Hệ thống đất ngập nước kiến tạo tại khu I tiếp nhận nước thải được bơm từ ao tập trung nước thải cách hệ thống 3m. Ao nước là nơi tiếp nhận hỗn hợp nước thải từ khu nhà tập thể và nước mưa từ hệ thống thoát nước của trường. Do đó, lưu lượng và chất lượng nước cũng như hoạt động của hệ thống chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện ngoại cảnh.
Bảng 4.1: Thành phần và tính chất của nước thải đầu vào
TT Thông số Đơn vị Giá trị
QCVN 14:2008
(A)
Metcalf & Eddy (2004)
Cao Trung bình Thấp 1 pH - 7,580,14 5 - 9 - - - 2 Nhiệt độ oC 27,750,29 - - - - 3 DO mg/L 0,410,09 - - - - 4 EC S/cm 71655,68 - - - - 5 NO3-N mg/L 1,271,26 30 0,4 0,2 0,1 6 NH4-N mg/L 42,85,54 5 50 25 12 7 PO4-P mg/L 3,780,18 6 - - -
Ghi chú: Trung bình ± Độ lệch chuẩn (n=6)
Cột A quy định giá trị nồng độ của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (theo Quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/ BTNMT).
Nhìn chung nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào so với phân loại của Metcalf & Eddy (2004) (Bảng 4.1) nằm trong khoảng thấp (PO4-P: 3,780,18 mg/L) đến khoảng trung bình - cao (NH4-N: 42,85,54 mg/L) và cao (NO3-N: 1,271,26 mg/L). Tuy nhiên khi so sánh với QCVN 14:2008 thì nồng độ NO3-N, PO4- P đầu vào nằm trong ngưỡng cho phép của chuẩn loại A trong khi NH4-N đầu vào vượt chuẩn loại A.
20
DO (mg/L)
Diễn biến nồng độ DO ở các vị trí dọc hệ thống theo hai nghiệm thức được trình bày trong Hình 4.1
Hàm lượng oxy hòa tan có sự khác biệt giữa các vị trí dọc theo hệ thống ở cả hai nghiệm thức (p<0,001) và đều tăng ở vị trí đầu ra sau khi qua hệ thống ĐNN nền cát. Kết quả này cũng được ghi nhận tương tự với nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) tiến hành trên cùng hệ thống.
Tại vị trí P2, nồng độ DO cao hơn so với đầu vào (Hình 4.1) là do vị trí P2 là vị trí hở, oxy khuếch tán dễ dàng vào nước, bên cạnh đó khi đi qua bể lọc than đước xơ dừa thì chất lượng nước được cải thiện một phần so với ở bể đầu vào. Qua vị trí P3 của mỗi nghiệm thức, giá trị DO giảm đi, cụ thể ở nghiệm thức không cây và có cây nồng độ DO lần lượt là 0,21 mg/L và 0,67 mg/L, có thể do hệ thống ĐNN nền cát này là hệ thống ngầm ngang, điều kiện hiếm khí chiếm ưu thế trong nền cát. Ngoài ra, vị trí ống đầu ra đặt tại nền đáy của bể càng làm tăng sự yếm khí trong nước đầu ra. Sau khi nước đi qua hệ thống nền cát, DO trong nước đầu ra có xu hướng cải thiện (tại vị trí P4).
c P1 P2 P3 P4 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Không cây Có cây D b B c C a A Vị trí thu mẫu
Hình 4.1: Diễn biến DO (mg/L) tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây.
Ghi chú: a, b, c: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A, B, C, D: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
DO
(m
g
/L
21
Nhìn chung nồng độ DO ở nghiệm thức có cây cao hơn nghiệm thức không cây, qua đó ta thấy được cây Huệ nước góp phần vận chuyển oxy từ môi trường qua thân, lá đến rễ để cung cấy oxy cho quá trình phân hủy hiếu khí chất ô nhiễm trong hệ thống ĐNN (Brix, 1997).
