Nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá vai trò của một số loài thực vật thuỷ sinh và đề xuất giải pháp sinh học nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ

Tình trạng suy thoái chất lượng nước bởi các chất ô nhiễm cũng làm mất dần đi các loài sinh vật có ích trong sông do không thể thích nghi được với môi trường ô nhiễm… Sử dụng nước sông N

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình, luận án nào và chưa sử dụng để bảo vệ học vị nào

Mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn và các thông tin tham khảo, trích dẫn đã được nêu rõ nguồn gốc

Tác giả luận án

Vũ Thị Phương Thảo

LỜI CÁM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ, ủng hộ nhiệt tình của nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân, bạn bè

và đồng nghiệp Nhân dịp này tôi xin gửi lời cám ơn chân thành về sự quan tâm quý báu đó

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Tuấn - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, TS Đinh Thái Hưng- Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn trung ương, đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, cung cấp cho tôi nhiều tư liệu quý, góp ý hoàn thiện Luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các thầy cô giáo Viện Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi khí hậu, Phòng Khoa học, Đào tạo và Hợp tác quốc tế, Trung tâm Nghiên cứu Môi trường, Bộ môn Quản lý Tài nguyên và Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ, góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Phân tích Tổng hợp, Viện Địa lý, Phòng Thực vật, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật – Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, Phòng Thí nghiệm Phân tích Môi trường, Bộ môn Thực vật học, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã giúp đỡ, phối hợp giám định loài thực vật, phân tích chất lượng nước, chất lượng trầm tích, cấu trúc tế bào thực vật, thực nghiệm nuôi trồng các thuỷ sinh thực vật làm cơ sở khoa học trong việc hoàn thành Luận án

Tôi xin cảm ơn Tổng cục Môi trường, Trung tâm quan trắc môi trường đã cung cấp cho tôi các tài liệu, số liệu quý báu trong việc hoàn thiện Luận án

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn tới các bạn bè, đồng nghiệp, gia đình… đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án Tôi xin trân trọng cám ơn về tất cả sự giúp đỡ quý báu đó!

Tác giả Luận án

Vũ Thị Phương Thảo

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Quan điểm nghiên cứu, cách tiếp cận của Luận án 3

5 Giả thuyết khoa học của Luận án 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Những đóng góp mới 4

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 7

1.1 Hiện trạng ô nhiễm sông trên thế giới và ở Việt Nam 7

1.1.1 Trên thế giới 7

1.1.2 Ở Việt Nam 9

1.2 Nghiên cứu sử dụng TVTS xử lý ô nhiễm nước 12

1.2.1 Cơ sở khoa học của biện pháp sử dụng TVTS xử lý ô nhiễm nước 13

1.2.1.1 Các chất ô nhiễm là các chất vô cơ 13

1.2.1.2 Các chất ô nhiễm là các chất hữu cơ 16

1.2.2 Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý ô nhiễm nước 16

1.2.3 Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng TVTS để xử lý ô nhiễm nước 17 1.2.4 Các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm nước bằng TVTS và tình hình nghiên cứu sử dụng các loài TVTS thuỷ trúc, rau muống, rau ngổ trâu cải tạo nước ô nhiễm 19

1.2.5 Nghiên cứu xử lý TV sau khi sử dụng để xử lý nước ô nhiễm 25

1.3 Đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội vùng lưu vực sông Nhuệ 26

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên vùng lưu vực sông Nhuệ 26

1.3.1.1 Vị trí địa lý và diện tích 26

1.3.1.2 Đặc điểm địa hình 28

1.3.1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 29

1.3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội vùng lưu vực sông Nhuệ và ảnh hưởng của phát triển kinh tế- xã hội đến nguồn tài nguyên nước sông Nhuệ 31

1.3.2.1 Dân số và ảnh hưởng của quy mô dân số lớn đến nguồn tài nguyên nước sông Nhuệ 31

1.3.2.2 Sự phát triển kinh tế khu vực sông Nhuệ và những ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Nhuệ 32

CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG,THỜI GIAN, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Phạm vi, đối tượng và thời gian nghiên cứu 36

2.1.1 Phạm vi nghiên cứu 36

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 36

2.1.3 Thời gian nghiên cứu 36

2.2 Nội dung và quy trình nghiên cứu 36

2.2.1 Nội dung nghiên cứu 36

2.2.1 Các bước nghiên cứu của Luận án 37

2.3 Quan điểm, cách tiếp cận của luận án 38

2.3.1 Quan điểm nghiên cứu 38

2.3.1.1 Quan điểm hệ thống và tổng hợp 38

2.3.1.2 Quan điểm phát triển bền vững 38

2.3.2 Các cách tiếp cận khoa học 39

2.3.2.1 Tiếp cận hệ sinh thái 39

2.3.2.2 Tiếp cận sử dụng khôn khéo đất ngập nước 40

2.4 Phương pháp nghiên cứu 40

2.4.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa 40

2.4.1.1 Lập kế hoạch trước khi khảo sát ngoài hiện trường 40

2.4.1.2 Khảo sát ngoài thực địa 43

2.4.1.3 Phân tích đánh giá tính đa dạng hệ thực vật 43

2.4.1.4 Lấy mẫu nước sông 43

2.4.1.5 Lấy mẫu trầm tích sông 44

2.4.1.6 Lấy mẫu thực vật 44

2.4.2 Nhóm phương pháp trong phòng thí nghiệm 46

2.4.2.1 Phân tích thành phần chất lượng mẫu nước 46

2.4.2.2 Phân tích thành phần chất lượng mẫu trầm tích 46

2.4.2.3 Phân tích thành phần một số chất trong mẫu thực vật và hình thái giải phẫu của thân, lá, rễ 47

2.4.2.4 Cải thiện chất lượng nước bằng các thực vật thuỷ sinh 50

2.4.3.Phương pháp điều tra, thu thập thông tin, kế thừa tài liệu 52

2.4.4 Phương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước 54

2.4.5 Phương pháp chuyên gia 54

2.4.6 Phương pháp tính toán và xử lý số liệu 54

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 Chất lượng nước sông Nhuệ trong thời gian nghiên cứu 57

3.1.1.Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số vật lý 57

3.1.2 Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số gây phú dưỡng nguồn nước 59

3.1.3 Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số ô nhiễm chất hữu cơ, vi sinh: 61

3.1.4.Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số KLN: 62

3.2 Chất lượng trầm tích sông Nhuệ trong thời gian nghiên cứu 63

3.2.1 Tính chất hoá lý của các mẫu trầm tích sông Nhuệ 63

3.2.2 Hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu trầm tích sông Nhuệ 63

3.3 Sự đa dạng thực vật thuỷ sinh bậc cao có mạch lưu vực sông Nhuệ và khả năng sử dụng thực vật thuỷ sinh LVS Nhuệ để xử lý ô nhiễm nước 69

3.4 Thực nghiệm đánh giá vai trò của các sinh vật thuỷ sinh trong quá trình cải thiện chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ 73

3.4.1 Chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ sử dụng cho thực nghiệm 74

3.4.2 Sự tăng trưởng, phát triển, thay đổi về thành phần vật chất trong mô của các loài TVTS 76

3.4.2.1 Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào, khả năng tăng trưởng, thành phần vật chất của

cây thuỷ trúc sau thí nghiệm 76

3.4.2.2 Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào, khả năng tăng trưởng, thành phần vật chất của cây rau muống sau thí nghiệm 90

3.4.2.3 Cấu tạo giải phẫu và sự biến đổi tế bào, khả năng tăng trưởng, thành phần vật chất của của cây ngổ trâu sau thí nghiệm 103

3.4.3 Diễn biến các yếu tố chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ trong và sau quá trình trồng các thuỷ sinh thực vật 115

3.4.4.1 Diễn biến của các yếu tố chất lượng nước 116

3.4.3.2 Diễn biến của các yếu tố chất lượng trầm tích 126

3.4.3.2 Sự cân bằng vật chất các chất ô nhiễm ở các bể thí nghiệm 128

3.5 Các nguồn thải gây ô nhiễm đoạn sông Nhuệ từ Cầu Tó tới Cống Thần và công tác quản lý nhà nước về môi trường lưu vực sông 132

3.5.1 Hiện trạng các nguồn thải vào đoạn sông Nhuệ từ Cầu Tó tới Cống Thần 132 3.5.1.1 Nguồn thải sinh hoạt 132

3.5.1.2 Nguồn thải công nghiệp và làng nghề 132

3.5.1.3 Nguồn thải nông nghiệp 133

3.5.1.4 Nguồn thải y tế 133

3.5.1.5 Nguồn chất thải rắn 134

3.5.2 Công tác quản lý nhà nước về môi trường lưu vực sông 134

3.5.2.1 Hệ thống văn bản pháp luật bảo vệ môi trường 134

3.5.2.2 Cơ cấu tổ chức và quản lý nhân sự 136

3.5.2.3 Năng lực và trình độ chuyên môn của đội ngũ cán bộ quản lý môi trường 137

3.5.2.4 Các hoạt động quản lý môi trường ở đoạn sông từ Cầu Tó tới Cống Thần 138

3.5.2.5 Hệ thống quan trắc và giám sát môi trường 138

3.6 Đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước, bảo vệ phát triển hệ sinh thái sông Nhuệ 139

3.6.1 Cơ sở khoa học đề xuất các giải pháp 139

3.6.2 Các giải pháp về luật pháp và chính sách 140

3.6.3 Các giải pháp về tuyên truyền và huấn luyện 141

3.6.4 Các giải pháp về kỹ thuật 141

3.6.4.1 Các giải pháp vật lý nhằm cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ 141

3.6.4.2 Giải pháp sinh học nhằm cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ 142

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO 156

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

APHA American Public Health

Asociation

Hiệp Hội sức khoẻ Hoa kỳ

AWWA American Water Works

Asociation

Hiệp hội nước Hoa kỳ

BTNMT Ministry of Natural Resources

and Environment

Bộ Tài nguyên và Môi trường

BOD5 The 5 day biochemical oxygen

demand

Nhu cầu ôxy sinh hóa trong 5 ngày

COD Chemical oxygen demand Nhu cầu ôxy hóa học

EC Electricity Conductivity Độ dẫn điện

FAO Food and Algriculture

Organization

Tổ chức Nông Lương thế giới

QCVN Vietnamese standard Quy chuẩn Việt Nam

P Biomass productivity Năng suất sinh học

TF Translocation factor Hệ số vận chuyển

TDS Total dissolved solids Tổng chất rắn hòa tan

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

t1 Time to start the experiment Thời điểm bắt đầu thí nghiệm t2 Time to end the experiment Thời điểm kết thúc thí nghiệm

TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng

WHO World Health Organization Tổ chức Y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các nguồn ô nhiễm sông và các chất ô nhiễm chính ở các hệ thống sông Cầu,

Nhuệ -Đáy, Đồng Nai………… ……… ………10

Bảng 1.2 Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước ……… 19

Bảng 1.3 Phân bố diện tích trong lưu vực sông Nhuệ 27

Bảng 1.4 Hiện trạng sử dụng nước sông Nhuệ 33

Bảng 2.1 Các đợt thí nghiệm và thời gian thí nghiệm 36

Bảng 2.2 Các vị trí lấy mẫu nước, mẫu trầm tích và mục đích lẫy mẫu 41

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu phân tích mẫu nước và phương pháp phân tích 46

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu phân tích mẫu trầm tích và phương pháp phân tích 46

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu phân tích mẫu sinh vật và phương pháp phân tích thành phần các chất trong các mô rễ, thân, lá thực vật 47

Bảng 3.1 Các loài TVTS có mạch khu vực sông Nhuệ và số đợt bắt gặp trong các chuyến khảo sát thực địa……… ……… ………66

