NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔ
́
C GIA HA
̀
NÔ
̣
I
TRƯƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƯ
̣
NHIÊN



NGUYỄN THỊ THANH HUỆ



NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃
KHOA HO
̣
C





H Ni - 2012
ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔ
́
C GIA HA
̀
NÔ
̣
I

TRƯƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƯ
̣
NHIÊN



NGUYỄN THỊ THANH HUỆ



NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH




LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃

KHOA HO
̣
C





H Ni - 2012

́
ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔC GIA HA
̀
NÔ
̣
I
TRƯƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƯ
̣

NHIÊN

̃
NGUYỄN THỊ THANH HUỆ
NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH
Chuyên nga
̀
nh: Khoa học môi trường
LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃
KHOA HO
̣
C
NGƯƠ
̀
I HƯƠ
́
NG DÂN KHOA HO
̣
C
PGS.TS NGUYỄN THỊ LOAN
H Ni – 2012
Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
Nguyễn Thị Thanh Huệ K17 Cao học môi trường
1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I 7
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƯỚC 7
1.1. Khái quát về Đất ngập nước 7
1.1.1 Các định nghĩa về Đất ngập nước 7
1.1.2. Chức năng của đất ngập nước 9
1.2. Khái quát nhóm thực vật đất ngập nước 10
1.2.1. Giới thiệu chung 10
1.2.2. Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh 10
1.3. Các loại hình đất ngập nước và quá trình xử lý trong đất ngập nước 14
1.3.1. Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước. 14
1.3.2. Các loại hình đất ngập nước 15
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30
2.1. Đối tượng nghiên cứu 30
2.1.1. Nguồn nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Thị xã Hùng Quốc, Huyện Trà Lĩnh
30
2.1.2. Thực vật lựa chọn trong đất ngập nước 34
2.2. Phương pháp nghiên cứu 35
2.2.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 35
2.2.2 Phương pháp điều tra và phỏng vấn ngoài thực địa 36
2.2.3 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 36
2.2.4 Phương pháp chuyên gia 36
2.2.5 Phương pháp phân tích tổng hợp đánh giá. 36
2.2.6. Các phương pháp tính toán 36
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40
3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác của một số hệ thống đất ngập nước
trên thế giới và Việt Nam 40
Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
Nguyễn Thị Thanh Huệ K17 Cao học môi trường

2
3.2. Kết quả nghiên cứu về tính khả thi của loài thực vật lựa chọn 47
3.3. Đề xuất mô hình xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp rác thải của thị trấn
Hùng Quốc – Huyện Trà Lĩnh – Tỉnh Cao Bằng 51
3.4. Mô hình hệ thống xử lý nước rỉ rác bằng cỏ Vetiver 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 617
PHỤ LỤC……………………………………………… …………… 62

Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác
bằng thực vật thủy sinh
Mở đầu
Sự phát triển ngày một cao của nền kinh tế đi đôi với quá trình đô thị
hóa đã làm cho diện tích đất ngày càng thu hẹp trong đó có quá trình
chuyển hóa đất ngập nước sang sản xuất nông nghiệp hoặc nuôi trồng thủy
sản hay san lấp để tạo ra các vùng đất cho phát triển công nghiệp, đô thị.
Trong khi đó, đất ngập nước lại có một vai trò hết sức quan trọng đối với
cuộc sống con người. Một vai trò hết sức quan trọng của đất ngập nước đó
là khả năng đồng hóa và xử lý chất ô nhiễm bởi tự nhiên và các hoạt động
của con người gây ra…
Hiện nay, xử lý nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp rác hiện đang là vấn đề
"nóng" tại các đô thị lớn ở Việt Nam. Ðây là nguồn nước thải độc hại do có
chứa nhiều chất độc hại hủy diệt đối với sinh vật và con người như ni-tơ, a-
mô-ni-ắc, vi khuẩn gây bệnh đường ruột, BOD
Có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng xử lý nước rỉ rác, nhưng phần
lớn các công trình này hiệu quả đều không cao, không đáp ứng được yêu
cầu xử lý đạt tiêu chuẩn thải với các chỉ tiêu COD và ni-tơ tổng. Cùng với
các nghiên cứu về việc sử dụng ĐNN nhân tạo để xử lý nước rỉ rác, chúng
tôi nhận thấy các loại đất ngập nước có thể được kết hợp để đạt được hiệu
quả xử lí cao hơn, đặc biệt là với xử lí nitơ.

