intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu, đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nước mặt tại một số khu vực nông thôn tỉnh Bắc Ninh bằng thực vật thủy sinh

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

74
lượt xem
15
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nhằm đánh giá thực trạng ô nhiễm nước mặt ở một vài điểm nông thôn của tỉnh Bắc Ninh; xác định mật độ trồng TVTS tối ưu xử lý hiệu quả nguồn nước ô nhiễm; đưa ra quy trình xử lý nước hiệu quả nhất bằng cách so sánh hiệu quả của các hệ thống xử lý riêng rẽ và phối hợp trồng TVTS.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu, đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nước mặt tại một số khu vực nông thôn tỉnh Bắc Ninh bằng thực vật thủy sinh

  1. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 MỞ ĐẦU Theo Tổng cục thống kê năm 2010, nƣớc ta hiện có 70,4% dân số đang sinh sống ở các vùng nông thôn [11], là nơi phần lớn chất thải của con ngƣời và gia súc không đƣợc xử lý mà xả thẳng ra cống rãnh, đã và đang gây ra ô nhiễm không khí, môi trƣờng đất và ảnh hƣởng đến chất lƣợng nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm. Điển hình ô nhiễm ở nông thôn là ô nhiễm tại chỗ, tức là do chất thải của chính cụm dân cƣ đó. Nguyên nhân của sự ô nhiễm này là chất thải từ sinh hoạt, chuồng trại chăn nuôi và các hoạt động chế biến thực phẩm. Ở nhiều nơi, ngƣời dân cũng đã ý thức đƣợc tác hại của ô nhiễm môi trƣờng nhƣng để đầu tƣ xây dựng một hệ thống xử lý hiện đại thì cần nguồn kinh phí lớn mà họ không đủ khả năng chi trả. Địa bàn nông thôn rộng lớn với nguồn thải phân tán do đó các công nghệ xử lý hiện đại, đắt tiền với chi phí lắp đặt cao là không khả thi. Nghiên cứu sử dụng các loài thực vật trong xử lý ô nhiễm nƣớc đã đƣợc biết đến và việc ứng dụng nó đã mang lại nhiều hiệu quả tích cực, đặc biệt với nguồn nƣớc ô nhiễm cao và chứa nhiều chất dinh dƣỡng. Nhờ các quá trình tự nhiên, nƣớc có khả năng tự làm sạch cùng với sự phối hợp trồng thực vật nƣớc để chúng hút thu các chất hữu cơ, dinh dƣỡng N và P có trong nƣớc để phát triển, nhờ đó nƣớc đƣợc làm sạch. Sinh khối thực vật sau thu hoạch có thể tận dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc ủ phân hữu cơ bón cho ruộng và khép kín chu trình sản xuất. Vì vậy việc áp dụng công nghệ xử lý trong điều kiện tự nhiên hay công nghệ sinh thái đối với các vùng dân cƣ nông thôn đƣợc cho là một trong những giải pháp phù hợp. Để có đƣợc các thông tin cần thiết cho việc đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nƣớc mặt ở các vùng nông thôn cần có những khảo sát §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 1
  2. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 cụ thể về hiện trạng ô nhiễm nƣớc mặt ở nơi đây và các nghiên cứu công nghệ về cách thức sử dụng thực vật đảm bảo hiệu quả xử lý cao nhất. Do vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu, đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nước mặt tại một số khu vực nông thôn tỉnh Bắc Ninh bằng thực vật thủy sinh”. Mục tiêu của đề tài là: 1/. Đánh giá thực trạng ô nhiễm nƣớc mặt ở một vài điểm nông thôn của tỉnh Bắc Ninh; 2/. Xác định mật độ trồng TVTS tối ƣu xử lý hiệu quả nguồn nƣớc ô nhiễm; 3/. Đƣa ra quy trình xử lý nƣớc hiệu quả nhất bằng cách so sánh hiệu quả của các hệ thống xử lý riêng rẽ và phối hợp trồng TVTS; 4/. Đánh giá đƣợc hiệu quả của mô hình pilot và khuyến cáo áp dụng đối với khu vực nghiên cứu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm nguồn nƣớc mặt nói chung và ô nhiễm hữu cơ ở nông thôn nói riêng, tạo nền tảng cho sự phát triển bền vững. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 2