Bảng 3.2 Các thông số chất lượng nước của các mẫu nước sông nhuệ dùng cho thí nghiệm nuôi trồng các thuỷ sinh thực vật (thời gian ngày 30/3 /2015 đến 18/4/ 2015) 70 Bảng 3.3 Các thông số chất lượng trầm tích của các mẫu nước sông Nhuệ dùng cho thí nghiệm nuôi trồng các thuỷ sinh thực vật (thời gian ngày 30/3 /2015 đến 18/4/ 2015) 71 Bảng 3.4 Kích thước các tế bào ở thân cây Thuỷ trúc trước và sau thí nghiệm……….75

Bảng 3.5 Sự tăng trưởng của cây Thuỷ trúc trước và sau thời gian thí nghiệm 76

Bảng 3.6 Sinh khối và năng suất của cây Thuỷ trúc trước, giữa và sau thí nghiệm 82

Bảng 3.7 Hàm lượng các KLN trong các mô thực vật và TF đối với các KLN của Thuỷ trúc 79

Bảng 3.8 Hiệu quả hấp thụ các chất ô nhiễm sông Nhuệ của cây Thuỷ trúc 87

Bảng 3.9 Kích thước các tế bào ở thân cây Rau muống trước và sau thí nghiệm 86

Bảng 3.10 Chiều dài của cây Rau muống trước và sau thời gian thí nghiệm 95

Bảng 3.11 Sinh khối và năng suất của cây Rau muống trước và sau thí nghiệm 88

Bảng 3.12 Hàm lượng các KLN trong các mô TV và TF đối với các KLN của Rau

muống 90

Bảng 3.13 Hiệu quả hấp thụ các chất ô nhiễm sông Nhuệ của cây Rau muống 91

Bảng 3.14 Kích thước các tế bào ở thân cây Ngổ trước và sau thí nghiệm 97

Bảng 3.15 Chiều dài của cây Ngổ trâu trước và sau thời gian thí nghiệm 108

Bảng 3.16 Sinh khối và năng suất của cây Ngổ trâu trước và sau thí nghiệm 98

Bảng 3.17 Hàm lượng các KLN trong các mô TV và TF đối với các KLN của cây Ngổ trâu 111

Bảng 3.18 Hiệu quả hấp thụ các chất ô nhiễm sông Nhuệ của cây Ngổ trâu 101

Bảng 3.19 Sự tăng giảm hàm lượng các chất ô nhiễm trong trầm tíchở các bể thí nghiệm….……… 114

Bảng 3.20.Bảng cân bằng vật chất đối với các chất ô nhiễm là hợp chất của nitơ … 115

Bảng 3.21.Bảng cân bằng vật chất đối với các chất ô nhiễm là hợp chất của photpho.116 Bảng 3.21 Bảng cân bằng vật chất đối với chất ô nhiễm là KLN Fe…… ………….117

Bảng 3.22 Bảng cân bằng vật chất đối với các chất ô nhiễm là KLN Zn………… 118

Bảng 3.23 Danh sách các loài thực vật đất ngập nước trong khu vực nghiên cứu có khả năng xử lý ô nhiễ̃m môi trường nước 121

Bảng 3.24 Thời gian đạt sinh khối tối ưu của các thực vật thuỷ sinh 150

Bảng 3.25 Giải pháp sinh học tạo bè nổi trên sông- mô hình đất ngập nước với dòng chả̉y bề mặt sử dụng các loài thực vật cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ 151

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ khu vực sông Nhuệ.………28

Hình 2.1 Đoạn sông nghiên cứu …… 35

Hình 2.2 Các bước nghiên cứu của Luận án……… 39

Hình 2.3 Các vị trí lấy mẫu nước, mẫu trầm tích trên sông Nhuệ …42

Hình 2.4 Mẫu thực vật được dùng cho thí nghiệm 45

Hình 2.5 Các bể đựng mẫu nước và trầm tích dùng cho thí nghiệm……… ……… 49

Hình 2.6 Mô hình bể kính dùng cho thí nghiệm 51

Hình 2.7 Cấu trúc thí nghiệm sử dụng mẫu nước và trầm tích sông nhuệ thu từ 1 vị trí nghiên cứu 52

Hình 3.1 Hàm lượng DO ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn

2013- 2015 55

Hình 3.2 Hàm lượng N- NH4+ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn 2013- 2015……… 56

Hình 3.3 Hàm lượng P- PO43-ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn 2013- 2015……… 57

Hình 3.4 Hàm lượng Cd trong trầm tích sông Nhuệ trong giai đoạn 2013 – 2015………61

Hình 3.5 Hàm lượng Pb trong trầm tích sông Nhuệ trong giai đoạn 2013 – 2015.……… 62

Hình 3.6 Hàm lượng Zn trong trầm tích sông Nhuệ trong giai đoạn 2013 – 2015 ……… 63

Hình 3.7 Cấu tạo giải phẫu lá cây Thuỷ trúc.………73

Hình 3.8 Cấu tạo giải phẫu thân cây Thuỷ trúc………74

Hình 3.9 Cấu tạo giải phẫu của trụ rễ cây Thuỷ trúc 75

Hình 3.10 Hàm lượng TN và TP trung bình trong mô của Thuỷ trúc trước và sau

thí nghiệm 78

Hình 3.11 Hiệu quả hấp thụ các chất gây phú dưỡng nguồn nước sông Nhuệ bởi cây Thuỷ trúc trong 2 giai đoạn thí nghiệm 82

Hình 3.12 Hiệu quả hấp thụ các KLN Fe, Zn trong nước sông Nhuệ bởi cây Thuỷ trúc trong 2 giai đoạn thí nghiệm 90

Hình 3.13 Cấu tạo giải phẫu thân cây Rau muống 92

Hình 3.14 Cấu tạo giải phẫu tế bào của thân cây Rau muống 84

Hình 3.15 Cấu tạo giải phẫu tế bào của rễ cây Rau muống 85

Hình 3.16 Cấu tạo giải phẫu trụ rễ cây Rau muống 86

Hình 3.17 Hàm lượng TN và TP trung bình trong mô của Rau muống trước và sau thí nghiệm 90

Hình 3.18 Hiệu quả hấp thụ các chất gây phú dưỡng nguồn nước sông Nhuệ bởi cây Rau muống trong 2 giai đoạn thí nghiệm 92

Hình 3.19 Hiệu quả hấp thụ các KLN có hàm lượng cao trong nước Fe, Zn bởi cây rau muống trong 2 giai đoạn thí nghiệm .93

Hình 3.20 Cấu tạo giải phẫu phiến lá cây Ngổ dại 94

Hình 3.21 Cấu tạo giải phẫu thân cây Ngổ dại 106

Hình 3.22 Cấu tạo sơ cấp rễ cây Ngổ dại 96

Hình 3.23 Hàm lượng TN, TP trung bình trong mô của cây Ngổ dại trước, giữa và cuối thí nghiệm 99

Hình 3.24 Hiệu quả hấp thụ các chất gây phú dưỡng nguồn nước sông Nhuệ bởi cây Ngổ dại trong 2 giai đoạn thí nghiệm 102

Hình 3.25 Hiệu quả hấp thụ các KLN có hàm lượng cao trong nước Fe, Zn bởi cây Ngổ dại trong 2 giai đoạn thí nghiệm 103

Hình 3.26 pH trong môi trường nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 105

Hình 3.27 EC trong môi trường nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 105

Hình 3.28 TSS môi trường nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 106

Hình 3.29 Do môi trường nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 107

Hình 3.30 Nhu cầu oxy hoá học COD trong nước sông Nhuệ theo thời gian thí

nghiệm 108

Hình 3.31 Nhu cầu oxy sinh học BOD5 trong nước sông nhuệ theo thời gian thí nghiệm 109

Hình 3.32 Mật độ Tổng Coliform trong nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm……… 110

Hình 3.33 N- NH4+ trong nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 110

Hình 3.34 P- PO43- trong nước sông Nhuệ theo thời gian thí nghiệm 111

Hình 3.35 Hàm lượng Fe ở các giai đoạn thí nghiệm 112

Hình 3.36 Hàm lượng Zn ở các giai đoạn thí nghiệm 113

Hình 3.37 Mô hình đất ngập nước với dòng chảy bề mặt sử dụng thực vật thuỷ sinh cải thiện chất lượng nước sông Nhuệở đoạn sông từ Cầu Tó đến Đồng Quan126 Hình 3.38 Mô hình đất ngập nước với dòng chảy bề mặt sử dụng thực vật thuỷ sinh cải thiện chất lượng nước sông Nhuệở đoạn sông từ Đồng Quan đến Cống Thần 128

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với chiều dài 72km và khoảng gần 10 triệu người sinh sống trong vùng lưu vực có diện tích 1.075km², là khu vực có mật độ dân số cao nhất cả nước, hơn một nghìn người/km2, cũng là vùng có sự phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng kèm theo tình trạng đô thị hóa mạnh mẽ, sông Nhuệ có vai trò rất quan trọng đối với các hoạt động kinh tế trong vùng lưu vực, cũng là con sông đang phải chịu nhiều tác động tiêu cực của con người ở Việt Nam [1], [7], [20], [21] Sông Nhuệ lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc cung cấp nước tưới cho cả vùng lưu vực và là nơi đón nhận mỗi ngày đủ loại nước thải từ nước thải sinh hoạt đến nước thải làng nghề, nước thải công nghiệp, bệnh viện, dịch vụ… từ Hà Nội và các vùng ven sông Mặc dù nước sông Nhuệ có chứa lượng lớn nước thải nguy hại nhưng lại là nguồn nước tưới cấp cho hầu hết các vùng đất nông nghiệp trong vùng lưu vực và những đầm thuỷ sản ven sông Khi sử dụng nguồn nước này làm nước tưới, bên cạnh tác dụng có lợi (tận dụng được nguồn dinh dưỡng trong nước thải), thì những nguy cơ

có hại cũng là vấn đề cần phải quan tâm vì trong nguồn nước sông có lẫn nước thải này có thể có chứa các chất hữu cơ độc hại hay các vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt cũng có thể có sự tồn tại của các kim loại nặng có hại cho cơ thể con người [70], [76] Các kim loại nặng (KLN) có thể bắt đầu với nồng độ rất thấp tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, sau đó được tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn và tiềm

ẩn rủi ro tích luỹ trong cơ thể con người, khi nồng độ KLN đủ lớn để gây độc Bên cạnh đó, hàm lượng quá cao các chất hữu cơ trong nước sông gây nên tình trạng nước sông bốc mùi hôi, có màu đen, làm mất mỹ quan, cảnh quan đẹp đáng có mà một dòng sông có thể đem lại cho con người Tình trạng suy thoái chất lượng nước bởi các chất ô nhiễm cũng làm mất dần đi các loài sinh vật có ích trong sông do không thể thích nghi được với môi trường ô nhiễm…

Sử dụng nước sông Nhuệ đáp ứng tiêu chuẩn nước tưới tiêu của Chính phủ là một nhu cầu cấp thiết và chính đáng của nhân dân, nhằm đảm bảo sức khoẻ cộng đồng cũng như đảm bảo mỹ quan đô thị.Hiện tại, việc khôi phục chất lượng nước

sông không thể dựa hoàn toàn vào các biện pháp hóa lý đắt tiền do điều kiện kinh tế đất nước chưa đáp ứng được Bên cạnh đó, theo kinh nghiệm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới,việc xử lý nguồn nước sông có lượng lớn nước thải sinh hoạt bằng các phương pháp hoá lý thường xử lý không triệt để và hiệu quả đem lại không cao so với các phương pháp sinh học [57], [62], [63], [73] Do đó, việc nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm nước sông và các quá trình làm sạch nước tự nhiên, đặc biệt là các quá trình làm sạch sinh học để rồi áp dụng các phương pháp tự nhiên này để làm sạch nước là việc làm rất có ý nghĩa trong kinh tế cũng như rất thân thiện với môi trường