Tổng quan về đất ngập nước và thực vật đất ngập nước
Đất ngập nước được sử dụng để cải thiện chất lượng nước được biết
đến vào những thập kỷ 20 của thế kỷ trước, nhưng hầu hết là các đất ngập
nước tự nhiên. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp đất ngập nước tự nhiên
chỉ đơn giản được xem là một nguồn tiếp nhận nước thải gần và thuận tiện
hơn so với các con sông và các thủy vực khác. Hơn nữa, các vùng đất ngập
nước tự nhiên thường có các thành phần đa dạng nên hầu như khó dự đoán
được khả năng áp dụng đất ngập nước trong xử lý nước thải tại các khu vực
địa lý khác nhau. Mặc dù đất ngập nước tự nhiên có khả năng cải thiện
đáng kể chất lượng nước thải song khả năng xử lý chưa được xác định rõ.
Trong vài thập kỷ qua, việc sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải mới
được tập trung nghiên cứu và thực hiện một cách có kiểm soát. Vai trò của
các vùng đất ngập nước trong việc cải thiện chất lượng nước đã trở thành đề
tài ngày càng được quan tâm cho việc bảo tồn vùng đất ngập nước tự nhiên
và xây dựng hệ thống đất ngập nước để xử lý nước thải. Đất ngập nước
nhân tạo có thể được xây dựng với mức độ kiểm soát lớn hơn, do đó cho
phép thiết lập các điều kiện thử nghiệm để xử lý các loại các loại chất ô
nhiễm với các loài thực vật và kiểu dòng chảy khác nhau. Những nghiên
cứu xây dựng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải bắt đầu vào những
năm 1950 ở Đức, ở Hoa kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển
mạnh trong những năm 1990, người ta xây dựng nhiều hệ thống xử lý nước
thải bằng đất ngập nước và áp dụng rộng rãi không chỉ để xử lý nước thải
đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu công nghiệp, vùng khai
khoáng và nước thải nông nghiệp.
Đất ngập nước tự nhiên thể hiện được chức năng xử lý nước thải và nước
mưa như: (1) đầm lầy, (2) vùng đất ngập lũ, (3) vùng đất bụi cây rậm.
Đất ngập nước nhân tạo gồm dòng chảy bề mặt và dòng chảy ngầm. Trong
đó có các hệ thống đất ngập nước như: hệ thống đất ngập nước dòng chảy
bề mặt với thực vật nổi, thực vật ngập nước và thực vật trôi nổi tự do; hệ
thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm nằm ngang, thẳng đứng từ

trên xuống và thẳng đứng từ dưới lên.

