Thực vật thủy sinh (TVTS) là những loài cây sống, phát triển trong môi trƣờng ngập nƣớc. Trong điều kiện nƣớc thải chứa nhiều chất hữu cơ, sẽ rất tốt cho chúng phát triển, bộ rễ của TVTS chứa một hệ vi khuẩn phong phú giúp phân giải các chất hữu cơ làm thức ăn cho cây. Thực tế cho thấy ao hồ có hệ thực vật thủy sinh phát triển mạnh, chúng sử dụng chất hữu cơ đã hạn chế tảo phát triển, nƣớc trong hơn. Hệ rễ cũng giúp cố định các kim loại nặng độc hại nhƣ Cd, Cu, Hg và Zn để cho sự đồng hóa và phát triển sinh khối (vista.gov.vn; nea.gov.vn).
Nhiều TVTS mọc trong hệ sinh thái đất ngập nƣớc bao gồm đất ngập nƣớc nhân tạo, dùng để xử lý nƣớc thải. Những TVTS mọc ở đây gồm thực vật có mạch (hạt kín và dƣơng xỉ), rêu và một số tảo lớn trong đó thực vật hạt kín chiếm ƣu thế. TVTS giống nhƣ tất cả các cơ thể quang tự dƣỡng khác sử dụng năng lƣợng ánh sáng mặt trời trong đồng hoá CO2 từ khí quyển để sản xuất chất hữu cơ cung cấp nguồn năng lƣợng cho các cơ thể dị dƣỡng nhƣ động vật, nấm và vi khuẩn. Hệ sinh thái đất ngập nƣớc chủ yếu là cây thuỷ sinh là một trong số hệ sinh thái có năng suất sơ cấp cao nhất, do có sự dồi dào về ánh sáng, nƣớc và chất dinh dƣỡng (Brix, H., 1994, Westlake, D.F., 1963).
16
Paverly (1983), Oron et al (1986), Sutton và Orones (1975), Reddy (1983), Shukla và Tripathi et al (1990) (U.S. Environmental Protection Agency, 1998). TVTS có thể đƣợc sử dụng một cách hiệu quả trong việc giảm thiểu mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc, sinh khối của chúng có thể đƣợc sử dụng để sản xuất biogas, thức ăn gia súc, đồ thủ công mỹ nghệ, sản xuất sợi hoặc phân bón. Hiệu quả xử lý ô nhiễm của một số loài TVTS và tảo đã đƣợc kiểm nghiệm trong các điều kiện thí nghiệm và cho thấy rằng chúng có tiềm năng trong xử lý nƣớc thải (Tripahi, D.B., Suresh C., Shukla, 1991).
Ngƣời ta đã biết đến khả năng của TVTS trong việc vận chuyển oxy từ không khí vào trong nƣớc nhờ bộ rễ, cho phép hình thành nhóm vi sinh vật hiếu khí trong bộ rễ thực vật. Các vi sinh vật hiếu khí thích hợp cho việc phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. Sản phẩm của quá trình phân giải này sẽ đƣợc thực vật sử dụng cho quá trình sinh trƣởng, phát triển. Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong nƣớc là có sự cộng sinh giữa thực vật thủy sinh và các vi sinh vật sống trong và xung quanh rễ của chúng. Thực vật và các vi sinh vật có thể đạt đƣợc hiệu quả xử lý cao khi chúng phối hợp với nhau trong một hệ sinh thái cân bằng (Perdomo, Silvana D., 1994). Oxi chuyển từ phần thân và lá khí sinh xuống bộ rễ và giải phóng ra vùng rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Bởi vậy TVTS đóng vai trò chủ yếu trong việc giảm nồng độ NH4 + , NO2 - , NO3 - , PO4 3- cũng nhƣ TSS và COD (Greenway, M., 2003).
Vai trò chủ yếu của thực vật thủy sinh
- Làm giá thể cho vi sinh vật sinh sống: các vi sinh vật sống trên rễ và phần thân, lá có vai trò chính trong quá trình xử lý;
- Tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa: Sự chuyển hóa từ NH3 thành NO3- xảy ra khi nƣớc thải phải đƣợc sục khí, khi đó các vi
17
khuẩn hiếu khí sẽ thực hiện chuyển hóa này. Nếu nhƣ ở điều kiện kị khí sẽ tạo ra quá trình ức chế oxy hóa NH3 thành dạng NO3
-
. Tuy nhiên một lƣợng oxy khuếch tán từ rễ thực vật tạo ra một vùng hiếu khí, tạo điều kiện cho sinh trƣởng của các vi sinh vật hiếu khí;
- Chuyển hóa nƣớc và chất ô nhiễm: thực vật hấp thu các chất và ion gây ra ô nhiễm vào trong cơ thể của chúng. Trong quá trình xử lý, các chất có tiềm năng gây ô nhiễm có thể ở trạng thái không hoạt động qua sự trao đổi, kết tủa, bám dính, tích tụ, oxy hóa và sự biến đổi các ion;
- Sử dụng dinh dƣỡng: TVTS sử dụng nitơ, phospho và các nguyên tố vi lƣợng khác. Mặt khác, phần lớn các chất dinh dƣỡng đƣợc hấp thu bởi thực vật sẽ quay trở lại hệ thống qua các phần thân, lá, rễ bị chết;
- Lọc: thân và lá của thực vật nửa ngập nƣớc và rễ của thực vật nổi nhƣ là một lớp ngăn chặn một số chất lơ lửng, tạo điều kiện cho sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bằng cách kéo dài thời gian cho quá trình biến đổi sinh hóa;
- Nguồn che sáng: TVTS giúp điều hòa nhiệt độ của nƣớc, ngăn chặn sự phát triển của các nhóm tảo, qua đó hạn chế sự dao động của pH và lƣợng oxy hòa tan giữa ban ngày và ban đêm (United…, 2002).
Trong tự nhiên, sử dụng TVTS cho xử lý nƣớc thải có thể đƣợc tiến hành trong các kênh rạch với độ sâu từ 20- 50cm hoặc trong các ao có độ sâu từ 50cm- 2m. Để xác định loài thực vật cho xử lý nƣớc thải cần xem xét đặc điểm sinh trƣởng, khả năng chống chịu của thực vật và các nhân tố môi trƣờng (Greenway, M., 2003). Ngoài ra cũng cần xem xét đặc điểm của nƣớc thải, yêu cầu về chất lƣợng dòng thải, loại hệ thủy sinh, cơ chế loại bỏ ô nhiễm, lựa chọn quy trình, các chất thiết kế đặc biệt, độ tin cậy của quá trình (Perdomo, Silvana D., 1994).