  3. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Một số vấn đề môi trƣờng nông thôn Việt Nam Đô thị hoá là xu thế tất yếu của mọi quốc gia trên con đƣờng phát triển. Ở các mức độ và sắc thái khác nhau, đo thị hóa lan rộng toàn thế giới nhƣ một quá trình kinh tế - xã hội mà Việt Nam không nằm ngoài quy luật đó. Đặc biệt sau khi Quốc hội ban hành Luật Doanh nghiệp (năm 2000), Luật Đất đai (năm 2003), Luật Đầu tƣ (năm 2005), … đã mở ra bƣớc phát triển mới cho đô thị hóa ở Việt Nam. Nguồn vốn đầu tƣ trong nƣớc và trực tiếp nƣớc ngoài tăng dẫn đến sự hình thành số lƣợng lớn và tốc độ nhanh các khu công nghiệp, khu chế xuất, khu đô thị mới và sự cải thiện đáng kể kết cấu hạ tầng ở cả thành thị và nông thôn. Làn sóng đô thị hoá đã lan toả, lôi cuốn và tác động trực tiếp đến nông nghiệp, nông thôn và nông dân [11]. Đô thị hoá gắn với công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã trực tiếp góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hƣớng giảm dần tỷ trọng giá trị nông, lâm, thuỷ sản trong tổng thu nhập quốc dân và tăng dần tỷ trọng các ngành công nghiệp, xây dựng và dịch vụ. Đối với nông nghiệp, sự chuyển dịch theo hƣớng phát triển các cây trồng, vật nuôi có năng suất, chất lƣợng và hiệu quả cao hơn. Trong trồng trọt, tỷ trọng cây hoa màu, cây công nghiệp và cây ăn quả ngày càng tăng [11]. Việc mở rộng diện tích, chuyển dịch cơ cấu và đầu tƣ thâm canh tăng năng suất các loại cây trồng dẫn đến sản lƣợng lƣơng thực hàng năm tăng lên đáng kể cùng với lƣợng thuốc BVTV và phân bón nông nghiệp sử dụng liên tục gia tăng. Theo thống kê của Cục Bảo vệ thực vật, Tổng Cục Thống kê và Tổng Cục Hải quan thì lƣợng thuốc nhập khẩu vào Việt Nam năm 1998 là 42,7 nghìn tấn, tăng gấp 2 lần so với năm 1991. Từ năm 2000 đến 2005, mỗi năm Việt Nam sử dụng khoảng 35 nghìn đến 37 nghìn tấn, đến năm 2006 đã tăng lên 71,3 nghìn tấn và năm 2008 là xấp xỉ 110 nghìn tấn [15]. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 3
  4. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Theo các số liệu về hiện trạng sử dụng phân cho thấy việc sử dụng không cân đối và không đúng thời điểm cây cần, dẫn đến hàng năm một lƣợng lớn phân bón bị bay hơi hoặc rửa trôi gây lãng phí và ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sản xuất, môi trƣờng sống và đó cũng là tác nhân gây ô nhiễm đất, nƣớc và không khí [6]. Việc lạm dụng thuốc BVTV trong phòng trừ dịch hại đã không tuân thủ các quy trình kỹ thuật, không đảm bảo thời gian cách ly của từng loại thuốc dẫn đến hậu quả đồng ruộng bị ô nhiễm, mất vệ sinh an toàn thực phẩm và số ca bị ngộ độc tăng lên. Theo kết quả đã công bố, hiện một số nơi dƣ lƣợng thuốc BVTV trong đất xấp xỉ bằng hoặc vƣợt ngƣỡng cho phép theo QCVN 15:2008/BTNMT [3]. Nhƣ vậy, quá trình đô thị hóa ở Việt Nam ngoài những mặt tích cực làm cho kinh tế phát triển, đời sống của ngƣời lao động đƣợc cải thiện thì nó đang phát sinh những vấn đề bức xúc liên quan đến nông nghiệp, nông thôn và nông dân đặc biệt là hệ lụy về mặt môi trƣờng. Nông thôn đang phải hứng chịu những hậu quả về môi trƣờng. Việc sử dụng không hợp lý và lãng phí quỹ đất canh tác; tình trạng san lấp, lấn chiếm ao hồ, sông, suối và các công trình thuỷ lợi; nạn đốt phá rừng và khai thác khoáng sản tuỳ tiện,… cùng với sự yếu kém trong xử lý nƣớc thải, rác thải, khí thải đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, phá vỡ hệ sinh thái gây ô nhiễm môi trƣờng và ảnh hƣởng xấu đến sản xuất nông nghiệp, cảnh quan nông thôn, đời sống và sức khoẻ của nông dân thậm chí làm trầm trọng thêm những tai biến của tự nhiên. 1.2. Tài nguyên nƣớc mặt ở Việt Nam Hội thảo ở Caen năm 1999 về Thông điệp hòa bình với tên gọi “Cuộc chiến tranh về nước liệu có xảy ra?” một lần nữa cho thấy vai trò vô cùng to lớn của nƣớc. Nƣớc là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra các cuộc §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 4
  5. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 xung đột, nƣớc là vũ khí chiến lƣợc vô cùng quan trọng, là mục tiêu tranh giành giữa các quốc gia ở thƣợng và hạ lƣu sông, là công cụ ngoại giao để giải quyết xung đột và tranh chấp. Việt Nam là quốc gia có mạng lƣới sông ngòi dày đặc, trong đó có 13 hệ thống sông lớn với diện tích trên 10.000km2. Tài nguyên nƣớc mặt phong phú chiếm khoảng 2% tổng lƣợng dòng chảy của các sông trên thế giới. Tổng lƣợng dòng chảy năm của sông Mê Kông bằng khoảng 500km3, chiếm 59% tổng lƣợng dòng chảy năm của các sông trong cả nƣớc. Hệ thống sông Hồng chiếm 14,9% và sông Đồng Nai là 4,3%,… Theo số liệu thống kê, tổng trữ lƣợng nƣớc mặt của Việt Nam đạt trên 840 tỷ m3 [5], trong đó hơn 60% lƣợng nƣớc đƣợc sản sinh từ nƣớc ngoài. Đây là nguồn tài nguyên quý giá, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế - xã hội đất nƣớc. Tuy nhiên, nƣớc mặt của chúng ta hiện đang đối mặt với nhiều thách thức, trong đó đáng kể nhất là tình trạng suy kiệt và ô nhiễm trên diện rộng. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu và xu hƣớng lƣợng mƣa diễn biến thất thƣờng dẫn đến tình trạng hạn hán và ngập úng cục bộ thƣờng xuyên xảy ra trên diện rộng, điều này phản ánh thực tế Việt Nam đang đứng trƣớc nguy cơ thiếu nƣớc về mùa khô, lũ lụt về mùa mƣa gây nhiều thiệt hại về ngƣời và của ở nhiều vùng. Nhiều khu công nghiệp, nhà máy, khu đô thị và khu dân cƣ nƣớc thải chƣa qua xử lý đƣợc xả ồ ạt xuống các lƣu vực sông và hồ dẫn đến nhiều vùng có nƣớc nhƣng không sử dụng đƣợc do ô nhiễm trên diện rộng. Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nƣớc nhất, chủ yếu để phục vụ tƣới lúa và hoa màu. Trong tổng lƣợng dòng thải đổ vào nguồn nƣớc mặt thì nƣớc thải ra từ nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất. Việc sử dụng hóa chất BVTV và phân bón bất hợp lý trong sản xuất nông nghiệp là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng ô nhiễm nƣớc mặt. Theo tính toán, trung bình chỉ có 20 §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 5
  6. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 đến 30% lƣợng thuốc BVTV và phân bón là cây trồng sử dụng, phần còn sẽ theo nƣớc mƣa và nƣớc tƣới đi vào nguồn nƣớc mặt, tích lũy trong đất và nƣớc ngầm dƣới dạng dƣ lƣợng gây suy thoái các vùng đất và ô nhiễm nguồn nƣớc [12]. Do nhu cầu phát triển kinh tế, quy mô chuồng trại đƣợc mở rộng nhƣng ngƣời dân vẫn áp dụng phƣơng thức chăn nuôi theo kiểu “chuồng lợn cạnh nhà, chuồng gà cạnh bếp”, nƣớc thải ra từ các chuồng trại chăn nuôi không qua xử lý cùng với phân gia súc gia cầm đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng các hệ thống kênh mƣơng thoát nƣớc, ao hồ ở các vùng nông thôn. Trƣớc đây muốn dùng phân bắc để bón cho cây trồng, ngƣời ta phải ủ ít nhất sáu tháng đến một năm, nay thời gian lƣu của phân trong bể phốt quá ngắn vì vậy chính các dòng sông đang làm nhiệm vụ thay cho các bể phốt. Từ các hành vi trực tiếp hay gián tiếp của con ngƣời là nguyên nhân dẫn tới nhiều kênh rạch và ao hồ ở nƣớc ta đang trong tình trạng bị ô nhiễm vƣợt mức cho phép mà chủ yếu là ô nhiễm hữu cơ. Ở nhiều nơi, sông đã trở thành kênh nƣớc thải, không có cá tự nhiên, nƣớc màu đen bốc mùi xú uế gây mất mỹ quan, làm giảm đa dạng sinh học và gián tiếp làm mất khả năng tự làm sạch của nƣớc. Các thông số quan trắc tại những nơi vốn là thủy vực tự nhiên giờ có giá trị COD từ 200 – 300 mg/l, NH4+ từ 20 – 40 mg/l và NO3- vƣợt quá 15mg/l. Độ đục cao dao động từ 20 – 40 NTU, pH thƣờng từ 7,5 – 8,5 [3]. Trƣớc thực trạng ô nhiễm nguồn nƣớc mặt đó, việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý hiệu quả, phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nƣớc mặt nói chung và ô nhiễm hữu cơ ở các vùng nông thôn là vô cùng cần thiết và cấp bách. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 6
  7. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 1.3. Công nghệ thực vật trong xử lý nguồn nƣớc ô nhiễm 1.3.1. Một số công trình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới việc sử dụng TVTS đƣợc biết đến từ lâu và đã ứng dụng rộng rãi ở các nƣớc nhƣ Đức, Anh, Hungari, Thái Lan và Ấn Độ [20, 21, 25]. Hiệu quả mà công nghệ này đem lại có thể sánh ngang với công nghệ xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính thông thƣờng [28, 29]. Phƣơng pháp dùng lau sậy để xử lý nƣớc thải đã đƣợc giáo sƣ Kathe Seidel (ngƣời Đức) đƣa ra từ những năm 60 của thế kỷ XX. Với phƣơng pháp này, các cánh đồng lau sậy có thể xử lý đƣợc nhiều loại nƣớc thải với nồng độ ô nhiễm cao. Hiệu quả giảm thiểu các chỉ tiêu amoni, nitrat, phosphát, BOD5, COD và colifom trong nƣớc thải sinh hoạt có thể đạt 92 - 95%. Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép trƣớc khi thải vào môi trƣờng với pH và các chỉ số sinh hoá ổn định, đảm bảo VSV hoạt động bình thƣờng, hàm lƣợng chất rắn lơ lửng thấp hơn 50mg/l [22, 24]. Hiện nay, Bộ Môi trƣờng Đan Mạch đã có hƣớng dẫn chính thức xử lý tại chỗ nƣớc thải sinh hoạt đối với các nhà riêng ở nông thôn. Theo hƣớng dẫn này, ngƣời ta đƣa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng. Sau thời gian hoạt động ổn định cho phép loại bỏ tới 95% BOD, 90% nitrat và 90% phospho [24]. Hơn 2 thập kỷ qua, ở một số nƣớc nhƣ Ấn Độ, New Zealand, châu Âu và Bắc Mỹ ngƣời ta đã nghiên cứu và ứng dụng một dạng mới xử lý nƣớc trong điều kiện tự nhiên đó là sử dụng các thảm thực vật trôi nổi trên mặt nƣớc. Thảm thực vật gồm những cây sống nổi có rễ giống nhƣ những cây dùng trong bãi lọc trồng cây [18, 26, 29]. Sự thay đổi độ sâu mực nƣớc ít chịu ảnh hƣởng tới loại thảm này do đó nó có triển vọng rất lớn trong xử lý nƣớc đặc biệt ở những vùng nƣớc sâu [32]. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 7
  8. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Xơ dừa và than bùn đƣợc dùng để làm giá thể cho thảm thực vật, vật liệu nổi đƣợc dùng thƣờng là các khung ống plastic (PVC, PE, PP). Ở Ấn Độ ngƣời ta sử dụng tre nổi tự nhiên, vừa rẻ tiền mà hiệu quả xử lý tƣơng đối cao [33]. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh thái ở Việt Nam nhìn chung còn nhiều mới mẻ. Tại một số Viện, Trung tâm và Trƣờng Đại học đã có một số công trình nghiên cứu xử lý nguồn nƣớc ô nhiễm bằng TVTS, tuy nhiên mới triển khai ở bƣớc đầu và phạm vi hẹp. Lê Thị Hiền Thảo (2005) thí nghiệm bèo tấm (Lemna minor) và rong đuôi chó (Ceratophyllum demersum) thả vào nƣớc hồ Bảy Mẫu sau thời gian 30 ngày thí nghiệm hàm lƣợng DO tăng từ 5,45mg/l tới 5,52mg/l ở mẫu thả bèo; tăng đến 5,83mg/l ở mẫu thả rong. Hàm lƣợng NH4+ giảm từ 3mg/l đến 0,25mg/l ở mẫu thả bèo và tới dạng vết ở mẫu thả rong. Nồng độ PO43- giảm từ 0,1 mg/l tới 0 ở cả hai mẫu. Hàm lƣợng CODKMnO4 giảm từ 10,8mg/l tới 9,43mg/l ở mẫu nuôi bèo tấm; tới 8,57mg/l ở mẫu thả rong. Hàm lƣợng BOD5 giảm từ 14,2mg/l tới 12,65mg/l ở mẫu bèo; tới 10,83mg/l ở mẫu thả rong [14]. Nghiên cứu của Trƣờng Đại học Khoa học thuộc Đại học Huế cho thấy việc thả bèo vào nƣớc thải sinh hoạt, lò mổ gia súc và nƣớc thải của quá trình làm bún cho thấy, bèo sinh trƣởng phát triển nhanh và nƣớc trở nên trong hơn. Khả năng hấp thụ amoni của bèo tây là 93 - 100%, bèo tấm 90 - 93,33% và bèo cái 90 - 99,99%. Bèo cũng có khả năng hấp thụ photsphat cao từ 35 - 45%, trong đó hấp thụ cao nhất là bèo tây (40 - 51,6%) rồi đến bèo tấm (42,22 - 50%) và cuối cùng là bèo cái (35 - 50,44%) [8]. Viện Công nghệ sinh học đã xử lý thành công nƣớc thải tại Cảng dầu B12 với hệ thống gồm: (1) Bể xử lý kỵ khí với giá thể cho vi khuẩn kỵ khí phân hủy dầu; (2) Bể xử lý hiếu khí với hệ thống sục khí cung cấp ôxy cho vi khuẩn hiếu khí phân hủy dầu; (3) Ao hồ sinh học cấp 3 có thả rong và bèo tây §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 8
  9. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 để hấp thụ Pb, Zn, H2S, FeS, SS trƣớc khi xả vào môi trƣờng. Nƣớc sau khi qua hồ sinh học đảm bảo tiêu chuẩn nƣớc thải ra môi trƣờng [4]. Nguyễn Việt Anh (2005) nghiên cứu xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm một bậc trồng cây, nƣớc đầu ra đạt tiêu chuẩn cột B về các chỉ tiêu COD, SS, TP. Với hệ thống xử lý 2 bậc nối tiếp, nƣớc đầu ra đạt tiêu chuẩn cột A của TCVN 5945 – 1995 [1]. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng cách kết hợp sử dụng thiết bị xử lý kỵ khí UASB với máng trồng bèo tây đƣợc triển khai tại một số hộ nông dân làm trang trại ở xã Cổ Nhuế với số lƣợng từ 60 - 100 đầu lợn cho thấy, nƣớc thải sau khi qua hệ thống này có thể đảm bảo xả thẳng vào các thuỷ vực dùng để tƣới tiêu nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản [7]. Nhƣ vậy vai trò xử lý nƣớc thải của TVTS là không thể phủ nhận. Hiệu quả của quá trình xử lý phụ thuộc rất nhiều yếu tố, đó là loài thực vật sử dụng, thành phần nƣớc thải đầu vào, mật độ TVTS trồng, diện tích mặt thoáng (hay, diện tích che phủ bề mặt),… Tuy nhiên, ở các công trình nghiên cứu trƣớc đây, các tác giả chƣa đƣa ra đƣợc mật độ TVTS phù hợp, các nghiên cứu thƣờng chỉ sử dụng một loài riêng rẽ mà không hoặc ít có sự phối kết hợp nhiều loài với nhau. Mặc dù việc phối hợp giữa các hệ thống xử lý đã đƣợc áp dụng có thể trồng các loài khác nhau nhƣng trong từng hệ thống cũng chỉ trồng một loài TVTS nhất định. Cho đến nay, vẫn còn ít những công trình nghiên cứu xử lý phối hợp giữa các loài TVTS trong cùng một hệ thống. Hầu hết các nghiên cứu dùng TVTS xử lý nƣớc thải ở giai đoạn cuối cùng trong quy trình xử lý, nghĩa là TVTS chỉ đƣợc dùng ở giai đoạn sau cùng, tức là sau khi áp dụng các biện pháp xử lý hóa - lý phức tạp và tốn kém khác rồi bƣớc cuối cùng mới dùng TVTS. Ở đây vai trò của TVTS trong xử lý nguồn nƣớc ô nhiễm chỉ là thứ cấp. Mặt khác, các nghiên cứu cũng chƣa chỉ ra đƣợc hiệu quả cao nhất của §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 9
  10. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 quá trình xử lý ở ngày thứ bao nhiêu? cũng nhƣ diễn biến hiệu suất của công trình và hệ số tiêu hao chất ô nhiễm trong thời gian xử lý. Với nguồn ô nhiễm hữu cơ thì các ion NH4+ và PO43- là hai thông số ô nhiễm chủ yếu, đặc trƣng cho ô nhiễm hữu cơ và đó cũng là thông số chính mà đề tài cần tập trung theo dõi. Nghiên cứu này nhằm xác định mật độ cây trồng phù hợp; Có nên xử lý riêng rẽ hay phối hợp các loài khác nhau và nếu phối hợp thì tỷ lệ sinh khối giữa các loài là bao nhiêu? Diễn biến hiệu quả giảm thiểu theo thời gian xử lý,… là các mục tiêu mà đề tài này hƣớng đến. Trong các phƣơng pháp hóa học, hóa - lý và sinh học xử lý nguồn nƣớc ô nhiễm hữu cơ nói chung và ô nhiễm trên diện rộng ở các vùng nông thôn nói riêng thì các phƣơng pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên là thích hợp hơn cả do có thể áp dụng với nguồn thải phân bố rộng (nguồn diện), hiệu quả xử lý cao, dễ xây dựng vận hành và một điều đặc biệt quan trọng là chi phí đầu tƣ rất thấp, phù hợp với các hộ nông dân [10]. 1.3.2. Một số phƣơng pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên Trong các phƣơng pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên thì hồ sinh học và các loại bãi lọc trồng cây là đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tùy điều kiện cụ thể và với từng nguồn thải đặc trƣng mà có thể sử dụng loại hồ phù hợp. 1.3.2.1. Hồ sinh học Thực chất là sử dụng khu hệ sinh vật tự nhiên có sẵn trong nƣớc để làm sạch nƣớc, vì vốn đầu tƣ ít nên loại hồ này đƣợc áp dụng khá rộng rãi. Ngoài chức năng xử lý nƣớc thải, hồ còn mang lại những lợi ích khác nhƣ: nuôi trồng thuỷ sản, chứa và điều hòa lƣu lƣợng nƣớc mƣa và cải thiện vi khí hậu vùng. Căn cứ vào nguyên tắc hoạt động của hồ sinh học, có thể chia thành ba loại là hồ hiếu khí, hồ yếm khí và hồ tùy tiện [10]. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 10
  11. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 a/. Hồ hiếu khí Là hồ ở đó các chất ô nhiễm đƣợc oxy hoá nhờ các vi sinh vật (VSV) hiếu khí. Hồ hiếu khí lại đƣợc chia thành hai loại khác nhau tùy vào phƣơng thức cấp khí: * Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên: Oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nƣớc và quá trình quang hợp của các thuỷ thực vật nhƣ rong, tảo, sậy, thủy trúc, bèo tây,… Để quá trình oxy hoá diễn ra tốt nhất cần đảm bảo chiều sâu của hồ từ 600 – 1000 mm, tải trọng loại bỏ BOD đạt 250 - 300 kg/ha,ngày và thời gian lƣu của nƣớc trong hồ 3 - 12 ngày [10]. * Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo Nguồn ôxy cung cấp cho quá trình sinh hoá chủ yếu bằng các thiết bị bơm khí hoặc khuấy cơ học. Vì đƣợc cấp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 2,5m. Tải trọng BOD5 khoảng 400 kg/ha,ngày. Diện tích hồ cần thiết để đảm bảo hiệu quả ôxy hoá hữu hiệu đƣợc tính theo công thức sau: 2 Qt ,m F  H Trong đó Q : Lƣu lƣợng nƣớc thải cần xử lý, đơn vị tính m3/ngđ t : Thời gian lƣu của nƣớc, ngày H : Độ sâu của lớp nƣớc trong hồ, m Thời gian lƣu phụ thuộc vào BOD dòng vào và năng lực oxy hoá của hồ, thƣờng biến động từ 3  12 ngày. b/. Hồ kị khí Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng dựa trên hoạt động sống của các VSV yếm khí. Hồ thƣờng dùng để xử lý nƣớc thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít dùng để xử lý nƣớc thải sinh hoạt [10]. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 11