So với hệ đất ngập nước tự nhiên, hệ đất ngập nước nhân tạo được kiểm
soát tốt hơn, do đó tạo cơ sở cho việc thiết lập các hệ thống xử lí nước thải
thử nghiệm với hàm lượng chất ô nhiễm, loại thực vật và kiểu dòng chảy
được xác định rõ ràng. Ngoài ra, hệ đất ngập nước nhân tạo còn có thêm
một số ưu điểm so với các vùng đất ngập nước tự nhiên bao gồm việc lựa
chọn vị trí, đa dạng về kích thước, và quan trọng nhất là tải thủy lực và thời
gian lưu được kiểm soát chặt chẽ.
Thực vật trong đât ngập nước có sự thích nghi về tổ chức cơ thể, hình
thái, chức năng cho phép chúng tiếp tục tồn tại trong những điều kiện khắc
nghiệt. Trong nhiều hệ sinh thái ĐNN, thực vật ĐNN tái sinh bằng hạt
trong suốt những thời kỳ phơi dài đủ để nảy mầm và thiết lập hạt giống.
Mặt khác, sự phơi và làm ẩm lại của hạt sẽ quyết định giải phóng hạt khỏi
tình trạng ngủ, giai đoạn ẩm - lạnh cũng làm tăng phần nào của tình trạng
này. Sự sống tiếp tục và sự phát triển của hạt phụ thuộc vào khả năng chịu
ngập trong nước hoàn toàn hoặc đối với cây mọc cao đủ để các lá cây duỗi
thẳng đến khu vực phía trên mặt nước.
Thực vật đất ngập nước ngoài khả năng sản xuất sinh khối, còn là thành
phần then chốt của hệ sinh thái đất ngập nước bởi vì chúng cung cấp lớp vỏ
che chở cho sự sinh sản, nơi ẩn náu thú săn mồi và nơi nghỉ cho các vật ở
dưới nước cùng nhiều loài hoang dã. Theo đó, thực vật ĐNN tạo dựng nên
những chức năng hữu ích của ĐNN, chúng có giá trị xã hội đáng kể như
quản lý chất cặn và sự vận chuyển chất dinh dưỡng. Những giá trị về giải trí
và giá trị cảnh quan thẫm mỹ được cải thiện nhờ quản lý thành công thực
vật ĐNN.
Thực vật thuỷ sinh là những loài có khả năng thích nghi cao với môi trường
sống ngập trong nước và một số trong các loài đó có khả năng xử lý các
chất ô nhiễm trong nguồn nước với hiệu quả rất cao. Thực vật thuỷ sinh
được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm có thể chia làm 3 loại: nhóm thực vật

ngập nước, nhóm thực vật trôi nổi, nhóm thực vật nửa ngập nước.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Mô hình được xây dựng cho bãi rác thị trấn Hùng Quốc – Huyện Trà
Lĩnh. Thị trấn Hùng Quốc là thị trấn huyện lỵ miền núi, xuất phát từ điều
kiện tự nhiên lý tưởng, vị thế thuận lợi, vùng phía Đông Bắc của tỉnh Cao
Bằng. Nơi đây đã thành lập khu kinh tế cửa khẩu quốc gia Trà Lĩnh – Long
Bang (Trung Quốc). Do đó lượng chất thải rắn trong tương lai sẽ là vấn đề
lớn đối với thị trấn Hùng Quốc. Trong khi đó, hiện này rác thải sinh hoạt
được thu gom và vận chuyển đến bãi chôn lấp rác thải của thị trấn chưa
được xử lý đạt tiêu chuẩn. Khi lượng rác được dự báo trong tương lại sẽ
tăng cao, kéo theo đó là lượng lớn nước rỉ rác không được xử lý. Trong khi
đó nước rỉ rác là nước thải có nồng độ COD, BOD, NH
3
-H, cao, vượt quá
khả năng chịu đựng của thực vật (điển hình như lúa), các thành phần môi
trường và sức khỏe của con người. Vậy, cần phải xử lý nước rỉ rác tại bãi
rác thị trấn Hùng Quốc.
Thực vật thủy sinh được lựa chọn là cỏ Vetiver (cỏ hương bài)
Có hai loài cỏ Vetiver phổ biến đã được trồng để bảo vệ đất là Vetiver
zizanioides và Vetiver nigritana. Tuy nhiên loài Vetiver zizanioides phân bố
trong vùng ẩm, trong khi loài Vetiver nigritana hiện diện ở những vùng khô
hơn. Có hai kiểu gen của loài Vetiver zizanioides đã và đang được sử dụng:
Kiểu gen Bắc Ấn Độ: là loại cỏ hoang dại và được gieo trồng bằng hạt.
Kiểu gen Nam Ấn Độ: là loại cỏ có khả năng tạo màu cho đất thấp và
loại bất thụ.
Ở Việt Nam, cỏ Vetiver được gọi là cỏ Hương bài hoặc cỏ Hương lau,
có tên khoa học là Vetiveria zizanioides L, giống cỏ này đã được trồng ở
Thái Bình để sản xuất dầu thơm.
Paul Trương (1999) cho rằng Vetiver bắt nguồn từ Nam Ấn Độ và
thuộc loại Monto, có một loại cỏ địa phương cũng được gọi là cỏ Hương

