Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt tại xã đồng liên huyện phú bình tỉnh thái nguyên

- Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý hiệu quả nước thải sinh hoạt bằng các loại vật liệu và thực vật nghiên cứu.. Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan

TRẦN THỊ THU

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI XÃ ĐỒNG LIÊN,

HUYỆN PHÚ BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Khóa học : 2011 - 2015

THÁI NGUYÊN – 2015

TRẦN THỊ THU

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI XÃ ĐỒNG LIÊN,

HUYỆN PHÚ BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài, em đã nhận được

sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp này em xin bày

tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:

Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu

Em xin trân trọng cảm ơn TS Dư Ngọc Thành;THS Trương ánh Tuyết -

người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu

Tập thể cô, chú, anh chị công tác trong xã Đồng Liên, huyện Phú Bình đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thu thập thông tin nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu

Ngày 20 tháng 4 năm 2015

Sinh viên

Trần Thị Thu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tác dụng của các công trình trong xử lý cơ học 8

Bảng 3.1 Kí hiệu các loại vật liệu lọc trong thi nghiệm 29

Bảng 3.2 Bảng công thức vật liệu lọc trong thí nghiệm 30

Bảng 3.3 bảng công thức nghiên cứu hiêu quả xử lý nước thải sinh hoạt trong thí nghiệm 30

Bảng 4.1 Kết quả xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc 38

Bảng 4.2 Kết quả xử lý COD của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 39

Bảng 4.3 Kết quả xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 40

Bảng 4.4 Kết quả xử lý T-P của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 41

Bảng 4.5 Kết quả xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 42

Bảng 4.6 Kết quả xử lý TSS của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 44

Bảng 4.7 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 2 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 45

Bảng 4.8 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 5 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 46

Bảng 4.9 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 7 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 48

Bảng 4.10 Chiều cao của các loại cây qua các giai đoạn nghiên cứu 49

Bảng 4.11 Số rễ và chiều dài rễ qua thời gian theo dõi thí nghiệm 51

Bảng 4.12 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 52

Bảng 4.13 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 53

Bảng 4.14 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 53

Bảng 4.15 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1: Các phương pháp xử lý cơ học 7

Hình 2.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt 14

Hình 2.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm 15

Hình 2.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 16

Hình 2.4 : Đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng 16

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

Phần 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cơ sở khoa học 3

2.1.1 Một số khái niệm 3

2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 4

2.1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm trồng cây 13

2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam 23

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 23

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG,NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 28

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 28

3.3 Nội dung nghiên cứu 28

3.4 Phương pháp nghiên cứu 29

3.4.1 Phương pháp thu nhập số liệu thứ cấp 29

3.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 29

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 33

Phần 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu 34

4.1.1 Đặc điểm tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên 34

4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 36

4.2 Độ dẫn thuỷ lực và đánh giá khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc 38

4.2.1 Kết quả xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc 38

4.2.2 Kết quả xử lý COD của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 39

4.2.3 Kết quả xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 40

4.2.4 Kết quả xử lý T-P của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 41

4.2.5 Kết quả xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 42

4.2.6 Kết quả xử lý TSS của các công thức vật liệu lọc sau xử lý 44

4.3 Lựa chọn công thức cây trồng và đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của các loại cây trong mô hình 45

4.3.1 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 2 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 45

4.3.2 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 5 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 46

4.3.3 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 7 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 48

4.3.4 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, của các loại cây trong mô hình 49

4.4 Xác định tải trọng thủy lực tối ưu 51

4.4.1 Kết quả chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 20 lít/ngày 52

4.4.2 Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 30 lít/ngày 53

4.4.3 Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 40 lít/ngày 53

4.4.4 Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 50 lít/ngày 54

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Đề nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Phần 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được quan tâm trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Trái đất – ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần tài nguyên Nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay do các hoạt động kinh tế - xã hội Các hoạt động này, một mặt cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác lại đặt ra hàng loạt vấn đề như: Khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ mọi hoạt động sống và sản xuất của con người Nền kinh tế - xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng và lượng nước thải chiếm tới 80% lượng nước sử dụng Vấn đề cấp thiết hiện nay là phải có biện pháp quản lý và xử lý ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư thành thị và nông thôn