  12. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Khi quy hoạch và thiết kế một hồ kị khí cần đảm bảo yêu cầu yếm khí cao, giữ nhiệt vào mùa đông, thƣờng các hồ yếm khí có độ sâu lớn từ 2500 - 4500 mm.  Dung tích hồ phụ thuộc hàm lƣợng các chất ô nhiễm, thời gian lƣu và nhiệt độ nƣớc cần xử lý.  Hồ nên có hai ngăn làm việc để dự phòng khi xả bùn trong hồ hoặc thiết kế thành các đơn nguyên để thuận tiện cho vận hành liên tục.  Phải đặt hồ cách xa khu dân cƣ (1500 - 2000m), và chắc chắn không ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc mặt và nƣớc ngầm trong khu vực.  Cửa tiếp nhận nƣớc vào hồ nên đặt chìm ở vị trí thích hợp nhằm đảm bảo nƣớc thải vào phân bố đều, cửa tháo nƣớc ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nƣớc bề mặt và có tấm ngăn để bùn không thoát ra cùng với nƣớc. Thời gian lƣu nƣớc trong hồ kị khí biến động từ 5 - 50 ngày, tải trọng BOD có thể đạt tới 280 - 1500 kg/ha,ngđ. Tuy nhiên, hiệu suất thông thƣờng chỉ đạt 50 - 80%. Đáy hồ nên gia cố để tránh thấm, ngấm. c/. Hồ tuỳ tiện (hay hồ tùy nghi) Hồ tuỳ tiện còn đƣợc gọi là hồ hiếu – kỵ khí. Phần lớn các ao, hồ ở nƣớc ta là những hồ hiếu kị khí. Hồ tùy tiện thƣờng có độ sâu trung bình từ 1500 đến 2000 mm, có khu hệ sinh vật nƣớc rất đa dạng nhƣ các vi khuẩn yếm khí, hiếu khí, thuỷ nấm, tảo và nguyên sinh vật [10]. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 12
  13. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 O2 của không khí Ánh sáng mặt trời Tảo Vùng hiếu khí O2 Tảo Vi khuẩn . hiếu khí CO2 , NO3-, H2 , 1,5 .. 2 m H2S , CH4 Vi khuẩn yếm khí Vùng yếm khí Lớp bùn đáy Hình 1.1. Sơ đồ chuyển hóa trong hồ tùy tiện Trong hồ thƣờng xảy ra 4 quá trình sau: - Quá trình phân giải yếm khí xảy ra ở lớp bùn đáy và lớp nƣớc sâu. Cặn lắng và các chất hữu cơ khó phân huỷ đƣợc chuyển hoá yếm khí, tạo ra các sản phẩm trung gian (rƣợu, axit, CO2, , H2S … ). Ở vùng yếm khí còn xảy ra quá trình khử nitrat nhờ một số vi khuẩn tự dƣỡng hoá năng. - Quá trình oxy hoá hiếu khí xảy ra ở lớp nƣớc mặt. Dƣới tác dụng của vi khuẩn hiếu khí và hô hấp tuỳ tiện, các sản phẩm phân giải yếm khí nhƣ các axit hữu cơ, rƣợu… sẽ đƣợc oxy hoá hoàn toàn. - Quá trình quang hợp xảy ra trên lớp nƣớc mặt nhờ tảo và một số thực vật hạ đẳng: CO2 sinh ra do phân giải yếm khí và oxy hoá hiếu khí đƣợc tảo và một số thực vật hạ đẳng khử bằng quá trình tự dƣỡng quang năng. Quá trình này còn tạo ra một lƣợng đáng kể O2 cung cấp cho quá trình oxy hoá hiếu khí trên lớp nƣớc mặt, nhất là những ngày nắng nóng. Để đảm bảo cân bằng sinh thái trong hồ thì hàm lƣợng tảo không đƣợc vƣợt quá 100 mg/l. - Quá trình tiêu thụ sinh khối: Khi hàm lƣợng N và P trong nƣớc thải cần xử lý cao, tảo sẽ phát triển mạnh gây bùng nổ tảo nếu không đƣợc tiêu thụ, sinh khối tảo sẽ tích luỹ và tự huỷ gây ô nhiễm thứ cấp và việc tái lập lại §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 13
  14. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 cân bằng sinh thái ở những hồ có hiện tƣợng bùng nổ tảo sẽ rất khó khăn. Một số yêu cầu khi lựa chọn hồ tùy tiện [10]: - Tỷ lệ chiều dài, chiều rộng hồ thƣờng lấy bằng 1:1 hoặc 2:1 - Ở những vùng có ít gió nên làm hồ có nhiều ngăn, vùng có nhiều gió nên làm hồ có diện tích rộng. - Hiệu quả xử lý và thời gian nƣớc lƣu trong hồ đƣợc xác định theo công thức: St 1 E  Sa 1  kt .t Trong đó : E : Hiệu suất xử lý của công trình; % Sa: BOD5 của nƣớc thải đầu vào, mg/l St : BOD5 của nƣớc sau đƣợc xử lý, mg/l t : Thời gian nƣớc lƣu trong hồ, ngày S a  St t kt .St kt: Hệ số phụ thuộc kiểu hồ, nhiệt độ và tính chất của nƣớc thải Đối với nƣớc thải sinh hoạt 0,5 < K20 < 1 Đối với nƣớc thải công nghiệp 0,3 < K20 < 2,5 C : Hằng số nhiệt độ Đối với hồ tự nhiên C = 1,035 – 1,074 Đối với hồ tiếp khí nhân tạo C = 1,045 T0 : Nhiệt độ của nƣớc trong hồ, 0 C. 1.3.2.2. Cánh đồng tƣới và bãi lọc trồng cây a/. Bãi lọc trồng cây Thông qua quá trình lý - hóa và sinh học tự nhiên của hệ chất nền (đất, sỏi, cát, nƣớc, sinh vật của hệ thống), các chất thải đƣợc thấm và giữ lại trong chất nền đƣợc VSV phân hủy và cung cấp dƣỡng chất cho cây trồng. Xử lý §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 14