bài, cùng tên phân loại là Vetiver zizanioides L được tìm thấy ở Miền
Trung, quanh vùng Pleiku và Ban Mê Thuột, nó tự nhân giống để tồn tại
bằng hạt của mình, vì vậy chắc chắn loại cỏ này không bắt nguồn từ Nam
Ấn Độ như loại Monto.
Ngoài ra, dựa vào hình dáng cây, hoa và đặc biệt là mùi thơm đặc
trưng của bộ rễ, một số nhà khoa học đã đặt tên theo địa phương gồm ba
giống như sau:
(1) Giống Đồng Nai có hoa tím, hạt lép không nảy mầm, rễ có mùi
thơm đặc trưng của cỏ Vetiver.
(2) Giống Bình Phước có hoa tím, hạt lép không nảy mầm, hình dạng
giống như giống Đồng Nai nhưng rễ không có mùi thơm.
(3) Giống Đắc Lắc có hoa tím, hạt lép không nảy mầm và rễ có mùi
thơm đặc trưng như giống Đồng Nai.
Các phương pháp được sử dụng trong luận văn là: phương pháp tổng
quan, phương pháp tổng quan thu thập tài liệu, phương pháp điều tra và
phỏng vấn ngoài thực địa, phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
phương pháp chuyên gia, phương pháp phân tích tổng hợp đánh giá và các
phương pháp tính toán để xây dựng bể yếm khí, ô đất ngập nước.
Kết quả nghiên cứu
Căn cứ vào hiện trạng quả lý chất thải rắn tại thị trấn Hùng Quốc, cùng
với nguồn kinh phí hạn chế, đặc biệt nơi đây có địa hình chủ yếu chia cắt
bởi các ngọn núi, đồi; việc đi lại khó khăn, khả năng cung cấp điện hạn chế.
Trong khí đó hệ thống đất ngập nước có thể được vận hành ở những nơi
thiếu điện.
Dựa trên thiết kế bãi rác của thị trấn cùng với quỹ đất còn lại trong bãi rác
và lượng nước rác tạo ra mỗi ngày là 110 m
3
nước rác để xây dựng hệ thống
đất ngập nước. Tại bãi rác đã xây đựng bể thu nước rác và nước mưa chảy
tràn với S = 36m

2
, các thông số như BOD, COD, … giảm đáng kể sau
khoảng thời gian lưu tại bể chứa. Chính vì vậy, trước khi đưa nước rác vào
các ô đất ngập nước thì thu nước vào bể yếm khí S= 122m
2
(được mở rộng
và cải tạo từ bể thu nước rỉ rác và nước mưa chảy tràn).
Kết quả điển hình khi nghiên cứu một số hệ thống đất ngập nước xử lý
nước rỉ rác:
Với hệ thống HF-VF là hệ thống dòng chảy ngang kết hợp với ô đất lọc
sinh học dòng thẳng đứng (S=75m
2
) trồng sậy và cỏ nến: loại bỏ NH
3
-N
(Giá trị trung bình dòng vào = 211 mg/L, dòng thải = 3,4 mg/L) và phốt
pho (Giá trị TB dòng vào = 0,4 mg/L, dòng ra = không phát hiện). Hiệu quả
xử lý khá tốt, đủ điều kiện sử dụng nước cho tưới tiêu.
Với hệ thống HF là hệ thống dòng chảy ngang khi trồng sậy và cỏ nến.
(S=215m
2
): loại bỏ NH
3
-N (Giá trị trung bình dòng vào = 275 mg / L, dòng
ra = 151 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 6,9mg/L, dòng ra =
2,6). Các thông số chưa đạt tiêu chuẩn dùng trong tưới tiêu, vậy nên cần kết
hợp giai đoạn xử lý với hệ thống VF để đạt hiệu quả tốt hơn.
Nhu cầu nước đầu ra yêu cầu quá trình nitrat hóa xảy ra hoàn toàn nhưng hệ
thống dòng chảy ngang xử lý thứ cấp không thể làm điều này vì khả năng
vận chuyển oxy hạn chế. Hệ thống dòng chảy thẳng đứng có khả năng vận

