A- Giống cỏ C. nemoralis.B- Giống cỏ V.zizanioides
Cỏ Vetiver có sức chịu đựng đối với sự biến động khí hậu cực kỳ lớn như hạn hán kéo dài, lũ lụt, ngập úng. Khả năng chịu ngập úng kéo dài đến 45 ngày ở luồng nước sâu 0,6 - 0,8m và chịu được biên độ nhiệt từ -100C đến 480C, những đặc điểm trên cho thấy chúng là lồi có khả năng thích nghi rộng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, phát triển được ở những vùng đất tương đối
khắc nghiệt và có thể dùng được trồng với mục đích chống xói mịn và sạt lở đất để bảo vệ đất đai.
Ở Việt Nam, giống C. nemoralis hiệu quả không cao nhưng người dân một số tỉnh ven biển Miền Trung Việt Nam (tiếng địa phương gọi là Cỏ Đế) và Tây Nguyên từ lâu đã biết ích lợi của nó và đã trồng để giữ cho bờ ruộng lúa được vững chắc và quan trọng hơn là bộ rễ của nó ngắn, khơng thích hợp để ổn định những sườn đất dốc. Hơn nữa, cũng chưa có cơng trình nghiên cứu nào về khả năng của nó trong xử lý nước thải, phục hồi và cải thiện môi trường nên sử dụng sử dụng giống V. zizanioides. Cùng với những cơng trình nghiên cứu được trình bày ở trên, việc sử dụng cỏ Vetiver để xử lý nước thải cho hiệu quả cao. Chính vì vậy, tơi quyết định lựa chọn cỏ Vetiver là loại thực vật được trồng trong hệ thống đất ngập nước ở Trà Lĩnh – Cao Bằng.
3.3. Đề xuất mơ hình xử lý nƣớc rỉ rác cho bãi chôn lấp rác thải của thị trấn Hùng Quốc – Huyện Trà Lĩnh – Tỉnh Cao Bằng
- Dựa vào hiện trạng quản lý chất thải rắn của thị trấn Hùng Quốc cùng với những ảnh hưởng của nước rỉ rác có thể gây ra cho hoạt động thâm canh lúa nước và mực nước ngầm xung quanh bãi rác.
Khi lượng rác được dự báo trong tương lại sẽ tăng cao, kéo theo đó là lượng lớn nước rỉ rác khơng được xử lý. Trong khi đó nước rỉ rác là nước thải có nồng độ COD, BOD, NH3-H,.. cao, vượt quá khả năng chịu đựng của thực
vật (điển hình như lúa), các thành phần môi trường và sức khỏe của con người. Vậy, cần phải xử lý nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc.
- Với nguồn kinh phí cấp cho môi trường mà tỉnh cấp cho huyện hàng năm là 500 triệu. Nguồn kinh phí ít và quỹ đất hạn chế do địa hình bị phân tán bởi các ngọn đồi và núi cao, không thuận tiện cho việc đi lại và cung cấp điện. Nên tôi kiến nghị việc xử lý nước rỉ rác bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo.
- Theo các nghiên cứu về việc sử dụng ĐNN nhân tạo để xử lý nước rỉ rác, ta nhận thấy các loại đất ngập nước có thể được kết hợp để đạt được hiệu quả xử lí cao hơn, đặc biệt là với xử lí nitơ. Nhu cầu nước đầu ra u cầu q trình nitrat hóa xảy ra hồn tồn nhưng hệ thống dòng chảy ngang xử lý thứ cấp không thể làm điều này vì khả năng vận chuyển oxy hạn chế. Hệ thống dịng thẳng đứng có khả năng vận chuyển oxy lớn hơn nhiều, và do đó, tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa tốt hơn. Tuy nhiên, trong hệ thống dòng thẳng đứng sự khử nitrat xảy ra rất hạn chế. Vì vậy, đã có một sự quan tâm ngày càng tăng trong các hệ thống kết hợp. Hệ thống kết hợp thường gồm hệ thẳng đứng và hệ chảy ngang (VF-HF) sắp xếp theo từng giai đoạn, tuy nhiên, tất cả các loại đất ngập nước đều có thể kết hợp được.