Nhiệt độ (oC)
Diễn biến nhiệt độ tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống được trình bày trong Hình 4.2. Kết quả ghi nhận không có sự khác biệt về nhiệt độ giữa các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở cả hai nghiệm thức (p>0,05). Ngoại trừ ở nghiệm thức không cây vị trí P2 thấp hơn P1 có thể do nhiệt độ biến động nhiều vào mùa mưa.
Nhìn chung nhiệt độ tại các vị trí thu mẫu ở nghiệm thức có cây cao và không biến động nhiều so với nghiệm thức không cây do ảnh hưởng của điều kiện thời tiết trong lúc thu mẫu (thời gian thu mẫu ở nghiệm thức không cây vào tháng mưa bất thường nên nhiệt độ thấp và biến động nhiều, trong khi nghiệm thức có cây được thu
Nhi ệt đ ộ ( o C) P1 P2 P3 P4 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 Không cây Có cây a A b A ab A ab A
Hình 4.2: Diễn biến nhiệt độ (oC) tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây
Ghi chú: a, b: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
22
trong thời gian không mưa nên nhiệt độ cao hơn và ít biến động). Nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) cũng cho kết quả tương tự ở nghiệm thức có trồng cây giữa các vị trí có nhiệt độ ít biến động hơn so với nghiệm thức không trồng cây do được theo dõi vào tháng nắng.
pH
Theo Lê Hoàng Việt (2003) pH nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 - 7,6; môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH từ 7 - 8.
Nhìn chung giá trị pH có sự khác biệt giữa các vị trí thu mẫu (p<0,001) và có xu hướng giảm dần dọc hệ thống, cụ thể ở nghiệm thức không cây và có cây giá trị pH đầu vào lần lượt là 7,7 và 7,45 giảm xuống còn 7,1 và 7,24 ở đầu ra (các giá trị này nằm trong khoảng cho phép của QCVN 14:2008 (Cột A quy định pH từ 5 – 9) (Hình 4.3)). pH giảm ở đầu ra có thể là do quá trình nitrate hóa (Brix, 2003), ngoài ra pH giảm còn có thể do quá trình phân hủy hiếm khí xảy ra ở bể cát làm giải phóng H+ dẫn đến pH giảm. ab P1 P2 P3 P4 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 Không cây Có cây B a A b A c C
Hình 4.3: Diễn biến pH tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây
Ghi chú: a, b, c: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A, B, C: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
Vị trí thu mẫu
23
Nghiên cứu của Trang et al. (2010) trên cùng hệ thống cũng cho kết quả tương tự, giá trị pH đầu vào trong khoảng 7,5 – 7,8 và giảm xuống còn 6,9 – 7,2 ở vị trí đầu ra. Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) cũng cho kết quả pH giảm dần sau khi qua hệ thống ĐNN nền cát.
EC (µS/cm)
EC là chỉ số thể hiện khả năng dẫn điện của dung dịch, được ước lượng qua tổng lượng ion hòa tan trong nước. Nồng độ các ion hòa tan càng cao, độ dẫn điện EC càng cao.
Độ dẫn điện trong nước có sự khác biệt giữa các vị trí thu mẫu dọc hệ thống (p<0,001) và có xu hướng giảm dần sau khi qua hệ thống xử lý. Kết quả phân tích cho thấy ba vị trí P1, P2 và P3 không có sự khác biệt (p>0,05) (Hình 4.4) có thể do lớp than đước, xơ dừa (vị trí P2) chưa phát huy tốt vai trò trong việc giữ lại các ion trong nước thải. Điều này cũng tương ứng với nồng độ NO3-N, NH4-N, PO4-P tại ba vị trí
a P1 P2 P3 P4 EC ( S /c m) 0 200 400 600 800 1000 Không cây Có cây A b B ab AB c C
Hình 4.4: Diễn biến EC tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây
Ghi chú: a, b, c: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A, B, C: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
24
này không khác biệt (Hình 4.5; 4.6; 4.7). Theo Nguyễn Duy Khoa (2013) ghi nhận trên cùng hệ thống tại ba vị trí P1, P2 và P3 có EC cũng không khác nhau.
