1.4. Tổng quan về biện pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật
1.4.2. Công nghệ sử dụng đất ngập nước trong xử lý môi trường
Theo Công ước Ramsar, vùng đất ngập nước (wetlands) được xác định là:
Những vùng đầm lầy, miền đầm lầy, vùng đất than bùn, vùng đất tù tự nhiên hoặc nhân tạo, có thể tồn tại lâu dài hay tạm thời, có nước tĩnh hoặc nước chảy, là nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng nước biển có độ sâu không quá 6 mét khi triều kiệt. Tất cả vùng đất ngập nước đều có đặc điểm chung là sự xuất hiện của nước trên bề mặt một cách liên tục hoặc không liên tục.
Vùng đất ngập nước có nhiều vai trò quan trong trong hệ sinh thái như: điều hòa dòng chảy, tạo môi trường sống cho nhiều loài sinh vật và cải thiện môi trường nước. Dòng chảy qua các vùng đất ngập nước tương đối chậm tạo điều kiện cho các loại vật chất hữu cơ và vô cơ có thời gian tiêp xúc với hệ sinh vật trong khu đất ngập nước dài hơn. Một lượng lớn các chất được lưu giữ, hết hợp với điểm giao giữa môi trường không khí và môi trường nước tạo điều hiện cho hệ vi sinh vật có khả năng phân hủy, chuyển hóa một lƣợng lớn các chất phát triển. Nhiều vùng đất ngập nước tự nhiên được coi là hệ thống xử lý nước thải tự nhiên.
Công nghệ sử dụng bãi lọc trồng cây (constructed wetlands) đƣợc coi là một phần của công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm. Bãi lọc trồng cây là hệ thống kỹ thuật được thiết kế và xây dựng để tận dụng các phương pháp tự nhiên bao gồm thực vật, đất và tổ hợp vi khuẩn nhằm hỗ trợ cho việc xử lý nước thải (Brix, 1989). Thí nghiệm đầu tiên sử dụng bãi lọc trồng thực vật vỹ mô (macrophyte) cho xử lý nước thải được thực hiện ở Đức vào đầu những năm 1950 (Vymazal, 2010). Hệ thống bãi lọc trồng cây xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và mầm bệnh (Brix, 1987).
Có một số kiểu bãi lọc trồng cây nhƣ: hệ thống bãi lọc chảy tự do bề mặt, hệ thống bãi lọc chảy ngầm ngang và hệ thống bãi lọc chảy ngầm đứng.
Hệ thống bãi lọc chảy tự do bề mặt: có hình dạng tương tự như đất ngập nước tự nhiên, bao gồm một lưu vực nước nông, đất hoặc các chất nền khác, các loại thực vật nổi hoặc bán nổi, thiết bị kiểm soát mực nước. Dòng thải sẽ chảy tự do trên bề mặt của hệ thống. ). Khi nước thải chảy qua bãi lọc trồng cây, các quá trình lắng đọng, lọc, oxi hóa, khử, hấp phụ và kết tủa sẽ xử lý các chất gây ô nhiễm.
Phương pháp này áp dụng phổ biến cho xử lý nâng cao cho dòng thải đã qua xử lý sơ cấp.
Hình 1. Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy tự do bề mặt (Nguồn: Vymazal J. 2010)
Hệ thống bãi lọc chảy ngầm ngang: Trong hệ thống này nước thải được đưa vào từ đầu vào, chạy chậm qua lớp chất nền xốp trong một hoặc nhiều đường nằm ngang để đi tới đầu ra. Khi đi qua con đường này, dòng nước thải tiếp xúc với các vùng hiếu khí, kị khí và thiếu khí. Vùng hiếu khí ở xung quanh rễ và thân rễ, nơi oxy thấm vào chất nền. Nước thải được làm sạch nhờ tác động của vi sinh vật, các quá trình vật lý và hóa học.
Hình 2. Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang (Nguồn: Vymazal J. 2010)
(1-Khu vực phân phối có lấp đầy đá kích thước lớn; 2-Lớp lót chống thấm; 3-Môi trường trung gian (sỏi, đá vụn); 4-Thực vật; 5-Mực nước ở nền; 6-Khu vực tập trung có lấp đầy đá kích thước lớn; 7-Tập hợp ống thoát nước;c 8-Cửa xả để duy trì mực nước)
Hệ thống bãi lọc chảy ngầm đứng: có lớp nền dưới cùng và trên cùng là cát và sỏi. Nước thải được cấp vào ở phía trên và thấm xuống qua lớp nền, được thu lại bởi hệ thống các rãnh gom nước ở phía dưới.
Hình 3. Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng điển hình trong xử lý nước thải của một hộ gia đình
(Nguồn: Vymazal J. 2010)
Hệ thống bãi lọc trồng cây kết hợp: một số hệ thống bãi lọc kết hợp đã đƣợc vận hành nhằm đạt được hiệu quả cao hơn trong xử lý nước thải. Hệ thống kết hợp phổ biến gồm: thống bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng - dòng chảy ngang (VF - HF systems), hệ thống bãi lọc dòng chảy ngang - dòng chảy dọc (HF - VF systems).