  15. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 nƣớc bằng bãi lọc này đạt đƣợc cả ba mục tiêu: giảm thiểu ô nhiễm nƣớc, tái sử dụng các chất dinh dƣỡng để sản xuất nông nghiệp và bổ sung nƣớc cho các túi nƣớc ngầm. Khi nƣớc ngấm qua đất, các chất rắn lơ lửng và VSV sẽ bị giữ lại do quá trình lọc. Trong lớp nền diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thƣớc của hạt rắn lơ lửng, cấu trúc chất nền và vận tốc của nƣớc. Hấp phụ và kết tủa là hai cơ chế hóa học chính của quá trình này. Sự trao đổi cation phụ thuộc khả năng trao đổi cation của chất nền – có ý nghĩa quan trọng trong việc khử nitrogen của amoni. Phospho đƣợc khử bằng cách tạo thành các dạng không hoặc ít hòa tan. Các chất hòa tan trong nƣớc có thể bị loại bỏ nhờ các quá trình chuyển hóa hóa học và sinh học. Các quá trình sinh học thƣờng diễn ra ở phần rễ của thảm thực vật. Số lƣợng, sự đa dạng của vi khuẩn và sự có mặt của oxy ở vùng rễ ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình xử lý. Việc cung cấp oxy có ý nghĩa quyết định đến hoạt tính và kiểu trao đổi chất của các VSV vùng rễ. TVTS có cơ chế tự bơm không khí qua hệ rễ tạo môi trƣờng giàu oxy cho vi khuẩn hiếu khí quanh rễ hoạt động, điều này cũng giống nhƣ các quá trình xử lý hiếu khí khác. Chính vì vậy, các cánh đồng lau sậy có thể xử lý nhiều loại nƣớc thải có chất độc hại khác nhau với nồng độ ô nhiễm lớn. Khi thiết kế cánh đồng lọc cần chú ý: - Nên xây dựng ở nơi đất cát hoặc pha cát có diện tích rộng và hiệu quả canh tác thấp. - Địa điểm xây dựng phải có độ dốc tự nhiên 0,02 cách xa khu dân cƣ và cuối hƣớng gió. Tuỳ công suất của bãi lọc mà khoảng cách an toàn tới khu dân cƣ từ 200 - 1000 m. Nên xây dựng ở nơi cách xa khu vực có nƣớc ngầm. Diện tích hữu dụng của bãi lọc đƣợc xác định theo công thức: §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 15
  16. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Q Fhd  , ha q0 Trong đó: Q : Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình, m3/ngày đêm. q0 : Năng lực lọc m3/ha, ngày. Năng lực lọc phụ thuộc vào tính chất thổ nhƣỡng và lƣợng mƣa. Lƣợng mƣa trung bình năm là 300 - 500 mm thì năng lực lọc của đất cát là 45 - 90 m3/ha.ngày, đất pha cát 40 - 80 m3/ha/ngày và pha sét 35 - 70 m3/ha/ngày. Giữa các ô lọc cần bố trí 5 - 10 % diện tích mƣơng tƣới tiêu, đƣờng đi lại giữa các ô lọc chiếm 5 - 10 % diện tích. Tổng diện tích của bãi lọc sẽ là: F = FL + k  FL k là hệ số diện tích phụ (k thƣờng có giá trị từ 0,15 – 0,25). Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả của bãi lọc trồng cây đó là khí hậu, loại thực vật, môi trƣờng xung quanh,… trong đó loài TVTS và tải trọng lọc là hai yếu tố có thể kiểm soát đƣợc bằng thiết kế. Bãi lọc trồng cây có một số ƣu điểm là: (1) Chi phí cho đầu tƣ xây dựng và vận hành thấp do sử dụng năng lƣợng mặt trời; (2) Hiệu quả xử lý cao và ổn định; (3) Tuổi thọ công trình cao; (4) Thân thiện với môi trƣờng, giải phóng oxy và lấy đi dioxit cacbon góp phần làm giảm lƣợng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra, sinh khối cây sau thu hoạch có thể dùng làm giấy, phân bón hay thức ăn chăn nuôi, đồ thủ công mỹ nghệ,... Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ này cần diện tích đất nhất định cho xây dựng. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 16
  17. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Bãi lọc trồng cây Bãi lọc trồng cây Cây sống chìm Cây sống nổi Cây sống trôi nổi Bãi lọc ngập nƣớc (dòng Bãi lọc ngầm chảy tự do trên bề mặt) (dòng chảy ngầm) Bãi lọc ngầm, Bãi lọc ngầm, dòng chảy dòng chảy thẳng đứng ngang Hệ thống phối hợp Hình 1.2. Sơ đồ phân loại bãi lọc trồng cây 1. Vùng phân phối nƣớc vào 2. Lớp không thấm nƣớc 3. Vật liệu lọc 4. Cây thủy sinh Đầu vào 5. Mức nƣớc của bãi lọc 6. Vùng nƣớc ra Đầu ra 7. Ống dẫn nƣớc 8. Nƣớc đầu ra với mức nƣớc đƣợc điều chỉnh. Hình 1.3. Sơ đồ bãi lọc ngập nước dòng chảy ngang [31] §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 17
  18. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Hình 1.4. Sơ đồ bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng [23] Ngoài ra, trong thực tế ngƣời ta có thể phối hợp các kiểu bãi lọc với nhau nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nhờ bổ sung đƣợc các ƣu điểm của từng hệ thống lọc. 2/. Cánh đồng tưới Theo chế độ tƣới nƣớc mà ngƣời ta phân biệt: Cánh đồng tƣới thu nhận nƣớc thải quanh năm hoặc theo mùa. Ngoài những yếu tố phải đáp ứng của cánh đồng lọc, thì khi thiết kế cánh đồng tƣới cần quan tâm tới các yêu cầu sau [9]: - Lƣu lƣợng nƣớc thải có thể xử lý trên 1 ha phụ thuộc: + Tiêu chuẩn tƣới cho mỗi loại cây trồng trong một vụ. + Tiêu chuẩn tƣới 1 lần. - Năng lực lọc đƣợc xác định theo công thức sau đây:  .q0 .T Q= t Trong đó: q0 : Tiêu chuẩn tƣới, m3/ha/ngày đêm T : Thời gian giữa các lần tƣới, h.  : Hệ số thấm thoát do thấm ƣớt, bay hơi,  = 0,3 0,5 t : Thời gian tiêu nƣớc từ các ô, h (t = 0,4  0,5) §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 18
  19. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Trong quá trình hoạt động, vệ sinh môi trƣờng là yếu tố quan trọng thƣờng xuyên đƣợc giám sát chặt chẽ. Trên cánh đồng tƣới cần quy hoạch một diện tích chứa nƣớc phù hợp chiếm khoảng 20 - 25%. Vào vụ thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mƣa nƣớc thải sẽ đƣợc dự trữ trong các hồ điều hòa kết hợp với nuôi trồng thủy sản. Nƣớc thải sinh hoạt và chăn nuôi có hàm lƣợng cặn lơ lửng cao cần xử lý sơ bộ qua song chắn rác và một bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp. Với công trình xử lý trên thì BOD5 sau xử lý có thể đạt 15 mg/l. Đề tài này đƣợc nghiên cứu nhằm đề xuất đƣợc mô hình bãi lọc trồng cây, ngoài chức năng của một bãi lọc thông thƣờng thì còn có hỗ trợ xử lý hiệu quả của các loài TVTS có khả năng xử lý nƣớc thải. Nƣớc thải đƣợc xử lý đảm bảo hiệu quả loại bỏ các thông số ô nhiễm cao nhất, nƣớc đầu ra sau khi qua hệ thống này đạt tiêu chuẩn thải dùng cho mục đích tƣới tiêu nông nghiệp và có thể đi vào các mƣơng rãnh và hệ thống thủy lợi để cung cấp nguồn nƣớc cho các cánh đồng trồng lúa và hoa màu. 1.3.3. Cơ sở khoa học của phƣơng pháp dùng thực vật để xử lý nƣớc thải a/ Một vài loài TVTS điển hình xử lý nƣớc thải Các loài này thuộc các nhóm sau đây: thủy thực vật sống chìm, thủy thực vật sống nổi và thủy thực vật sống trôi nổi. §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 19
  20. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa Môi trường/2009-2011 Bảng 1.1. Một số loài thực vật có khả năng xử lý nƣớc thải [15, 16, 17, 18] Tên thực Tên la tinh – Những nƣớc đã ứng Khả năng ứng dụng STT Phân bố Khả năng ứng dụng vật khoa học[2] dụng thành công tại Việt Nam - Làm sạch nƣớc, phân giải chất độc Thuận lợi do sinh sản - Có nguồn gốc từ - Đồng hóa cả amôn và nitrat nhanh, hiệu quả xử lý Venezuala, Nam Mỹ trong khi phần lớn các TVTS cao và sinh khối thu Eichhornia - Thích nghi với khác đồng hóa amôn cao hơn so 1 Bèo tây Mỹ, Canada, Việt Nam đƣợc dùng làm thức crassipes những nơi ao tù ẩm với nitrat ăn chăn nuôi, ủ phân ƣớt; phân bố rộng - Giảm nhiệt độ nƣớc, giảm xanh, làm biogas, và khắp Việt Nam khuấy động mặt nƣớc, hạn chế làm nguyên liệu giấy. phát triển tảo, ổn định pH và ôxy hòa tan vào ban ngày Sự kết hợp giữa vi khuẩn và bộ Có khả năng ứng Ở các nƣớc nhiệt đới rễ của bèo cái là yếu tố quan dụng, tốc độ sinh 2 Bèo cái Pistia straiotes và cận nhiệt đới trọng loại bỏ các chất dinh dƣỡng trƣởng chậm hơn so trong nƣớc. với bèo tây Phân bố phổ biến ở Sử dụng phổ biến để xử lý nƣớc Bèo cám Lemna 3 miền Bắc Việt Nam, ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng. Nhật Bản japonica Nhật Bản. Sống trôi nổi trên mặt Sử dụng để xử lý nƣớc ô nhiễm Lemna 4 Bèo tấm nƣớc ao, hồ, đầm hữu cơ và kim loại nặng (AlIII, perpusilla ruộng. CuII, CrVI,, FeIII, ZnII). Nguồn gốc chủ yếu từ Hệ rễ phát triển mạnh tạo thành Ứng dụng nhiều trên Cỏ Vertiveria 5 Philippine, Thái Lan chùm lớn, có thể hấp thụ hầu hết thế giới và ở Việt Nam Vertiver zizanioides L hoặc thuộc dòng Nam N, P hoà tan sau 3 đến 5 tuần, đã có một số công §ç ThÞ H¶i – Cao häc MTK17 Ngµnh Khoa häc M«i tr-êng 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2