Thực vật nước thuộc loài thảo mộc, thân mềm. Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn. Vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật nước và đi lên lá. Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này cùng với chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh
khối. Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan. Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hòa tan để thực vật có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất. Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật nước tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước. Vì vậy người ta ứng dụng thực vật nước để xử lý nước thải.
Vô cơ hóa Quang hợp
Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối thực vật
Sinh khối vi sinh vật
Có 3 loài thực vật nước chính:
• Thực vật nước sống chìm :
Loại thực vật nước này phát triển dưới mặt nước và chỉ phát triển được ở nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thực vật nước này không hiệu quả trong việc làm sạch nước thải.
• Thực vật nước sống trôi nổi :
Rễ của thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và lá phát triển trên mặt nước. Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy nước thải.
• Thực vật sống nửa chìm nửa nổi :
Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định.
Bảng 2.4: Một số thực vật nước phổ biến (Chongrak Polprasert, 1997)
Loại Tên thông thường Tên khoa học
Hydrilla Hydrilla verticillata
Water milfoil Myriophyllum spicatum
Bèo tấm Wolfia arrhiga
Bèo tai tượng Pistia stratiotes
Thực vật nước sống nửa chìm nửa nổi
Cattails(cỏ đuôi mèo) Typha spp
Bulrush(cỏ lõi bấc) Scirpus spp
Reed(lau sậy) Phragmites communis a) Ứng dụng lục bình để xử lý nước thải
Lục bình có tên khoa học là Eichhoria crassipes. Ở nước ta lục bình còn có tên là bèo Tây, bèo Nhật Bản.
Lục bình là cây thân thảo, trôi nổi trên mặt nước. Thân gồm một cái trục mang nhiều lóng ngắn và những đốt mang rễ và lá.
Rễ sợi, cố định, không phân nhánh, mọc thành chùm dài, chiếm 20 – 50% trọng lượng của cây tùy theo môi trường sống nhiều hay ít chất dinh dưỡng.
Lá mọc theo dạng hoa thị, cuống phồng lên thành phao nổi. Cây con phao ngắn và phồng to, cây già các phao kéo dài có thể tới 30 cm. Tính nổi của lục bình là do tỉ lệ cao của khí ở trong cuống lá (chiếm 70% thể tích).
Hoa không đều, màu xanh nhạt hoặc tím. Đài và cánh hoa cùng màu dính liền với nhau ở gốc, cánh hoa trên có đốm vàng.
Lục bình sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ 10oC – 40oC nhưng mạnh nhất ở nhiệt độ 20oC – 30oC, vì vậy ở nước ta lục bình sống quanh năm.
Bảng 2.5: Vai trò của các bộ phận của thực vật nước trong hệ thống xử lý (Chongrak Polprasert, 1997)
Phần cơ thể Nhiệm vụ
Là giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp phụ chất rắn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hấp thụ ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo Làm giảm ảnh hưởng của gió lên hồ xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển oxy từ lá xuống rễ
Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ lục bình có thể xem như là một bể lọc sinh học nhỏ giọt, vận tốc thấp có dòng chảy theo chiều ngang. Cơ chế loại chất ô nhiễm của hệ thống chủ yếu là lắng và phân hủy sinh học, bộ rễ của chúng có tác dụng như một bộ lọc cơ học và tạo giá bám cho vi sinh vật.
Oxy dùng để oxy hóa chất hữu cơ trong hồ được cung cấp bởi sự khuếch tán của không khí, sự quang hợp của tảo và giải phóng từ rễ của lục bình thông qua lớp biofilm. Hai quá trình đầu tiên chuyển đổi oxy trực tiếp bên trong nước, trong khi quá trình thứ ba oxy được giải phóng thông qua lớp biofilm.
Sự khuếch tán của không khí liên quan đến hiệu quả của quá trình di chuyển oxy qua lại. Oxy di chuyển qua bề mặt của hồ khoảng 0.5-1.5g/m3.ngày (Imhoff et al 1971). Trong hồ lục bình, sự di chuyển này kém hơn do lục bình che phủ mặt hồ và sự chuyển động không đều của gió.
Mặt khác tảo không tham gia quá trình oxy hóa khi lục bình che phủ bề mặt nên oxy có được do sự quang hợp của tảo giảm đáng kể(Gee&Jensen, 1980, trích dẫn bởi R. Sooknah, 1999). Nguồn oxy chủ yếu được giải phóng từ rễ lục bình.
