Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh thái ''đảo nổi sinh học'' để phục hồi môi trường bị ô nhiễm tại một số ao, hồ trên địa bàn tp.hcm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.37 MB, 91 trang )
ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO NGHIỆM THU
( .HCM
05 năm 2013)
HÁI “
P.HCM
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
(Ký tên)
Th.S
CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ
(Ký tên/đóng dấu xác nhận) (Ký tên/đóng dấu xác nhận)
03, Năm 2014
ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO NGHIỆM THU
.HCM
05 năm 2014)
HÁI “
C
P.HCM
05, Năm 2014
i
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
1
Tên đề tài/dự án:
1
2
Mục tiêu
1
3
Nội dung
1
3.1
Nội dung thực hiện giai đoạn 1
1
3.2
Sản phẩm
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
3
1.1
3
1.1.1 Sự hình thành thảm thực vật nổi tự nhiên
5
1.1.2 Các loài thực vật trên các đảo nổi tự nhiên
6
1.1.3 Ưu – nhược điểm của đảo nổi tự nhiên
7
1.1.4 Đảo nổi nhân tạo
7
1.1.5 Vật liệu chế tạo đảo nổi nhân tạo
8
1.1.6 Thảm thực vật của đảo nổi nhân tạo
10
1.1.7 Các ưu điểm của đảo nổi nhân tạo
11
1.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MVFI ĐIỂN HÌNH
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
12
1.2.1 Một số kết quả N/c ngoài nước
12
1.2.2 Một số kết quả N/c trong nước
14
CHƯƠNG II: NỘI DUNG
15
2. 1
15
15
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
15
2.1.3. Các chỉ tiêu theo dõi
15
2.1.4. Sản phẩm nội dung cần đạt
15
2.2 2
16
2.2.1 Thí nghiệm 1
16
2. 3
17
2.3.1. Thí nghiệm 2
17
2.3.2. Thí nghiệm 3 : .
18
2
20
ii
CHƯƠNG III: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN
21
3.1. - - -
21
3.1.1 - - -
21
3.1.2 Loại thực vật dùng trong nghiên cứu
22
3.2. .
26
3.2.1 Hiệu quả xử lý COD, TN, TP, NH
+
4
-N, NO
-
3
-N
26
3.2.2 Nhận xét chung
33
3.3 Nội dung 3
36
3.3.1. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng trong nước Ao
37
3.3.2 Nhận xét chung
41
3.3.3 c tế
42
2
43
3.4.1. .)
44
3.4.2. .)
49
3.4.3. 03: (Lượng nước bơm vào mô hình: 8 .)
54
3.4.4. 5
63
3.4.5.
63
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
70
PHỤ LỤC
75
iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT
BOD
Nhu cầu oxy sinh h
COD
Nhu cầu oxy hóa học
SS
Chất rắn lơ lửng
KLN
Kim loại nặng
MVFI
Multifuctional Vegetable Floating Island
TBVTV
Thuốc bảo vệ thực vật
PCBs
Polychlorinated Biphenyl
QCVN
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
VSV
Vi sinh vật
TV
Thực Vật
TT
CH
CD
CV
iv
DANH SÁCH BẢNG
SỐ
TÊN BẢNG SỐ LIỆU
Trang
1.1
Tóm tắt các nội dung nghiên cứu giai đoạn 1
1
1.2
2
2
1.3
Tốc độ hấp thu trung bình của MVFI
5
2.1
16
2.2
Tóm tắt các mô hình đất ướt
18
3.1.
21
3.2.
Mô tả hợp phần đưa vào mô hình thí nghiệm
22
3.3
Quá trình theo dõi sự phát triển của cây
26
3.4.
.
27
3.5
BOD
5
3.6
4
+ - .
28
3.7
3
- .
29
3.8
.
31
3.9
.
32
3.10
33
3.11
- )
34
3.12
Sinh khối thực vật tươi bắt đầu và kết thúc thực nghiệm
35
3.13
Chất lượng nước ao trước khi thả đảo nổi thực vật
36
3.14
Chất lượng nước ao sau khi có đảo nổi thực vật
37
3.15
h
37
3.16
41
3.17
-
41
3.18
So
42
3.19
43
v
DANH SÁCH HÌNH
SỐ
TÊN HÌNH ẢNH
Trang
1.1
Sơ đồ miêu tả chức năng của MVFI
4
1.2
Đảo nổi với thực vật nước tại công viên gần Seul – Korea
4
1.3
Bảng chỉ dẫn giới thiệu đảo nổi (giáo dục cộng đồng) - công viên
gần Seul – Korea
4
1.4
Đảo nổi nhân tạo xử lý nước kênh bị ô nhiễm (Nguồn: Floating
Island International, Inc.)
5
1.5
Đảo nổi nhân tạo của công ty BlueWing - USA
9
1.6
Ứng dụng đảo nổi nhân tạo của công ty BlueWing - USA
10
1.7
Đảo nổi nhân tạo của công ty Shingang Hi-Tech - Korea
10
1.8
Ứng dụng đảo nổi nhân tạo của công ty Shingang Hi-Tech - Korea
10
1.9
Vai trò của bộ rễ trong MVFI
11
1.10
Khả năng xử lý P và N hòa tan của các loài thực vật
12
1.11
Kết quả thí nghiệm dạng mẻ với 3 loài thực vật chọn lọc và một bể
kiểm chứng
13
2.1
Mô hình đất ngập nước – thích nghi thực vật
17
2.2.