Theo Ngô Thụy Diễm Trang và Hans Brix (2012) đối với độ dẫn điện (EC), các muối hòa tan có thể bị giữ lại bằng cơ chế hấp phụ bề mặt, hoặc do cây và vi sinh vật hấp thu làm cho EC giảm trong nước thải đầu ra ở cả hai nghiệm thức. Kết quả nghiên cứu hiện tại cũng cho thấy từ vị trí P3 đến đầu ra P4 thì giá trị EC giảm đáng kể trung bình từ 664,83 µS/cm xuống còn 418 µS/cm. Nguyên nhân có thể do hiện tượng đảo điện thế bề mặt vật liệu lọc xảy ra ở bể cát theo cơ chế sau: bình thường các hạt cát thường tích điện âm nên có khả năng hấp phụ các hạt mang điện tích dương hay các cation nhôm, sắt, mangan, NH4+… Khi có quá nhiều các hạt tích điện dương tích tụ bên ngoài bề mặt, sẽ xảy ra hiện tượng quá bão hòa và trở nên tích điện dương, do đó lại xảy ra quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích âm. Các hạt keo có nguồn gốc từ động - thực vật, các chất bẩn hòa tan, các anion như: NO2-, NO3-, PO43-, HCO3-,… sẽ được hấp phụ trong giai đoạn này. Sau đó, quá trình này lại đạt đến bão hòa và trên bề mặt vật liệu lọc lại xảy ra quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích dương. Cứ như thế hiện tượng đảo điện thế bề mặt vật liệu lọc xảy ra liên tục và EC sẽ giảm dần (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2003; Trích từ Hồ Liên Huê, 2006). Kết quả EC giảm dần cùng phù hợp với giá trị NH4-N và PO4-P giảm được ghi nhận trong Hình 4.6; 4.7 và phù hợp với kết quả trong nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) và Lê Thị Lệ (2013) là EC đầu ra (P4) đều giảm so với đầu vào (P1) ở cả hai nghiệm thức không cây và có cây.
NO3-N (mg/L)
Theo Lê Hoàng Việt (2003), nitrate trong nước thải sau xử lý biến thiên từ 0 – 20 mg/L (tính theo N). Nitrate còn là thông số quan trọng đối với đầu ra của quá trình xử lý vì ở hàm lượng cao sẽ gây bệnh cho trẻ em khi sử dụng nguồn nước.
Nồng độ NO3-N có sự khác biệt giữa các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở cả hai nghiệm thức (p<0,001); So sánh giữa ba vị trí P1, P2 và P3, nồng độ NO3-N của cả hai nghiệm thức không có sự khác biệt (p>0,05) (Hình 4.5) có thể là do bể lọc than đước, xơ dừa chưa phát huy tốt vai trò trong việc hấp phụ đạm nitrate của các vật liệu này. Ngoài ra, vị trí P3 cách P2 1,9 m nên cũng chưa thấy rõ vai trò của bể lọc nền cát và sự hiện diện thực vật tại vị trí P3 (Hình 3.2)
25
Ở nghiệm thức không cây, nồng độ NO3-N tại các vị trí P1, P2, P3 cao hơn so với nghiệm thức có cây (Hình 4.5), có thể do thời gian bố trí nghiệm thức không cây vào tháng mưa nhiều, nước trong ao tập trung nhiều nguồn nước thải khác nhau chứa đạm như nước thải từ sinh hoạt, cống rãnh,... đều tập trung về ao chứa. Trong khi nghiệm thức có cây bố trí trong thời gian không mưa nên chủ yếu là nước thải sinh hoạt từ các hộ tập trung về ao chứa.