Oxy từ rễ lục bình di chuyển vào nước thông qua lớp biofilm. Giả thuyết về cấu trúc của lớp biofilm được đề nghị bởi Timberlake (Timberlake et al, 1988). Theo tác giả, lớp biofilm có thể có 4 vùng cho vi khuẩn hoạt động, lớp nitrat hóa nằm gần vùng cung cấp, lớp lên men yếm khí nằm gần bề mặt chất lỏng và 2 lớp trung gian là khử nitrat và sự oxy hóa hectotrophic. Do đó nồng độ oxy trong nước giảm theo chiều sâu.
Lục bình là một trong các thực vật nước có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất, khả năng cạnh tranh dinh dưỡng và các yếu tố cần thiết cho sự sống của lục bình cao hơn hẳn so với các thực vật nước khác. Trong một thời gian ngắn, lục bình phát triển sinh khối làm kín cả mặt hồ. Người dân thường thu hoạch lục bình tận dụng vào các mục đích sau :
• Làm nguyên liệu cho các ngành thủ công
Hiện nay ở Việt Nam, lục bình đang thiếu trong nghề đan giỏ xuất khẩu, giá lục bình khô là 6,500-7000đ/kg. Lục bình rất có giá trị kinh tế.
• Làm thực phẩm cho gia súc
• Làm phân xanh
Lục bình là một trong những nguyên liệu dùng sản xuất phân xanh rất có hiệu quả vì thành phần dinh dưỡng trong lục bình khá cao.
• Dùng sản xuất khí sinh học biogas
Lục bình được các vi sinh vật kỵ khí phân giải tạo thành sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy là khí CH4, khí này có thể tận dụng làm khí đốt trong việc tạo ra năng lượng cho sinh hoạt hay cho các ngành sản xuất.
b) Ứng dụng của cỏ Hương Bài trong xử lý nước thải
Cỏ Vetiver (tên khoa học là Vetiveria zizanioides thuộc họ Andropogoneae) đã được Ngân hàng thế giới triển khai trồng từ những năm 1980 tại Ấn Độ nhằm mục đích giữ đất và nước. Hơn 20 năm qua, cỏ Vetiver như một loài sinh vật kỳ lạ thu hút các nhà khoa học đã dày công nghiên cứu về sức sống mãnh liệt đến đặc biệt của nó.
Đến nay việc sử dụng hệ thống cỏ Vetiver được nhiều nước khuyến cáo sử dụng như một biện pháp kỹ thuật sinh học nhằm ổn định đất ở các sườn dốc, mái dốc, xử lý nước thải, xử lý những vùng đất ô nhiễm, cải thiện môi trường, ...nhiều lợi ích khác như ép
lấy tinh dầu dùng làm mỹ phẩm, dược phẩm (sản lượng dầu Vetiver đạt 250 tấn/năm, giá 80-250 USD/kg), làm thức ăn chăn nuôi ở giai đoạn còn non có giá trị tương đương cỏ mật và cỏ Kikuyu, hấp dẫn để tiêu diệt nhiều loài sâu bọ phá hoại hoa màu, ngăn ngừa lớp cỏ dại, giữ đất, nước, cải tạo đất, làm chất độn chuồng, phân xanh, bảo vệ các cồn cát ven biển, làm đồ thủ công mỹ nghệ, lợp nhà, làm gạch, làm dây buộc, làm cây cảnh, ....
Nếu như những năm đầu mọi người biết đến Vetiver là loại cỏ chống xói mòn, giữ đất, nước thì gần đây mọi người lại đang nhắc nhiều đến Vetiver với chức năng xử lý chất thải khá hữu hiệu của nó. Ứng dụng cỏ Vetiver xử lý nước thải là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một công nghệ rất mới, sáng tạo và rất có triển vọng. Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, rất kinh tế, hiệu quả và rất tự nhiên.
Do hiệu quả cao, đơn giản, kinh tế nên hệ thống cỏ Vetiver (Vetiver System - VS) đã được ứng dụng tại hơn 100 nước trên thế giới.VS cải thiện chất lượng nước thải và xử lý nước bị ô nhiễm bằng cách giữ lại bùn đất, còn rác rưởi bị trôi theo dòng nước; Hấp thụ kim lọai nặng và các chất gây ô nhiễm; Khử độc các hóa chất nông, công nghiệp và tiêu thụ lượng lớn nước thải (6,861 lít nước/1 kg sinh khối khô cỏ Vetiver/ngày).
