau đó đưa sang các công trình phía sau

Sau khi tách nước thải được đưa ra các công trình phía sau còn phần chất rắn được đem đi ủ làm phân bón

* Phương pháp hóa lý:

Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn kết hợp với polyme trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9 phương pháp keo tụ có thể tách được 80 - 90 % hàm lượng chất lơ lửng có trong nước thải chăn nuôi heo

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi tuy nhiên chi phí xử lý cao Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế

Ngoài ra tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên, tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao cũng không hiệu quả về mặt kinh tế

* Phương pháp xử lý sinh học:

Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo từng nhóm vi khuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có thể sử dụng hồ sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý

Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học:

- Xử lý theo phương pháp hiếu khí:

+ Bể aeroten thông thường

+ Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

+ Bể aeroten mở rộng

+ Mương oxy hóa

+ Bể hoạt động gián đoạn (SBR)

Theo ông Hoàng Kim Giao (Cục trưởng Cục chăn nuôi Bộ Nông nghiệp và

Phát triển nông thôn): “Có 3 nhóm biện pháp cơ bản hạn chế ô nhiễm do chăn nuôi Thứ nhất cần quy hoạch lại, đưa chăn nuôi ra xa đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp

và nhất thiết phải thực hiện quy định chăn nuôi an toàn gắn với bảo vệ môi trường Thứ hai sử dụng kỹ thuật cho vào thức ăn và chất thải chăn nuôi các men, các chế phẩm sinh học nhằm hạn chế khí độc hại và vi sinh vật có hại Thứ 3 ứng dụng tiến

bộ kỹ thuật thân thiện với môi trường Tùy điều kiện cụ thể từng nơi để lựa chọn một trong 3 quy trình xử lý chất thải như: Bể lắng - hầm biogas - ao sinh học, hầm biogas

- ao sinh học và hầm biogas - thùng sục khí - ao sinh học; trong đó trọng tâm là chăn nuôi theo mô hình VAC và sử dụng hầm biogas” [3]

* Ngoài ra còn một số các giải pháp khác như:

+ Ủ phân bằng phương pháp sinh học cùng với việc che phủ kín, chăn nuôi trên nền đệm lót sinh thái

+ Xử lý nước thải bằng cây thủy sinh: Sử dụng một số loài thực vật thủy sinh như: Bèo Lục Bình, Cây Muỗi Nước,… Những loài cây này rất sẵn có ở các ao hồ do vậy sử dụng nó để xử lý nước thải ở các khâu cuối của quá trình xử lý để có thể xử lý triệt để các chất ô nhiễm hơn mà lại không tốn kém, thân thiện với môi trường

Hai biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường được đánh giá có nhiều ưu điểm là

sử dụng công nghệ khí sinh học (biogas) và sử dụng chế phẩm sinh học EM Việc xây dựng các hầm biogas để xử lý chất thải từ chăn nuôi là một biện pháp mang lại tác dụng lớn Nguồn phân thải sau khi đưa vào bể chứa được phân hủy hết, giảm mùi hôi, ruồi nhặng và tiêu diệt kí sinh trùng Bên cạnh đó, sử dụng hầm biogas còn

có thể tái tạo được nguồn năng lượng sạch từ phế thải chăn nuôi, tạo ra khí CH4

phục vụ việc đun nấu, thắp sáng

1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm, bãi lọc trồng cây

1.3.1 Khái niệm

Bãi lọc trồng cây là những vùng đất trong đó có mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó [4]

Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước

tự nhiên mà vẫn có được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý và chế độ thủy lực được kiểm soát Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc nhân tạo cũng được nâng cao do thực vật và các thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể quản lý được như mong muốn [1]

Bãi lọc ngầm trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ mới, xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi Ở Việt Nam, công nghệ trên thực chất còn rất mới

Bãi lọc trồng cây dùng để xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên Với các thông số làm việc khác nhau, bãi lọc trồng cây được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước thải Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên, thường là nơi tiếp nhận nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và chúng chỉ làm nhiệm vụ xử lý bậc cao hơn, bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai

1.3.2 Các loại bãi lọc trồng cây và cấu tạo của chúng

a- Bãi lọc trồng cây ngập nước hay Đất ngập nước dòng chảy bề mặt (surface flow wetland)

Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay Đất ngập nước tự nhiên Dưới đáy bãi lọc là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa chống thấm Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát triển của thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nước Dòng nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc Hình dạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thuỷ kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow) [7]

Hình 1.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt

b bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay bãi lọc ngầm trồng cây hay Đất ngập nước dòng chảy dưới bề mặt (subsurface flow wetland)

Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên gọi khác nhau như lọc ngầm trồng cây (Vegetated submerged bed - VBS), hệ thống xử

lý với vùng rễ (Root zone system), bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy (Rock reed filter) hay bể lọc vi sinh và vật liệu (Microbial rock filter) Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước nhưng nước thải chảy ngầm trong phần lọc của bãi lọc Lớp lọc, nơi thực vật phát triển trên đó, thường gồm có đất, cát, sỏi, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc Dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới lên, từ trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang Dòng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang Hầu hết các hệ thống được thiết kế với độ dốc 1% hoặc hơn [7]

Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc Vùng ngập nước thường thiếu oxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí

Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn lơ lửng tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện thiếu oxy, kị khí trong các bãi lọc không cho phép nitrat hoá amoni nên khả năng xử

lý nitơ bị hạn chế Xử lý phốtpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng (sỏi, đá dăm) có khả năng hấp phụ kém [7]

Hình 1.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm

- Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang hay dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống

* Các hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF): Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào

và chảy chậm qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòng chảy ra Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống HSF là cây sậy [7]

Hình 1.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang

(vẽ lại theo Vymazal, 1997)

* Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF):

Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa

ra ngoài Các hệ thống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý lần 1 Thực nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như

bể lắng, bể tự hoại Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học [7]

Tuy nhiên, trên thực tế mô hình ĐNN nhân tạo được xây dựng theo hai hệ thống: Bãi lọc trồng cây ngập nước (FWS); Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay Bãi lọc ngầm trồng cây, với dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng (SSF) Cách thức phân chia các hệ thống khác nhau nhưng chúng hoạt động theo cùng một

cơ chế

Hình 1.4 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng (vẽ lại theo Cooper, 1996)

1.3.3 Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây

Để thiết kế, xây dựng, vận hành bãi lọc trồng cây chính xác, đạt hiệu quả cao, việc nắm rõ cơ chế xử lý nước thải của bãi lọc là hết sức cần thiết Các cơ chế

đó bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hoá học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật Các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ nhờ nhiều cơ chế đồng thời trong bãi lọc

a Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

Trong các bãi lọc, phân huỷ sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh học (BOD)

có trong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng Cả bãi lọc ngầm trồng cây và bãi lọc trồng cây ngập nước về cơ bản hoạt động như bể lọc sinh học Tuy nhiên, đối với bãi lọc trồng cây ngập nước, vai trò của các vi sinh vật lơ lửng dọc theo chiều sâu cột nước của bãi lọc đối với việc loại

bỏ BOD cũng rất quan trọng Cơ chế loại bỏ BOD trong các màng vi sinh vật bao bọc xung quanh lớp vật liệu lọc tương tự như trong bể lọc sinh học nhỏ giọt Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hoà tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuếch tán Vai trò của thực vật trong bãi lọc là:

+ Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí) cư trú

+ Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ

Hình 1.5 Đường đi của BOD/Cacbon bãi lọc

b Loại bỏ chất rắn

- Các chất lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì hệ thống bãi lọc trồng cây có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, chất keo có thể

được loại bỏ thông qua cơ chế lọc (nếu có sử dụng cát lọc), lắng và phân hủy sinh học (do sự phát triển của vi sinh vật), hút bám, hấp phụ lên các chất rắn khác (thực vật, đất, cát, sỏi…) nhờ lực hấp dẫn Van De Waals, chuyển động Brown Đối với sự hút bám trên lớp nền, một thành phần quan trọng của bãi lọc ngầm, Sapkota và Bavor (1994) cho rằng, chất rắn lơ lửng được loại bỏ trước tiên nhờ quá trình lắng và phân hủy sinh học, tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt [23]

- Các cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng Trong môi trường hợp, thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong việc loại bỏ các chất rắn

Hình 1.6 Đường đi của các hạt rắn trong bãi lọc

c Loại bỏ Nitơ

Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau:

+ Nitrat hoá/khử nitơ

+ Sự bay hơi của amoniăc(NH3)

+ Sự hấp thụ của thực vật

- Hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thống nhất về tầm quan trọng của các

cơ chế khử nitơ như đặc biệt với hai cơ chế nitrat hoá/khử nitrat và sự hấp thụ của thực vật

- Trong các bãi lọc, sự chuyển hoá của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hoá và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nước Nitơ hữu cơ bị oxy hoá thành NH4+ trong cả hai lớp đất oxy hoá và khử Lớp oxy hoá và phần ngập của thực vật là những nơi chủ yếu xảy ra quá trình nitrat hóa, tại đây NH4+ chuyển hoá thành NO2- bởi vi khuẩn Nitrosomonas và cuối cùng thành NO3- bởi vi khuẩn Nitrobacter Ở môi trường nhiệt độ cao hơn, một số

NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí Nitrat trong tầng khử sẽ bị hụt đi nhờ quá trình khử nitrat, lọc hay do thực vật hấp thụ Tuy nhiên, nitrat được cấp vào từ vùng oxy hoá nhờ hiện tượng khuếch tán