Mô hình thảm nổi thực vật trên vật liệu xốp PE
18
2.3
Mô hình đảo nổi thực vật
19
2.4.
Vật liệu dùng cho mô hình thảm nổi của Shingang Hi - Tech.
19
2.5.
Quy trình các bước tiến hành nghiên cứu
20
3.1
Địa điểm tiến hành nghiên cứu (cà phê Đất Mới – thôn An Phú
Tây, xã Hưng Long, huyện Bình Chánh, Tp.HCM)
21
3.2
23
3.3.
Câ
23
3.4.
24
3.5
24
3.6
25
3.7
25
3.8
-
27
3.9
Biến đổi NH
4
- -
30
3.10
Biến đổi NO
3
-
- -
31
vi
3.11
-
32
3.12
-
33
3.13
34
3.14
Mô hình trồng cây chuối hoa
35
3.15
Mô hình trồng cây chuối nước và cỏ vetiver
36
3.16
Đồ thị so sánh giá trị COD trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
38
3.17
Đồ thị so sánh giá trị BOD
5
trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
39
3.18
Đồ thị so sánh giá trị NH
4
+
-N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
39
3.19
Đồ thị so sánh giá trị NO
3
-
-N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.20
Đồ thị so sánh Tổng N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.21
Đồ thị so sánh giá trị Tổng P trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.22
Mô hình vật liệu bằng PE
42
3.23
Mô hình đảo nổi thực vật sau 4 tuần phát triển
42
3.24
Mô hình đảo nổi thực vật sau 8 tuần phát triển
42
3.25
44
3.26
Đồ thị so sánh BOD
5
45
3.27
Đồ thị so sánh NH
4
+
46
3.28
Đồ thị so sánh NO
3
-
47
3.29
48
3.30
49
3.31
50
3.32
Đồ thị so sánh BOD
5
51
3.33
Đồ thị so sánh NH
4
+
51
3.34
Đồ thị so sánh NO
3
-
52
3.35
53
3.36
54
3.37
55
3.38
Đồ thị so sánh BOD
5
55
3.39
Đồ thị so sánh NH
4
+
56
3.40
Đồ thị so sánh NO
3
-
57
3.41
59
vii
i
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
1
Tên đề tài/dự án:
1
2
Mục tiêu
1
3
Nội dung
1
3.1
Nội dung thực hiện giai đoạn 1
1
3.2
Sản phẩm
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
3
1.1
3
1.1.1 Sự hình thành thảm thực vật nổi tự nhiên
5
1.1.2 Các loài thực vật trên các đảo nổi tự nhiên
6
1.1.3 Ưu – nhược điểm của đảo nổi tự nhiên
7
1.1.4 Đảo nổi nhân tạo
7
1.1.5 Vật liệu chế tạo đảo nổi nhân tạo
8
1.1.6 Thảm thực vật của đảo nổi nhân tạo
10
1.1.7 Các ưu điểm của đảo nổi nhân tạo
11
1.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MVFI ĐIỂN HÌNH
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
12
1.2.1 Một số kết quả N/c ngoài nước
12
1.2.2 Một số kết quả N/c trong nước
14
CHƯƠNG II: NỘI DUNG
15
2. 1
15
15
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
15
2.1.3. Các chỉ tiêu theo dõi
15
2.1.4. Sản phẩm nội dung cần đạt
15
2.2 2
16
2.2.1 Thí nghiệm 1
16
2. 3
17
2.3.1. Thí nghiệm 2
17
2.3.2. Thí nghiệm 3 : .
18
2
20
ii
CHƯƠNG III: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN
21
3.1. - - -
21
3.1.1 - - -
21
3.1.2 Loại thực vật dùng trong nghiên cứu
22
3.2. .
26
3.2.1 Hiệu quả xử lý COD, TN, TP, NH
+
4
-N, NO
-
3
-N
26
3.2.2 Nhận xét chung
33
3.3 Nội dung 3
36
3.3.1. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng trong nước Ao
37
3.3.2 Nhận xét chung
41
3.3.3 c tế
42
2
43
3.4.1. .)
44
3.4.2. .)
49
3.4.3. 03: (Lượng nước bơm vào mô hình: 8 .)
54
3.4.4. 5
63
3.4.5.
63
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
70
PHỤ LỤC
75
iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT
BOD
Nhu cầu oxy sinh h
COD
Nhu cầu oxy hóa học
SS
Chất rắn lơ lửng
KLN
Kim loại nặng
MVFI
Multifuctional Vegetable Floating Island
TBVTV
Thuốc bảo vệ thực vật
PCBs
Polychlorinated Biphenyl
QCVN
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
VSV
Vi sinh vật
TV
Thực Vật
TT
CH
CD
CV
iv
DANH SÁCH BẢNG
SỐ
TÊN BẢNG SỐ LIỆU
Trang
1.1
Tóm tắt các nội dung nghiên cứu giai đoạn 1
1
1.2
2
2
1.3
Tốc độ hấp thu trung bình của MVFI
5
2.1
16
2.2
Tóm tắt các mô hình đất ướt
18
3.1.
21
3.2.
Mô tả hợp phần đưa vào mô hình thí nghiệm
22
3.3
Quá trình theo dõi sự phát triển của cây
26
3.4.
