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 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

Chuyên nga
̀
nh: Khoa học môi trường
M s: 60 85 02

LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃
KHOA HO
̣
C

NGƯƠ
̀
I HƯƠ
́
NG DÂ

̃
N 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 thải bằng thực vật thủy sinh
Nguyễn Thị Thanh Huệ K17 Cao học môi trường
69
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Ví dụ về các hệ đất ngập nước kết hợp 20
Bảng 1.2. Vai trò của thực vật trong đất ngập nước 24

Bảng 2.1. Dự báo quy mô dân số của thị trấn Hùng Quốc từ năm 2009 - 2025
26
Bảng 2.2. Dự báo lượng rác thải của thị trấn Hùng Quốc từ năm 2009-2025.
27
Bảng 2.3. Thành phần chất thải tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 28
Bảng 2.4. Giá trị trung bình của các thông số trong nước rỉ rác tại bãi rác thị
trấn Hùng Quốc (trước bể lắng) 30
Bảng 3.1. Đặc điểm chung của đất ngập nước nhân tạo cho xử lý nước rỉ rác
tại Slovenia 39
Bảng 3.2. Thành phần nước rỉ rác với các giá trị trung bình cho các thông số
chính theo dõi trong dòng vào (I) và thoát ra (O) của ba hệ thống đất ngập
nước nhân tạo trong thời gian nghiên cứu.) tại Slovenia. 39
Bảng 3.3. Giá trị trung bình các thông số trong nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn
Hùng Quốc (trong bể lắng) 52
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
70
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Thực vật nổi 8
Hình 1.2. Thực vật ngập nước 9
Hình 1.3. Thực vật trôi nổi 10
Hình 1.4. Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải. 12
Hình 1.5. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật nổi.
13
Hình 1.6. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước với thực vật ngập nước. . 14
Hình 1.7. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật trôi
nổi. 15
Hình 1.8. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang. 16
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng từ trên xuống. 17

Hình 1.10. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng . 18
Hình 2.1. Bãi rác thị trấn Hùng Quốc- Huyện Trà Lĩnh 28
Hình 2.2. Máng thu nước đặt dưới chân núi tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 29
Hình 2.3. Bể thu nước mưa và nước rỉ rác tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc 29
Hình 3.1. Phân biệt hai giống cỏ Vetiver 46
Hình 3.2. Mô hình hệ thống kết hợp VF-HF tại bãi rác thị trấn Hùng Quốc . 51
Hình 3.3. Mô hình tổng thể của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tại bãi rác thị
trấn Hùng Quốc 53

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
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, nhất là đối với những người dân sống trong và gần
những vùng đất ngập nước như là: lương thực, thực phẩm, vật liệu làm nhà
cửa,… Bên cạnh đó, nó còn có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ môi
trường, cân bằng sinh thái, duy trì đa dạng sinh học, điều tiết dòng chảy, góp
phần ứng phó với biến đổi khí hậu. 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…
Ngày nay trên thế giới, việc sử dụng đất ngập nước nhân tạo để xử lý
nước ô nhiễm rất được quan tâm do việc sử dụng đất ngập nước tương đối rẻ,
dễ vận hành, có khả năng cải thiện tình trạng của hệ sinh thái khu vực và duy
trì khả năng bảo vệ môi trường của đất ngập nước. Ở Việt Nam cũng có một
số nghiên cứu như: sử dụng đất ngập nước để xử lý nuớc thải mỏ hay xử lý

nước thải làng nghề Phong Khê – Bắc Ninh,… Nhưng chưa được áp dụng
rộng rãi với các loại nước thải khác nhau bởi mối tương quan giữa các yếu tố
môi trường đến hiệu quả xử lý vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện
dẫn đến hiệu quả xử lý trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo là chưa cao. Do
đó việc học hỏi từ những bài học trên thế giới là cần thiết để nghiên cứu và
ứng dụng hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp, thân thiện với
môi trường và phù hợp với điều kiện nuớc ta. Vì vậy, nên chúng tôi chọn đề
tài nghiên cứu: “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải bằng
thực vật thủy sinh”.
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
Các nội dung nghiên cứu gồm:
- Tổng quan về vùng đất ngập nước tự nhiên và nhân tạo.
- Các loài thực vật thủy sinh được sử dụng trong xử lý nước thải.
- Ứng dụng đất ngập nước ở Việt Nam, bài học kinh nghiệm trên thế giới
trong xử lý nước rỉ rác.
- Thiết kế mô hình đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác tại thị trấn Hùng
Quốc, huyện Trà Lĩnh- tỉnh Cao Bằng.
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
3
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƢỚC VÀ THỰC VẬT
ĐẤT NGẬP NƢỚC
1.1. Khái quát về Đất ngập nƣớc
1.1.1 Các định nghĩa về Đất ngập nước
Thuật ngữ “Đất ngập nước” - ĐNN được hiểu theo nhiều cách khác
nhau, tuỳ theo quan điểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác
nhau. Các định nghĩa về đất ngập nước có thể chia làm 2 nhóm chính: nhóm