Ta so sánh giữa 2 hệ thống dòng chảy ngang (HF) kết hợp với ơ đất lọc sinh học dịng thẳng đứng và hệ thống dòng chảy ngang (HF) với 2 giá trị NH3-N và P khi cùng trồng sậy và cỏ nến.
+ Với hệ thống HF-VF (75m2 ): loại bỏ NH3-N (Giá trị trung bình dịng vào = 211 mg/L, dòng thải = 3,4 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 0,4 mg/L, dịng ra = khơng phát hiện) khá tốt, đủ điều kiện sử dụng nước cho tưới tiêu.
+ Với hệ thống HF (215m2): loại bỏ NH3-N (Giá trị trung bình dịng vào = 275 mg / L, dòng ra = 151 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 6,9mg/L, dịng ra = 2,6). Các thơng số chưa đạt tiêu chuẩn dùng trong tưới tiêu, vậy nên cần kết hợp giai đoạn xử lý với hệ thống VF để đạt hiệu quả tốt hơn.
Dự kiến bãi rác tới năm 2020 là 6,81 ha. Năm 2010, diện tích là 2,61 ha.
Với thiết kế hiện tại:
Bãi chôn lấp: 1ha
Nhà làm việc kiêm nhà nghỉ của cán bộ : 100m2
Nhà ga ra ô tô và cầu rửa xe : 90m2
Nhà thường trực cổng vào bãi : 12m2
Rác thải Y tế không mang vào đây xử lý (vì bệnh viện có lị đốt rác)
Cấu tạo của bãi chôn lấp :
+ Đất tự nhiên san phẳng đầm chặt theo độ dốc, dọc bãi i = 1%
+ Rác vải địa kỹ thuật mã hiệu HSD.050 dày 1mm cho toàn bãi và rãnh thu nước rác, vải chống thấm được rải lên thành cao 2m, xung quanh có bao cát giữ
+ Đổ lớp đất pha sét đầm chặt K = 0,95 dày 200mm
+ Rải lớp sỏi, đá dăm dày 150mm để thoát nước rỉ rác xuống rãnh thu + Bãi rác hình cầu, độ sâu khoảng 10-12m
Cấu tạo này đã được xây dựng ở bãi rác Nam Sơn – Hà Nội, thiết kế này được cho là kinh tế, thời gian thi công nhanh, đảm bảo việc chống thấm cho bãi rác và thu nước rỉ rác xung quanh.
Khi bãi rác đƣợc đƣợc xây dựng thì đƣa rác đã đƣợc tập trung vào bãi rác theo đúng quy trình vận hành bãi rác đó là:
+ Rác được đổ thành từng lớp dày 1:1,5m. Sau đó đổ phủ 1 lớp đất hoặc cát phủ dày 0,3m và phun chế phẩm EM
+ Bởi mực nước ngầm ở đây cao nên hệ thống bãi rác là dạng nửa chìm hình cầu, vịm bên trên. Sau khi đổ đầy bãi rác ta phủ lên 1 lớp cát hoặc đất dày 0,3m, bên trên phủ tiếp lớp đất sét dày 0,3 m đầm chặt theo hình cầu để thốt nước mưa. Trên cùng đổ lớp đất hữu cơ dày 0,5 – 1m để trồng cây.
+ Ống thu khí chơn sâu và nhơ khỏi mặt đất khoảng 1m để phát tán khí ra xung quanh.
Với công suất vận hành là 1,3 tấn rác/ngày (năm 2010) tương đương là 0,775 m3/ngày (theo thiết kế), ước tính là 4,86 tấn/ngày (năm 2015) tương đương 11,57m3/ngày; năm 2025 là 7,7 tấn/ngày tương đương 18,3 m3/ngày.