Hệ sinh thái sông và lưu vực sông đóng vai trò vô cùng quan trọng, là phần không thể tách rời của môi trường sông, nó tham gia vào các quá trình vận chuyển, tích lũy và đồng hóa chất ô nhiễm, là một trong những tác nhân chính tham gia vào quá trình làm sạch nước Việc nghiên cứu, đánh giá vai trò cụ thể của hệ sinh thái

mà vai trò đặc biệt quan trọng của một số loài có ưu thế vượt trội trong việc hấp thụ các chất ô nhiễm có trong sông làm sạch nước sẽ giúp chúng ta hiểu được một cách

rõ ràng hơn về quá trình làm sạch nước của tự nhiên,từ đó xây dựng các giải pháp sinh học nhằm giảm thiểu, khống chế mức độ gia tăng ô nhiễm để bảo vệ hiệu quả nguồn nước, bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên lưu vực sông Nhuệ, tiến tới phát triển bền vững

Từ thực tế nói trên, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá vai trò của một số loài thực vật thuỷ sinh và đề xuất giải pháp sinh học nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ” sẽ là một nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và

là cơ sở khoa học cho việc xây dựng giải pháp sinh học nhằm giảm thiểu, khống chế mức độ gia tăng ô nhiễm để bảo vệ hiệu quả nguồn nước, bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên lưu vực sông Nhuệ

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm môi trường nước và trầm tích sông Nhuệ đoạn từ Cầu Tó tới Cống Thần

- Xác định được vai trò của một số loài thực vật thủy sinh có hiệu quả cao trong quá trình làm sạch nước sông Nhuệ

- Đề xuất các giải pháp sinh học nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước, phát triển đa dạng sinh học hệ sinh thái sông

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ ở đoạn sông từ Cầu

Tó tới Cống Thần và các loại hình xả thải nước vào sông

- Nghiên cứu sự đa dạng thành phần loài thực vật thuỷ sinh (TVTS) có mạch lưu vực sông Nhuệ và tuyển chọn một số loài TVTS có khả năng làm sạch nước hiệu quả cao và phù hợp với môi trường nước sông Nhuệ ở đoạn sông nghiên cứu

- Nghiên cứu bằng thực nghiệm khả năng làm sạch nước của các loài TVTS

đã được tuyển chọn

- Đề xuất các giải pháp sinh học hữu ích bảo vệ môi trường nước, phát triển

đa dạng sinh học hệ sinh thái sông

4 Quan điểm nghiên cứu, cách tiếp cận của Luận án

Đối tượng nghiên cứu của luận án là môi trường nước, trầm tích sông Nhuệ

và các loài TVTS có khả năng làm sạch nước trong một hệ thống thống nhất và hoàn chỉnh Do vậy, khi nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước, trầm tích sông Nhuệ cùng khả năng cải thiện chất lượng nước, trầm tích sông Nhuệ bởi các loài TVTS cần phải xem xét đầy đủ và toàn diện các hợp phần, các đơn vị bộ phận của hệ sinh thái môi trường sông trong mối quan hệ tác động qua lại giữa chúng với nhau Việc

đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ cũng tuân thủ theo nguyên tắc phát triển bền vững

Luận án cũng áp dụng cách tiếp cận hệ sinh thái - tập trung cho đối tượng các loài TVTS có mạch và cách tiếp cận sử dụng khôn khéo đất ngập nước để duy

trì và phát triển hệ sinh thái của đất ngập nước trong khuôn khổ của phát triển bền vững

5 Giả thiết khoa học của Luận án

Vì những lý do khách quan, nghiên cứu thực nghiệm nuôi trồng các loài TVTS chỉ được tiến hành trong khuôn khổ phòng thí nghiệm bằng những vật liệu là nước, trầm tích sông Nhuệ và các loài TVTS Trong quá trình nuôi trồng các loài TVTS, các chất ô nhiễm được lấy đi, chất lượng nước được cải thiện hàng ngày, khác với chất lượng nước thực tế ngoài thực địa Hơn nữa, ngoài thực địa, các yếu

tố khí hậu, thời tiết, chế độ dòng chảy, luôn thay đổi theo các chiều hướng bất lợi hoặc có lợi Nghiên cứu được tiến hành với giả thuyết không có sự biến đổi của các yếu tố này, nhằm mục tiêu tập trung vào khả năng làm sạch nước của các loài TVTS trong điều kiện thí nghiệm

6 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được áp dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, trong đó chủ yếu là 3 nhóm phương pháp là nhóm các phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa, nhóm các phương pháp trong phòng thí nghiệm và nhóm các phương pháp tổng hợp

7 Những đóng góp mới

Lần đầu tiên đã nghiên cứu đánh giá tổng hợp vai trò của 3 loài TVTS là

thuỷ trúc (Cyperus alterfolious hay Cyperus flabelliformis Rottb.), rau muống (Ipomoea aquatica Forsk.), rau ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) để cải thiện chất

lượng nước sông Nhuệ bằng phương pháp thực nghiệm Kết quả thực nghiệm đã chứng minh 3 loài thuỷ trúc, rau muống, ngổ trâu có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm có hàm lượng cao TN, TP, Fe, Zn trong nước sông Nhuệ thể hiện bởi sau thời gian thực nghiệm, sinh khối thực vật tăng, hàm lượng các chất ô nhiễm trong

mô thực vật tăng, giải phẫu mô có những sự biến đổi lớn về kích thước tế bào cho thấy sự thích nghi với môi trường ô nhiễm Kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy ở các bể có trồng thực vật, chất lượng nước sông Nhuệ sau thí nghiệm hầu hết đạt được tiêu chuẩn nước tưới tiêu thuỷ lợi của BTNMT (QCVN

08:MT/BTNMT/2015) Kết quả thực nghiệm là cơ sở khoa học cho việc xây dựng giải pháp sinh học thân thiện với môi trường để cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học

- Luận án đã nghiên cứu, kết hợp được các nguồn tài liệu, số liệu (tài liệu về khí hậu, thời tiết, số liệu về chất lượng nước, ) để đánh giá được chất lượng nước, chất lượng trầm tích sông Nhuệ trên đoạn sông từ Cầu Tó tới Cống Thần và vai trò của các loài TVTS thuỷ trúc, rau muống, ngổ trâu trong việc làm sạch nước sông Nhuệ

- Luận án đã đưa ra được giải pháp sinh học sử dụng TVTS để lấy đi một phần các chất ô nhiễm trong sông Nhuệ, là phương pháp làm sạch nước hữu ích có nhiều điểm ưu việt với những tiêu chí như hiệu quả, giá thành thấp, công nghệ đơn giản, thân thiện với môi trường

b) Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của luận án góp phần bổ sung cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc sử dụng các loài TVTS làm sạch nước sông bị ô nhiễm Sự thành công của nghiên cứu dẫn đến việc áp dụng nghiên cứu vào việc làm sạch nước sông Nhuệ cũng như rất nhiều dòng sông khác đang bị ô nhiễm trên lãnh thổ sẽ mang lại những giá trị kinh

tế và tinh thần to lớn, giúp chúng ta tiến tới sự phát triển bền vững, khẳng định tính đúng đắn của việc phát triển kinh tế đi đôi với việc bảo vệ môi trường sống, cải thiện, giữ gìn nguồn tài nguyên thiên nhiên đáp ứng nhu cầu của thế hệ hiện tại và các thế hệ tương lai

9 Cấu trúc của Luận án

Luận án được bố cục thành 3 Chương, cùng với Phần mở đầu, Phần kết luận

và Tài liệu tham khảo

Chương 1 Tổng quan nghiên cứu

Chương 2 Đối tượng, phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả nghiên cứu

Luận án được trình bày 155 trang A4, 34 bảng biểu, 46 hình vẽ, 102 tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng Anh, Phụ lục Bố cục luận án gồm: Phần mở đầu (5 trang), Chương Tổng quan tài liệu (27 trang), Chương Đối tượng và phương pháp nghiên cứu (20 trang), Chương Kết quả nghiên cứu và thảo luận 88 trang), Phần kết luận và khuyến nghị (2 trang), Phần tài liệu tham khảo (10 trang) và Phần phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng ô nhiễm sông trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Trên thế giới

Ngày nay, nhiều dòng sông ở khắp nơi trên thế giới đang phải đối diện với tình trạng cạn kiệt nguồn nước và vấn nạn ô nhiễm Ngày 20/03/2007, Quĩ Bảo vệ thiên nhiên WWF đã ra cảnh báo về tình trạng 10 con sông lớn trên thế giới, trong

đó có sông Nin, Rio Grande, Đa nuýp, Trường Giang, sông Hằng, sông Ấn, .có nguy cơ bị cạn kiệt do tình trạng qui hoạch kém và thiếu được bảo vệ dẫn đến tình trạng đang bị ô nhiễm một cách trầm trọng [97]

Sông Trường Giang là con sông dài nhất châu Á và đứng thứ ba trên thế giới sau sông Nin ở Châu Phi, sông Amazon ở Nam Mỹ Trường Giang dài khoảng 6.385 km, bắt nguồn từ phía tây Trung Quốc và chảy về phía đông đổ ra Biển Hoa Đông Đập Tam Hiệp chặn Trường Giang tại Tam Đẩu Bình, Nghi Xương, tỉnh Hồ Bắc Do hậu quả của hàng chục năm công nghiệp hóa, xây dựng đập thủy điện, ngày nay Trường Giang đã trở thành một trong những dòng sông ô nhiễm nhất trên thế giới Nhiều KLN trong dòng sông này có hàm lượng rất cao và vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép đối với tiêu chuẩn nước mặt của Tổ chức y tế thế giới, như Asen (20,8μg/l), Sắt (350μg/l), Chì (756μg/l),… [61]

Sông Mekong là một trong những con sông xuyên biên giới lớn nhất hành tinh, bắt nguồn từ Trung Quốc, chảy qua Lào, Myanma, Thái Lan, Campuchia, và

đổ vào Biển Đông tại Việt Nam Các hoạt động đánh bắt thuỷ sản quá mức và chế

độ thủy văn thay đổi ở các lưu vực sông Mê kong đã làm thay đổi chất lượng nước

và trầm tích của dòng sông này, đặc biệt là hàm lượng các KLN trong dòng sông Nghiên cứu của Fu Kaidao và cộng sự (2012) đã cho thấy hàm lượng trung bình của các nguyên tố KLN trong trầm tích ở phần thượng nguồn sông Mekong với Zn là 91,43 mg/kg, Pb là 41,85 mg/kg, As là 21,84 mg/kg, Cr là 42,19 mg/kg Hàm lượng trung bình của các nguyên tố KLN trong trầm tích ở phần hạ lưu sông Mekong là

Zn 68,17 mg/kg, Pb 28,22 mg/kg, As 14,97 mg/kg, Cr là 418,86 mg/kg Hàm lượng

Cr trong trầm tích sông rất cao ở một vài vị trí ở hạ lưu sông như ở Luang Prabang 762,93 mg/kg và Pakse là 422,90 mg/kg Nồng độ của Cu trong tất cả các điểm lấy mẫu không cao ngoại trừ tại Jiajiu 1170 mg/kg và Jiebei với 700 mg/kg Cr là chất ô nhiễm chính ở hạ lưu sông Mekong, đặc biệt là ở Luang Prabang và Pakse Ô nhiễm nhẹ với As cũng xảy ra ở Pakse [70]

Sông Hằng bị ô nhiễm vì ảnh hưởng nặng nề bởi nền công nghiệp hóa chất, rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt chưa qua xử lý; phong tục hỏa táng thi thể rồi thả trôi sông, rác thải được xả trực tiếp từ các bệnh viện do thiếu lò đốt Chất

lượng nước đang trở nên xấu đi nghiêm trọng cùng với sự mất đi khoảng 30-40% lượng nước do những đập nước đang làm cho sông Hằng trở nên khô cạn và có nguy cơ biến mất Các nghiên cứu chất lượng nước cũng phát hiện một hàm lượng cao các kim loại nặng trong nước sông Hằng như Hg (nồng độ từ 65÷520ppm), Pb (10÷800ppm), Cr (10÷200ppm) và Ni (10÷130ppm) [97]