Tại khu dân cư xã Đồng Liên, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên với lượng dân cư tập trung đông nên lượng nước thải sinh hoạt thải ra rất nhiều Mặc dù đã được xử lý qua bể phốt, nhưng nồng độ các chất ô nhiễm vẫn rất cao và được xả thẳng ra nguồn tiếp nhận như suối, kênh, rạch, ao, ruộng nông nghiệp.Việc thải trực tiếp ra ngoài môi trường, đã ảnh hưởng rất nhiều tới môi trường và đời sống người dân không chỉ tại khu vực đó mà ở cả những khu vực xung quanh Khi thải ra suối, kênh, rạch thì nước thải gây ô nhiễm lan truyền rất xa, làm chết các sinh vật sống dưới nước,ảnh hưởng tới nước ngầm, bốc mùi hôi thối, chất lượng nước tưới tiêu giảm Khi thải ra ao, ruộng canh tác gây ra hiện tượng phú dưỡng, chết các sinh vật thủy sinh, mùi hôi thối nồng nạc, đất không thể canh tác và đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp tới người canh tác trên ruộng đó (bệnh viêm da,nấm da…)

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: Cơ học, lý - hoá học,…Tuy nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ sinh Công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây những năm gần đây được thế giới biết đến như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải cấp 2 trong điều kiện tự nhiên qua, không cần sử dụng

năng lượng để vận hành, chủ yếu là cho tự chảy, tiết kiệm nguồn nhiên liệu, dễ thi công

và vận hành, khả năng xử lý nước sau bể phốt rất hiệu quả

Xuất phát từ lý do trên, em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình

bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt tại xã Đồng Liên, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên”

1.2 Mục đích của đề tài

Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng cũng như 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

1.3 Mục tiêu của đề tài

- Xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc và tải trọng thủy lực

tối ưu từ đó tìm ra công thức tối ưu nhất để ứng dụng vào mô hình bãi lọc ngầm trồng cây

- Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý hiệu quả nước

thải sinh hoạt bằng các loại vật liệu và thực vật nghiên cứu

- Đánh giá khẳ năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây

- Thành phần nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam (QCVN

14-2008)về nước thải sinh hoạt

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

-Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học vào nghiên cứu

- Xác định độ dẫn thuỷ lực của vật liệu lọc và tải trọng thủy lực tối ưu từ đó

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Một số khái niệm

* Môi trường: Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng

hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014 “Môi trường

là hệ thống các yếu tố tự nhiên và vật chất có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật”

* Ô nhiễm môi trường: Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần

môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật (Theo Điều 3 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2014)

* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước

không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép

và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật

* Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động

thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác

* Tiêu chuẩn môi trường: (Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội

nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014)

“Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải các yêu cầu kỹ thuật

và quản lý được cơ quan nhà nước và các tổ chức công bố dưới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ môi trường.”

* Quy chuẩn kỹ thuật môi trường: (Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được

Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014) “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường.”

* Độ dẫn thủy lực (Hydraulic conductivity): Lượng nước được giữ lại trung

bình trên 1 đơn vị diện tích ướt hay khả năng cho nước đi qua của vật liệu trên 1 đơn vị diện tích

Độ dẫn thuỷ lực của các vật liệu khác nhau là khác nhau, nên độ dẫn thuỷ lực phụ thuộc vào chất liệu của vật liệu lọc

2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

2.1.2.1 Tính chất nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn

có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, có thể tính bằng 80% lượng nước cấp Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học (Nguyễn Việt Anh, 2005)[1]

2.1.2.2 Thành phần nước thải sinh hoạt

*Các thông số vật lý

+ Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng trong nước (Total Suspended Solids - (TSS - SS) có thể

có bản chất là: Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);các chất hữu cơ không tan;các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật

nguyên sinh…)

+ Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S - mùi trứng thối Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S

+ Độ màu

Màu của nước thải mang đặc trưng riêng của từng nguồn thải và do sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy lý - hóa của các chất hữu cơ Đơn vị đo độ

màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt - Co).Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải

*Các thông số hóa học

+ Độ pH của nước

pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+

có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước

+ Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD)

Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hóa học bao gồm cả hữu cơ và vô cơ trong nước (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh)

+ Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD)

BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng: Chất hữu cơ + O2 => CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian

BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật BOD là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải; là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên; là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường

+ Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO)

DO là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v ) thường được tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo, v.v Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực.