Từ năm 2005, rác bắt đầu được đưa đến xóm Cốc Cáng, theo cơng suất của bãi rác là 1,3 tấn/ngày. Ta ước tính lượng rác thải đến năm 2012 là 3.321,5 tấn rác (830,4 m3 rác/năm). Trước tiên, chuyển hết rác vào bãi chôn lấp 1ha theo thiết kế ban đầu ; song song với thời gian đó ta xây 1 bãi chơn lấp khác với S = 1 ha. Đến năm 2020 quỹ đất sẽ được mở rộng, khi đó sẽ tiếp tục xây dựng để đảm bảo việc chôn lấp rác kịp thời.
- Sau khi lấp đầy 1 bãi rác, có thể chuyển sang bãi rác thứ 2. Vì vậy cần tiến hành phục hồi chức năng bãi rác thông qua các giai đoạn sau đây: (1) đào đất và chuyển chất thải cũ và đất bị ô nhiễm, (2) đào sâu và mở rộng diện tích bãi rác để khai thác hiệu quả không gian lắng đọng, (3) phần thốt nước của nước ngầm, (4) lót kín đáy bãi chơn lấp và phần đất dốc, (5) thu và thoát nước rò rỉ, (6) làm đầy bãi rác với các chất thải cũ, (7) nén chặt chất thải, (8) bề mặt được bao phủ bởi một số lớp đất, (9) cuối cùng trồng cây để thoát hơi nước, và (10) thiết lập hệ thống thủy lợi để tái sử dụng nước rỉ rác sau khi xử lý.
Diện tích hiện nay chưa sử dụng trong bãi rác là 372 m2
3.4. Mơ hình hệ thống xử lý nƣớc rỉ rác bằng cỏ Vetiver
Với tổng diện tích đã sử dụng, quỹ đất cịn lại là 372m2. Tôi đưa ra mô hình thiết kế hệ thống kết hợp dịng chảy ngang (Horizontal Flow) và dòng chảy thẳng đứng (Vertical Flow – VF) (Hình 3.2). Tuy nhiên nhược điểm của hầu hết các hệ thống là thường bị tắc nghẽn trên bề mặt do kết tủa của Fe và Mn do vậy để giải quyết vấn đề này, hệ thống thiết kế sẽ đưa vào một cơ chế tiền xử lý để phục vụ như là một ao lưu nước/để lắng. Trong thiết kế của bãi rác thì có bể thu nước rỉ rác, tơi sẽ tận dụng bể đó như là bể lắng, bể điều hịa.
Theo cơng thức tính tốn bể yếm khí, ta sẽ mở rộng bể thành 207,4 m3
(Phụ lục 1).
Hình 3.2. Mơ hình hệ thống kết hợp VF-HF tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc
Bể có kích thước (19,2m×6,4m×1,7m) được chia làm 2 ngăn. Thời gian lưu nước trong bể khoảng 2 ngày. Cấu tạo của bể lắng gần giống như bể tự hoại 2 ngăn, trong đó ngăn thứ 1 (nước rỉ rác bắt đầu chảy vào) rộng gấp đôi
bể thứ 2. Nước rỉ rác được rút ra trong khoảng 30 cm từ trên xuống phía dưới của bể và bơm vào bể thứ 2, sau đó nước rỉ rác được rút ra trong khoảng 60 cm từ trên xuống và bơm vào ơ đất ngập nước. Xử lý hiếu khí trong các ơ đất này cho phép q trình nitrat hóa của amoniac và giảm BOD, sắt đáng kể (Bảng 3.3). Với hệ thống đất ngập nước, được thiết kế song song, có thể bơm đồng thời, hoặc bơm cách giờ (thời gian lưu là 1h-2h).