Bên cạnh các dòng sông lớn rộng và là của chung của hơn một quốc gia ấy, các dòng sông chảy qua các đô thị lớn nhỏ đặc biệt ở các nước đang phát triển cũng đang bị ô nhiễm đến mức báo động Các dòng sông này mang đến cho con người những lợi ích lớn lao cả về các tiêu chí môi trường, cả về các nguồn lợi thuỷ sản Thế nhưng tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt nội đô bởi các dòng xả thải từ các khu dân cư, các khu công nghiệp, các nhà máy đang ngày một tăng lên về số lượng cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm khiến các dòng sông trong các đô thị dần dần chuyển màu, chuyển mùi và mất đi sự đa dạng sinh học, mất đi các nguồn lợi thuỷ sản vốn từng là nguồn cung cấp thức ăn dồi dào cho cư dân đô thị, mất đi các lợi ích về sinh thái cảnh quan môi trường mà người ta có thể khai thác ở những dòng sông sạch Sông Citarum, Indonesia, có lưu vực rộng 13.000km2, là một trong những dòng sông lớn nhất của Indonesia Theo Ngân hàng phát triển châu Á [58] sông Citarum cung cấp 80% lượng nước sinh hoạt cho 14 triệu dân thủ đô Jakarta, tưới cho những cánh đồng và là nguồn nước cho hơn 2.000 nhà máy - nơi làm ra 20% sản lượng công nghiệp của đảo quốc này Tuy nhiên, hiện tại nó là một trong những dòng sông ô nhiễm nhất thế giới Citarum như một bãi rác di động, nơi chứa các hóa chất độc hại do các nhà máy xả ra, thuốc trừ sâu trôi theo dòng nước từ các cánh đồng và cả chất thải do con người đổ xuống Ô nhiễm nghiêm trọng khiến cá chết hàng loạt, người dân sử dụng nước bị lây nhiễm nhiều loại bệnh tật

Cũng theo Ngân hàng phát triển Châu Á, Sông Yamuna ở Ấn Độ có chiều dài 1.376km, là phụ lưu lớn nhất của sông Hằng Hàng ngày, dòng sông phải đón nhận 45% nước thải của 15 triệu dân Thủ đô New Delhi mà không qua một quá trình xử

lý nào Những dòng nước thải này khiến con sông nổi tiếng của Ấn Độ đang ngày một ô nhiễm hơn nhiều Lượng rác đổ xuống sông từ năm 1993 đến 2005 đã tăng gấp đôi

Như vậy, các dòng sông ở khắp nơi trên thế giới đã và đang bị ô nhiễm chủ yếu bởi nước thải của các dòng thải đô thị, các khu dân cư, các ngành công nghiệp, nước thải nông nghiệp với hàm lượng các hoá chất được sử dụng ngày càng nhiều Tất cả các dòng thải này đã và đang tăng lên theo đà tăng của dân số cả về khối lượng các chất ô nhiễm cũng như lưu lượng thải mang đến cho con người những thách thức ngày càng lớn về môi trường

1.1.2 Ở Việt Nam

Việt Nam có số lượng lớn sông ngòi với nhiều hệ thống sông trải rộng khắp ba miền lãnh thổ với khoảng 2.360 con sông và kênh lớn nhỏ Ở miền Bắc có các hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình; miền Trung có hệ thống sông Hàn, Sông Thạch Hãn và hệ thống sông Vu Gia -Thu Bồn; còn hai hệ thống sông lớn nhất ở miền Nam thì phải kể đến hệ thống sông Mê Kông và sông Đồng Nai Tài nguyên nước mặt của Việt Nam chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của thế giới, trong

đó tổng lượng dòng chảy năm của sông Mê Kông bằng khoảng 500km3, chiếm tới 59% tổng lượng dòng chảy sông trong cả nước, hệ thống sông Hồng 126,5 km3 (14,9%), hệ thống sông Đồng Nai 36,3 km3 (4,3%), các hệ thống sông Mã, sông Cả, Sông Thu Bồn cũng xấp xỉ nhau, khoảng 9 km3(1%), các sông còn lại là 94,5km3(11,1%) Như vậy nguồn nước mặt của chúng ta về cơ bản là khá phong phú Tuy nhiên, nguồn nước mặt này lại đang phải đối mặt với sự xuống cấp nghiêm trọng về chất lượng, sự cạn kiệt về trữ lượng với rất nhiều nguyên nhân trong đó có có 3 nguyên nhân chính được trình bày dưới đây

Thứ nhất, chất lượng cũng như trữ lượng nước các dòng sông của Việt Nam đang dần bị suy thoái, bị cạn kiệt do các sông lớn của chúng ta thường bắt nguồn từ bên ngoài, chỉ trung lưu và hạ lưu chảy trên đất Việt Nam Cụ thể 60% lượng nước cấp cho hệ thống các sông lớn của Việt Nam được hình thành từ bên ngoài lãnh thổ, trong đó sông Cửu Long phụ thuộc 95% nguồn nước quốc tế, lưu vực sông Hồng - Thái Bình phụ thuộc tới 40% nước sông từ Trung Quốc chảy về Lượng nước chính hình thành từ bên ngoài lãnh thổ cũng mang đến cho chúng ta nhiều bất lợi lớn do trữ lượng nước không chủ động được, phải phụ thuộc nhiều vào quốc tế Do đó khi lụt lội thì nước lại đổ về thêm mà khi khô hạn lượng nước không về khiến tình hình khô hạn lại càng trầm trọng Lượng lớn nước sông bắt nguồn từ bên ngoài lãnh thổ cũng mang đến nguồn nước có chất lượng thấp do việc xả thải từ đầu nguồn mang lại dẫn đến những bất lợi lớn cho môi trường mà chúng ta khó có thể chủ động khắc phục Điều này một phần giải thích tại sao, trong khoảng 2 thập kỷ trở lại đây, các nghiên cứu, các chương trình quan trắc chất lượng nước đã liên tục công bố về sự xuống cấp của chất lượng nước các dòng sông lớn nhỏ ở khắp 3 miền lãnh thổ [7], [8], [9], [10], [28], [93], [94], đặc biệt là chất lượng nước sông Cửu Long, sông Hồng đang ngày càng xuống cấp

Thứ hai, các dòng sông ở Việt Nam đang đứng trước nguy cơ bị cạn kiệt dòng chảy do việc khai thác quá ngưỡng giới hạn của dòng chảy (quá 30% lượng dòng chảy) diễn ra trên khắp các lưu vực sông trên toàn lãnh thổ, đặc biệt là ở các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên (khai thác trên 50% lượng dòng chảy), ở Ninh Thuận

(khai thác tới 80% lượng dòng chảy) Việc khai thác quá mức dòng chảy ở Việt Nam chủ yếu do lợi ích của việc xây đập thủy điện và thủy lợi Tình trạng ngăn sông đắp đập đang diễn ra khắp nơi khiến tình trạng suy thoái chất lượng cũng như trữ lượng nước trên các sông lớn của Việt Nam như sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Thái Bình… ngày càng trở nên nặng nề

Thứ ba, tình trạng xả thải nước ô nhiễm chưa qua xử lý vào các dòng sông của Việt Nam cũng là một nguyên nhân lớn khiến các thuỷ vực này ngày càng bị ô nhiễm, bị xuống cấp về chất lượng nước Một số lượng không nhỏ các nhà máy, xí nghiệp không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng chưa xử lý nước thải triệt

để đã gây ra sự ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước mặt Nước thải đô thị thường được dẫn qua hệ thống thoát nước chung của đô thị rồi xả vào các hệ thống sông trong và ven đô thị, xả vào hệ thống ao, hồ và ngấm xuống đất Việc xả thải này tạo nên những khó khăn lớn cho việc lưu giữ các nguồn nước sạch do các dòng thải chưa qua xử lý của các nhà máy và các khu đô thị luôn có chứa lượng lớn các chất ô nhiễm hữu cơ, các hoá chất, các KLN .[7], [8] gây suy thoái nghiêm trọng nguồn nước

* Diễn biến tình trạng ô nhiễm các hệ thống sông chính ở Việt Nam qua “Báo cáo môi trường quốc gia năm 2006”

Tình trạng ô nhiễm các sông lớn ở Việt Nam đã được báo động từ khoảng hơn chục năm trở lại đây Báo cáo môi trường quốc gia năm 2006 [7] đã công bố kết quả quan trắc chất lượng nước ba hệ thống lưu vực sông lớn trên cả nước gồm: Cầu, Nhuệ -Đáy và hệ thống sông Đồng Nai Báo cáo này cho thấy nhiều chất ô nhiễm trong nước ở nhiều đoạn sông có nồng độ vượt quá quy chuẩn cho phép của chính phủ

Cụ thể, theo kết quả của báo cáo này thì chất lượng nước của các lưu vực sông Nhuệ – Đáy, sông Cầu, sông Đồng Nai- Sài Gòn đều suy giảm theo các năm, các thông số ô nhiễm đều không đạt giá trị giới hạn B1 của QCVN 08:2008/BTNMT (tiêu chuẩn nước mặt dùng cho mục đích nước tưới tiêu thuỷ lợi), thường quá 1,5 đến 3 lần, đặc biệt là các chất hữu cơ, hàm lượng amoni tổng số có thể gấp đến chục lần Bảng 1.1 trình bày tóm tắt các nguồn ô nhiễm sông và các chất ô nhiễm chính ở các hệ thống sông này

* Diễn biến tình trạng ô nhiễm các hệ thống sông chính ở Việt Nam qua “Báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011- 2015”

Tại các lưu vực sông, tình trạng ô nhiễm và suy thoái chất lượng nước tiếp tục xảy ra ở nhiều đoạn, tập trung ở vùng trung lưu và hạ lưu (đặc biệt là các đoạn chảy qua khu vực đô thị, khu công nghiệp, làng nghề), nhiều nơi ô nhiễm đã ở

mức nghiêm trọng, như ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy, lưu vực sông Cầu, lưu vực hệ thống sông Đồng Nai

Bảng 1.1 Các nguồn ô nhiễm sông và các chất ô nhiễm chính ở các hệ thống sông

Cầu, Nhuệ -Đáy, Đồng Nai

nhiễm chính

Sông

Cầu

- Nước thải các ngành công nghiệp luyện kim, cán

thép, chế tạo máy móc (chủ yếu ở Thái Nguyên)

- Nước thải các ngành sản xuất giấy,ngành chế biến

thực phẩm;

- Nước thải của hàng trăm làng nghề tiểu thủ công

nghiệp, chủ yếu tập trung tại Bắc Ninh (bao gồm hơn

60 làng nghề), Bắc Giang (25 làng nghề);

- Nước thải sinh hoạt của toàn bộ vùng lưu vực;

- Nước thải y tế; nước thải nông nghiệp,

Các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng

và cục bộ có những đoạn có dấu hiệu ô nhiễm dầu mỡ

- Nước thải sinh hoạt (khoảng 600.000m3/ngày), chủ

yếu là của Hà Nội (chiếm tới 70%);

- Nước thải các hoạt động công nghiệp (khoảng

340m3/ngày), trong đó Hà Nội cũng tạo nguồn nước

thải lớn nhất (chiếm tới 55%);

- Nước thải y tế (khoảng hơn 10.000m3/ngày);

- Nước thải nông nghiệp và thuỷ sản

Các chất hữu cơ, dinh dưỡng, các chất rắn lơ lửng, mùi hôi, độ màu

- Ảnh hưởng của các đập thuỷ điện làm ảnh hưởng

mạnh mẽ đến chế độ thuỷ văn ở vùng hạ lưu, đến độ

bền vững của đường bờ, gây xâm nhập mặn cũng như

ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng chảy

Chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chì, thuỷ ngân,

Nguồn: Tổng cục môi trường (2006)[7]

Mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào yếu tố thuỷ văn của dòng chảy (mức độ ô nhiễm thường tăng cao hơn vào mùa khô) và đặc biệt phụ thuộc vào việc kiểm soát

các nguồn thải đổ vào nguồn nước Sự ô nhiễm ở các sông này chủ yếu do các chất hữu cơ và vi sinh vật vượt ngưỡng cho phép; Ô nhiễm kim loại nặng mang tính cục

bộ, tập trung chủ yếu ở những sông nhánh gần các khu vực khai thác khoáng sản hoặc các cơ sở sản xuất công nghiệp Hiện tượng xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu, cửa sông diễn ra khá phổ biến trong những năm gần đây tại vùng Tây Nam Bộ, Đông Nam Bộ và duyên hải miền Trung