chuyển oxy lớn hơn nhiều, và do đó, tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa
tốt hơn. Tuy nhiên, trong hệ thống thẳng đứng sự khử nitrat xảy ra rất hạn
chế. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hệ thống đất ngập nước dòng chảy
ngang có hiệu quả xử lý thấp với nồng độ cao. Trong khi đó, hệ thống kết
hợp lại thể hiện ưu thế hơn.
Thiết kế được hệ thống đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác cho bãi rác
của thị trấn Hùng Quốc, huyện Trà Lĩnh, tỉnh Cao Bằng. Hệ thống kết hợp
dòng chảy ngang và dòng thẳng đứng, sử dụng Cỏ Vetiver với tổng diện
tích là 186 m
2
. Trong đó, một hệ chảy ngang đặt ở đầu, bao gồm: 3 hệ
thống dòng chảy ngang nhỏ với kích thước (19m×1,9m×2m) và một hệ
thẳng đứng, bao gồm: 2 hệ chảy thẳng đứng kích thước (19m×1,9m×2m) ở
giai đoạn thứ hai.

Và khi nghiên cứu về một số loài thực vật ở một số nước trên Thế giới, Việt
Nam được sử dụng trong xử lý nước rỉ rác như: sậy, cỏ nến và cỏ Vetiver.
Cho thấy, cỏ Vetiver có khả năng chịu đựng trong điều kiện hạn hán, lũ lụt
kéo dài (chịu được trong luồng nước sâu từ 0,6-0,8m liên tục trong vòng 45
ngày), sống được trong môi trường nghèo chất dinh dưỡng, có khả năng xử
lý nước thải ở nồng độ cao (khi COD ~ 1500 mg/L), và đặc biệt chúng là
loài cây đã được sử dụng lâu năm trong mục đích chống xói mòn, sạt nở ở
đất nước chúng ta.
Ở Việt Nam, giống C. nemoralis hiệu quả không cao nhưng người dân một
số tỉnh ven biển Miền Trung Việt Nam (tiếng địa phương gọi là Cỏ Đế) và
Tây Nguyên từ lâu đã biết ích lợi của nó và đã trồng để giữ cho bờ ruộng
lúa được vững chắc và quan trọng hơn là bộ rễ của nó ngắn, không thích
hợp để ổn định những sườn đất dốc. Hơn nữa, cũng chưa có công trình
nghiên cứu nào về khả năng của nó trong xử lý nước thải, phục hồi và cải
thiện môi trường nên sử dụng sử dụng giống V. zizanioides. Cùng với

những công trình nghiên cứu được trình bày ở trên, việc sử dụng cỏ Vetiver
để xử lý nước thải cho hiệu quả cao. Chính vì vậy, tôi quyết định lựa chọn
cỏ Vetiver là loại thực vật được trồng trong hệ thống đất ngập nước ở Trà
Lĩnh – Cao Bằng. Chính vì vậy, đã chọn cỏ Vetiver trồng trong hệ thống
đất ngập nước tại khu vực nghiên cứu.

Sơ đồ tổng thể hệ thống đất ngập nước tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc-
huyện Trà Lĩnh – tỉnh Cao Bằng


Bể yếm khí
ĐNN dòng
chảy thẳng
đứng
ĐNN dòng
chảy ngang
Dòng vào
Dòng ra
Kiến nghị
- Tiếp tục nghiên cứu đầy đủ hơn về cơ chế và động học quá trình loại
bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước rỉ rác của hệ thống đất ngập nước.
Khảo sát quá trình xử lý BOD, COD, NH
3
-N, P theo thời gian, mực
nước, thành phần chất nền và theo chế độ dòng chảy để tìm ra điều kiện tối
ưu cho quá trình xử lý và khả năng áp dụng của hệ thống.
- Từ nghiên cứu trên có thể áp dụng và mở rộng hệ thống xử lý nước rỉ
rác hiện nay, kết hợp sử dụng các loài thực vật thủy sinh khác như: bèo tây,
bèo tấm,