Nồng độ NO3-N ở nghiệm thức không cây có xu hướng giảm rõ rệt ở đầu ra (vị trí P4), điều này minh chứng điều kiện ngập úng tạo môi trường yếm khí hơn trong bể cát trong thời điểm thu mẫu có mưa nhiều. Riêng nghiệm thức có trồng cây, nồng độ NO3-N đầu ra có xu hướng tăng cao so với các vị trí còn lại (Hình 4.5) có thể với sự hiện diện cây Huệ nước giúp vận chuyển oxy xuống rễ tạo điều kiện cho quá trình nitrate hóa diễn ra. Điều này cũng được ghi nhận tương tự ở nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) nồng độ NO3-N đầu ra ở nghiệm thức có trồng cây cỏ Vetiver tăng 2,86 mg/L cao hơn nghiệm thức không trồng cây 0,48 mg/L nhờ vào sự hiện diện của thực vật. a P1 P2 P3 P4 NO 3-N (m g/ L ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Không cây Có cây B a a B b A B
Hình 4.5 : Diễn biến NO3-N (mg/L) tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây
Ghi chú: a, b: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A, B: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
26
NH4-N (mg/L)
Diễn biến nồng độ NH4-N (mg/L) tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống được trình bày trong Hình 4.6. Nồng độ NH4-N có xu hướng giảm dần và có sự khác biệt giữa các vị trí dọc hệ thống ở cả hai nghiệm thức (p<0,001).
Kết quả nghiên cứu cho thấy tương tự EC và NO3-N, giá trị NH4-N tại vị trí P1, P2 và P3 cũng không có sự khác biệt (p>0,05) có thể do bể lọc than đước, xơ dừa chưa phát huy tốt vai trò trong việc hấp phụ đạm amôn của các vật liệu này. Ngoài ra, vị trí P3 cách P2 1,9 m nên cũng chưa thấy rõ vai trò của bể lọc nền cát và sự hiện diện thực vật tại vị trí P3 (Hình 3.2). Tuy nhiên, khi nước thải đi vào bể xử lý cát thì giá trị NH4-N giảm từ 37,97 mg/L (P3) xuống còn 10,08 mg/L (P4) ở nghiệm thức không cây và từ 32,96 mg/L (P3) xuống còn 20,23 mg/L (P4) ở nghiệm thức có cây. Nguyên nhân là do ion NH4+ bị hấp phụ trên bề mặt chất nền là cát; mặt khác ion NH4+ còn bị cây trồng hấp thu tạo sinh khối và có thể bị nitrate hóa. Theo Nguyễn Duy Khoa (2013) thì nồng độ NH4-N cũng không có sự khác biệt giữa ba vị trí P1, P2, P3 và giảm nhiều ở vị trí từ P3 qua bể lọc cát có trồng thực vật đến vị trí P4 khi thí nghiệm trên cùng hệ thống.
a P1 P2 P3 P4 NH 4 -N (m g/ L ) 0 10 20 30 40 50 60 Không cây Có cây A a B a B b C
Hình 4.6: Diễn biến NH4-N (mg/L) tại các vị trí thu mẫu dọc hệ thống ở nghiệm thức không cây và có cây
Ghi chú: a, b: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức không cây A, B, C: ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau giữa các vị trí thu mẫu trong nghiệm thức có cây
27
Trên lý thuyết, nồng độ NH4-N ở nghiệm thức có cây sẽ thấp hơn ở nghiệm thức không cây là do NH4+ bên cạnh bị hấp phụ bởi cát thì NH4+ còn bị nitrate hóa chuyển thành NO2- và NO3- do ở nghiệm thức có cây, Huệ nước đóng vai trò vận chuyển oxy tạo môi trường hiếu khí xung quanh rễ cho quá trình nitrate hóa xảy ra. Ngoài ra, cây trồng còn hấp thu đạm nitrate tạo sinh khối. Điều này cũng được chứng minh trong nghiên cứu của Nguyễn Duy Khoa (2013) với cỏ Vetiver. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, kết quả ghi nhận Hình 4.6 cho thấy nồng độ NH4-N đầu ra ở nghiệm thức có cây cao hơn nghiệm thức không cây. Có thể do ở nghiệm thức không cây thực hiện vào mùa mưa, mưa nhiều làm pha loãng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước. Ngoài ra, có thể là do thời gian bố trí nghiệm thức có cây quá ngắn (30 ngày) nên cây Huệ nước chưa phát huy hết khả năng xử lý NH4-N.
PO4-P (mg/L)
Theo Lê Hoàng Việt (2003) photpho rất cần thiết cho sự sinh trưởng của tảo và