- Đối với bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng

lá, thân, rễ của các cây trồng trong bãi lọc và tạo nên một lớp giàu oxy tương tự như lớp bề mặt chung giữa đất và nước Nhờ quá trình nitrat hoá diễn ra ở vùng hiếu khí, tại đây NH4+ bị oxy hoá thành NO3- Phần NO3- không bị cây trồng hấp thụ sẽ

bị khuếch tán vào vùng thiếu khí, và bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử nitrat Lượng NH4+ trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4+ từ vùng thiếu khí khuếch tán vào

Hình 1.7 Đường đi của Nitơ trong bãi lọc

d Loại bỏ Phốtpho

- Cơ chế loại bỏ phốtpho trong bãi lọc trồng cây gồm có sự hấp thụ của thực vật, các quá trình đồng hoá của vi khuẩn, sự hấp phụ lên đất, vật liệu lọc (chủ yếu là lên đất sét) và các chất hữu cơ, kết tủa và lắng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, và Mn2+

Khi thời gian lưu nước dài và đất sử dụng có cấu trúc mịn thì các quá trình loại bỏ phốtpho chủ yếu là sự hấp phụ và kết tủa, do điều kiện này tạo cơ hội tốt cho quá trình hấp phụ phốtpho và các phản ứng trong đất xảy ra (Reed và Brown, 1992; Reed và nnk, 1998).

- Tương tự như quá trình loại bỏ nitơ, vai trò của thực vật trong vấn đề loại

bỏ phốtpho vẫn còn là vấn đề tranh cãi Dù sao, đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn phốtpho ra khỏi hệ thống bãi lọc Các quá trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưa được phốtpho vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng phốtpho trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì vật liệu phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét

và xả bỏ

Hình 1.8 Đường đi của phốt pho trong bãi lọc

e Loại bỏ kim loại nặng

- Khi các kim loại nặng hoà tan trong nước thải chảy vào bãi lọc trồng cây, các cơ chế loại bỏ chúng gồm có:

+ Kết tủa và lắng ở dạng hydrôxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfit kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu

+ Hấp phụ lên các kết tủa oxyhydrôxit sắt, Mangan trong vùng hiếu khí + Kết hợp, lẫn với thực vật chết và đất

+ Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc trồng cây

- Các nghiên cứu chưa chỉ ra được cơ chế nào trong các cơ chế nói trên có vai trò lớn nhất, nhưng nhìn chung có thể nói rằng lượng kim loại được thực vật hấp thụ chỉ chiếm một phần nhất định (Gersberg et al, 1984; Reed et al…, 1988; Wildemann&Laudon, 1989; Dunbabin&Browmer, 1992) Các loại thực vật khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng tới chế độ thủy lực, cơ chế hoá học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật Vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu kim loại nặng Khi khả năng chứa các kim loại nặng của chúng đạt tới giới hạn thì cần nạo vét và xả bỏ để loại kim loại nặng

ra khỏi bãi lọc

f Loại bỏ các hợp chất hữu cơ

- Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các bãi lọc trồng cây chủ yếu nhờ

cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm),

và hấp thụ của thực vật

- Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất ô nhiễm và áp suất riêng phần giữa hai pha khí-nước xác định bởi định luật Henry

- Quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ chính nhờ các vi khuẩn hiếu khí và kị khí đã được khẳng định (Tabak và nnk, 1981; Bouwer&McCarthy, 1983), nhưng quá trình hấp phụ các chất bẩn lên màng vi sinh vật phải xảy ra trước quá trình thích nghi

và phân hủy sinh học Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể được loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lý lên bề mặt các chất rắn lắng được và sau đó là quá trình lắng Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu của bãi lọc Các hợp chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ (Polprasert và Dan, 1994), tuy nhiên cơ chế này còn chưa được hiểu rõ và phụ thuộc nhiều vào loài thực vật được trồng, cũng như đặc tính của các chất bẩn

g Loại bỏ vi khuẩn và virut

- Cơ chế loại vỏ vi khuẩn, virut trong các bãi lọc trồng cây về bản chất cũng giống như quá trình loại bỏ các vi sinh vật này trong hồ sinh học Vi khuẩn và virut

có trong nước thải được loại bỏ nhờ:

+ Các quá trình vật lý như dính kết và lắng, lọc, hấp phụ

+ Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài

- Các quá trình vật lý cũng dẫn đến sự tiêu diệt vi khuẩn, virut Tác động của các yếu tố lý-hoá của môi trường tới mức độ diệt vi khuẩn đã được công bố trong nhiều tài liệu: nhiệt độ (Mara và Silva, 1979), pH (Parhad và Rao, 1974; Him và nnk, 1980; Pearson và nnk, 1987), bức xạ mặt trời (Moeller và Calkins, 1980; Polprasert và nnk,1983; Sarikaya và Saatci, 1987) Các yếu tố sinh học bao gồm: thiếu chất dinh dưỡng (Wu và Klein, 19760), do các sinh vật khác ăn (Ellis, 1983) Hiện những bằng chứng về vai trò của thực vật trong việc khử vi khuẩn, virut trong

hệ sinh thái đầm lầy còn chưa được nghiên cứu rõ

Hình 1.9 Quá trình loại bỏ vi khuẩn trong bãi lọc

1.3.4 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc ngầm

- SSF với dòng chảy ngang thiếu oxy: Khuếch tán trong lớp lọc từ đó mà không khí thâm nhập

