1.4. Tổng quan về biện pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật
1.4.4. Tổng quan chung về cây sậy (Phragmites austraulis)
Cây sậy là loài cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), thân cây thẳng, rỗng và cứng, chiều cao có thể lên tới 6m. Lá sậy bao gồm một phiến lá (phần trên) và bẹ lá (phần thấp hơn) cách nhau bởi một lưỡi bẹ. Các phần dưới của bẹ lá thường bao trùm kín xung quanh. Lá sậy cứng, hình mác, dài từ 20-40cm, rộng từ 1-4cm.
Lƣỡi bẹ là một màng hoặc chồi cây trên bề mặt lá ở khớp nối giữa phiến lá và bẹ lá. Nó có thể từ một màng mỏng phát triển thành một chồi non. Trong cây sậy, các lưỡi bẹ được viền bởi một rìa lông.Thân cây sậy nhẵn, hơi bóng, thường có màu đỏ hoặc màu hạt dẻ ở phần gốc.
Rễ sậy tạo thành một mạng lưới dày đặc dưới mặt đất và thân rễ của nó có thể kéo dài xuống khoảng nửa mét. Rễ cây phát triển theo chiều ngang và có thể phát triển hơn 3 mét. Lúc mới gieo trồng thì mật độ các cây thƣa thớt nhƣng sau một thời gian thì cây tăng trưởng và phát triển nhanh chóng tạo thành một bãi Sậy.
Sậy phát triển và phát tán nhờ các hoa Sậy, được phát tán nhờ gió và nước, thông qua sự chuyển động của rễ hoặc thân rễ mảnh. Hoa Sậy có chiều dài từ 20 - 70cm, dày đặc với nhiều nhánh, khi còn non thì hoa có màu nâu nhƣng sau đó hoa có màu bạc trắng.
Sự phân bố của cây sậy
Cây sậy có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới trên thế giới .Sự phân bố của sậy rất rộng, kéo dài từ vùng ôn đới lạnh đến vùng đất ngập nước của vùng nhiệt đới nóng và ẩm. Sậy có khả năng sống ở những nơi như sườn đồi hoặc bờ kè, nơi mà mực nước ngầm nằm cao gần bề mặt. Và nơi sống thích hợp nhất của chúng là các vùng chuyển giao của các dòng sông, hồ, đầm lầy lớn. Vì thế mà chúng phát tán nhanh và rộng trên khắp các nước trên thế giới. Ngoài ra, cây sậy còn có thể sinh trưởng và phát triển tốt gần khu vực khai thác và chế biến mỏ.
Bảng 2. Diện tích và tổng sản lƣợng sậy ở một số khu vực trên thế giới
Khu vực Diện tích (ha) Năm Tổng sản
lƣợng (tấn)
Phần Lan 60000 2006 150000
Nam Thụy Điển 230000 2012 115000
Hà Lan 9000 - -
Hồ Neusield, Úc 60000 - 28500
Anh 7700 2013 -
Estonia 27899 - 88368
Hungary 26200 - -
Vùng nước mặn, lợ, vùng triều nước Mĩ
1800000 1991 -
Vùng tây bắc, bắc, đông bắc và phía đông bờ biền Trung Quốc
484000 2004 2600000-
2700000
Iraq 17300 2000 -
(Nguồn: Kobbing và nnk ,2013)
Cây sậy trong xử lý ô nhiễm
Việc sử dụng cây sậy trong hệ thống đất ngập nước là một trong những nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm đến để xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường. Cây sậy có khả năng xử lý hiệu quả chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng.
Hiệu suất xử lý BOD5, COD và TSS ở đồng bằng Sông Cửu Long khoảng tương ứng là 47 -71, 68-84 và 94,99 - 99% [8]. Xử lý nước thải ở khu vực nông thôn đạt hiệu suất xử lý các chỉ số BOD, COD, TSS đạt 64,5; 68 và 79,7% [18]. Xử lý các chất ô nhiễm ở Bắc Mĩ đạt hiệu suất 94 - 97% đối với TSS và 89 - 93% đối với COD . Khả năng xử lý chỉ số BOD, tổng N - P qua bộ rễ của cây sậy lên đến 88- 95% [13].
Đối với hệ thống đất ngập nước với dòng chảy dọc, hiệu suất loại bỏ Ni trong nước thải đô thị đạt hiệu suất 89,4 - 92,1%. Ở nồng độ 1mg/l thì khả năng hấp thụ kim loại Fe có thể lên đến 100% và khả năng loại bỏ Fe đạt hiệu quả từ 70 - 95%. Hiệu suất xử lý các chất hữu cơ cũng khá cao 46,9 - 81,7 % đối với ammonia- nitrogen và 93,7 - 95,5% đối với nitrate-nitrogen [15].
Sậy là một trong những loài thực vật đƣợc quan tâm nghiên cứu để loại bỏ kim loại nặng do nó có khả năng tích lũy kim loại nặng trong sinh khối và dưới hệ rễ tốt, khả năng sinh trưởng nhanh, thích nghi với nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. Kết quả nghiên cứu của Lê Văn Nhạ cho thấy việc sử dụng sậy để loại bỏ chất ô nhiễm trong nước sinh hoạt đạt hiệu quả rất cao: 92 -95% đối với các hợp chất hữu cơ (amonii, nitrat, photphat) và các chỉ số oxy hoá (BOD, COD). Đối với nước thải công nghiệp có chứa các kim loại nặng nhƣ Cr, Cu, Al, Pb, Zn, Fe, hiệu quả xử lý đạt tới 90 - 100%, nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B, các chất rắn lơ lửng đạt loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT. Cây sậy có khả năng loại bỏ nhiều chất ô nhiễm, đặc biệt là nitơ. Trong môi trường đầm lầy, sậy có hệ rễ rất phát triển cho phép vận chuyển một lượng lớn oxi vào trong môi trường chất nền, qua đó tạo điều kiện hiếu khí cho các phản ứng nitrat hóa [5].
Kết quả nghiên cứu của Đặng Văn Minh cho thấy khả nặng loại bỏ kim loại nặng trong đất của cây sậy khá cao: hàm lƣợng Pb giảm còn 299,32 (mg/kg); Cd còn 3,32 (mg/kg); As còn 11,19 (mg/kg) giảm 14,52 lần so với ban đầu và hàm lƣợng các kim loại sau khi đƣợc xử lý đều nằm trong giới hạn cho phép QCVN 03:2011/BTNMT về đất công nghiệp [3].
Fletcher và cộng sự đã tiến hành thí nghiệm sử dụng cây sậy trong môi trường có giá thể là zeolit và đá vôi để loại bỏ kim loại nặng. Kết quả ở đây là môi trường vùng đất ngập nước zeolit đạt hiệu quả cao hơn so với đá vôi. Hiệu suất xử lý các kim loại nặng As, Fe, B trong môi trường đất ngập nước zeolit đạt 99,9 - 96,1 - 12% trong khi vùng đất ngập nước đá vôi là 99,8 - 87,3 - 17% [19].
Từ các kết quả nghiên cứu trên có thể thấy thấy cây sậy có khả năng xử lý tốt các chất ô nhiễm có trong nước thải từ các hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản: kim loại nặng, chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng,…