+ Nitơ và các hợp chất chứa nitơ

Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất,

là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào Vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ (NH4+, NO2-, NO3-)

+ Phospho và các hợp chất chứa phospho

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1) Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và

vi khuẩn lam

Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật, sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước

+ Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt

*Các thông số vi sinh vật học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun sán

Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút

+ Giun sán (helminths)

Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả

2.1.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

* Phương pháp xử lý cơ học

Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi ) ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải.Phương pháp này

có ưu điểm là đơn giản, dễ sử dụng, dễ quản lý, kinh phí đầu tư xây dựng và vận hành thấp; các thiết bị vật liệu khá thông dụng và dễ tìm; hiệu xuất xử lý sơ bộ tốt

Sơ đồ 2.1: Các phương pháp xử lý cơ học

Lọc áp lực

Lọc băng truyền

Lọc chân không

Lắng trọng lực truyền thống kết hợp tách dầu

Bảng 2.1: Tác dụng của các công trình trong xử lý cơ học

Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng

Khuấy trộn Khuấy trộn chất khí và hóa chất với nước thải, giữ cho cặn

ở trạng thái lơ lửng

Cát từ các bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và chở đi sử dụng với mục đích khác

Cặn tươi từ bể lắng I dẫn đến bể mêtan để xử lý Một phần bùn hoạt tính dư (vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt II, được dẫn tới bể nén bùn để làm giảm độ ẩm

và thể tích sau đó được dẫn vào bể mêtan để tiếp tục xử lý Cặn ra khỏi bể mêtan thường có độ ẩm cao (96% – 97%) để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: Sân phơi bùn, hồ chứa bùn

hoặc trong điều kiện nhân tạo, độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55% - 75% Tiếp tục làm giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt , sau khi sấy độ ẩm còn 25% - 30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển

* Phương pháp xử lý hóa học

Phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây

tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất

hoà tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường

Phương pháp xử lý hoá học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp.Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải

+ Phương pháp khử trùng

Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồn

nước Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các

bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan Các biện pháp khử

trùng bao gồm: sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ

+ Phương pháp trung hòa

Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kềm về trạng thái trung tính pH = 6.5 – 8.5 Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: Trộn lẫn nước thải chứa acid và chứa kềm, bổ sung thêm tác nhân hoá học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp thụ khí chứa acid bằng nước thải chứa kềm,…nước thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do quá trình công nghệ có thể chứa acid hoặc bazơ có khả năng gây ăn mòn vật liệu, phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây ra các tác hại khác, do đó cần thực hiện quá trình trung hòa nước thải

+ Phương pháp đông tụ và keo tụ

Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn), các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.Phương pháp đông tụ - keo tụ là

quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện tượng lắng xảy ra.Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hạt keo phân tán có kích thước 1-100µm

+ Phương pháp ozon hoá

Đó là phương pháp hoá học có chứa các chất hữu cơ dạng hoà tan và dạng keo bằng ozon Ozon sẵn sàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ

+ Phương pháp điện hoá học

Nhằm phá huỷ các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anốt hoặc dùng để phục hồi các chất quý

Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: Oxy hóa ở anot và khử ở catot Xử

lý bằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nước thải có lưu lượng nhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc

+ Oxy hóa khử

Đa số các chất vô cơ không thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa được, trừ các trường hợp các kim loại nặng như: Cu, Zn, Pb, Co, Fe, Mn, Cr… bị hấp thụ vào bùn hoạt tính Nhiều kim loại như: Hg, As… là những chất độc, có khả năng gây hại đến sinh vật nên được xử lý bằng phương pháp oxy hóa khử Dưới tác dụng của oxy hóa, các chất ô nhiễm độc hại sẽ chuyển hóa thành những chất ít độc hại hơn và được loại ra khỏi nước thải

* Phương pháp xử lý hóa lý

Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học Phương pháp hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược Phương pháp hóa lý được sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô

cơ hòa tan, có nhiều ưu điểm như: Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học; không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật; có thể thu hồi các chất khác nhau; hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn

+ Tuyển nổi

Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha khí – nước và xảy ra khi có năng lượng tự do trên bề mặt phân chia,

đồng thời cũng do các hiện tượng thấm ướt bề mặt xuất hiện theo chu vi thấm ướt ở những nơi tiếp xúc khí – nước Ưu điểm phương pháp tuyển nổi là có thể thu cặn với độ ẩm nhờ đó có thể thu tạp chất

+ Trích ly

Tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng cách bổ sung một chất dung môi không hoà tan vào nước, nhưng độ hoà tan của chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước

+ Hấp phụ

Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp thụ, phần lớn là chất hấp phụ rắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hay động Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất hấp thụ có thể bị giải hấp phụ và chuyển ngược lại vào chất thải

