1.2. Khái quát chung về một số phương pháp tách loại hợp chất chứa nitơ
1.2.3. Xử lý nước thải chứa amoni bằng phương pháp bãi lọc trồng cây ngập nước (wetland)
Bãi lọc trồng cây là những vùng đất trong đó có mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó. Các vùng đất ngập nước tự nhiên cũng có thể được sử dụng để làm sạch nước thải, nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểm soát được chế độ thủy lực và có khả năng gây ảnh hưởng xấu bởi thành phần nước thải tới môi trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó.
Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm, trong khi vẫn bảo tồn được những ưu điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên. Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, bãi lọc trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc trồng cây có độ dốc hợp lý và chế độ thủy lực được kiểm soát. Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc trồng cây cũng được nâng cao do thực vật và những thành phần khác trong bãi lọc trồng cây có thể quản lý được như mong muốn. Chính vì vậy, bãi lọc trồng cây rất thích hợp cho việc xử lý nước thải tại các khu vực dân sinh, khu công nghiệp, các làng nghề nơi có quỹ đất rộng. Việc phát triển bãi lọc trồng cây cũng có ý nghĩa bù đắp và phục hồi các khu vực đất ngập nước bị mất đi do nhu cầu đô thị hóa và phát triển xây dựng.
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới - Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã được xây dựng ở Na Uy. Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy và Đan Mạch, phương pháp này đã trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí được thiết kế trước bãi lọc ngầm để giảm BOD, COD và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện thời tiết lạnh.
Các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Cộng hòa Séc, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Hoa Kỳ cho thấy bên cạnh việc xử lý có hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ, bãi lọc trồng cây còn có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác… Không những thế, thực vật từ bãi lọc trồng cây còn có thể được chế biến, sử dụng làm phân bón cho đất, làm bột giấy và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường. Tại Cộng Hòa Séc bãi lọc trồng cây được thiết kế lần đầu tiên vào năm 1989, đến năm 1999 đã có hơn 100 bãi lọc trồng cây đã được thiết kế, chủ yếu theo công nghệ dòng chảy ngang với các loài thực vật sử dụng là sậy và cỏ mèo.
Các bãi lọc này chủ yếu được dùng để xử lý nước thải sinh hoạt, với hiệu suất xử lý chất hữu cơ tính theo BOD5 lên đến hơn 80%. Các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu môi trường tại Leipzig-Halle, CHLB Đức đã nghiên cứu một cách hệ thống công nghệ bãi lọc trồng cây để xử lý các chất ô nhiễm vô cơ, hữu cơ và khả năng khử trùng bằng công nghệ này.
Một bãi lọc trồng cây áp dụng cho xử lý nước thải của khu dân cư thuộc ngoại ô Bayawan City, Philippines với 336 hộ dân và 3380 nhân khẩu được hoàn thành vào năm 2006, với sự trợ giúp của Trung tâm nghiên cứu môi trường Leizig-Halle, CHLB Đức. Diện tích tổng cộng của bãi lọc trồng cây là 2680m2, đáp ứng yêu cầu xử lý là
150m3 nước thải/ngày đêm. Loại thực vật được sử dụng trong bãi lọc là cỏ sậy. Khả năng tách loại chất hữu cơ tính theo BOD của hệ thống này đạt đến 97%.
Các nghiên cứu thử nghiệm trên thế giới cho thấy, công nghệ bãi lọc trồng cây có thể áp dụng cho ngành công nghiệp chế biến thủy sản. Nhóm các nhà khoa học Thái Lan tại King Mongkut’s University hợp tác với các nhà khoa học của Tulane University, Hoa Kỳ, tiến hành khảo sát khả năng sử dụng bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản tại Thái Lan. Với thời gian lưu thủy lực là 5 ngày hiệu suất tách loại đạt đến 91 – 99% đối với BOD, 52 - 90% đối với chất rắn lơ lửng, 72 – 92% đối với tổng nitơ, 72 – 77% đối với tổng photpho. Kết quả cũng cho thấy trong hàm lượng chất hữu cơ quá cao cần phải có quá trình pha loãng hoặc tiền xử lý.
- Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây đã và đang được một số trung tâm nghiên cứu và trường đại học áp dụng thử nghiệm, chủ yếu xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải bệnh viện. Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như: “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội hợp tác với Đại học Linkoeping Thụy Điển và “Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì”. Gần đây Đại học Quốc gia Hà Nội đã kết hợp với Trường Đại học Barcelona xây dựng một pilot thí nghiệm xử lý nước thải thủy sản tại Quảng Yên (Quảng Ninh) bằng phương pháp bãi lọc trồng cây dòng chảy nằm ngang và dòng chảy thẳng đứng kết hợp với tiền xử lý hiếu khí. Kết quả đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam. Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương. Sinh khối thực vật và bùn phân hủy sau xử lý từ bãi lọc trồng cây còn có
giá trị sử dụng.
1.2.3.2. Các ưu - nhược điểm chính của bãi lọc trồng cây - Ưu điểm
• Bãi lọc trồng cây có kinh phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành thấp (không sử dụng nhiều thiết bị và năng lượng)
• Quá trình xử lý nước thải là quá trình hoàn toàn tự nhiên sử dụng vi sinh vật và thực vật trong quá trình xử lý ô nhiễm môi trường (không sử dụng hóa chất)
• Đơn giản trong xây dựng, hoàn toàn có thể sử dụng các vật liệu địa phương
• Vận hành và bảo trì hoàn toàn đơn giản,
• Hiệu quả xử lý tốt và quá trình hoạt động ổn định - Nhược điểm
• Yêu cầu quỹ đất cho xử lý, bãi lọc trồng cây chỉ có hiệu quả kinh tế cao nếu quỹ đất sẵn có và không quá đắt.
• Vẫn chưa phát triển được hệ tiêu chuẩn để thiết kế bãi lọc trồng cây cho các loại nước thải khác nhau và các vùng khí hậu khác nhau.