.
27
3.5
BOD
5
3.6
4
+ - .
28
3.7
3
- .
29
3.8
.
31
3.9
.
32
3.10
33
3.11
- )
34
3.12
Sinh khối thực vật tươi bắt đầu và kết thúc thực nghiệm
35
3.13
Chất lượng nước ao trước khi thả đảo nổi thực vật
36
3.14
Chất lượng nước ao sau khi có đảo nổi thực vật
37
3.15
h
37
3.16
41
3.17
-
41
3.18
So
42
3.19
43
v
DANH SÁCH HÌNH
SỐ
TÊN HÌNH ẢNH
Trang
1.1
Sơ đồ miêu tả chức năng của MVFI
4
1.2
Đảo nổi với thực vật nước tại công viên gần Seul – Korea
4
1.3
Bảng chỉ dẫn giới thiệu đảo nổi (giáo dục cộng đồng) - công viên
gần Seul – Korea
4
1.4
Đảo nổi nhân tạo xử lý nước kênh bị ô nhiễm (Nguồn: Floating
Island International, Inc.)
5
1.5
Đảo nổi nhân tạo của công ty BlueWing - USA
9
1.6
Ứng dụng đảo nổi nhân tạo của công ty BlueWing - USA
10
1.7
Đảo nổi nhân tạo của công ty Shingang Hi-Tech - Korea
10
1.8
Ứng dụng đảo nổi nhân tạo của công ty Shingang Hi-Tech - Korea
10
1.9
Vai trò của bộ rễ trong MVFI
11
1.10
Khả năng xử lý P và N hòa tan của các loài thực vật
12
1.11
Kết quả thí nghiệm dạng mẻ với 3 loài thực vật chọn lọc và một bể
kiểm chứng
13
2.1
Mô hình đất ngập nước – thích nghi thực vật
17
2.2.
Mô hình thảm nổi thực vật trên vật liệu xốp PE
18
2.3
Mô hình đảo nổi thực vật
19
2.4.
Vật liệu dùng cho mô hình thảm nổi của Shingang Hi - Tech.
19
2.5.
Quy trình các bước tiến hành nghiên cứu
20
3.1
Địa điểm tiến hành nghiên cứu (cà phê Đất Mới – thôn An Phú
Tây, xã Hưng Long, huyện Bình Chánh, Tp.HCM)
21
3.2
23
3.3.
Câ
23
3.4.
24
3.5
24
3.6
25
3.7
25
3.8
-
27
3.9
Biến đổi NH
4
- -
30
3.10
Biến đổi NO
3
-
- -
31
vi
3.11
-
32
3.12
-
33
3.13
34
3.14
Mô hình trồng cây chuối hoa
35
3.15
Mô hình trồng cây chuối nước và cỏ vetiver
36
3.16
Đồ thị so sánh giá trị COD trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
38
3.17
Đồ thị so sánh giá trị BOD
5
trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
39
3.18
Đồ thị so sánh giá trị NH
4
+
-N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
39
3.19
Đồ thị so sánh giá trị NO
3
-
-N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.20
Đồ thị so sánh Tổng N trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.21
Đồ thị so sánh giá trị Tổng P trước và sau khi thả đảo nổi thực vật
40
3.22
Mô hình vật liệu bằng PE
42
3.23
Mô hình đảo nổi thực vật sau 4 tuần phát triển
42
3.24
Mô hình đảo nổi thực vật sau 8 tuần phát triển
42
3.25
44
3.26
Đồ thị so sánh BOD
5
45
3.27
Đồ thị so sánh NH
4
+
46
3.28
Đồ thị so sánh NO
3
-
47
3.29
48
3.30
49
3.31
50
3.32
Đồ thị so sánh BOD
5
51
3.33
Đồ thị so sánh NH
4
+
51
3.34
Đồ thị so sánh NO
3
-
52
3.35
53
3.36
54
3.37
55
3.38
Đồ thị so sánh BOD
5
55
3.39
Đồ thị so sánh NH
4
+
56
3.40
Đồ thị so sánh NO
3
-
57
3.41
59
vii
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài:
.HCM
- Chủ nhiệm đề tài: PGS.
- Cơ quan chủ trì: Viện Môi trƣờng và Tài Nguyên – Đại học Quốc gia TP.HCM
- Thời gian thực hiện đề tài: Kể từ ngày đề tài được phê duyệt và cấp kinh phí
- Kinh phí đƣợc duyệt: 500.000.000 VNĐ
- Kinh phí đã cấp: theo TB số : TB-SKHCN ngày / /
2. Mục tiêu
1. Nghiên cứu khả năng thích nghi, hấp thụ và xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, chất
dinh dưỡng và kim loại nặng trong điều kiện thực tế của một số loại thực vật nước ngọt
và nước lợ;
2. Xác định những loài thực vật và cách tổ hợp tối ưu các loài này dể phục hồi hiệu
quả môi trường nước bị ô nhiễm.
