Thực vật thủy sinh (TVTS) là những loài cây sống, phát triển trong môi trường ngập nước. Trong điều kiện nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, sẽ rất tốt cho chúng phát triển, bộ rễ của TVTS chứa một hệ vi khuẩn phong phú giúp phân giải các chất hữu cơ làm thức ăn cho cây. Thực tế cho thấy ao hồ có hệ thực vật thủy sinh phát triển mạnh, chúng sử dụng chất hữu cơ đã hạn chế tảo phát triển, nước trong hơn. Hệ rễ cũng giúp cốđịnh các kim loại nặng độc hại như Cd, Cu, Hg, và Zn.. để cho sự đồng hóa và phát triển sinh khối ( vista.gov.vn; nea.gov.vn)[10].
Nhiều TVTS mọc trong hệ sinh thái ngập nước bao gồm đất ngập nước nhân tạo, dùng để xử lý nước thải. Những TVTS mọc ở đây gồm thực vật có mạch ( hạt kín và dương xỉ), rêu và một số tảo lớn trong đó thực vật hạt kín chiếm ưu thế. TVTS giống như tất cả các cơ thể quang tự dưỡng khác sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời trong đồng hóa CO2 từ khí quyển để sản xuất chất hữu cơ cung cấp nguồn năng lượng cho các cơ thể dị dưỡng như động vật, nấm, vi khuẩn. Hệ sinh thái đất ngập nước chủ yếu là cây thuỷ sinh là một trong số hệ sinh thái có năng suất sơ cấp cao nhất, do có sự dồi dào về ánh sáng, nước và chất dinh dưỡng (Brix,H.,1994, Westlake, D.F., 1962)[10].
19
Paverly (1983)[6], Oron et al (1986)[9], Sutton và Orones (1975), Reddy (1983), Shukla và Tripathi et al (1990) ( U.S Environmental Protection Agency, 1998)[9]. TVTS có thể được sử dụng một cách hiệu quả trong việc giảm thiếu mức độ ô nhiễm nguồn nước, sinh khối của chúng có thể được sử dụng để sản xuất bioga, thức ăn gia súc, đồ thủ công mỹ nghệ, sản xuất sợi hoặc phân bón. Hiệu quả xử lý ô nhiễm của một số loài thực vật thủy sinh và tảo đã được kiểm nghiệm trong các điều kiện thí nghiệm và cho thấy rằng chúng có tiềm năng trong xử lý nước thải ( Tripahi, D.B., Suresh C., Shukla., 1991)[8].
Người ta đã biết đến khả năng của TVTS trong việc vận chuyển oxy từ không khí vào trong nước nhờ bộ rễ, cho phép hình thành nhóm vi sinh vật hiếu khí trong bộ rễ thực vật. Các vi sinh vật hiếu khí thích hợp cho việc phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. Sản phẩm của quá trình phân giải này xẽ được thực vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng, phát triển. Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong nước là có sự cộng sinh giữa thực vật thủy sinh và vi sinh vật sống trong và xung quanh rễ của chúng. Thực vật và các vi sinh vật có thể đạt được hiệu quả xử lý cao khi chúng phối hợp với nhau trong một hệ sinh thái cân bằng ( Perdomo, Silvana D., 1994)[9]. Oxy chuyển từ phần thân và lá khí sinh xuống bộ rễ và giải phóng ra vùng rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Bởi vậy thực vật thủy sinh đóng vai trò chủ yếu trong việc giảm nồng độ NH4 + , NO2 - , NO3 - , PO4 3- , cũng như TSS, và COD (Greenway, M., 2003)[10]. Vai trò chủ yếu của thực vật thủy sinh.
- Làm giá thể cho vi sinh vật sinh sống: Các vi sinh vật sống trên rễ và phần thân, lá có vai trò chính trong quá trình xử lý.
- Tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa: Sự chuyển hóa từ NH3 thành NO3- xảy ra khi nước thải được sục khí, khi đó các vi khuẩn hiếu khí xẽ thực hiện chuyển hóa này. Nếu như ở điều kiện kị khí xẽ tạo ra
20
quá trình ức chết oxy hóa NH3 thành dạng NO3-. Tuy nhiên một lượng oxy khuếch tán từ rễ thực vật tạo ra một vùng hiếu khí, tạo điều kiện cho sinh trưởng của các vi sinh vật hiếu khí.
- Chuyển hóa nước và chất ô nhiễm: Thực vật hấp thụ các chất và ion gây ra ô nhiễm vào trong cơ thể của chúng. Trong quá trình xử lý các chất có tiềm năng gây ô nhiễm có thể ở trạng thái không hoạt động qua sự trao đổi, kết tủa, bám dính, tích tụ, oxy hóa và sự biến đổi các ion.
- Sử dụng dinh dưỡng: TVTS sử dụng nitơ, phospho và các nguyên tố vi lượng khác. Mặt khác, phần lớn các chất dinh dưỡng được hấp thụ bởi thực vật sẽ quay trở lại hệ thống qua các phần thân, lá, rễ bị chết.
- Lọc : Thân và lá của thực vật nửa ngập nước và rễ của thực vật nổi như là một lớp ngăn một số chất lơ lửng, tạo điều kiện cho sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng cách kéo dài thời gian cho quá trình biến đổi sinh hóa.
- Nguồn che sáng: TVTS giúp điều hòa nhiệt độ của nước, ngăn chặn sự phát triển của các nhóm tảo, qua đó hạn chế sự dao động của pH và lượng oxy hòa tan giữa ban ngày và ban đêm ( United…2002)[9]. Trong tự nhiên, sử dụng TVTS cho sử lý nước thải có thể được tiến hành trong các kênh rạch với độ sâu từ 20 – 50 cm hoặc trong các ao có độ sâu từ 50 cm – 2m. Để xác định loài thực vật cho xử lý nước thải cần xem xét đặc điểm sinh trưởng, khả năng chống chịu của thực vật và các nhân tố môi trường( Greenway, .M,.2003) [9].. Ngoài ra cũng cần xem xét đặc điểm của nước thải, yêu cầu về chất lượng dòng thải, loại hệ thủy sinh, cơ chế loại bỏ ô nhiễm, lựa chọn quy trình các chất thiết kế đặc biệt, độ tin cậy của quá trình ( Perdomo, Silvana.D., 1994) [9]..