Tuy nhiên, so với giai đoạn trước, chất lượng nước mặt tại một số khu vực đã

có sự cải thiện do việc thực hiện các dự án đầu tư cải thiện môi trường, tăng cường quản lý và việc thực hiện các đề án bảo vệ môi trường, đầu tư nâng cấp, cải thiện cảnh quan môi trường một số sông hồ, kênh rạch trong nội thành các đô thị lớn như

Tp Hồ Chí Minh và Hà Nội[10]

Như vậy, hệ thống các dòng sông ở khắp ba miền lãnh thổ Việt Nam đang trong tình trạng bị ô nhiễm, đặc biệt là các sông nhỏ trong các nội đô ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, đang dần trở thành các mương, cống dẫn nước thải đô thị và công nghiệp với nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ vượt quá mức quy chuẩn cho phép nhiều lần dẫn đến màu nước sông đen kịt và đầy mùi hôi thối làm mất đi vẻ mỹ quan của các đô thị này; bên cạnh các chất ô nhiễm hữu cơ, ở một

số hệ thống sông còn có sự tồn tại một hàm lượng đáng kể các KLN Các hệ thống sông lớn thường bị ô nhiễm nhẹ hơn, tuy nhiên có một số đoạn mang tính ô nhiễm cục bộ do chịu ảnh hưởng của một số nguồn thải điểm nên nếu tăng cường quản lý các nguồn thải chặt chẽ hơn sẽ ngăn chặn được phần lớn chất ô nhiễm Các nguồn thải, đặc biệt là các nguồn thải công nghiệp từ các KCN, KCX, các nguồn nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị lớn, nước thải từ các cơ sở y tế, vốn có khối lượng thải lớn, các nguồn thải mang hàm lượng chất ô nhiễm có tính đặc thù cao với những chất ô nhiễm đặc trưng (chất hữu cơ, KLN, vi sinh, ) nhưng hầu hết đều chưa có hệ thống xử lý nước thải dẫn đến tải trọng ô nhiễm đổ vào các hệ thống sông cao chính

là những gánh nặng chất ô nhiễm đối với các dòng sông,

1.2 Nghiên cứu sử dụng TVTS xử lý ô nhiễm nước

Để cải tạo và xử lý nước ô nhiễm, từ nhiều năm nay, các phương pháp hoá lý

đã được sử dụng Tuy nhiên, càng ngày người ta càng thấy những hạn chế mà các phương pháp này khó tránh được như chi phí công nghệ, hoá chất cao, việc xử lý khó có thể được triệt để do phải bổ sung thêm hoá chất vào nước Hơn nữa, công nghệ xử lý khá phức tạp, đòi hỏi các chuyên viên tay nghề cao, hệ thống thiết bị xử

lý cồng kềnh và dường như không phù hợp để cải thiện hay xử lý chất lượng nước cho các thuỷ vực tự nhiên như các dòng sông, con suối, ao, hồ, khi mà khối lượng nước cần xử lý thì lớn mà hàm lượng chất ô nhiễm trong nước lại không cao Trong

bối cảnh đó, từ những năm 70 của thế kỷ trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra một công nghệ mới, một công nghệ khắc phục được những hạn chế của phương pháp hoá lý nói trên, lại có hiệu quả cao trong xử lý và rất phù hợp với các thuỷ vực lớn - phương pháp xử lý nước bị ô nhiễm bằng thực vật

1.2.1 Cơ sở khoa học của biện pháp sử dụng TVTS xử lý ô nhiễm nước

1.2.1.1 Các chất ô nhiễm là các chất vô cơ

Sự hấp thụ các chất ô nhiễm vô cơ, chủ yếu là các chất dinh dưỡng, các kim loại nặng và các chất phóng xạ của TVTS, diễn ra bởi rễ và sự hấp thụ qua lá Vai trò chính của rễ là đồng hóa các chất dinh dưỡng, và vai trò chính của lá là vô cơ cố định carbon [62]

a) Các chất ô nhiễm là các kim loại nặng:

Sự hấp thụ của thực vật được diễn ra sau quá trình KLN được vận chuyển và

đi vào khối trung trụ của thân Các chất ô nhiễm KLN di chuyển qua các thành mạch rồi bị cố định hoặc chuyển hóa (Shimp J.F và cộng sự, (1993)) [92] Các kim loại hữu cơ được vận chuyển đến các khoang tế bào, rồi được lưu trữ trong vách tế bào và không bào như một hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ ổn định Mức cao bất thường của chất gây ô nhiễm (ngàn ppm) được đưa lên từ môi trường thường tập trung ở rễ, chồi và / hoặc lá Sự hấp thụ, vận chuyển và cơ chế cố định đối với từng loại chất gây ô nhiễm là khác nhau đối với các loại TVTS khác nhau Khả năng lấy

đi các chất ô nhiễm độc hại khỏi môi trường nước phụ thuộc vào các yếu tố như tính chất địa hoá của trầm tích, tính chất vật lý hoá học của nước, sinh lý và kiểu gen của thực vật [62]

Tỷ lệ hấp thụ và tích tụ của các kim loại bởi các loài TVTS phụ thuộc vào bản thân các loài thực vật và hơn nữa, quy định bởi các yếu tố môi trường như nhiệt

độ, pH, oxy hóa khử, thời gian, liều lượng, nhiệt độ và độ mặn [89] Tỷ lệ loại bỏ KLN phụ thuộc vào nồng độ và thời gian pH quy định tính linh động của các kim loại Thế oxi hóa khử cũng quy định sự hấp thụ KLN trong thực vật Oxi hóa khử thấp hỗ trợ sự tạo thành các sulfua kim loại trong trầm tích Độ mặn giảm sự hấp thụ các kim loại bởi các TV do sự hình thành các phức clorua

Sự hấp thụ kim loại của các thực vật có thể tích tụ trong rễ hay vận chuyển qua màng của rễ, được giải độc và hấp thụ ở cấp tế bào Các KLN được tích hợp trong các mô thực vật hay được lưu trữ Cơ chế hấp thụ - chuyển đổi được quy định chặt chẽ Nhìn chung, các cơ chế loại bỏ KLN trong các thực vật bao gồm ba bước:

sự hấp thụ, vận chuyển và lưu trữ Theo Raskin P (1997), TVTS tích lũy hay loại bỏ các kim loại và các yếu tố độc hại khác khỏi nước bằng các quá trình: quá trình cố

định chất ô nhiễm bằng rễ, quá trình chiết tách chất ô nhiễm và quá trình thoát hơi nước qua thân và lá [89]

* Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật thuỷ sinh

Đây là quá trình rễ thực vật lọc, hấp thụ, chuyển hóa và tích lũy bên trong rễ hoặc hấp thụ trên bề mặt rễ, kết tủa trong vùng quyển rễ các chất ô nhiễm KLN trong nước Quá trình này diễn ra nhờ các chất bài tiết ở rễ thực vật cố định chất ô nhiễm và làm giảm khả năng linh động của các KLN trong nước

Quá trình cố định chất ô nhiễm phụ thuộc nhiều vào khả năng của rễ cây (chất tiết ở thực vật cố định chất ô nhiễm) và làm giảm tính linh động của các chất ô nhiễm trong nước Mục đích chính là làm giảm lượng chất ô nhiễm di chuyển theo dòng nước để ngăn chặn sự lan truyền chất ô nhiễm ra các vùng khác [26] Như vậy các thực vật có bộ rễ dày đặc sẽ đặc biệt có tác dụng, đồng thời nó cũng rất hiệu quả khi cần cố định nhanh một chất ô nhiễm nào đó mà không cần loại bỏ sinh khối

Để xử lý ô nhiễm đòi hỏi thực vật phải là những thực vật ưa nước và có khả năng chống chịu cao đối với các chất ô nhiễm Bên cạnh đó, các loài thực vật có tỷ

lệ thoát hơi nước cao được ưu tiên sử dụng để làm giảm lượng nước chảy kéo theo các chất ô nhiễm Ngoài ra các loài thực vật được sử dụng cần có đặc điểm như là cây dài ngày, cây lâu năm, sức sống tốt, hệ thống rễ dày và dài để trồng phối hợp

Nhiều loài thực vật thường được sử dụng như cây thuỷ trúc (Cyperus flabellidormis Rottb.), cây cỏ hương bài (Vetiveria zizanioides), cây lau (Zizania latifolia), cây bèo tây (Eichhornia crassipes),… đáp ứng tốt các yêu cầu này

* Cơ chế hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước bằng các loài TVTS

Hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước bằng các loài TVTS là việc sử dụng thực vật để hút, tập trung và tích lũy các chất ô nhiễm từ môi trường nước vào trong

rễ, vào lá, thân, chồi,…; Các chất ô nhiễm sau đó được lấy đi khỏi môi trường qua thu hoạch các loài TVTS Phương pháp này được sử dụng rất hiệu quả tại nhiều vùng đất ngập nước với mức ô nhiễm các chất hữu cơ, các KLN As, Pb, Cd,…Một

số loài TVTS thường được sử dụng theo phương pháp này là bèo tây (Eichhornia crassipes), bèo tấm (Lemna minor), lau (Zizania latifolia), thuỷ trúc (Cyperus flabellidormis Rottb.),

Hấp thụ chất ô nhiễm bằng TVTS là phương pháp tốt nhất để có thể loại bỏ chất ô nhiễm từ nước sau đó cô lập nó mà không cần phải thêm các hoá chất vào nước [57] Thực vật hấp thụ, tích lũy, kết tủa và chuyển chất ô nhiễm từ nước thành sinh khối nên phương pháp này rất thích hợp cho xử lý các vùng nước ô nhiễm có hàm lượng ô nhiễm KLN thấp Biện pháp chính đang được phát triển là trồng liên tục lặp đi lặp lại qua các vụ khác nhau, tuy nhiên biện pháp này phần lớn chỉ phụ

thuộc vào khả năng tự nhiên của thực vật Việc phát hiện ra các loài thực vật siêu tích lũy KLN đã đẩy nhanh sự phát triển của công nghệ này

TVTS có thể sử dụng để nâng cao tính khả thi của phương pháp là thực vật có khả năng hấp thụ lượng lớn KLN vào trong rễ sau đó chuyển hóa lên sinh khối và đồng thời có khả năng phát triển sinh khối nhanh Khi tồn tại trong môi trường có hàm lượng KLN cao, các loài thực vật siêu tích tụ sẽ sản sinh ra các hợp chất liên kết kim loại nội bào hoặc tích lũy các KLN đó trong tế bào Sau khi tích lũy trong cây, KLN có thể được thu hồi thông qua sinh khối thực vật Các nhân tố như tốc độ sinh trưởng, khả năng chọn lọc của thực vật với nguyên tố hóa học, chống chịu bệnh, phương pháp thu hoạch cũng là các nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của việc loại bỏ KLN trong nước khi trồng lặp đi lặp lại một loài thực vật hay kết hợp một số loài thực vật

Tuy nhiên, những thực vật siêu tích lũy KLN thường là những thực vật sinh trưởng chậm, sinh khối nhỏ và hệ rễ ngắn dẫn đến hiệu quả xử lý thấp Mặt khác, sinh khối thực vật được thu hoạch và loại bỏ có thể kéo theo sự ô nhiễm KLN ở nơi

đổ bỏ mới Một nguy cơ khác là KLN có thể gây hiệu ứng độc hại cho chính thực vật [26]

* Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nhờ quá trình thoát hơi nước ở thực vật