- SSF với dòng chảy thẳng đứng quá trình hiếu khí là chiếm ưu thế:

+ Quá trình khuếch tán và xáo trộn diễn ra từ đó không khí thâm nhập qua hệ thống phân phối

+ Nước chứa oxy thấm từ trên xuống dưới

- Quá trình lọcphụ thuộc và kích thước hạt, kích thước hạt càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc bề mặt càng lớn và càng hấp phụ nhiều hơn

- Hấp phụ và lắng được tăng cường bởi hàm lượng Fe, Al, và/hoặc Ca cao trong vật liệu lọc

Tóm lại cơ chế loại bỏ các chất thải cơ bản như sau:

+ Lắng, lọc, hấp phụ SS, P, KLN và chất hữu cơ đã bị hấp phụ

+ Màng VSV trong vùng rễ, lớp lọc: phân huỷ dị dưỡng các chất hữu cơ + Trong vùng hiếu khí: Phân huỷ sinh học chất hữu cơ, Nitrat hoá, kết tủa hydroxit sắt và mangan

+ Trong vùng kỵ khí khử nitrat, kết tủa và lắng muối sunphit với các kim loại + Diệt trùng bằng hệ thống: lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ nhiệt độ, pH + Thực vật trong XLNT bằng bãi lọc trồng cây giúp tạo vùng rễ, lỗ xốp, vận chuyển oxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, KLN,

1.3.5 Sơ lược về một số loại cây trong bãi lọc

Cây trồng được sử dụng trong bãi lọc là những cây dễ tìm kiếm, có khả năng sinh trưởng tốt trong nước, thích nghi tốt với điều kiện môi trường và tạo được vẻ đẹp cảnh quan

1.3.5.1 Cây Hoa Bóng Nước

Tên thường gọi: Hoa Bóng Nước hay còn có tên khác là cây Hoa Móng Tay hay cây Nắc Nẻ Tên khoa học: Impatiens balsamina L

Thuộc họ bóng nước BALSAMINACEAE

Loài: I Balsamina

Hoa bóng nước là một cây trồng làm cảnh với hoa đẹp nhiều màu sặc sỡ, trắng, hồng, đỏ, tím và vàng Ngoài ra Hoa Bóng Nước được dùng trong Y học cổ truyền với tên thuốc là Phượng tiên hoa, thu hái khi chưa có hoa, lá còn xanh chưa bị úa vàng Dịch chiết từ lá bóng nước với thành phần hóa học chủ yếu là chất axit p-hydroxybenzoic đã được nghiên cứu dược lý thấy có tác dụng kháng khuẩn rất mạnh

1.3.5.2 Cây Mon Nước

Tên thường gọi: Cây Mon Nước hay cây Khoai Nước Tên khoa học: Colocasia esculenta Thuộc họ Ráy (Araceae)

Đặc điểm: là một loại thực vật thuộc họ Ráy bản địa bao gồm vùng nhiệt đới châu Á và lan rộng đến miền đông bắc Úc Đây là một loại cây mọc hoang có sức

sống mãnh liệt hay mọc ở ruộng hay dựa vào bờ nước, có củ, lá cọng cao 0,3-0,8 m,

lá, phiến không thấm nước vì lông mịn như nhung Lá có kích thước đến 40×24,8 cm, mọc từ củ (thân rễ), mặt trên màu xanh lục đậm, mặt dưới nhạt hơn, thông thường có hình oval-tam giác Cuống lá cao 0,8 -1,2 m Cây môn nước được dùng làm thức ăn gia súc ngoài ra còn trồng làm rau ăn, dùng để chữa bệnh

1.3.5.3 Cây Chuối Hoa

Tên thường gọi: Cây Chuối Hoa Tên khoa học: Canna hybrids

Đặc điểm sinh lý, sinh thái: Là cây ưa sáng, nhu cầu nước cao, sinh trưởng phát triển nhanh, ưa khí hậu mát ẩm, phù hợp với mô hình đất ướt, với các đặc điểm nổi bật so với các loại thực vật khác, có tiềm năng trong việc hấp thụ và xử lý các chất gây ô nhiễm nguồn nước Hơn nữa, loại cây này mang lại mỹ quan cho đô thị, lại dễ chăm sóc và phát triển rất nhanh

1.3.5.4 Cây Phát Lộc (cây Phát Tài)

Tên khoa học: Dracaena Sanderia

Là một loài cây cảnh được sử dụng trong phong thủy hiện đang rất được ưa chuộng bởi nó là biểu tượng của sự may mắn và thành công