3. Nội dung:
3.1. Nội dung nghiên cứu của đề tài 01
1
Công việc dự kiến
Công việc đã thực hiện
− Khảo sát lựa chọn khu vực nghiên cứu để
thiết lập mô hình pilot: quy mô diện tích
pilot dao động từ 500 – 1000 m
2
(dự kiến
hồ/ao ô nhiễm thuộc huyện Bình Chánh,
Q.2, Thủ Đức). Tổng quan tài liệu và thiết
lập phương án xây dựng mô hình thích
nghi thực vật
− Thiết kế kỹ thuật mô hình – lựa chọn loài
thực vật (thực vật nước ngọt cho c
cho các khu vực ngoại thành bị nhiễm mặn)
− Triển khai xây dựng mô hình - Lắp đặt
thiết bị. Thiết lập chương trình vận hành
mô hình với các phương án, tải trọng khác
nhau:
− Lựa chọn loại thực vật thích nghi tốt nhất
để trồng trên thảm nổi/đảo nổi: thực vật có
− Khảo sát lựa chọn khu vực nghiên cứu để
thiết lập mô hình pilot: quy mô diện tích
pilot dao động từ 500 – 1000 m
2
(dự kiến
hồ/ao ô nhiễm thuộc huyện Bình Chánh,
Q.2, Thủ Đức). Tổng quan tài liệu và thiết
lập phương án xây dựng mô hình thích
nghi thực vật
− Thiết kế kỹ thuật mô hình – lựa chọn loài
thực vật (thực vật nước ngọt cho
cho các khu vực ngoại thành bị nhiễm mặn)
− Lựa chọn loại thực vật thích nghi tốt nhất
để trồng trên thảm nổi/đảo nổi: thực vật có
mức mức độ phát triển tốt về lá, thân, rễ và
hoa ;
− Thiết lập mô hình thảm nổi/đảo nổi ( kích
thước thảm nổi/đảo nổi phù hợp với diện
2
mức mức độ phát triển tốt về lá, thân, rễ và
hoa ;
− Thiết lập mô hình thảm nổi/đảo nổi ( kích
thước thảm nổi/đảo nổi phù hợp với diện
tích pilot) để trồng các loại thực vật đã
thích nghi lên đó ;
− Thả mô hình thảm nổi/đảo nổi vào khu
vực lựa chọn nghiên cứu phục hồi ;
Theo dõi sự phát triển của thực vật cũng
như các thông số chất lượng nước (SS,
COD, màu, coliform, vv) và cảm quan ;
tích pilot) để trồng các loại thực vật đã
thích nghi lên đó ;
− Thả mô hình thảm nổi/đảo nổi vào khu
vực lựa chọn nghiên cứu phục hồi ;
− Theo dõi sự phát triển của thực vật cũng
như các thông số chất lượng nước (SS,
COD, màu, coliform, vv) và cảm quan ;
1 2
Công việc dự kiến
Công việc đã thực hiện
− Thiết lập chương trình vận hành mô hình
với các phương án tải trọng khác nhau
− Hội thảo – đánh giá nhận xét ;
− Kế hoạch triển khai nhân rộng mô hình ;
− , CH, CN theo 03
− 02
: COD,BOD
5
, NH
4
+- N, NO
3
- N
−
− 01
-
-
− 02
.
3
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
1.1.
ng hay còn gọi là MVFI (Multifuctional
Vegetable Floating Island. Công nghệ này tỏ ra rất hiệu quả, giá thành thấp và có rất nhiều
ưu điểm – là một cách tiếp cận sinh thái rất thân thiện với môi trường. Trên bề mặt các
vật liệu nổi không có đất được phủ các loại thực vật chọn lọc (có khả năng xử lý cao – hấp
phụ các chất ô nhiễm là các muối dinh dưỡng, KLN, chất hữu cơ…).
MVFI là một quần thể thực vật + vi sinh vật nhân tạo, được tạo ra để loại bỏ các chất dinh
dưỡng dư thừa và các chất gây ô nhiễm khác trong các ao hồ, sông/kênh/rạch bị ô nhiễm
bởi nước thải. MVFI sử dụng kết hợp các vi sinh vật (vi khuẩn và tảo) và tổ hợp các thực
vật để loại bỏ có hiệu quả, kết tủa / hoặc lọc chất dinh dưỡng và các chất gây ô nhiễm
khác trong nước: thảm thực vật được phân bổ trên các vật liệu nổi hấp thụ các muối dinh
dưỡng – các chất gây ô nhiễm trong khi các VSV bám vào quần thể rễ thực vật và rễ nhân
tạo (tạo bởi các sợi PE) nằm bên dưới bề mặt nổi để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ.
MVFI có thể coi như một khu đất ngập nước nổi với thảm thực vật lai hợp, có khả năng
lưu giữ nước mưa và xử lý nước bị ô nhiễm.
Các vi sinh vật và thực vật lớn (macrophyte) hấp thu và chuyển hóa các chất ô nhiễm vào
chuỗi dinh dưỡng. Các chất hữu cơ lơ lửng dính bám vào màng sinh học và bị phân hủy,
trở thành thức ăn cho các động vật phiêu sinh, ấu trùng và cá. Chất rắn lơ lửng vô cơ như
KLN ở dạng lơ lửng bị kết tủa. MVFI cũng có khả năng tích trữ CO
2
, cho phép loại bỏ và
chuyển hóa nitrat và amoniac thành Nitơ.