Bảng 3.3: Giá trị trung bình các thơng số trong nƣớc rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc (trong bể lắng)
STT Thông số Đơn vị Giá trị trung
bình QCVN 08:2008/BTNMT (B1) 1 BOD5 (200C) mg/L 650 15 2 COD mg/L 1.200 30 3 NO3- mg/L 35 15 4 N-NH3 mg/L 125 0,5 5 PO43- mg/L 10,3 0,3 6 Sắt (Fe) mg/L 22 1,5 Chi cục BVMT tỉnh Cao Bằng, 2010 Sự lựa chọn lớp lọc trong hệ thống kết hợp
Ngày nay cát và đá (sỏi) thường được sử dụng cho hệ thống đất ngập nước. Nó thích hợp để làm lớp lọc với tốc độ thấm 10-3
- 10-4 m/s. Các mơ hình đều giả định là ở đới rễ nơi có thể mở ra các kênh dẫn trong tầng đáy ở mọi thời điểm thì có thể làm tăng tính dẫn nước. Cỡ đá (sỏi) điển hình là 0 – 12 mm.
Tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dài được chọn rất khác nhau, W : L ít nhất phải đạt 1 : 2. Hiệu quả xử lý của hệ thống đạt tối đa nếu tỷ lệ trên là 1 : 17 nhưng thông thường được chọn 1 : 10
+ Mơ hình thí nghiệm trồng thực vật được thiết kế với kích thước mỗi 1 ô đất ngập nước là là 19m x 1,9m x 2m (Phụ lục 2). Trồng Cỏ Vetiver với mật độ là: mỗi bụi (mỗi bụi từ 5-7 nhánh nhỏ) cách nhau 7,5 cm, các hàng cách nhau 1m.
+ Trong mỗi 1 ô đất ngập nước bao gồm lớp đất sét bít kín 0,2m (chống thấm nước); lớp hỗn hợp vật liệu đất và sỏi thốt khí 0,8 m và cuối cùng là lớp mùn.
+ Ống nhựa PVC đặt dọc theo ô đất, nằm trong lớp sỏi để thu nước từ bể thẳng đứng sang bể chảy ngang và từ ô đất chảy ngang nước đưa vào thùng chứa để bơm tưới cây trên bãi rác.
Một hệ thống dòng chảy ngang lớn đặt ở đầu (bao gồm 3 hệ thống dòng chảy ngang nhỏ đặt song song với kích thước (19m×1,9m×2m) và một hệ thẳng đứng nhỏ (bao gồm 2 ô đất chảy thẳng đứng, song song kích thước (19m×1,9m×2m) ở giai đoạn thứ hai (Hình 3.3). Trong hệ thống này, q trình nitrat hóa diễn ra với dịng chảy thẳng đứng ở cuối quá trình. Nếu loại bỏ nitrat là cần thiết thì sau đó cần phải bơm nước trở lại hệ dòng chảy ngang sử dụng nước thải thơ như là nguồn cácbon cho q trình phản nitrat hóa.
Hình 3.3. Mơ hình tổng thể của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc
Bể yếm khí ĐNN dịng chảy thẳng đứng ĐNN dòng chảy ngang Dòng vào Dòng ra
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu về nước rỉ rác, đất ngập nước và thực vật thủy sinh, luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:
- Khi nghiên cứu về một số loài thực vật ở một số nước trên Thế giới và Việt Nam được sử dụng trong xử lý nước rỉ rác như: sậy, cỏ nến và cỏ Vetiver. Cho thấy, cỏ Vetiver có khả năng chịu đựng trong điều kiện hạn hán, lũ lụt kéo dài (chịu được trong luồng nước sâu từ 0,6-0,8m liên tục trong vòng 45 ngày), sống được trong mơi trường nghèo chất dinh dưỡng, có khả năng xử lý nước thải ở nồng độ cao (khi COD ~ 1500 mg/L),... và đặc biệt chúng là loài cây đã được sử dụng lâu năm trong mục đích chống xói mịn, sạt nở ở đất nước chúng ta. Chính vì vậy, đã chọn cỏ Vetiver trồng trong hệ thống đất ngập nước tại khu vực nghiên cứu.