Cỏ Vetiver lần đầu tiên được dùng để xử lý nguồn chất thải từ các nhà vệ sinh ở Oxtralia vào năm 1996 với kết quả cứ trồng 100 khóm cỏ Vetiver/50m2 đủ để tiêu giải hết lượng nước thải từ một khu vệ sinh ở một công viên. Ở Oxtralia và Trung Quốc đã công bố két quả thực nghiệm trồng 3,5 ha cỏ Vetiver có thể xử lý 4 triệu lít mỗi tháng trong mùa hè và 2 triệu lít mỗi tháng trong mùa đông. Ổtalia đã xử lý rất hiệu quả khối lượng lớn nước thải công nghiệp bằng cỏ Vetiver tới 1,4 triệu lít nước thải/ngày tại một nhà máy chế biến lương thực và 1,4 triệu lít nước thải/ngày tại một lò mổ sản xuất thịt bò.
Cỏ Vetiver có khả năng đặc biệt về xử lý ô nhiễm nước là do nó có thể hấp thụ nhanh chóng các kim loại nặng và các chất dinh dưỡng khác trong nước và có thể chịu được những chất này dù ở hàm lượng rất cao. Tuy hàm lượng những chất này trong cỏ Vetiver nhiều khi không cao như ở một số giống cây siêu tích tụ khác nhưng do nó phát triển rất nhanh và cho năng suất rất cao (năng suất cỏ khô đạt tới 100 tấn/ha/năm) nên cỏ Vetiver có thể tiêu giảm một lượng chất dinh dưỡng và kim loại nặng lớn hơn rất nhiều so với phần lớn các giống cây siêu tích tụ khác.
Riêng về xử lý nước thải cho chăn nuôi thì ví dụ ở Quảng Đông - Trung Quốc là một ví dụ rất điển hình. Trung Quốc vốn là một nước nuôi nhiều lợn nhất thế giới, riêng tỉnh Quảng Đông có tới 1.600 trại lợn, trong đó có hơn 130 trại sản xuất hơn 10.000 con lợn thịt mỗi năm. Mỗi trại lợn này xả ra 100 - 150 tấn nước thải mỗi ngày.
Cỏ Vetiver đã đồng chiến thắng với cỏ Cyperus Alternifolius trong việc xử lý hữu hiệu lượng nước thải khổng lồ này khi được trồng thử nghiệm ở các bãi ngập nước thải nuôi lợn với 10 giống cỏ khác.
Ở Việt Nam, cỏ Vetiver thực ra đã được du nhập rất lâu những chủ yếu được trồng để lấy tinh dầu. Từ năm 1999, mạng lưới Vetiver Việt Nam do ông Ken Crismier (chuyên gia của Mạng lưới Vetiver quốc tế -TVNI) làm điều phối viên được chính thức thành lập. Đến năm 2001 -2003, sau nhiều thí nghiệm thành công thì Bộ NN&PTNT, Bộ Giao thông vận tải mới cho phép sử dụng cỏ Vetiver vào các mục đích giảm nhẹ thiên tai, chống sạt lở các công trình giao thông.
Tuy nhiên, gần đây đã bước đầu có một số thử nghiệm tại một nhà máy chế biến thủy sản cho kết quả hàm lượng Nitơ tổng số giảm 91% sau 72 giờ và gần đây nhất là công bố của các tác giả Nguyễn Minh Trí, Nguyễn Duy Chinh, Nguyễn Việt Thắng - Trường Đại học Khoa học Huế thì khả năng xử lý nước thải của Vetiver được khẳng định thêm ở Việt Nam và được khuyến cáo sử dụng rộng rãi. Theo kết quả nghiên cứu này, hàm lượng oxy hòa tan (DO) sau xử lý bằng cỏ Vetiver tăng từ 2,95mg/l đến 4,93mg/l trong 12 ngày, hiệu suất đạt tới 67,12%.
Ngược lại nhu cầu oxy hóa học (COD) lại giảm đáng kể, từ 420 mg/l xuống còn 120 mg/lit sau 12 ngày xử lý và đã giảm 1,92 lần so với trướckhi xử lý. Hàm lượng Ni tơ cũng giảm 1,94 lần, hàm lượng P cũng giảm 2,503 lần so với trước khi xử lý. Nguồn nước sau khi xử lý có giá trị các thông số kỹ thuật hầu hết đạt TCVN 5945 - 2005 loại B, điều này chứng tỏ cỏ Hương Bài có khả năng xử lý chất thải chăn nuôi lợn rất hữu hiệu, rẻ tiền và dễ nhân rộng.
c) Ứng dụng cỏ muỗi nước (cần tây nước):
Cây muỗi nước (còn gọi cây cần tây nước) là loại bản địa của vùng Đông Nam Á, thân và lá của nó có thể ăn sống hoặc chín như một loại rau. Nó sinh sản theo cách phân chia rễ và sinh trưởng tốt trong môi trường nước nông cho tới 20cm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải từ các chuồng gia súc trước tiên cho chảy vào bể lắng, để chất thải rắn lắng xuống đáy. Sau vài ngày cho nước thải trong chảy vào bể mở có bèo lục bình hoặc cỏ
Hình 2.17: Cỏ muỗi nước (cần tây
muỗi nước. Mặt nước trong bể được cây che phủ (mật độ khoảng 400 cây/bể). Nước trong bể nông một chút, độ sâu bể xử lý khoảng 30cm. Cỏ muỗi nước cần thời tiết mát mẻ. Kích cỡ của bể tuỳ thuộc vào lượng nước thải cần được xử lý.