Tóm lại, chức năng chính của MVFI là:
Kiểm soát hệ sinh thái và bảo vệ thủy sinh: thảm thực vật nổi cung cấp nơi trú ngụ và
làm tổ cho phiêu sinh động vật và phiêu sinh thực vật, cùng với nó là hệ VSV dính bám
trên rễ thực vật và rễ nhân tạo có bề mặt tiếp xúc lớn. Do vậy tạo điều kiện cho hệ sinh
thái kiểm soát sự bùng nổ của tảo bằng kiểm soát trên – dưới (top-down control) bằng
phiêu sinh động vật và lọc ánh sáng mặt trời bằng lớp thực vật.
Loại bỏ các muối sinh dƣỡng và các chất ô nhiễm bằng thực vật: Các enzyme của
các VSV dính bám trên hệ rễ thực vật và rễ nhân tạo chuyển đổi nhanh các hợp chất N
hữu cơ và P hữu cơ thành các muối vô cơ dễ dàng cho thực vật hấp thụ, tránh sự bùng nổ
của tảo trong nước – kiểm soát phú dưỡng. Ngoài ra, tùy thuộc vào các thực vật chọn lọc
trồng trên MVFI còn có khả năng hấp thụ một số KLN, các chất ô nhiễm vi lượng hữu cơ
khó phân hủy (PCBs, TBVTV, )
Tăng cƣờng chất lƣợng nƣớc bằng hệ VSV dính bám: các VSV trong ao/hồ tù đọng
có xu hướng bám dính trên hệ rễ thực vật và rễ nhân tạo của MVFI, chúng phân hủy các
hợp chất hữu cơ tạo thành CO
2
và nước – làm giảm ô nhiễm thông qua việc giảm BOD
5
,
COD (tăng cường oxy hòa tan), và giảm các chất ô nhiễm khác.
4
Cung cấp cảnh quan đẹp cho các hồ nƣớc: Với việc phối trộn các loài thực vật có hoa
– lá đẹp cũng như chủ động tạo các hình dáng khác nhau của MVFI.
Hình 1.1: Sơ đồ miêu tả chức năng của MVFI (Nguồn : BlueWing-Env)
Hình 1.2: Đảo nổi với thực vật nước tại công viên gần Seul – Korea (Nguồn: Tuấn Anh)
Hình 1.3: Bảng chỉ dẫn giới thiệu đảo nổi (giáo dục cộng đồng) - công viên gần Seul –
Korea (Nguồn: Tuấn Anh)
5
Hình 1.4: Đảo nổi nhân tạo xử lý nước kênh bị ô nhiễm (Nguồn: Floating Island
International, Inc.)
Đảo nổi có cấu tạo từ các loại vật liệu plastic tái sinh và lớp bọt xốp với các lỗ rỗng có khả
năng nổi trên mặt nước. Trên bề mặt đảo nổi tùy theo môi trường nước sẽ được phủ các
loại thực vật thích hợp. Các loại thực vật phát triển có bộ rễ xuyên qua cấu trúc rỗng của
lớp vật liệu cấu tạo đảo nổi, hấp thụ các chất ô nhiễm trong nguồn nước và qua đó tái tạo
làm sạch nguồn nước.
Thời gian phục hồi các ao, hồ bị ô nhiễm phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau như diện tích
mặt nước, thể tích nước, chất lượng nguồn nước, kích thước chiếm chỗ của MVFI, sự phát
triển của thực vật và VSV cũng như nhiều yếu tố môi trường khác. Tuy nhiên thực tế đối
với các nguồn nước bị ô nhiễm cần phục hồi nhanh thì diện tích MVFI cần thiết phải cao
gấp 10 - 20 lần tức là chiếm từ 5 – 10% diện tích mặt thoáng.
Tốc độ hấp thu các chất ô nhiễm của MVFI thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1.3. Tốc độ hấp thu trung bình của MVFI
Chất ô nhiễm
Tốc độ hấp thu trung bình
(kg/ha - year)
Hiệu quả loại trừ
(%)
Tổng Ni tơ (TN)
1,012
68.3
Tổng Phospho (TP)
0,1185
65.6
TSS
0,55
78.6
BOD
5
4,7
69.2
Đồng
0,0004
58
Kẽm
0,004
17.5
(Nguồn:
1.1.1 Sự hình thành thảm thực vật nổi tự nhiên
Các đảo thực vật nổi tự nhiên bao gồm các thực vật nổi trên mặt nước, gồm thực vật có rễ
sống hoặc chết hoặc trên các vật thể nổi khác - các tảng than bùn.Các tảng than bùn cũng
có thể nổi lên do sự gia tăng quá trình phân hủy kỵ khí làm tăng khí tích lũy trong chúng
và đến một mức độ nào đó chúng sẽ nổi lên, sau đó do chúng giàu chất dinh dưỡng và chất
hữu cơ cho nên thực vật sẽ phát triển trên chúng tạo thành các đảo thực vật nổi tự nhiên.
6
Tại các vùng đất ngập nước thì đảo nổi cũng có thể hình thành khi các thực vật nước tụ
lại với nhau tạo thành một chiếc bè (có thể gắn hoặc không gắn vào bờ). Thảm thực vật
nước bản thân không được coi là một đảo nổi, nhưng chúng là giai đoạn khởi đầu. Trầm
tích và các mảnh vỡ bị mắc kẹt trong rễ bắt đầu liên kết tạo thành một tấm thảm nổi ken
dầy. Nếu không có tấm thảm này, các thực vật thủy sinh có thể phá vỡ nó một cách dễ
dàng. Thảm nổi về cơ bản bao gồm hai phần: phần đầu là nhóm các thực vật thủy sinh nổi
như Pistia stratiotes (rau diếp nước) và bèo tây (lục bình) - chúng được coi là thành phần
chính của đảo nổi trên vùng đất ngập nước; phần hai sau khi trầm tích tích tụ và hình
thành thảm nổi - cho phép các loài thực vật thứ cấp phát triển trên thảm. Các loài thực vật
sơ cấp và thứ cấp thay đổi tùy thuộc vị trí và điều kiện thực tế.