Cây Phát Lộc là loại cây có thể phù hợp và đáp ứng được đa dạng mục đích và nhu cầu của hầu hết tất cả mọi người Cây thích hợp để bày, trang trí trên bàn làm việc, bàn học hoặc phòng khách Vừa có ý nghĩa mang lại may mắn, tài lộc, vừa tạo một không gian xanh và cảm giác thiên nhiên ngay trong căn phòng của bạn, đặc biệt với những gia đình ở nhà cao tầng, không đủ diện tích đất để trồng cây

Ưu điểm của cây phát lộc là loại cây chăm sóc rất dễ dàng, không cầu kì và không tốn nhiều thời gian Cây sống trong môi trường ẩm ướt, cây sinh trưởng phát triển khá nhanh mua về sau 2 - 3 tuần thì cây sẽ nảy lộc

1.3.5.5 Cây Trúc Mây (Mật Cật)

Tên thông thường: Mật Cật (Trúc Mây) Tên khoa học: Rhapis excelsa Họ:

Arecaceae (Cau)

Nguồn gốc xuất xứ: Trung Quốc

Là cây hạt kín được xếp vào cây 1 lá mầm còn được gọi là lá rộng Lady Palm là một loài của phân họ cọ trong các chi Rhapis, có nguồn gốc từ miền nam Trung Quốc và Đài Loan

Đặc điểm hình thái: Thân, Tán, Lá: Cây bụi thưa, cao 1-2m, gốc có nhiều rễ phụ và chồi bên Thân nhẵn, đốt đều đặn, mang nhiều bẹ khô do lá rụng để lại Lá kép chân vịt, chia 5-10 lá phụ dạng dải, đầu nguyên hoặc chia 2 thùy nông, màu xanh bóng đậm Hoa, Quả, Hạt: Cụm hoa thẳng đứng cao 0,5-0,7m, mọc ở giữa đám lá Hoa màu vàng đơn tính Quả hình cầu mang 1 hạt

Đặc điểm sinh lý, sinh thái: Tốc độ sinh trưởng trung bình phù hợp với cây

ưa sáng hoặc chịu bóng bán phần thích hợp làm cây trồng nội thất, giai đoạn còn nhỏ đòi hỏi phải che bóng, đất thoát nước tốt Nhân giống từ hạt hoặc tách bụi, mọc khỏe, nhu cầu nước trung bình

1.3.5.6 Cây Thiết Mộc Lan

Tên thông thường: Thiết Mộc Lan hay còn gọi phất dụ thơm Tên khoa học: Dracaena fragrans L Tên tiếng anh: Cornstalk Plant, Dracaena odorant

Họ: Dracaenaceae

Nguồn gốc xuất xứ: Châu Phi nhiệt đới

Phân bố ở Việt Nam: Rộng khắp

Là một loài thực vật có hoa trong họ Tóc Tiên Nó là loài bản địa của Tây Phi, Tanzania và Zambia nhưng hiện nay được trồng làm cây cảnh ở nhiều nơi Cây có các lá mọc thành hình nơ (hoa thị), bóng và sẫm màu, phiến lá có sọc rộng nhạt màu hơn và ngả vàng ở phần trung tâm

Đặc điểm hình thái: Thân, Tán, Lá: cây thân cột, cao 2-5m, đường kính 4cm Lá hình giáo thuôn nhọn ở đỉnh, kéo bẹ ôm thân ở gốc, mọc tập trung ở đầu

3-cành, màu xanh bóng đôi khi có các giải màu vàng kéo dài từ gốc tới ngọn Hoa, Quả, Hạt: Cụm hoa chùm dài, cong ra ngoài đám lá Hoa lớn màu trắng thơm hay vàng nhạt Quả mọng màu đỏ

Đặc điểm sinh lý, sinh thái: Tốc độ sinh trưởng trung bình, phù hợp với cây chịu bóng bán phần thích hợp làm cây trang trí nội thất, nhu cầu nước trung bình Nhân giống từ giâm cành, mọc khỏe [13]

1.3.5.7 Cây Thủy Trúc

Tên thường gọi Thủy Trúc Tên khoa học Cyperus alternifolius Linn Họ: Cyperaceae (Cói)

Nguồn gốc: Cây có nguồn gốc từ Madagasca (Châu Phi)

Đặc điểm: Có dáng đặc sắc, mọc thành bụi dày, thẳng như cây dừa, cau tí hon Cây có thân tròn màu xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, thay vào đó các lá bắc ở đỉnh lại lớn, xếp vòng xoè ra, dài, cong xuống, khá đẹp Cuống chung của hoa dài thẳng, xếp toả ra nổi trên đám lá bắc, hoa lúc non màu trắng sau chuyển sang nâu Cây mọc khoẻ, chịu được đất úng, nước, nên được gây trồng làm cảnh ở vườn, trên hòn non bộ