+ Chƣng bay hơi

Là chưng nước thải để các chất hoà tan trong đó cùng bay hơi lên theo hơi nước Khi ngưng tụ, hơi nước và chất bẩn dễ bay hơi dễ hình thành các lớp riêng biệt và do đó dễ dàng tách các chất bẩn ra

+Trao đổi ion

Là phương pháp thu hồi các Cation và Anion bằng các chất trao đổi ion Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu lọc nhân tạo Chúng không hoà

tan trong nước và trong dung môi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion

đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ qua các công trình cơ học, hóa học, hóa

lý Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn

+ Hồ hiếu khí

Ao nông 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật gồm 2 loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

+ Ao hồ sinh học (Ao hồ ổn định nước thải):

Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa Phương pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền,

quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao Quy trình được tóm tắt như sau:

Nước thải → loại bỏ rác, cát, sỏi → Các ao hồ ổn định → Nước đã xử lý

+ Hồ kị khí

Ao kị khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí Các vi sinh vật kị khí hoạt động sống không cần oxy của không khí Chúng sử dụng oxy từ các hợp chất như nitrat, sulfat Để oxy hóa các chất hữu cơ và khí CH4, H2S,CO2,…và khí

và nước Chiều sâu của hồ khá lớn khoảng 2 – 6 m

+ Hồ tùy nghi

Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng lắng.Ao hồ tùy nghi được chia làm ba vùng: Lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị khi tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí.Chiều sâu của hồ khoảng 1 – 1,5 m

Bản chất của quá trình xử lý là: Khi lọc nước thải qua đất các chất rắn lơ lửng

và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng Những chất này tạo ra một màng gồm nhiều vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa

tan trong nước thải Những vi sinh vật sẽ sử dụng oxy của không khí qua các khe đất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khoáng

Bao gồm: + Cánh đồng tưới

+ Cánh đồng lọc

+ Các công trình xử lý hiếu khí nhân tạo

Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ bản: Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng; quá trình xử lý sinh trưởng bám dính

Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aeroten bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay…

+ Các công trình xử lý sinh học kị khí nhân tạo (Anaerobic Descomposotion)

Phân hủy kị khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các chất khí (CH4 và

CO2) trong điều kiện không có oxy Việc chuyển hóa các acid hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng Năng lượng hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80  90% Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32  35 oC Ưu điểm nổi bật của quá trình xử

lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hợn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí

2.1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm trồng cây

2.1.3.1 Khái niệm

Hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước nhưng việc

xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý được quá trình vận hành ở mức độ đơn giản 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

2.1.3.2 Các loại bãi lọc và cấu tạo

* Bãi lọc trồng cây có 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 (Dayna Yocum, 2002)[14] 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 (Trịnh Xuân Lai, 2000)[6]

Hình 2.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt

(Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2000)

* Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm (subsurface flow wetland)

Hệ thống này có nhiều 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 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(Sapkota và Bavor, 1994) [20] 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 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 (Trịnh Xuân Lai, 2000)[6]

Hình 2.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm

(Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2000)

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

* 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 (Trịnh Xuân Lai, 2000)[6]

Hình 2.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang

(Nguồn: Cooper, 1996)

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

Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt, chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa ra ngoài Tuy nhiên, trên thực tế mô hình đất ngập nước 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 (Nguyễn Việt Anh, 2005)[1]; (Lều Thọ Bách, 2013)[11]

Hình 2.4 : Đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng

( Nguồn: Cooper, 1996)

2.1.3.3 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 (Hoàng Đàn, 2007) )[5]

* 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 (Lê Thị Minh Nga, 2006) )[8] 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

* 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…), tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt 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 (Nguyễn Đức Lượng và CS, 2003)[7]

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 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

* 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)

* Loại bỏ kim loại nặng

Khi các kim loại nặng hoà tan trong nước thải chảy vào bãi lọc trồng cây, các

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

Các loại thực vật khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất khác nhau

* 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

2.1.3.4 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc ngầm

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 xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây giúp tạo vùng rễ, lỗ xốp, vận chuyển oxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, KLN,

2.1.3.5 Sơ lược về vật liệu lọc và thực vật sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây

* Vật liệu lọc

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

- Cát, sỏi:

Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn 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)

- Đá cấp phối (Đá vôi):

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

- Mùn:

Mùn là một thể hữu cơ phức tạp có trọng lượng phân tử rất lớn,câú 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 Mùn có cấu tạo gồm 4 bộ phận: Nhân vòng; mạch nhánh; nhóm định chức; cầu nối