Nguyên nhân thứ ba hình thành đảo nổi tự nhiên do các động vật đáy (benthos) phá vỡ cấu
trúc rễ làm thảm thực vật nước và chất nền nổi trên bề mặt nước. Sau khi hệ rễ thảm thực
vật vỡ ra từ phía dưới bề mặt, một số sinh khối thực vật sẽ rời ra và trôi nổi trong nước.
Nếu có đủ sức nâng, đảo có thể nổi và duy trì chính nó, tuy nhiên những đảo này thường
là tạm thời trong tự nhiên.
Để có thể tự duy trì, các đảo phải nổi và bền vững chắc. Thảm nổi tạo điều kiện thuận lợi
cho thực vật phát triển, hơn nữa lớp bên trên bao gồm sinh khối chết và trầm tích được
liên kết với nhau bởi hệ rễ và thân rễ thực vật. Khí trong bản thân thực vật sống hoặc chết
tạo thành các phao nổi cho đảo. Các đảo nổi tự nhiên thường có lớp hữu cơ dày 40-60 cm
giúp cho thực vật phát triển, nhưng có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau. Các đảo nổi
rất đa dạng và thay đổi tùy theo thuỷ văn, chất nền, và thảm thực vật. Đảo nổi tự nhiên
chia thành các lớp khác nhau: VD 20-30 cm đầu bao gồm các gốc/rễ thực vật sống và
chết; 30-50 cm tiếp theo là các phần đã phân hủy được như than bùn. Sau khi hình thành
các thảm nổi do các liên kết rễ thực vật, các loài thực vật thứ cấp có thể nảy mầm và phát
triển trên các thảm nổi này – đó là con đường mà các loài thực vật có rễ có thể phát triển
tại các vùng nước sâu, nơi mà chúng trước đó không có cơ hội sống sót.
1.1.2 Các loài thực vật trên các đảo nổi tự nhiên
Các loài thực vật trên các đảo nổi tự nhiên rất đa dạng, tuy nhiên thông thường chúng là
các loài thực vật bản địa tìm thấy trong khu vực vì đa số các đảo nổi tự nhiên hình thành
từ các thực vật địa phương. Các loài thực vật trên đảo nổi tự nhiên sẽ thay đổi tùy thuộc
vào sự hình thành chúng và sự phát triển nối tiếp. Các loài thực vật ban đầu của đảo nổi tự
nhiên là các loài thực vật nổi hoặc nhúng chìm trong nước như Eichhornia crassipies (lục
bình) và Achyranthes philoxeroides (cỏ gai). Tiếp theo các loài thực vật thứ cấp là các loài
cỏ có rễ như Phragmites communis (sậy) và Leersia hexandra (lúa dại sáu nhị - cỏ môi),
Hymenachne amplexicaulis (cỏ đầm lầy Tây Ấn) và Paspalum paspaloides ) và các
thực vật nổi khác như Ludwigia spp. (rau mương - hoa anh thảo liễu), Scirpus spp. (cói),
và Typha spp. (bồn bôn). Các loài thực vật có rễ khác có khả năng tạo thảm thực vật nổi
bao gồm Carex spp. (cói), Cladium spp. (môn kiểng), Cyperus spp. (cỏ lác), và Vossia
spp. (cỏ nước).
7
1.1.3 Ưu – Nhược điểm của đảo nổi tự nhiên
Đảo nổi tự nhiên cung cấp môi trường sống/làm tổ cho các loài chim/thủy cầm, nơi sinh
sống cho các động vật hoang dã, và khả năng loại bỏ các chất dinh dưỡng dư thừa trong
nước. Đảo nổi tự nhiên cũng giúp cho việc duy trì sự đa dạng sinh học về các loài thực vật
đất ngập nước. Đảo nổi có sự phong phú loài cao hơn so với bản thân môi trường nước
sâu do thảm thực vật nổi tồn tại trên chúng – nơi nếu không có chúng thì không thể tồn tại.
Các đảo nổi tự nhiên góp phần duy trì và bổ sung ngân hàng hạt giống của các loài thực
vật: Đảo nổi tự nhiên giúp thực vật phát triển tại khu vực liên tục bị ngập nước mà nếu
không có đảo thì không có cơ hội cho chúng nảy mầm trên chất nền – thảm nổi.