Quá trình thoát hơi nước ở thực vật là sự hấp thụ và vận chuyển các chất ô nhiễm nhờ TV cùng với sự giải phóng các chất ô nhiễm hoặc dạng biến thể của chúng vào khí quyển qua thoát hơi nước Khi các chất hóa học được thực vật hấp thụ, một số không biến đổi mà di chuyển qua gỗ và mô thực vật, nếu các chất ô nhiễm bay hơi được thì chúng bay hơi ở dạng khí qua các mô lá, kể cả các chất hữu

cơ bay hơi cũng khuếch tán nhanh qua mô thân cây và bay hơi vào khí quyển, nhưng nhìn chung, số lượng các chất bay hơi qua mô thực vật ở điều kiện thực tế là nhỏ so với lượng hấp thụ [26] Tuy nhiên, ở những điều kiện nhất định, khi các chất bay hơi có tính độc cao và bền vững sẽ gây rủi ro cho khí quyển

Tất cả các quá trình xử lý nước ô nhiễm KLN bằng thực vật nêu trên không phải luôn luôn áp dụng riêng rẽ nhau Để đạt được hiệu quả cao trong xử lý cần áp dụng một cách đồng thời và thích hợp Tuy nhiên, hiệu quả xử lý KLN còn phụ thuộc vào dạng tồn tại của KLN trong nước cũng như hàm lượng KLN cần xử lý trong nước nhiều hay ít

b) Các chất ô nhiễm là các hợp chất của nitơ và photpho:

Sự hấp thụ nitơ ở dạng NH4+ và NO3- bởi các loài TVTS đã được nhiều

nghiên cứu công bố [68], [86] Bèo tấm (Lemna minor) đã thể hiện được khả năng

hấp thụ nitơ vô cơ qua cả rễ và tán lá Khả năng hấp thụ PO43- và NH4+ cao của lá

cũng đã được báo cáo cho một số thực vật ngập nước như các loài rong biển

(Ruppia maritima và Zostera marina) Ngoài ra, bèo tây (Eichhornia crassipes), bèo ong (Salvinia auriculata), cây sậy (Phragmites australis) cũng thể hiện khả

năng loại bỏ nitơ và phốt pho dạng N-NO3-, N- NH4+ và P- PO43- [90] Việc loại bỏ N-NO3- trong các hệ thống đất ngập nước tự nhiên và xây dựng xảy ra thông qua ba quá trình: sự hấp thụ bởi thực vật, vi sinh vật đồng hoá và khử nitơrat Hầu hết các

vi khuẩn khử nitơrat đòi hỏi môi trường kỵ khí và nguồn cacbon hữu cơ, chúng chuyển đổi N-NO3- thành khí nitơ phân tử - N2[102] Khả năng loại bỏ nitơ và photpho phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, cụ thể tỷ lệ loại bỏ các hợp chất vô cơ này được ghi nhận cao hơn trong mùa hè và thấp hơn trong mùa đông Photpho được hấp thụ trực tiếp bởi TVTS từ dạng phosphate bởi các kênh ion hoặc lực bơm proton trong tế bào [62]

1.2.1.2 Các chất ô nhiễm là các chất hữu cơ

Tuỳ thuộc vào các tính chất hoá học của các chất ô nhiễm hữu cơ, các loài TVTS có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm bới các quá trình khuyếch tán đơn giản Ví dụ, để thâm nhập vào một chiếc lá, chất gây ô nhiễm hữu cơ thường đi qua các lỗ khí hoặc đi qua các lớp biểu bì, được bao phủ bởi lớp biểu bì Thực vật hấp thụ các chất ô nhiễm độc hại chủ yếu thông qua rễ và lá [89] Quá trình hấp thụ các chất ô nhiễm hữu cơ của TVTS bao gồm hai cơ chế:

- Hấp thụ trực tiếp các chất ô nhiễm rồi chuyển hoá các chất này thành mô thực vật

- Giải phóng các dịch tiết và các enzym kích thích hoạt động của vi sinh vật và nâng cao kết quả của sự biến đổi của vi sinh vật trong vùng rễ (vùng gốc)

Số lượng hợp chất hữu cơ bị hấp thụ bởi các loài TVTS phụ thuộc vào bản thân loài thực vật, thành phần sinh hóa của tế bào thực vật, các tính chất hóa lý của chất gây ô nhiễm như tính phân cực, tính không ưa nước, sự biến động, khối lượng phân tử [89]

1.2.2 Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý ô nhiễm nước

Theo nghiên cứu của Blaylock M.J và Huang J.W (2000) [64], để đạt hiệu quả cao trong xử lý ô nhiễm, các loài thực vật được chọn để xử lý các chất ô nhiễm trong nước phải có những tính năng sau:

- Có khả năng chống chịu với nồng độ chất ô nhiễm cao;

- Có khả năng hấp thụ nhanh các chất ô nhiễm từ môi trường nước;

- Có khả năng tích lũy các chất ô nhiễm trong cơ thể cao kể cả ở nồng độ thấp;

- Có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ rễ lên thân và lá;

- Có thể chịu đựng được điều kiện môi trường nghèo dinh dưỡng hoặc phú dưỡng;

- Có khả năng sinh trưởng nhanh và cho sinh khối lớn Đây chính là điều kiện tiên quyết bởi các hoạt động làm sạch nhanh các chất ô nhiễm của thực vật là

do khả năng sinh trưởng nhanh trong môi trường ô nhiễm

Bên cạnh 6 tiêu chuẩn nói trên, để thực vật được sử dụng không trở thành loài xâm lấn hay cỏ dại gây hại cho môi trường và các sinh vật khác, loài thực vật được lựa chọn phải dễ kiểm soát về giống, về khả năng lây lan, phát triển trong hệ sinh thái

1.2.3 Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng TVTS để xử lý ô nhiễm nước

a) Ưu điểm

Sử dụng TVTS để xử lý nước ô nhiễm có tính khả thi cao so với phương pháp hóa – lý truyền thống do nồng độ các chất ô nhiễm tồn tại trong môi trường nước thường không quá cao, ô nhiễm các thuỷ vực thường diễn ra trên quy mô rộng, lượng vật chất lớn nên sử dụng thực vật có khả năng bao quát còn các công nghệ khác khó thực hiện được hoặc nếu thực hiện được thì chi phí rất lớn và không thể tái sử dụng được thể tích nước sau khi xử lý

Sử dụng TVTS để xử lý nước ô nhiễm có tính thân thiện cao với môi trường TVTS không chỉ lấy đi từ môi trường một lượng lớn các chất ô nhiễm mà chúng còn làm sạch bầu không khí nhờ quá trình quang hợp và hấp thụ các chất khí là các chất độc có trong môi trường không khí Bộ rễ của cây ngập sâu trong nước giúp hạn chế sự lan truyền các chất ô nhiễm ra các vùng khác đồng thời cũng tạo môi trường cho sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loài sinh vật đặc biệt là các vi sinh vật, động vật nước

Bên cạnh tính thân thiện với môi trường, sinh khối thực vật sau khi xử lý còn

có thể được tái sử dụng Từ sinh khối của thực vật có thể tạo ra nguồn phân bón vi lượng, nguồn nhiên liệu sinh học (củi đun, khí metan…), tro của chúng sau có thể là nguồn nguyên liệu cung cấp các khoáng chất và có thể bổ sung vào phân bón

Sử dụng thực vật để xử lý nước ô nhiễm cũng có tính ưu việt hơn hẳn so với phương pháp hóa - lý Công nghệ hóa lý xử lý nước ô nhiễm làm giảm khả năng tái

sử dụng, tái sản xuất của nước vào các mục đích khác do trong quá trình xử lý bên cạnh những chất ô nhiễm chúng còn ảnh hưởng xấu tới hoạt tính sinh học của nước

Ví dụ, chúng phá vỡ hệ sinh thái và làm mất đi hệ vi sinh vật cộng sinh của rễ cây như vi sinh vật cố định nitơ, nấm cộng sinh, các loại nấm và cả hệ động vật nước Công nghệ xử lý ô nhiễm nước bằng TVTS tiến hành ngay tại chỗ ô nhiễm và không cần thêm diện tích Như vậy, công nghệ này giảm thiểu được mức độ xáo

trộn nước, giảm mức độ phát tán ô nhiễm thông qua không khí và dòng chảy Đồng thời, nước sau khi được xử lý không bị phá hủy cấu trúc và có thể tái sử dụng với các mục đích khác nhau

Giá thành công nghệ chi cho việc sử dụng TVTS để xử lý ô nhiễm KLN trong nước thấp Có thể nói đây là ưu điểm lớn nhất của công nghệ dùng thực vật để

xử lý, loại bỏ các chất ô nhiễm KLN khỏi nước nên nó phù hợp khi áp dụng tại các nước đang phát triển Ví dụ, khi làm sạch 1m3 nước ô nhiễm Cd bằng thực vật, ước tính khoảng 1 USD, trong khi xử lý theo phương pháp kết tủa hoá học mất khoảng 3-5 USD Năm 1998, Cục Môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại nhiều vị trí ở Tây Âu, kết quả cho thấy, chi phí trung bình của phương pháp truyền thống đối với 1m3 nước nhiễm kim loại nặng từ 0,27 – 1,6 USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn từ 10 –

1000 lần [53]

b) Hạn chế

Xử lý chậm hơn phương pháp hóa lý: thực vật xử lý một lượng nhỏ chất ô nhiễm qua mỗi lần thu hoạch, do đó có thể phải mất nhiều thập kỷ mới có thể làm sạch chất ô nhiễm và chất ô nhiễm vẫn không được xử lý hoàn toàn

Các yếu tố vật lý và hóa học như pH, độ mặn, nồng độ chất ô nhiễm và sự hiện diện của các chất độc sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của các loài siêu tích tụ Các nhà khoa học cho rằng, chỉ những thuỷ vực bị ô nhiễm nhẹ các kim KLN mới sử dụng được phương pháp này vì hầu hết các loài thực vật không thể sinh trưởng trong điều kiện môi trường bị ô nhiễm nặng

KLN trong nước có thể bị kết tủa, liên kết chặt với các các khoáng chất trong nước, trong các vi sinh vật Trong môi trường pH cao, KLN trở lên linh động và khó có thể tiếp xúc sinh học Hơn nữa, khả năng tự do của kim loại có thể bị giới hạn bởi động học của quá trình khuếch tán Chất ô nhiễm hòa tan trong nước có thể lan truyền ra ngoài vùng rễ [26].Thực vật dùng để xử lý chất ô nhiễm thường bị giới hạn về chiều dài rễ Do đó, khi sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm ở thuỷ vực có độ sâu quá lớn là không phù hợp

Sử dụng các loài thực vật nhập ngoại có thể ảnh hưởng đến sự đa dạng của sinh vật Sinh khối của thực vật thu hoạch từ quá trình xử lý cũng cần phải được quan tâm và xử lý thích hợp

1.2.4 Các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm nước bằng TVTS và tình hình nghiên cứu sử dụng các loài TVTS thuỷ trúc, rau muống, rau ngổ trâu cải tạo nước ô nhiễm

Sinh giới rất đa dạng với rất nhiều thành phần loài, khu vực phân bố và cả môi trường sống Một bộ phận lớn các thực vật thích nghi với đời sống ở nước gọi

là các loài TVTS Các loài TVTS với sự hiện diện của chúng làm giảm tốc độ của nước [74] từ đó tạo điều kiện tốt hơn cho sự lắng đọng trầm tích của các chất rắn lơ lửng TVTS cũng làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng vào nước từ đó hạn chế sự phát triển của tảo Bên cạnh đó, các loài TVTS sống trong nước, lấy các chất ô nhiễm từ môi trường nước như các chất dinh dưỡng, hấp thụ vào cơ thể thực vật, tạo thành sinh khối hữu cơ để duy trì và phát triển cơ thể sống từ đó làm giảm bớt dần các chất gây ô nhiễm môi trường nước, làm cho môi trường nước trong sạch hơn Nhiều nghiên cứu đã khẳng định các loài TVTS này đã có khả năng hấp thụ và tích lũy các chất ô nhiễm từ môi trường bằng cách chuyển hóa các chất độc thành không độc, từ dạng linh động sang dạng kém linh động [23], [26] Các chất độc được tích lũy trong các cơ quan khác nhau của TVTS và thông qua quá trình thu hoạch, những chất ô nhiễm sẽ được thải loại vĩnh viễn khỏi môi trường Các quá trình này góp phần to lớn vào kết quả làm sạch nước trong tự nhiên