- Kết quả điển hình khi nghiên cứu một số hệ thống:
+ Với hệ thống HF-VF là hệ thống dịng chảy ngang kết hợp với ơ đất lọc sinh học dòng thẳng đứng (S=75m2
) trồng sậy và cỏ nến: loại bỏ NH3-N (Giá trị trung bình dịng vào = 211 mg/L, dịng thải = 3,4 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 0,4 mg/L, dịng ra = khơng phát hiện). Hiệu quả xử lý khá tốt, đủ điều kiện sử dụng nước cho tưới tiêu.
+ Với hệ thống HF là hệ thống dòng chảy ngang khi trồng sậy và cỏ nến. (S=215m2): loại bỏ NH3-N (Giá trị trung bình dịng vào = 275 mg / L, dịng ra
= 151 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 6,9mg/L, dòng ra = 2,6). Các thông số chưa đạt tiêu chuẩn dùng trong tưới tiêu, vậy nên cần kết hợp giai đoạn xử lý với hệ thống VF để đạt hiệu quả tốt hơn.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hệ thống đất ngập nước dịng chảy ngang có hiệu quả xử lý thấp với nồng độ cao. Trong khi đó, hệ thống kết hợp lại thể hiện ưu thế hơn.
- Thiết kế được hệ thống đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác cho bãi rác của thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh, tỉnh Cao Bằng. Hệ thống kết hợp dòng chảy ngang và dòng thẳng đứng, sử dụng Cỏ Vetiver với tổng diện tích là 186 m2. Trong đó, một hệ chảy ngang đặt ở đầu, bao gồm: 3 hệ thống dòng chảy ngang nhỏ với kích thước (19m×1,9m×2m) và một hệ thẳng đứng, bao gồm: 2 hệ chảy thẳng đứng kích thước (19m×1,9m×2m) ở giai đoạn thứ hai.
Kiến nghị
- Tiếp tục nghiên cứu đầy đủ hơn về cơ chế và động học q trình loại bỏ
chất ơ nhiễm ra khỏi nước rỉ rác của hệ thống đất ngập nước.
Khảo sát quá trình xử lý BOD, COD, NH3-N, P theo thời gian, mực nước, thành phần chất nền và theo chế độ dịng chảy để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý và khả năng áp dụng của hệ thống.
- Từ nghiên cứu trên có thể áp dụng và mở rộng hệ thống xử lý nước rỉ rác hiện nay, kết hợp sử dụng các loài thực vật thủy sinh khác như: bèo tây, bèo tấm,...
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt
1. Nguyễn Việt Anh (2006), “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam”, www.nea.gov.vn 2. Nguyễn Tiến Bân (2000), Tên cây rừng Việt Nam, Nhà xuất bản Nông
nghiệp.
3. Lê Văn Khoa (2005), Đất ngập nước, NXB Giáo dục, Hà Nội.
4. Trịnh Xuân Lai (2000), Giáo trình tính tốn các cơng trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng.
5. Hoàng Minh Lâm (2005). Kết hợp các biện pháp sinh học để xử lý nước thải tại phường Minh Nơng, thành phố Việt Trì.
6. Nguyễn Thị Loan (2009), Nghiên cứu sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước sơng Tơ Lịch cho mục đích sản xuất nơng nghiệp.
7. Nguyễn Ngọc Nam (2009), Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver và bèo Lục bình bằng đất ngập nước.
8. Paul Trương, Trần Tân Văn và ElisePinners (2006), Hướng dẫn kỹ thuật ứng dụng công nghệ cỏ Vetiver giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường.
9. Ngơ Hồng Văn (2009) - Hội Nước và môi trường nước thuộc Liên hiệp các Hội khoa học kỹ thuật TPHCM, Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng công
nghệ cánh đồng tưới và cánh đồng lọc.