Các đảo nổi tự nhiên là môi trường sinh sống cho nhiều loài cá, ngoài ra do tính chất trôi
nổi chúng cũng góp phần phân tán các hệ sinh vật mới tại các địa điểm khác với địa điểm
ban đầu. Quan sát cho thấy bên dưới các đảo nổi tự nhiên là một hệ động vật thủy sinh vô
cùng phong phú, bao gồm ấu trùng con chuồn chuồn, bọ cạp nước (Hemiptera Nepidae),
Caridina nilotica (tôm nước ngọt), và các loài cá con trong khi bên trên chúng là các loài
bò sát, côn trùng, thủy cầm…
Tuy nhiên, đôi khi các đảo nổi tự nhiên cũng gây ra các vấn đề về môi trường và thiệt hại
kinh tế, ví dụ sự phát triển quá mức của các đảo nổi thực vật gây các ảnh hưởng xấu đến
giao thông vận tải (các thảm bèo tây lớn), ảnh hưởng đến các hoạt động vui chơi giải trí
hoặc đánh bắt thủy sản…
1.1.4 Đảo nổi nhân tạo
Để ứng dụng các lợi ích ưu điểm của đảo nổi tự nhiên cho môi trường nước mặt đã/có khả
năng bị ô nhiễm, công nghệ đảo nổi đất ngập nước kiến tạo (CFVI - Constructed Floating
Wetleand Island) đã được nghiên cứu và phát triển trong những thập kỷ gần đây
(Nakamura & Shimatani 1993; Headley & Tanner, 2006; Kelly & Southwood, 2006; Li et
al, 2007; Li et. al, 2010; Medcalf & Rothenburg, 2010). Nó còn được gọi bằng các tên
khác như thảm thực vật nổi (FVM – Floating Vegetable Mat), đảo nổi nhân tạo (AFI –
Artificial Floating Island), thảm sậy nổi (Floating Reedbed Rafts), bãi cỏ nổi (Floating
Meadows), phao cỏ Vetiver (Vetiver Grass Pontoons), phục hồi ao nổi (Floating Pond
Restorer), đảo nổi BioHaven
TM
, Beemats
LLC
và đảo đất ngập nước nổi Aquagreen
TM
(Headley và Tanner, 2006). Đảo nổi nhân tạo đầu tiên được xây dựng năm 1980 tạo môi
trường cho thủy cầm làm tổ và được gọi là 'schwimmkampen' - tạm dịch là ―thành phố
nổi‖ (Hoeger, 1988). Gần đây, công nghệ đảo nổi nhân tạo cho phép tối ưu hóa thực vật
đất ngập nước bằng cách cho chúng phát triển trên các vùng nước sâu (Kerr-Upal et al,
2000; Visser et al, 2006). Từ đó gia tăng môi trường sống của động vật hoang dã và cải
tạo chất lượng môi trường nước thông qua việc loại bỏ dư thừa chất dinh dưỡng và các
chất ô nhiễm khác (Tanner, 1996; Stewart et al, 2008). Đảo nổi nhân tạo - MVFI có bốn
chức năng chính: 1)Lọc nước, 2) Cải thiện môi trường sống, 3) Bảo vệ xói mòn, và 4) Tạo
cảnh quan đẹp (Nakamura & Mueller, 2008).
8
1.1.5 Vật liệu chế tạo đảo nổi nhân tạo
Các MVFI được tạo thành từ các loại thực vật tự nhiên bản địa thông qua việc hình thành
thảm nổi cho chúng phát triển. MVFI được làm từ các vật liệu khác nhau như mút xốp
(styrofoam), kim loại, nhựa, thân thực vật, hoặc thậm chí từ bùn đáy hồ (Headley &
Tanner, 2006, Kelly & Southwood, 2006; Nahlik & Mitsch, 2006; Visser et al, 2006;. Li et
al, 2007; Nakamura & Mueller, 2008, Stewart et al, 2008; Hu et al, 2010; Li et al, 2010.;
Medcalf & Rothenburg, 2010). Tuy chúng có kích thước khác nhau, tuy nhiên yêu cầu
chung là phải bền vững, hoạt động tốt, không gây ảnh hưởng đến môi trường, nổi, dễ dàng
neo và không được quá nặng (Kerr-Upal et al, 2000). Có thể làm bằng bất cứ nguyên liệu
gì, nhưng nếu không đạt các yêu cầu nêu trên thì MVFI có thể không đạt được mục tiêu
phục hồi môi trường nước dự kiến.
Vật liệu làm MVFI rất đa dạng, quan trọng là vật liệu phải nhẹ, xốp để có thể nổi trên mặt
nước. Ngoài ra độ dày của lớp vật liệu cũng phải tính toán để không những nó có thể
mang bản thân nó nổi trên mặt nước mà còn mang được trọng lượng của lớp phủ thực vật
và đôi khi ngay cả các vật khác chẳng hạn như người có thể đi trên đó được – đảo nổi
(floating island). Thông thường để cho người có thể đi y,
điều này sẽ ảnh hưởng đến giá thành (tốn nguyên liệu) hoặc phải dùng hệ thống phao nổi
viền xung quanh (ảnh hưởng đến thẩm mỹ).
MVFI có thể được phân thành hai nhóm là MVFI 'ướt' với thảm thực vật nhúng chìm
trong nước, và MVFI "khô" với thảm thực vật phát triển bên trên khối đảo nhân tạo
(Nakamura & Mueller, 2008). Các MVFI 'ướt' được sử dụng thường xuyên hơn với các
vật liệu thông dụng như xơ dừa (Nakamura và Mueller, 2008).