Bảng 1.2 trình bày khái quát vai trò của các loài TVTS trong hệ sinh thái nước

Bảng 1.2 Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước

Thực vật có thân lá

trên mặt nước

- Giảm ánh sáng từ đó giảm được sự phát triển của sinh vật phù du

- Tạo lớp cách nhiệt trong mùa đông

- Giảm tốc độ gió từ đó giảm nguy cơ phân tán chất ô nhiễm

- Cung cấp diện tích bề mặt cho màng sinh học

- Tạo tính thẩm mỹ cho hệ thống

- Dự trữ dinh dưỡng

- Hấp thu chất ô nhiễm Thực vật ngập trong

nước

- Giảm tốc độ dòng chảy, giúp tăng tốc độ lắng, giảm nguy

cơ phân tán

- Cung cấp diện tích bề mặt cho màng sinh học

- Tạo oxy tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí

- Hấp thụ chất ô nhiễm Thực vật có rễ và thân - Ổn định bề mặt trầm tích làm giảm xói mòn

rễ trong trầm tích - Ngăn chặn tắc nghẽn trong hệ thống dòng chảy thẳng đứng

- Tạo oxy giúp tăng cường các quá trình phân hủy hiếu khí và quá trình nitrat hóa

- Hấp thụ chất ô nhiễm

Nguồn: Kadlec R.H, Knight R.L (1996)[74]

Theo các nhà khoa học, công nghệ dùng thực vật để xử lý ô nhiễm nước là phương pháp nguyên vị sử dụng các đặc tính tự nhiên của thực vật để xử lý ô nhiễm Những thực vật này sau khi được thu hoạch sẽ được sử dụng vào các mục đích khác nhau, tuỳ thuộc vào lượng và loại chất ô nhiễm mà thực vật được dùng để

xử lý, có thể được xử lý như những chất thải nguy hại hoặc có thể được coi như các sản phẩm của mùa màng [38], [64], [75], Khả năng làm sạch môi trường nước của TVTS đã được biết từ thế kỷ 19 nhưng mãi đến những năm 70 của thế kỷ trước, phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng để xử lý môi trường bị ô nhiễm bởi các KLN, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ [62] Bằng nhiều thí nghiệm với nhiều loài TVTS khác nhau, các tác giả

đã nghiên cứu và công bố về khả năng sống và làm sạch nước của nhiều loài thực vật trong các môi trường ô nhiễm khác nhau [22], [33], [41], [66], Nhìn chung, việc sử dụng TVTS làm sạch nước tập trung vào giải quyết hai vấn đề môi trường nước mặt đã và đang là những vấn đề nan giải: Sự dư thừa các chất ô nhiễm dinh dưỡng và sự có mặt với hàm lượng đáng kể các KLN trong các thuỷ vực

TVTS có thể lấy đi các chất gây phú dưỡng nguồn nước để tạo sinh khối thực vật Lượng nitơ và photpho dư thừa được thải ra từ các hoạt động xả thải không ngừng của con người vào các thuỷ vực đang gây nên những thảm hoạ sinh thái nước, làm giảm đa dạng các loài sinh thái và khiến cho chất lượng nước của thuỷ vực ngày càng xấu đi Để khắc phục tình trạng này, sử dụng các loài TVTS để lấy

đi các chất ô nhiễm dinh dưỡng đang là một trong những giải pháp tốt nhất Theo nghiên cứu của Trần Văn Tựa và cộng sự (2004) [51] về khả năng ứng dụng TVTS trong xử lý ô nhiễm các thuỷ vực cho thấy cây ngổ trâu cũng có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ chứa N và P khá cao, đặc biệt còn khử mùi cho môi trường nước Các loài bèo tấm được chứng minh là có khả năng phi thường trong hấp thụ amoni [57], [77] Bèo tây lại có thể loại bỏ BOD5, TSS hết sức hiệu quả [22] Neralla và cộng sự, 1999 đã làm thí nghiệm trong nhà kính bằng nước thải nhà vệ sinh với các

loài TVTS sống nổi là thủy trúc (Cyperus flabelliformis Rottb.), cây lưỡi mác (Sagittaria lancifolia), cây rong riềng (Canna flacccida), cây diên vĩ (Iris sp.), cây sậy (Typha angustifolia) [85] Kết quả phân tích nước sau thí nghiệm đã chỉ ra rằng

COD, N - NH4+, P- PO43-, độ đục và chất rắn lơ lửng đã giảm đáng kể Đặc biệt hàm

lượng coliform giảm đến 90% sau 2 ngày thí nghiệm Tác giả cũng nhấn mạnh khả năng sống bền bỉ và phát triển tốt trong suốt 4 mùa, khả năng chống chịu tốt với sương giá và nhiệt độ lạnh của loài thuỷ trúc

Bên cạnh vấn đề phú dưỡng, sự có mặt một hàm lượng đáng kể các KLN trong các thuỷ vực cũng là vấn đề môi trường khó giải quyết KLN có trong các dòng sông, dòng suối bởi sự xả thải thiếu ý thức của các cơ sở sản xuất công nghiệp, các mỏ khai thác kim loại, các lò luyện quặng, [58], [70], [83], [94]…Khả năng sử dụng các loài TVTS hấp thụ và tích tụ dần các KLN trong các dòng chảy tạo sinh khối thực vật đang mang lại những kết quả khả quan KLN có thể được lấy khỏi môi trường nước một cách triệt để chỉ bằng cách thu hoạch sinh khối các loài TVTS sau khi được trồng ở các vùng nước ô nhiễm và đem ra khỏi nguồn nước Nhiều loài TVTS có khả năng tích tụ trong cơ thể một hàm lượng lớn các KLN như

bèo tây (Eichhornia crassipes), bèo tấm (Lemna minor) với hơn 40 loài anh em trong họ Lemnaceae của nó, đặc biệt là bèo tấm tím đã được chứng minh là máy lọc

asen tự nhiên vô cùng hiệu quả [57] Rau muống cũng được coi là loài TV nổi có khả năng hấp thụ KLN một cách kỳ diệu [79] Nghiên cứu của Nguyễn Quốc Thông

và cộng sự [42] về khả năng hấp thụ kim loại nặng Cr và Ni của bèo cái (Pistia Stratiotes L.) từ nước thải mạ Cr và Ni của nhà máy cho thấy, bèo cái có khả năng

sống, phát triển tốt và tăng trưởng trong môi trường nước thải mạ điện có nồng độ

Cr 9,5mg/l và Ni 14mg/l Lượng Cr và Ni tích lũy dần theo thời gian thí nghiệm vào trong lá và rễ cây thí nghiệm với môi trường nước thải mạ điện và lượng tích lũy trong rễ thường cao hơn so với lá Sau 14 ngày hàm lượng Cr tích lũy xấp xỉ vào khoảng 2,12mg/g trọng lượng khô trong lá và 3,28mg/g trọng lượng khô trong rễ Lượng Ni tích lũy trong thí nghiệm này sau 14 ngày vào khoảng 3,58 mg/g trọng lượng khô trong lá và 7,53 mg/g trọng lượng khô trong rễ

Tuy nhiên sự tích tụ chất ô nhiễm trong cơ thể TVTS chỉ ở một ngưỡng nhất định đối với nồng độ chất ô nhiễm mà cơ thể của từng loài TVTS có thể chịu được ở mức cao nhất Do vậy muốn làm sạch nước nhiễm KLN bằng thực vật, nước nhiễm KLN phải có nồng độ các KLN không quá cao Các loại nước thải sinh hoạt, các loại nước thải công nghiệp giàu chất hữu cơ và đã qua xử lý để làm giảm bớt hàm lượng KLN có thể được làm sạch một cách hiệu quả bởi các thực vật [33], [38], [98]

Sử dụng cây thuỷ trúc để làm sạch môi trường nước đã được thực hiện ở nhiều nước còn cây rau muống vốn là một loại rau thương phẩm được nhiều người yêu thích nên việc sử dụng cây rau muống để làm sạch môi trường nước thải được cân nhắc nhiều bởi tính an toàn trong vấn đề vệ sinh thực phẩm mặc dù qua các kết

quả nghiên cứu, rau muống chẳng kém gì thuỷ trúc bởi khả năng sống sót và phát triển tốt trong các môi trường ô nhiễm cũng như có khả năng cao trong hấp thụ các chất ô nhiễm có trong môi trường tạo sinh khối nhanh và phát triển mạnh

Nghiên cứu năm 2012 của Shim, S.M [92] đã nghiên cứu về thành phần các chất dễ bay hơi và các chất không bay hơi trong rau muống Kết quả nghiên cứu

đã chứng minh trong cả thân và lá của cây rau muống có tới gần 70% là các chất dễ bay hơi Đó là các chất phytosterol (26,97 và 19,78%), terpene (5,71 và 7,73%), các hợp chất phenolic (3,87 và 2,66%) và vitamin E (2,52 và 2,26%) Điều này rất có ý nghĩa trong việc xử lý các chất ô nhiễm có trong môi trường vì khi bị bay hơi, các chất này sẽ kéo theo các chất ô nhiễm khác được hấp thụ trong các mô thực vật và như vậy việc loại trừ các chất ô nhiễm trong môi trường bởi cây rau muống có thể

sẽ rất hiệu quả

Nghiên cứu của Hailiang Song và cộng sự (2014) [71] đã sử dụng kết hợp

cây rau muống và loài hến nước ngọt (Corbicula fluminea) cho mục đích làm sạch

nước bị phú dưỡng Kết quả nghiên cứu cho thấy tính hiệu quả khi sử dụng hai loài thuỷ sinh trong việc làm sạch các chất ô nhiễm phú dưỡng Việc sử dụng kết hợp hai loài thuỷ sinh này có sự hỗ trợ đáng kể trong việc làm sạch nước khiến hiệu quả làm sạch nước tăng lên khoảng 10% do quá trình tiêu hóa và bài tiết của hến lợi cho

sự phát triển của vi khuẩn nitrat hóa và khử nitơ, tạo kết quả tốt hơn trong việc cải thiện loại bỏ hàm lượng nitơ tổng số

Nghiên cứu của Wang K và cộng sự (2008) cho thấy rau muống có thể sống trong môi trường nước mặt bị nhiễm hàm lượng KLN Cr3+ cao, hàm lượng Cr3+ lên tới 13,217 mg/ kg trọng lượng khô Chiều dài rễ và sinh khối rễ có tương quan tỷ lệ nghịch với tổng ion Cd hòa tan [98]

Nghiên cứu “Sự phân bố Cu, Zn, Hg và Cd trong rau muống thu từ sông Nhuệ và Tô Lịch ở Việt Nam” của Đặng Thị Ân [2] cho thấy tất cả các bộ phận của cây rau muống thu từ một số điểm trên sông Nhuệ - Tô Lịch đều chứa Cu, Zn, Hg

và Cd, hàm lượng các kim loại này rất khác biệt giữa các phần khác nhau của cây,

Cu, Zn và đặc biệt Cd được lưu giữ chủ yếu trong rễ, còn Hg thì được phân chuyển nhanh từ rễ lên lá Sự khác nhau về nồng độ kim loại theo địa điểm phân bố được thể hiện trong hầu hết các bộ phận của cây: rau sông Nhuệ chứa Cu và Zn với hàm lượng cao hơn hẳn rau sông Tô Lịch, còn Cd thì ngược lại và Hg thì tương đương

So với tiêu chuẩn đối với rau an toàn thì rau cả 2 sông thu vào tháng 7/2004 đều vượt xa về chỉ tiêu Hg, còn Cd thì rau sông Tô Lịch cao hơn rau sông Nhuệ Hàm lượng Hg trong mẫu rau thu vào tháng 10/2004 chỉ có rau sông Nhuệ là bị vượt Như vậy, môi trường sông Nhuệ - Tô Lịch luôn có chứa những KLN độc hại ở mức

