CHƯƠNG III : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.2. Kết quả nghiên cứu về tính khả thi của lồi thực vật lựa chọn
Vetiver gồm 11 loài phân bố ở Châu Á, Châu Phi và Bán đảo Đông Dương…
Đặc điểm hình thái của cỏ Vetiver: Cỏ giống bụi sả, mọc thẳng đứng, các cây sát vào nhau tạo thành khóm dày đặc, vững chắc.
- Chồi ngọn: nằm sâu dưới lớp đất mặt, chúng là điểm rút thân rễ.
- Thân, lá: thân dạng cộng, thẳng đứng,chắc, đặc, cứng và hố mộc, dọc thân có lớp bao bọc giúp cây có thể tồn tại trong mơi trường bất lợi như khô hạn, bệnh dịch, thuốc trừ sâu, dài khoảng 0.5 - 1.5m, đặc biệt có thể lên đến 2
- 3m, phần thân trên không phân nhánh, phần thân dưới để nhánh rất mạnh; lá có phiến cứng, dáng lá dài và hẹp.
- Hoa: lưỡng tính có màu nâu tím, tím xanh, hoa thường bất thụ.
- Rễ: rễ chùm không mọc trải rộng mà lại cắm thẳng đứng ăn sâu xuống đất 3 - 5m. Chính nhờ bộ rễ mà cỏ Vetiver có khả năng ngăn được xói mịn, tồn tại lâu dài.
Phân bố địa lý và sinh thái
Trên thế giới, cỏ Vetiver đã được dùng rộng rãi để chống xói mịn đất. Tại Nam Ấn Độ, gần thành phố Misora, nông dân đã trồng cỏ Vetiver nigratana làm bằng cây xanh từ khoảng 200 năm nay cũng như nông dân ở
Kano, Nigeria cũng đã trồng cỏ Vetiver hàng thế kỷ nay. Từ giữa thập niên 80, công nghệ cỏ Vetiver đã được giới thiệu đến hơn 100 nước và hiện nay có hàng trăm hecta đất được áp dụng công nghệ bằng cỏ Vetiver ở 147 nước trong đó có 106 nước sử dụng với mục đích bảo vệ đất và nước.
Theo nhiều tài liệu, cỏ Vetiver hiện được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, như Châu Phi (Ethiopia, Nigeria…), Châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Indonesia, Thái Lan…), Châu Úc, Trung và Nam Mỹ (Colombia…).
Trong tự nhiên, cỏ Vetiver có ở vùng đồng bằng trũng và dọc bờ suối; còn hiện nay, cỏ Vetiver được trồng rộng rãi làm bằng cây xanh để bảo vệ đất và nước ở các vị trí như: bờ sơng, bờ đê, bờ ao và hồ chứa nước, dọc theo các kinh tưới hoặc tiêu nước, đập nước, các vịnh nước; khu vực chu vi của một cơng trình, các sườn đất dốc, dọc các xa lộ, cũng như các vùng mỏ…
Khí hậu
Cỏ Vetiver phát triển được ở mức nhiệt độ trung bình là 18 - 250C, nhiệt độ tháng lạnh nhất trung bình là 50
C, nhiệt độ tối thiếu tuyệt đối là -150C. Khi mặt đất đóng băng, cỏ sẽ chết. Nhiệt độ mùa hè 250C sẽ kích thích cỏ phát
triển nhanh, sự sinh trưởng thông thường bắt đầu ở nhiệt độ hơn 120C. 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 480
C.
Lượng mưa
Cỏ Vetiver cần lượng mưa khoảng 300mm, nhưng trên 700mm, có lẽ thích hợp hơn để có thể tồn tại suốt thời gian, thông thường cỏ Vetiver cần một mùa ẩm ướt ít nhất 3 tháng, lý tưởng nhất là có mưa hàng tháng.
Độ ẩm
Cỏ Vetiver phát triển tốt ở điều kiện ẩm hoặc ngập nước hoàn toàn trên 3 tháng. Tuy nhiên, chúng cũng sinh trưởng tốt ở điều kiện khô hạn nhờ hệ thống rễ đâm ăn sâu vào đất nên cỏ Vetiver có thể chịu đựng được khơ hạn và trên các triền dốc.
Ánh sáng
Cỏ Vetiver thích hợp trong vùng có lượng ánh sáng cao. Loài này phát triển yếu dưới bóng râm, khi bóng râm được bỏ đi thì cỏ sẽ phục hồi sinh trưởng rất nhanh.
Đất
Cỏ Vetiver mọc tốt nhất ở đất cát sâu, tuy nhiên nó cũng phát triển được ở phần lớn các loại đất, từ đất vertisol nứt - đen đến đất alfisol đỏ. Cỏ còn mọc trên đá vụn, đất cạn và cả đất trũng ngập nước.
Cỏ Vetiver mọc tốt nhất ở chỗ đất trống và thoát nước tốt, nhất là ở đất non trẻ tạo từ tro núi lửa. Hàm lượng tinh dầu trong rễ cỏ Vetiver sẽ tăng lên nếu cỏ được trồng ở đất sét.
pH
Cỏ Vetiver thích hợp ở pH từ 3.0 – 11. Giống cỏ Vetiver hiện được trồng rộng rãi ở Việt Nam có nguồn gốc từ Phillipin hoặc Thái Lan và thuộc dòng Nam Ấn, không ra hoa kết hạt và người ta thường gọi là cỏ Vetiver.
Giống: Chrysopogon nemoralis: đây là giống có thể ra hoa kết hạt, có nguồn gốc và mọc rộng rãi ở các vùng núi cao ở Thái Lan, Lào, Việt Nam, có thể cả ở Campuchia và Mianma nữa. Ở Thái Lan, nó chủ yếu dùng để lợp nhà. Khác biệt chính giữa giống C.zizanioides và giống C. nemoralis là giống
C. zizanioides mọc cao, to, thân cứng và khỏe hơn, bộ rễ dày hơn và mọc sâu
hơn, lá rộng hơn và có sống màu xanh nhạt ở giữa. (Hình 3.1).
Hình 3.1. Phân biệt hai giống cỏ Vetiver A- Giống cỏ C. nemoralis.B- Giống cỏ V.zizanioides 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 mơi 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 khơng 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 dịng chảy ngang (HF) kết hợp với ơ đất lọc sinh học dòng 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 khơng 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 cơng 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 khơng gian lắng đọng, (3) phần thốt nước của nước ngầm, (4) lót kín đáy bãi chơn lấp và phần đất dốc, (5) thu và thốt nước rị 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. Tơi đưa ra mơ hình thiết kế hệ thống kết hợp dịng chảy ngang (Horizontal Flow) và dịng 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 ô 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 ơ 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