Mô tả: Thân thảo mọc đứng thành cụm, dạng thô, cao 0,7-1,5m, có cạnh và

có nhiều đường vân dọc, phía gần gốc có những bẹ lá màu nâu không có phiến Lá nhiều, mọc tập trung ở đỉnh thân thành vòng dày đặc, xếp theo dạng xoắn ốc và xoè rộng ra, dài có thể tới 20cm Cụm hoa tán ở nách lá, nhiều Bông nhỏ hình bầu dục hoặc hình bầu dục ngắn, dẹp, dài chừng 8mm, thông thường không có cuống, hợp thành cụm hoa đầu ở đỉnh các nhánh hoa, ra hoa tháng 1-2

1.3.5.8 Cây Xương Bồ

Tên thường gọi: Cây Xương Bồ Tên khoa học: Rhizoma Acori

Thuộc họ: Xương Bồ (Acoraceae)

Nguồn gốc: Cây có nguồn gốc Bắc Mĩ va khu vực bắc, đông Châu Á

Đặc điểm: Cây mọc hoang trong rừng núi ẩm ướt, ven bờ suối, trên các triền

đá, các vùng đầm lầy Có màu xanh giống như cỏ, cây có cao khoảng từ 40 - 80 cm, các lá với gân lá song song có chứa các tinh dầu dạng ête, tạo ra hương thơm Hoa của Xương Bồ các hoa nhỏ, không dễ thấy sắp xếp trên các bông mo Không giống như ở các loài ráy, chúng không có mo (lá bắc lớn, bao bọc lấy bông mo) Bông mo

dài 4-10 cm, được bao bọc trong tán lá Lá bắc có thể dài gấp 10 lần bông mo Các

lá thẳng với mép lá nhẵn

1.3.6 Sơ lược về vật liệu lọc trong bãi lọc ngầm trồng cây

Vật liệu sử dụng trong bãi lọc là những vật liệu có sẵn trong tự nhiên, dễ tìm

có khả năng lọc, lắng cặn, và là môi trường cho vi sinh vật phát triển, những vật liệu

được sử dụng để lọc nước như cát, sỏi, đá

1.3.6.1 Cát sỏi

Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước cát hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625mm tới 2mm (thang Wentworth sử dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05mm tới 1mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt Nam hiện nay) Một hạt vật liệu tự nhiên nếu có kích thước nằm trong các khoảng này được gọi là hạt cát [10]

1.3.6.2 Đá

Đá là những vật thể tự nhiên được hình thành do sự tập hợp từ một hay nhiều khoáng vật lại với nhau Đá được hình thành từ do sự tập hợp và kết hợp với nhau nên cấu tạo đá phức tạp Theo nguồn gốc thành tạo có thể phân ra: macma, đá trầm

tích và đá biến chất [11]

1.3.6.3 Mùn

Mùn là một thể hữu cơ phức tạp có trọng lượng phân tử rất lớn, cấu tạo phân tử gồm nhiều thành phần phức tạp Mùn là sản phẩm hình thành trong đất do quá trình tích lũy và phân giải không hoàn toàn trong điều kiện yếm khí xác thực vật và các tồn dư sinh vật khác trong đất do các vi sinh vật đất Thành phần của mùn gồm được đặc trưng bởi các hợp chất chính là Axit Humic, Axit Fulvic, Axit Ulmic và các muối của chúng, thường gọi là Humin, Fulvin hay Ulvin Hiểu theo nghĩa rộng nhất, mùn trong đất bạc gồm cả mùn nhuyễn (mùn theo nghĩa hẹp) và mùn thô (chất hữu cơ trong đất) [10]

1.3.6.4 Đất sét

Đất sét hay sét là một thuật ngữ được dùng để miêu tả một nhóm các khoáng vật phyllosilicat nhôm ngậm nước, thông thường có đường kính hạt nhỏ hơn 2 µm (micromét)

Đất sét bao gồm các loại khoáng chất phyllosilicat giàu các ôxít và hiđrôxít của silic và nhôm cũng như bao gồm một lượng lớn nước tham gia vào việc tạo cấu trúc và thay đổi theo từng loại đất sét Đất sét nói chung được tạo ra do sự phong hóa hóa học của các loại đá chứa silicat dưới tác động của axít cacbonic nhưng một số loại đất sét lại được hình thành do các hoạt động thủy nhiệt Đất sét được phân biệt với các loại hạt đất đá nhỏ khác có trong đất, chẳng hạn như bùn nhờ kích thước nhỏ của chúng, hình dạng tạo bông hay tạo lớp, khả năng hút nước cũng như chỉ số độ dẻo cao

1.4 Một số nghiên cứu về bãi lọc trồng cây ở thế giới và Việt Nam

a ngoài nước

• Bãi lọc trồng cây ở Bắc Âu

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 TS và BOD cũng khá cao Nghiên cứu của J.L Andersson, S Kallner Bastviken và K S Tonderski 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 (BOD7) và

NH4+-N đầu vào bãi lọc thấp hơn Các bãi lọc hoạt động khá ổn định, loại bỏ 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

0,7-P và vòng tuần hoàn nội tại của 0,7-P trong các bãi lọc

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 hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và với chi phí thấp 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 Tại Đan Mạch, hướng dẫn chính thức mới về xử lý nước thải tại chỗ nước thải sinh hoạt gần đây đã được Bộ Môi Trường Đan Mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn Trong hướng dẫn này người ta đã đưa vào

hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho phép đạt hiệu suất khử BOD tới 95% và nitrat hoá đạt 90% Hệ thống này có thể bao gồm cả quá trình kết tủa hoá học để tách phốtpho bằng PAC trong bể phản ứng lắng, cho phép loại bỏ 90% phốtpho Diện tích bề mặt của bãi lọc là 3,2m2/người và chiều sâu lọc hiệu quả

là 1m Nước thải sau lắng sẽ được bơm gián đoạn lên bề mặt của lớp vật liệu lọc bằng bơm và hệ thống ống phân phối Lớp thoát nước ở đáy được thông khí bị động thông qua các ống hơi nhằm tăng cường sự trao đổi oxy vào quá trình lọc Một nữa dòng chảy đã được nitrat hoá từ lớp vật liệu lọc sẽ được bơm tuần hoàn vào ngăn đầu của bể lắng hoặc chảy vào ngăn bơm nhằm tăng cường quá trình khử nitơ và ổn định hoạt động của hệ thống Hệ thống loại bỏ phốtpho được đặt trong bể lắng với một bơm định lượng cỡ nhỏ Hoá chất được trộn với nước thải nhờ hệ thống bơm dâng bằng khí đơn giản, đồng thời làm nhiệm vụ tuần hoàn nước trong ngăn lắng

Hệ thống bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng là một giải pháp thay thế cho lọc trong đất, cho phép đạt hiệu quả xử lý cao trước khi xả ra môi trường

• Nghiên cứu về loại bỏ vi sinh vật trong nước thải

Ở Đức, một chương trình nghiên cứu về mặt vi sinh vật - sự tồn tại và chết của các mầm bệnh trong nước thải được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu Hagendorf Ulrich, Diehl Klaus và nnk trong nhiều năm, trên các mẫu nước lấy từ ba bãi lọc trồng cây xử

lý nước thải đã qua xử lý sơ bộ (bể tự hoại nhiều ngăn, hồ) và từ nước thải sinh hoạt đã qua xử lý sơ bộ Nồng độ của các vi sinh vật chỉ thị hay các mầm bệnh được xác định ở nhiều vị trí và các bậc của hệ thống xử lý Với số liệu từ hơn 3600 phân tích vi sinh, so

sánh với các số liệu từ một hệ thống đã vận hành được 18 năm cho phép đưa được cả các yếu tố vận hành vào trong đánh giá

Các nghiên cứu cho thấy rằng hiệu suất loại bỏ trung bình của các vi sinh vật chỉ thị và các mầm bệnh nằm trong khoảng 1,5 - 2,5 đơn vị log với hệ thống xử lý một bậc và 3 - 5 đơn vị log đối với hệ thống xử lý nhiều bậc Không có sự khác nhau đáng kể giữa bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang và dòng chảy đứng Hiệu suất loại bỏ vi sinh vật trong các bãi lọc trồng cây rõ ràng là hơn hẳn so với hệ thống bùn hoạt tính truyền thống

• Nghiên cứu xử lý bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây

Viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan, kết hợp với Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xử lý phân bùn bể phốt lấy từ Bangkok bằng hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng với cây cỏ nến (Typha) tại AIT liên tục từ năm 1997 tới nay Tải trọng TS bằng 250 kg/m2.năm được coi là tải trọng tối ưu để

xử lý phân bùn Cần ngăn cản sự héo rủ của cỏ nến vào mùa khô bằng cách tưới nước bãi lọc bằng nước sau xử lý 65% nước từ phân bùn được thu qua hệ thống thu nước và 35% bay hơi Bãi lọc được vận hành gần 4 năm, không phải sửa chữa hệ thống thấm Chất rắn tích lũy chứa hàm lượng trứng giun thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng trong nông nghiệp đối với bùn cặn So sánh với sân phơi bùn truyền thống, bãi lọc ngầm trồng cây cho phép thời gian lưu giữ bùn khô lớn hơn nhiều (5-

6 năm) Ưu điểm của phương pháp xử lý phân bùn bằng bãi lọc trồng cây là bộ rễ tạo ra cấu trúc xốp, với hệ thống mao mạch nhỏ li ti trong bãi lọc, giúp cho quá trình khử nước của hệ thống được duy trì trong nhiều năm mà không bị tắc

• Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp, nước rỉ bãi rác bằng bãi lọc trồng cây

Tại Bồ Đào Nha, l.c Davies, c.c Carias và nnk đã nghiên cứu vai trò của cây sậy (Phragmites communis) - tác nhân peroxide trong quá trình phân hủy chất nhuộm azo, axit cam 7 (AO7) trong bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng Nghiên cứu cho thấy các chất do thực vật tươi tiết ra có thể phân hủy AO7 và các amin thơm của nó, sau 120 giờ tiếp xúc với H2O2, loại bỏ được 3,2-5,7

Từ nghiên cứu này cho thấy bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng thích hợp để xử lý nước thải chứa chất nhuộm Azo Với nồng độ của dòng vào là

130 mgAO7/l, hoạt tính peroxide của thực vật trong lá, thân và rễ theo thứ tự tăng gấp 2,1 lần, 4,3 lần và 12,9 lần Khi nồng độ chất nhuộm 700 mgAO7/l, hoạt tính peroxid của thực vật bị ức chế ngay tức khắc nhưng chỉ sau hai ngày hoạt tính này trở về được như cũ Tải trọng hữu cơ AO7 từ 21 đến 105 gCOD/m2.ngày không độc

và có khả năng loại bỏ từ 11 đến 67 g COD/m2.ngày Hiệu quả loại bỏ AO7 và TOC

là tương đương nhau (khoảng 70%) cho thấy AO7 bị khoáng hóa Chu trình 3 giờ là thời gian thích hợp để phân hủy AO7

Bãi lọc trồng cây cũng đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý nước

rò rỉ từ bãi rác ( kể cả bãi chôn lấp rác sau khi đốt) đạt hiệu quả rất tốt như bãi lọc trồng cây ngập nước xử lý nước rác ở Linkoeping, Thụy Điển

b Trong nước

Hiện nay, Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA0, Trường Đại học Xây dựng cũng đang nghiên cứu công nghệ xử lý phân bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, phối hợp với Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG (đề tài FSM, dự án ESTNV do Thụy Sỹ tài trợ)

Công trình nghiên cứu làm sạch nước Hồ Tây bằng cây thủy sinh Dự án dự kiến thực hiện trong 2 năm (2004-2005) với tổng chi phí gần 5,4 tỷ đồng, nhưng dự

án cần nghiên cứu kỹ lưỡng để chọn lựa những loài cây thích hợp

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên cứu thực hiện Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm như: với sơ đồ bậc 1, 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 sơ đồ bậc 2 nối tiếp, 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 do GS.TSKH Dương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện 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

Nghiên cứu xử lý ô nhiễm N, P trong nước sông Tô Lịch bằng Bèo Tây do Th.S Đào Văn Bảy và GS.TSKH Lâm Ngọc Thụ thực hiện Kết quả theo dõi thí nghiệm cho thấy khi hàm lượng các ion NH4-N và PO43-P < 0,01 mg/l, thì chỉ 6-7 ngày sau đó, Bèo Tây có biểu hiện yếu lá, lá vàng và chết dần Điều đó cho phép ta định được chu kỳ xử lý thích hợp và quyết định thời điểm tách bèo ra khỏi nguồn nước tránh tái ô nhiễm nguồn nước

Nghiên cứu sử dụng một số thực vật nước để làm sạch kim loại nặng trong nước hồ Bảy Mẫu do PGS.TS.Lê Thị Hiền Thảo - Trường Đại Học Xây Dựng thực hiện Kết quả nghiên cứu khẳng định một số loài thực vật bậc cao như Bèo Tấm và Rong Đuôi Chó có khả năng làm sạch nước, làm giảm hàm lượng các chất bẩn và một số kim loại nặng trong nước Hồ Bảy Mẫu Hiệu quả xử lý kim loại nặng của Rong Đuôi Chó cao hơn so với Bèo Tấm

Nghiên cứu sự phân bố Cu, Zn, Hg và Cd trong rau muống thu từ sông Nhuệ

và Tô Lịch của Việt Nam do Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa học

và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Tổng hợp Bordeaux1 của Pháp thực hiện Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng rau muống là cây có khả năng tích tụ kim loại nặng, cây sống ở môi trường chứa kim loại nặng ở mức cao hơn thì có hàm lượng các kim loại nặng này cao hơn Và có thể dùng rau muống làm đối tượng để xử lý môi trường đất, nước bị ô nhiễm kim loại nặng

Xử lý kim loại nặng (Cr, Pb2+ và Ni2+) trong nước thải công nghiệp bằng Bèo Tây do nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thực hiện Kết quả nghiên cứu đưa ra kết luận: Bèo Tây có khả năng hấp thụ các kim loại nặng Cr, Pb2+, Ni2+ trong nước thải công nghiệp Nó tích lũy một lượng kim loại nặng có độc tính cao trong lá, cuống và rễ của mình theo thời gian Hàm