đáng lo ngại Việc giám sát theo thời gian và không gian chất lượng các sản phẩm sinh học của hệ thống sông này, trong đó có rau muống, về chỉ tiêu Hg và Cd trước khi đưa vào sử dụng là vô cùng cần thiết

Nghiên cứu “Hàm lượng kim loại nặng trong đất và rau muống ở Thanh Trì” của Vũ Quyết Thắng (1998) cho thấy trong đất cũng như trong các bộ phận của rau muống thu được ở một số khu vực thuộc huyện Thanh Trì (Hà Nội), một trong những nguồn cung cấp rau chủ yếu cho nội thành Hà Nội, đã có dấu hiệu bị ô nhiễm các KLN, đặc biệt đã phát hiện hàm lượng cao các kim loại chì, cadimi, thuỷ ngân, asen trong rễ, thân, lá của rau muống Tác giả đã đề xuất việc cần phải thận trọng hơn trong việc sử dụng các nguồn nước thải để tưới cho cây rau muống làm rau thương phẩm bởi khả năng hấp thụ tốt các kim loại nói trên của loài cây này [37]

Với những đặc tính ưu việt về hình thái, sinh thái và sinh lý, nhiều nghiên cứu về cây thuỷ trúc cũng đã được thực hiện Nghiên cứu của Nerella và cộng sự,

1999 [85] đã làm thí nghiệm trong nhà kính bằng cách trồng cây trong vùng đất ngập nước được xây dựng để đánh giá tầm quan trọng của một số loài thực vật bao

gồm thuỷ trúc (Cyperus alterfolious), cây lưỡi mác (Sagittaria lantifolia), cây dong riềng (Canna flacccida), cây diên vĩ (Iris sp.), cây sậy (Typha latifolia và T Angustifolia) trong việc cải thiện chất lượng nước thải sinh hoạt từ các bể tự hoại

Các thực vật đã phát triển tốt trong môi trường nước thải và kết quả phân tích cho thấy BOD5, N-NH4+, TP, độ đục và chất rắn lơ lửng đã giảm đáng kể Mật độ Fecal coliforms đã giảm đến đến 99% Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng để cải thiện chất lượng nước với sức tăng trưởng TV tốt nhất kèm theo điều kiện bảo trì hệ thống thì cây sậy và cây thuỷ trúc có hiệu suất tốt nhất Thuỷ trúc có yêu cầu nước cao, kháng sâu bệnh tốt, khả năng phát triển trong suốt cả năm, chịu đựng được cả mùa đông lạnh giá, nhanh chóng hồi phục sau sương giá

Nghiên cứu của Liao X và cộng sự, 2005 [81] đã so sánh khả năng loại bỏ

các chất dinh dưỡng của thuỷ trúc (Cyperus alterfolious) và cỏ hương bài (Vetiveria zizanioides), trong vùng đất ngập nước được xây dựng để xử lý nước thải chuồng

trại Sinh khối cũng như hàm lượng các kim loại Cu và Zn trong nước và trong các

mô của hai loài cây đã được đo vào cuối thí nghiệm Kết quả cho thấy sinh khối dưới mặt đất của cỏ hương bài lớn hơn so với thuỷ trúc còn sinh khối trên mặt đất của thuỷ trúc lại lớn hơn của cỏ hương bài Năng suất sinh khối hàng năm của thuỷ trúc cao hơn 2,3 lần so vớicỏ hương bài, tương ứng bằng 3.406,47g/m2 và 1.483,88g/m2 Hàm lượng nitơ tổng trong các mô của thuỷ trúc cao hơn so với Cỏ hương bài, tương ứng bằng 22,69 mg/g và 15,44mg/g Hàm lượng photpho tổng trong các mô của thuỷ trúc cũng cao hơn so với cỏ hương bài, tương ứng bằng 6,09

mg/g và 5,47 mg/g Hàm lượng Cu và Zn trong mô của thuỷ trúc chỉ cao hơn một chút so với cỏ hương bài Và như vậy, 68,72 g N /m2 và 18,49 g P/m2 được loại bỏ bằng thảm thực vật thuỷ trúc, trong khi đối với cỏ hương bài là 8,93 g N/m2 và 3,69

g P/m2 Kết quả nghiên cứu cho thấy việc loại bỏ N, P, Cu và Zn bằng thuỷ trúc cao gấp từ 47 lần cỏ hương bài

Hiệu quả của thuỷ trúc trong xử lý nước thải đô thị từ thành phố Yazd (trung tâm của Iran) cũng đã được khảo sát bởi nghiên cứu của Ebrahimi A và cộng sự,

2013 [67] Các vùng đất ngập nước bằng nước thải tự hoại có trồng và không trồng thuỷ trúc đã được theo dõi Kết quả cho thấy nhu cầu oxy hóa học COD, N- NO3- , N- NH4 + và P-PO43- trong vùng đất ngập nước không trồng thực vật đã được giảm xuống còn 72%, 88%, 32%, và 0,8% trong khi đối với vùng đất ngập nước có trồng thực vật, các giá trị này tương ứng là 83%, 81%, 47%, và 10% Một loạt các nghiên cứu khác về khả năng loại bỏ các hợp chất của nitơ và phot pho của thuỷ trúc bởi các môi trường giàu dưỡng chất của nitơ và photpho cũng đã được nghiên cứu [67], [78], [81], Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh tính đúng đắn của việc sử dụng thuỷ trúc làm sạch các loại nước thải nói trên một cách hoàn hảo Nghiên cứu “Hiệu

quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) và cây bèo lục bình (Eichhoria crassipes)” của Trương Thị Nga và Võ Thị Kim Hằng năm

2010 [33] được thực hiện tại tỉnh Hậu Giang, trong thời gian 9 tháng, nhằm khảo sát diễn biến độ đục, hàm lượng COD, tổng nitơ, tổng phosphat trong nước thải chăn nuôi và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của ngổ trâu và bèo lục bình thông qua sự tăng trưởng cũng như khả năng hấp thụ đạm, lân, KLN của hai loại rau này trong môi trường nước thải Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý nước thải của ngổ trâu đối với độ đục là 96,94%; COD là 44,97%; nitơ tổng là 53,60%, phosphat tổng là 33,56% Hiệu suất xử lý nước thải của bèo lục bình đối với độ đục là 97,79%; COD

là 66,10%; nitơ tổng là 64,36%, phosphat tổng là 42,54% Kết quả về đặc điểm sinh học cho thấy, ngổ trâu và bèo lục bình có khả năng thích nghi và phát triển tốt trong môi trường nước thải

Thí nghiệm với ngổ trâu, bèo lục bình được trồng bằng nước ao và bùn Cu,

Zn, Cd, Cr trong nước thải xả ra môi trường đạt loại A so TCVN 5942 – 1995 Kết quả phân tích hàm lượng KLN đối với rau ngổ, các KLN có xu hướng tích lũy trong

rễ nhiều hơn trong thân lá Lục bình thì ngược lại, hấp thụ và tích lũy trong thân lá lại cao hơn trong rễ Nghiên cứu khẳng định, hệ thống ao xử lý có trồng rau ngổ và lục bình có thể được thiết kế phù hợp với mô hình chăn nuôi heo hộ gia đình hay trang trại nhỏ với quy trình khép kín: chăn nuôi gia súc – nuôi cá – trồng cây Theo

đó, chủ hộ có thể tận dụng nguồn nước xả từ hệ thống để tưới cây, vệ sinh chuồng

và nuôi cá

Nghiên cứu của Trần Văn Tựa (2004) đã sử dụng hệ thống xử lý thí nghiệm xây dựng gồm 4 mương song song Mỗi mương trồng một loài cây trong đó có cây rau ngổ Nước phú dưỡng từ hồ được bơm lên bể chứa, phân phối đều qua các mương Hệ thống này hoạt động liên tục, lấy mẫu hàng tuần để đánh giá các chỉ số phú dưỡng và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước như TN, TP, TSS, COD và Chlorophin a theo các phương pháp chuẩn trước và sau xử lý Kết quả nghiên cứu cho thấy, rau ngổ trâu không chỉ loại bỏ các yếu tố phú dưỡng môi trường nước như TN, TP, TSS, COD mà còn cả vi tảo và vi khuẩn lam độc [51]

Như vậy, cây thuỷ trúc, cây rau muống, cây ngổ trâu vừa có khả năng loại bỏ các chất dinh dưỡng là hợp chất của nitơ và của photpho, còn có khả năng loại bỏ một hàm lượng đáng kể các KLN trong nước

1.2.5 Nghiên cứu xử lý TV sau khi sử dụng để xử lý nước ô nhiễm

Sinh khối thực vật chứa các chất ô nhiễm có thể sẽ là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng, do đó tuỳ thuộc vào tính độc của nguồn nước được xử lý cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm trong cơ thể các thực vật mà có được phương pháp quản lý

và xử lý cho phù hợp Nếu sử dụng các thực vật để trồng bằng nguồn nước thải đã qua xử lý (xử lý những thành phần độc hại như KLN, các vi sinh vật có hại,…) của các nhà máy thực phẩm, các khu dân cư, nhà máy sản xuất phân hoá học,… đáp ứng tiêu chuẩn nước tưới tiêu của Bộ Tài nguyên và môi trường [14] và hàm lượng các chất ô nhiễm trong thực vật đảm bảo thoả mãn chất lượng sản phẩm nông nghiệp thực phẩm được quy định bởi Bộ Y tế thì có thể sử dụng các sản phẩm này cung ứng nhu cầu lương thực thực phẩm cho thị trường Còn nếu trồng các thực vật bằng các loại nước thải có chứa thành phần các chất độc hại vượt ngưỡng cho phép như nước thải của các ngành luyện kim, hoá chất, nước thải công nghiệp và hàm lượng các KLN này trong thực vật sau xử lý cao hơn GTGH của QCVN 07: 2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại) thì sinh khối thực vật sẽ được thu hoạch để xử lý hoặc ủ để phục hồi kim loại sử dụng vào các mục đích khác nhưng tuyệt đối không được sử dụng cho mục đích ăn uống Các phương pháp phổ biến hiện nay đang sử dụng để xử lý sinh khối của thực vật đã qua quá trình xử lý nước gồm có:

- Ủ hoặc đóng rắn sinh khối: Phương pháp này làm giảm lượng lớn sinh khối của thực vật Sau khi thực vật được xử lý có thể mang đến bãi chôn lấp tập trung hoặc xử lý như đối với chất thải nguy hại Phương pháp này được áp dụng cho

những thực vật dùng để xử lý các chất độc như các KLN, các chất hữu cơ, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ

- Khí hóa: Đây là phương pháp rất có ý nghĩa, giúp cho phương pháp xử lý bằng thực vật có hiệu quả kinh tế và triệt để Chủ yếu để xử lý các sinh khối thực vật Khí hoá là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu thực vật trong môi trường thiếu ôxi để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm carbon monoxide (CO), hydro (H2) và một phần khí metan (CH4) Hỗn hợp khí này có thể được sử dụng để chạy động cơ đốt trong hay được sử dụng để sản xuất methanol (CH3OH) - nhiên liệu cho động cơ nhiệt cũng như là nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất và quan trọng là nguyên liệu cho hệ thống máy phát điện thông qua động cơ đốt trong để tạo công cơ học làm quay máy phát tạo ra nguồn điện

1.3 Đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội vùng lưu vực sông Nhuệ

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên vùng lưu vực sông Nhuệ

1.3.1.1 Vị trí địa lý và diện tích

Sông Nhuệ bắt nguồn từ sông Hồng tại cửa cống Liên Mạc - Từ Liêm và chảy qua các quận, huyện Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Cầu Giấy, Hà Đông, Thanh Trì, Thanh Oai, Thường Tín, Ứng Hoà, Phú Xuyên và cuối cùng đổ vào sông Đáy ở vị trí cầu Hồng Phú thuộc địa phận thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam