CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
5. Các nghiên cứu về sử dụng nước thải để tưới cho cây trồng
Ngày nay, có khoảng từ 1,5 - 6,6 % đất nông nghiệp trên toàn thế giới được tưới tiêu bằng nước thải đảm bảo (tức là được xử lý đúng quy trình trước khi sử dụng); tương đương khoảng 10 % lương thực trên thế giới được sản xuất bằng cách này. Nhưng tỷ lệ đất nông nghiệp sử dụng nước thải không đảm bảo để tưới tiêu thì chưa thể thống kê được.
Tại Mỹ
Theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nghiên cứu môi trường Hoa Kỳ (Environmental Research Letters), việc sử dụng nước thải không được xử lý từ các thành phố để tưới cho cây trồng ở các khu vực lân cận là thực tế khá phổ biến và nhiều hơn 50% tổng diện tích đất nông nghiệp. Các nhà nghiên cứu Mỹ đã phân tích dữ liệu bằng hệ thống thông tin địa lý (GIS) thay vì dựa vào các kết quả nghiên cứu điển hình qua các đề tài, tài liệu nghiên cứu giống như trong các nghiên cứu trước đây. Nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên đánh giá được tình trạng tái sử dụng nước thải bị pha loãng để tưới và kết luận rằng để an toàn sức khỏe thì cần phải đẩy mạnh việc giảm thiểu nguy cơ gây hại cho sức khỏe cộng đồng thông qua các biện pháp giảm thiểu ở từng công đoạn khi chuỗi cung cấp lương thực. Trong đó phải chú trọng cải thiện hệ thống xử lý nước thải, cải thiện các bước phòng ngừa sự gây hại từ các nông trại và công đoạn xử lý thức ăn gia súc.
Trong nghiên cứu mới đây của ông Anne Thebo tại Đại học California, Berkeley ở Mỹ, cho biết: "Khi mà đầu tư vào xử lý nước thải còn chậm so với tăng trưởng dân số, một lượng lớn người tiêu dùng sẽ phải đối mặt với nguy cơ đe dọa đến an toàn thực phẩm’’. Kết quả 65% nước tưới tiêu tại các khu vực nông nghiệp nằm trong phạm vi 40km xung quanh các đô thị lớn đều bị ảnh hưởng của nước thải ở mức độ khá lớn.
Nghiên cứu của Alison Franklin và các nhà khoa học tại Đại học Pennsylvania State, Hoa Kỳ về một số hợp chất tồn tại trong nước thải sau khi xử lý, đó là các hóa chất như dược phẩm, các sản phẩm chăm sóc cá nhân (xà phòng, kem đánh răng,..) và cả các loại thuốc kháng sinh. Hiện nay, các cơ sở xử lý nước thải không thể loại bỏ hoàn toàn các hợp chất này và nhiều nước vẫn chưa nhận thức được sự nguy hại và đưa vào
30
tiêu chuẩn xử lý nước thải sinh hoạt, y tế. Các hợp chất này thường tồn tại trong nước thải dưới nhiều dạng và phản ứng khác nhau trong môi trường nước thải và trong nguồn nước tiếp nhận.Franklin giải thích, khi dược phẩm và các chất từ các sản phẩm chăm sóc cá nhân được thải ra môi trường thì chắc chắn chúng sẽ có những tác động nhất định đến con người, động vật, sinh thái,…. Do đó, cần phải có những nghiên cứu cụ thể về mức độ cũng như tác động của chúng đối với môi trường.Franklin đã tiến hành đo hàm lượng ba loại kháng sinh và một loại thuốc chống động kinh trong nước thải từ nhà máy xử lý nước thải của khu vực làng Đại học của bang Pennsylvania.
Nước từ nhà máy xử lý này sau đó được sử dụng để tưới cho cây lúa mì tại trang trại Living Filter của bang Pennsylvania. Khu vực này là một khu vực đặc biệt được sử dụng để tiến hành thử nghiệm kiểm tra việc tái sử dụng nước thải. Kết quả phân tích cho thấy, mẫu của rơm và hạt lúa mì có bốn hợp chất khác nhau đều được tìm thấy.
Trong các mẫu trước thu hoạch cho thấy, hầu hết các hợp chất đều tìm thấy trên bề mặt bên ngoài của cây và không đáng kể trong các bộ phận của cây (ngũ cốc và rơm). Các mẫu thu thập được tại thời điểm thu hoạch đều có dấu vết của tất cả bốn hợp chất trên bề mặt của cây. Ba trong số các hợp chất đã được phát hiện trong các bộ phận của cây trồng. Hai hợp chất chỉ được phát hiện trong hạt và không có trong rơm. Hợp chất thứ ba được phát hiện ở cả hạt và rơm. Tuy nhiên, không có hợp chất nào ở mức độc hại.
Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng, có nhiều yếu tố ảnh hưởng gây ra việc các hợp chất có thể bị nhiễm vào nguồn nước thải trước khi cho vào nhà máy xử lý nước thải chẳng hạn như độ pH cũng có những ảnh hưởng nhất định lên các bộ phận của cây trồng.
Còn đối với loại hợp chất mà trong nghiên cứu thấy có sự tồn đọng trong hạt lúa mạch, tuy chưa ở mức độ nguy hiểm nhưng nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành những nghiên cứu thêm về tác động của các chất tồn dư trong dược phẩm và chất trong sản phẩm chăm sóc cá nhân (dầu gội, kem đánh răng, xà phòng..) trong động vật và con người cũng như quá trình hoạt động tác động của dư chất này trong các môi trường: môi trường nước, thực vật, động vật và con người.Franklin đang tiếp tục nghiên cứu để hiểu một cách sâu sắc về việc sử dụng nước thông minh, không hẳn là nước cứ qua xử lý có thể tái dụng được cho tưới tiêu mà sau đó là hàng loạt những nguy cơ tiềm ẩn khác cần phải làm rõ.
31 Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan, Mexico và Iran
Phần lớn diện tích đất trồng trọt có sử dụng nước bị ô nhiễm để tưới. Đến nay, diện tích được tưới nước thải lên tới 20 triệu ha.
Trong một nghiên cứu Ông Pay Drechsel - Viện Quản lý Nước Quốc tế (IWMI), người đứng đầu Chương trình nghiên cứu CGIAR về nước thải - sinh thái – đất cho biết, họ đã tiến hành nghiên cứu và kết luận rằng người nông dân sử dụng nước thải để tưới là để giải quyết vấn đề thiếu nước của họ [2]. Chính sách cần ưu tiên baỏ vệ sức khoẻ con người, các nghiên cứu đã hướng tới nghiên cứu các giải pháp để giảm thiểu các mối nguy hại bằng nhiều cách tiếp cận được thử nghiệm để khôi phục và tái sử dụng các nguồn dinh dưỡng có giá trị từ nước thải. Nghiên cứu của họ cũng có những đóng góp nhất định cho Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ứng phó với thách thức nước thải và an ninh lương thực.
Tại một số vùng khí hậu khô và hạn hán, nông dân thường đặc biệt quan tâm đến việc sử dụng nước và tái sử dụng nước. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học cũng cho thấy, các chất dược phẩm, sản phẩm chăm sóc cá nhân có dấu hiệu được hấp thụ trong cây trồng khi được tưới bằng nguồn nước thải.
Khi nguồn nước ngọt trở nên khan hiếm, nguồn nước thải đã qua xử lý đang trở thành một lựa chọn phổ biến hơn cho các hoạt động tưới tiêu, làm sạch. Tuy nhiên, vẫn còn có những những thắc mắc về cách nước thải tương tác và ảnh hưởng đến phần còn lại của hệ sinh thái như thế nào. Các nhà nghiên cứu đặt ra các hướng đi môi trường của bốn hợp chất khác nhau được tìm thấy trong nước thải khi nó được sử dụng để phun tưới cho cây.
Tại Đức
Các nhà nghiên cứu Đức đang thử nghiệm xử lý và tận dụng nước thải cho phương pháp thủy canh để tiết kiệm tối ưu nguồn nước trong sản xuất nông nghiệp.
Trong Phương pháp này, cây không mọc lên từ đất mà hấp thụ chất dinh dưỡng có trong nước. Rất nhiều công ty sản xuất nông nghiệp đã ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất bằng cách hòa chất dinh dưỡng vào nước sạch để nuôi cây trồng. Hoặc có
32
thể thực hiện thủy canh cho cây trồng bằng nước thải vì trong nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng hữu ích với cây trồng, qua đó tiết kiệm được một lượng đáng kể nước tưới.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm ngay gần hệ thống xử lý nước thải ở thị trấn Hattorf, bang Niedersachsen, Đức. Họ dùng một hệ thống khử chất độc hại trong nước thải và sau đó dùng nước này để cung cấp cho hệ thống sản xuất theo phương pháp thủy canh. Ngoài ra, các nhà khoa học còn áp dụng một biện pháp kỹ thuật rất quan trong để giữ nước cho cây. Đó là dùng một màng mỏng để thu gom lượng nước bị bốc hơi và dẫn về bể thu gom nước để tái sử dụng. Biện pháp kỹ thuật này rất có ý nghĩa đối với những vùng thường xuyên bị khô hạn.
Tại Lào
Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào đã đạt được mục tiêu Phát triển thiên niên kỷ ( MDGs, Mục tiêu số 7: Đảm bảo bền vững môi trường, Mục tiêu 7.C: Giảm một nửa tỉ lệ dân số không được sử dụng bền vững nước uống an toàn và cải thiện vệ sinh cơ bản trước năm 2015). Tuy nhiên 6% dân số ở khu vực đô thị và 29% ở khu vực nông thôn vẫn không thể tiếp cận những tiện nghi vệ sinh đã được cải thiện bởi “ Quá trình 25 năm cho cải thiện vệ sinh và nước uống, bổ sung và thẩm định MDG năm 2015, tổ chức UNICEF và tổ chức y tế thế giới năm 2015”[5]. Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào sẽ tuân theo những mục tiêu phát triển bền vững của hiệp hội các nước “Trước năm 2030, đạt được sự tiếp cận đầy đủ và công bằng về sự cải thiện vệ sinh và vệ sinh cho toàn bộ người dân và kết thúc việc vệ sinh ngoài trời, quan tâm đặc biệt tới nhu cầu của phụ nữ, bé gái và những người trong tình trạng dễ bị tổn thương”.
Bể tự hoại đã được lắp đặt trong nhà và tòa nhà để xử lí nước đen ở khu vực đô thị.
Tuy nhiên số lượng và điều kiện là không thống kê được. Tổng thể, nước đen có thể xử lí bằng bể tự hoại trong nước xám thì không xử lí được, và sau đó được xả trực tiếp xuống lòng đất hoặc hệ thống thoát nước.
Hiện nay có 4 DEWATS(Decentralized Wastewater Treatment System) với tỉ lệ thu thập thấp trong khoảng từ 7 đến 26 m3/ngày dựa theo dung tích bởi VTE. Những hệ thống này được xây dựng vào năm 2010 và 2012 gây quỹ bởi JICA, Viện tái tạo năng
33
lượng Lào (LIRE) và Hiệp hội nghiên cứu và phát triển quốc tế Bremen (BORDA) Hệ thống hồ chứa EU bao gồm trạm bơm và ống thu đã được xây dựng vào năm 2000 được hỗ trợ bởi DANIDA. Tuy nhiên, hệ thống đã ngừng hoạt động do sự thiếu bảo trì và mất thiết bị. Đất sử dụng cho hồ chứa EU thuộc sở hữu của Chính phủ được bán cho các công ty tư nhân và những khu vực đó không còn được sử dụng bởi chính phủ Tại Việt Nam
Theo kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam [3,4.8]. Sửdụng nước thải làng nghề chế biến rượu Đại Lâm – Tam Đa - Bắc Ninh đã xử lý (bằng công nghệ ABR) để tưới cho lúa cho thấy lượng chất dinh dưỡng tính tương đương lượng phân bón thu được khi tái sử dụng 1000 m3 nước thải như sau [3]:
- Ure: 24kg (giá 11.500đ/kg),
- Supephotphat: 104kg (giá 2.500đ/kg), - Kaliclorua: 158kg (giá 13.000đ/kg).
Tổng thành tiền tiết kiệm : 1.438.000 đ (Một triệu bốn trăm ba mươi tám ngàn đồng).
Nước thải xử lý bằng hệ thống bãi lọc trồng cây [9]: Hiệu quả xử lý COD sau khi qua bể lắng tuần hoàn và ra khỏi bãi lọc đạt từ 66-77%; Hiệu quả xử lý BOD5 sau khi qua hệ thống xử lý đạt từ 55-73%; Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng đạt từ 77-92%.
Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau xử lý tại các mô hình cho thấy chất lượng nước đạt tiêu chuẩn nước dùng cho nông nghiệp (QCVN 14:2008/BNTMT cộtB hiện nay).Một số kết quả nghiên cứu kiểm chứng việc thực hiện tái sử dụng nước thải để tưới cho lúa được thống kê như sau [10]:
Đối với ruộng lúa tưới bằng nước thải sau xử lý sử dụng lượng phân bón ít hơn, cụ thể:
sử dụng (3 - 4) kg đạm/sào và (0 - 3) kg Kali/sào và không dùng phân chuồng. Kết quả, năng suất lúa ở ruộng tưới bằng nước thải đã xử lý đạt 7,8 T/ha. Trong khi đó, ở ruộng đối chứng chỉ đạt 7,1 T/ha.
Hàm lượng chất N (đạm), P2O5 (lân), K2O (kali)... trong đất đầu vụ và cuối vụ mùa năm 2006 trong các ô ruông thí nghiệm thay đổi không nhiều. Điều này cho thấy tưới bằng nước thải đã xử lý đã cung cấp chất dinh dưỡng đạm, lân, kali... xấp xỉ lượng chất này mà cây đã sử dụng trong cả quá trình sinh trưởng, phát triển.
34
Các nghiên cứu [9,11] kết luận tái sử dụng nước thải sau xử lý để tưới cho nông nghiệp có nhiều ưu điểm và mang lại lợi ích kinh tế cao như: Cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường, giảm lượng phân bón sử dụng và các công trình xử lý được xây dựng đơn giản, ít tốn kém hơn.
Một số ưu điểm của hệ thống xử lý nước thải:
- Có thể chấp nhận để tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp hoặc các vùng chuyên canh (rau sạch, hoa, cây cảnh…).
- Vốn đầu tư thấp. Chi phí bảo dưỡng, vận hành rất thấp.
- Có khả năng vận hành độc lập và nhu cầu bảo dưỡng ít.
- Ít phụ thuộc vào các yếu tố như công tác xây dựng, thiết bị điện, cơ khí
- Yêu cầu kỹ năng, trình độ vận hành không cao so với các công nghệ truyền thống, hiện đại khác.
- Công nghệ xử lý đơn giải, hiệu quả xử lý ổn định và lâu dài. Tuổi thọ công trình dài hơn
- Thiết kế đơn giản, phổi biến với các loại quy mô từ nhỏ đến lớn.
- Hệ thống có tính đệm cao, phù hợp với nguồn thải lưu lượng không ổn định.
35