− MVFI Schwimmkampen của công ty Bestmann Green Systems
TM
với lớp vật liệu bên
dưới làm từ polyethylene, polyurethane, và neoprene và lớp bên trên từ sợi thiên nhiên và
lie (Hoeger, 1988). Lớp lie tạo thêm khả năng nổi cho đảo đảo. Các vật liệu bền vững với
vi sinh và các loài gây hại khác (Hoeger, 1988).
− Nakamura và Shimatani (1996) chế tạo MVFI bằng khung thép với bọt styrene. Các
khung được phủ bọt polyurethane và trồng Zizania latifolia T. (lúa hoang), Typha latifolia
L., Scirpus triangulatus Roxb. (cây bồ hoàng/bồn bồn), Sparganium erectum L. (sậy), Iris
pseudacorus L., và Phragmites australis (sậy) và đặt ở Hồ Kasumigaura, Nhật Bản. Đảo
nổi này tồn tại ba năm trong suốt quá trình nghiên cứu.
− Sáu mươi ba MVFI được làm từ các tấm polystyrene (mút xốp) trong các khung bằng
gỗ với kích thước 3.6 m × 2.4 m ở Scotland cho sự phát triển của loài thủy cầm Gavia
stellata (vịt mào đen và đỏ). Toàn bộ MVFI được bao bằng lưới đánh cá và trồng
Trichophorum spp. (cây bồ hoàng/bồn bồn), Eriophrum spp. (cói bông), Calluna spp.
(thạnh thảo) và Juncus spp. (kinh giới). MVFI được neo vào đáy hồ để ngăn trôi dạt
(Hancock, 2000).
− Visser và Sasser (2006) đã thử nghiệm nhiều loại MVFI với các loại vật liệu khác nhau
về cấu trúc nguyên trạng, tính nổi, và đáp ứng tăng trưởng tại trung tâm nông nghiệp
9
thuộc ĐH bang Louisiana (LSU), các MVFI được thử nghiệm trong hồ bên ngoài. Nhiều
loại vật liệu được sử dụng làm khung và chất nền cho MVFI, bao gồm gỗ, PVC, tre, mút
xốp, bao tải, sợi dừa, lông gà và đay. Tất cả các đảo được trồng ban đầu với Panicum
hemitomon (cỏ đầm lầy). Kết quả cho thấy khung bằng PVC và tre có tính nổi tốt nhất và
kết quả dẫn đến đa dạng loài lớn hơn so với loại MVFI làm bằng vật liệu khác. Nếu khung
MVFI không giữ nổi thì bề mặt MVGFI dễ tan rã. Tương tự, Kelly và Southwood (2006)
thiết kế 174 MVFI từ ống PVC có đường kính 20 cm, bên trong là lưới mạ kẽm và các
tấm xơ dửa làm chất nền cho các thực vật phát triển.
− Một loại vật liệu rất sáng tạo được sử dụng làm MVFI là các trầm tích nạo vét. Thảm
bùn sinh thái nổi (ESFI – Ecological Sludge Floating Bed) được Hu và cộng sự (2010)
nghiên cứu sử dùng làm vật liệu cho MVFI. Trầm tích nạo vét kết hợp với xỉ thép lò điện
tạo thành lớp thảm nổi cho thực vật phát triển, kích thước của MVFI là 80 cm × 80 cm × 5
cm.
− MVFI của công ty BlueWing (USA): được cấu tạo 2 lớp, lớp phía trên làm bằng các sợi
từ chai PET tái chế (đã thử nghiệm không gây độc cho cá) và lớp phía dưới từ bọt
polyurethane xốp có độ nổi rất lớn. Các tấm MVFI được liên kết bằng khung từ các ống
PVC hoặc bằng dây cáp. Các tấm MVFI có thể có hình dạng và kích thước tùy ý (theo
thiết kế: vuông, tròn, ô van,…): kích thước cơ sở từ 8 – 400 ft2 (khoảng 2 – 36 m
2
); chiều
dày thông thường là 8 inch (20 cm) và độ nâng là 9 lb/ft2 (45 kg/m
2
). Các tấm MVFI
đưuợc khoét lỗ tròn đường kính 2.5 – 4 inch. Với kích thước đủ lớn, các tấm MVFI của
công ty BlueWing cho phép người có thể đứng và đi lại trên bề mặt.
− MVFI của công ty Shingang Hi-Tech (Korea): được cấu tạo từ 3 lớp, lớp trên làm bằng
sợi bông PE dày 6 cm, lớp dưới bằng mút xốp FELT (xốp EVA tương tự dép xốp) dầy 3
cm, lớp dưới cùng bằng sợi vải coton hoặc PE dày 10 mm. Hai lớp trên được khoét lỗ tròn
đường kính 5 cm. Dưới cùng MVFI là khung lưới bằng inox để giữ hình dàng cho tấm
MVFI và toàn bộ được bao bọc bằng lưới sợi PE. Để tạo các giá thể dính bám cho VSV
(rễ giả) có các dây tết bằng sợi PE chiều dài 1.5 m một đầu đính vào lưới inox và đầu kia
có buộc vật nặng bằng onix để làm chìm dây. Các tấm MVFI được liên kết với nhau bằng
dây và độ nâng khoảng 10 kg/m
2
. Để cho phép người đi dạo trên các tấm MVFI cần bổ
sung thêm hệ phao bao quanh bằng vật liệu PE rỗng (xem Hình 2.8)
Hình 1.5: Đảo nổi nhân tạo của công ty BlueWing - USA