Mùn có 3 nhóm chính: Nhóm axit humic; nhóm axit fulvic; nhóm humin

- Cây Hoa Bóng Nước

Tên thường gọi: Hoa Bóng Nước hay 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

- 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 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 Chuối Hoa

Tên thường gọi: Cây Chuối Hoa

Tên khoa học: Canna hybrids

- 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

- Cây Trúc Mây (Mật Cật)

Tên thông thường: Mật Cật (Trúc Mây)

Tên khoa học: Rhapis excelsa

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: Là cây hạt kín được xếp vào cây 1 lá, 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 đoa ̣n còn nhỏ đòi hỏi phải che bóng, đất thoát nước tốt

- Cây hoa dong

Tên khoa học là Canna edulis (Indica)

Nguồn gốc phát sinh ở Nam Mỹ, ngày nay hoa dong được trồng rộng rãi ở các nước nhiệt đới và á nhiệt đới Nam Mỹ là trung tâm đa dạng của hoa dong nhưng châu Á, châu Úc và châu Phi là những nơi trồng nhiều nhất (Cecil, 1992; Hermann, 1999) Một số tên gọi khác như: Queenland Arrowroot; Canna Indica; Canna Edulis (Kerr- Gawl) (Cecil,1992)

- 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 Viê ̣t Nam: Rô ̣ng khắp

Là một loài thực vật có hoa trong họ Tóc Tiên Là loài bản địa của Tây Phi, Tanzania và Zambia nhưng hiện nay được trồng làm cây cảnh ở nhiều nơi

Đặc điểm hình thái: Thân, Tán, Lá: cây thân cột, cao 2-5m, đường kính 3-4cm

Lá hình giáo thuôn nhọn ở đỉnh, kéo bẹ ôm thân ở gốc, mọc tập trung ở đầu cành, màu xanh bóng đôi khi có các giải màu vàng kéo dài từ gốc tới ngọn Hoa chùm dài, cong ra ngoài đám lá, hoa lớn màu trắng thơm hay vàng nhạt, quả mọng màu đỏ 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

- 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, có thân tròn màu xanh đậm, lá giảm thành các bẹ ở gốc, các lá bắc ở đỉnh 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 Thân thảo mọc đứng, 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 Cụm hoa tán ở nách lá, nhiều, bông nhỏ hình bầu dục hoặc hình bầu dục ngắn, dẹp, dài chừng 8mm, ra hoa vào tháng 1, tháng 2

- 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 este 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

2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua Công nghệ bãi lọc trồng cây được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu để xử lý nước thải phân tán như sinh hoạt, chăn nuôi, công sở, bệnh viện trong tự nhiên thân thiện với môi

trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường Các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha còn cho thấy bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị, xử lý phân bùn bể phốt và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác Không những thế, thực vật nước từ bãi lọc trồng cây còn có thể được chế biến, sử dụng để thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường

Tại Bồ Đào Nha, 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 mgA07/gP.Australis) khi dòng chảy có nồng độ 40 mgAO7/l (8 mgA07/gP.Australis) (Lều Thọ Bách, 2009)[11]

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

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 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 (Lều Thọ Bách, 2009)[11]

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 nhiều người khác 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 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

Tại 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 nước thải đô thị với mục đích chính là khử nitơ, mặc

dù hiệu quả xử lý tổng Phốtpho và BOD cũng khá cao Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã được xây dựng ở Na Uy Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này đã 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 yêu cầu bảo dưỡng thấp Có thể xây dựng bãi lọc trong bất kỳ điều kiện nào về vị trí Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang Các nghiên cứu ở Hoa Kỳ đã tập trung vào vùng đất than bùn, đầm lầy, cây bách mái vòm và sợi, đuôi mèo, lau sậy, bấc và cây có liên quan ở đất ngập nước thiết lập Vùng đất ngập nước được xây dựng là một trong hai hệ thống mặt nước (FWS) với nước nông độ sâu hoặc hệ thống dòng chảy dưới bề mặt (SFS) với nước chảy ngang qua bãi cát, sỏi

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây mới bước đầu được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm Theo GS.TSKH Nguyễn Nghĩa Thìn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) thì Việt Nam có đến 34 loại cây có thể sử dụng để làm sạch môi trường nước Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ, cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam

Các đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); hay "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" do PGS.TS Nguyên Việt Anh của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) thực hiện (Nguyễn Việt Anh, 2000)[2] Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm 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; T-P

Dự án “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,