Ví dụ, chất thải của 10 con gia súc vào khoảng 456 lít, sẽ cần bể mỗi cạnh 6m, sâu 0,5m. Bể phải có tổng khối lượng 18m3 và diện tích bề mặt 36m2. Bể có thể chứa nước thải chuồng nuôi khoảng 30 ngày. Nước thải được giữ trong bể xử lý 10 ngày. Thời gian này, lượng phospho trong nước giảm khoảng 57 - 58%, trong khi 44% lượng nitơ được loại bỏ BOD5 (là phương pháp xác định mức độ vật chất hữu cơ trong nước). Trong thời gian giảm xử lý 10 ngày, BOD5 giảm khoảng 80 - 90%. Những biện pháp xử lý nước thải theo cách này đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu. Nước thải ra sông hồ, suối một cách an toàn mà không cần xử lý thêm.
d) Ứng dụng rau chai và thủy trúc
Tại cuộc thi cấp quốc gia: "Cải thiện việc sử dụng và bảo vệ nguồn nước" lần thứ 3 - 2006. Bạn Lê Thế Trung, (lớp 11 M1 trường THPT Mỹ Hương, Mỹ Tú, Sóc Trăng) đã có ý tưởng dùng thủy trúc, rau trai để xử lý nước thải trong chăn nuôi. Đề tại của bạn đoạt giải nhì và được Hội đồng giám khảo đánh giá khá cao.
Trong một buổi trưa đi thả câu bắt cá. Khi đang thả câu, thấy rãnh thoát nước từ chuồng lợn nhà hàng xóm thải ra kênh mương ít mùi hôi thối, dòng nước của đoạn kênh ấy không bị đục như đoạn kênh mương cạnh đó, lấy làm lạ, Trung tò mò tìm hiểu. Những lần đi qua vào thời điểm khác nhau vẫn thấy môi trường từ rãnh thoát nước ấy đỡ mùi so với rãnh nước thải ra mương từ các chuồng lợn khác.
Để chứng minh cho lập luận của mình, Trung đã nhổ những bụi thủy trúc và rau chai ấy mang sang trồng ở rãnh thoát nước từ chuồng lợn bên cạnh. Một thời gian sau, khi những cây ấy đã phát triển xanh tốt thì dòng nước cũng bớt mùi hơn trước.
Thế rồi, Trung vận động hàng xóm trồng rau chai và thủy trúc trên dòng nước thải từ Hình: Cỏ rau trai
và thủy trúc lớn nhanh hơn, người dân cũng sẽ thu được lợi ích kinh tế: rau chai là thức ăn cho lợn, thủy trúc làm chiếu, làm dây buộc bánh, bó lúa... Một vài nhà đã làm theo lời của cậu học trò, bước đầu có hiệu quả cả về kinh tế lẫn giảm ô nhiễm môi trường.
Để bảo đảm tính khoa học, Trung đã thử nghiệm một lần nữa bằng cách lấy 1 lít nước thải từ chuồng lợn đựng vào bốn chai nhựa. Sau đó lấy một bụi thủy trúc, rau chai và một bụi cỏ mần trầu, cho mỗi loài thực vật trên vào một chai, một chai còn lại để không, đem tất cả 4 chai cất vào chỗ mát.
Bảy ngày sau, Trung mang nước từ bốn chai đó ra thử nghiệm. Mượn dụng cụ thí nghiệm tại trường học, Trung đã đo đạc và khẳng định được sự cải thiện ô nhiễm của nguồn nước khi chảy qua thủy trúc và rau chai.(Xem bảng)
Bảng 2.6: So sánh kết quả thì nghiệm
Chai có thủy trúc Chai có rau chai Chai có cỏ mần trầu Chai không có thực vật
pH=7,5 pH=7,5 pH=9 pH=9
Nhiệt độ: 27oC Nhiệt độ: 27oC Nhiệt độ: 28oC Nhiệt độ: 28oC Lượng cặn: 5g/l Lượng cặn: 5g/l Lượng cặn: 10g/l Lượng cặn: 10g/l Nước trong Nước trong Nước hơi đục Nước hơi đục