thứ nhất theo định nghĩa rộng và nhóm thứ hai theo định nghĩa hẹp.
- Các định nghĩa về đất ngập nước theo nghĩa rộng như định nghĩa của
công ước Ramsar, định nghĩa theo chương trình điều tra đất ngập nước của
Mỹ, Canada, Niu Di-lân và Ôxtrâylia.
+ Theo công ước Ramsar (năm 1971) đất ngập nước được định nghĩa
như sau: "Đất ngập nước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng
nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ,
là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả
những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủy triều ở mức thấp nhất không
vượt quá 6m."
+ Theo chương trình quốc gia về điều tra đất ngập nước của Mỹ: về vị trí
phân bố, đất ngập nước là những vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái
trên cạn và những hệ sinh thái thuỷ vực. Những nơi này mực nước ngầm
thường nằm sát mặt đất hoặc thường xuyên được bao phủ bởi lớp nước nông.
Đất ngập nước phải có một trong ba thuộc tính sau:
Có thời kỳ nào đó, đất thích hợp cho phần lớn các loài thực vật thủy sinh.
Nền đất hầu như không bị khô.
Nền đất không có cấu trúc rõ rệt hoặc bão hòa nước, bị ngập nước ở mức
cạn tại một số thời điểm nào đó trong mùa sinh trưởng hàng năm.
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
4
+ Theo các nhà khoa học Canada : "Đất ngập nước là đất bão hòa nước
trong thời gian dài đủ để hỗ trợ các quá trình thủy sinh. Đó là những nơi khó
tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt động sinh học thích hợp với
môi trường ẩm ướt."
+ Theo các nhà khoa học Niu Di-lân : "Đất ngập nước là một khái niệm
chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên. Những
vùng đất ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất và nước.
Nước có thể là nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn. Đất ngập nước ở trạng thái

tự nhiên hoặc đặc trưng bởi các loại thực vật và động vật thích hợp với điều
kiện sống ẩm ướt."
+ Theo các nhà khoa học Ôxtrâylia: "Đất ngập nước là những vùng đầm
lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc
theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn,
bao gồm những bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thuỷ triều
xuống thấp."
+ Định nghĩa do các kỹ sư quân đội Mỹ đề xuất và là định nghĩa chính
thức tại Mỹ: "Đất ngập nước là những vùng đất bị ngập hoặc bão hoà bởi
nước bề mặt hoặc nước ngầm một cách thường xuyên và thời gian ngập đủ để
hỗ trợ cho tính ưu việt của thảm thực vật thích nghi điển hình trong điều kiện
đất bão hoà nước. Đất ngập nước nhìn chung gồm: đầm lầy, đầm phá, đầm lầy
cây bụi và những vùng đất tương tự."
- Những định nghĩa theo nghĩa hẹp thì nhìn chung đều xem đất ngập
nước như đới chuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi
trường trên cạn và ngập nước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự
phát triển của một hệ thực vật đặc trưng.
Hiện nay định nghĩa theo công nước Ramsar là định nghĩa được nhiều
người sử dụng.
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
5
1.1.2. Chức năng của đất ngập nước
- Nạp nước ngầm: nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các
tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành
dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng.
- Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: bằng cách giữ và điều hoà lượng nước
mưa như bồn chứa tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm
hoặc hạn chế lũ ở vùng hạ lưu.
- Ổn định vi khí hậu: do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ

sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O
2
và
CO
2
trong khí quyển làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là
nhiệt độ và lượng mưa ổn định.
- Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn : nhờ lớp phủ
thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng làm giảm
sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt.
- Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm: vùng đất ngập nước
được coi như là bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất
độc (chất thải sinh hoạt và công nghiệp).
- Giữ lại chất dinh dưỡng: làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của
các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó.
- Sản xuất sinh khối: rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi tạo ra nguồn
sinh khối lớn, làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật
hoang dã cũng như vật nuôi.
- Giao thông đường thủy: hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa
nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng
bằng sông Cửu Long, vận chuyển đường thủy đóng vai trò hết sức quan trọng
trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa
phương.
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
6
- Giải trí, du lịch: các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim (Tam
Nông, Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp
như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền
Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí.

1.2. Khái quát nhóm thực vật đất ngập nƣớc
1.2.1. Giới thiệu chung
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 ĐNN 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.
1.2.2. Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh
- Các loại thực vật thuỷ sinh tuy không đa dạng bằng các loài phát triển
trên cạn, nhưng thực vật thuỷ sinh cũng phát triển phong phú ở nhiều nơi trên
trái đất đặc biệt là ở những vùng có khí hậu nóng ẩm nhưng vùng xích đạo,
cận xích đạo.
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
7
Trong quá trình phát triển chịu sự ảnh hưởng rất lớn của các điều kiện
môi trường nước như :
+ Nhiệt độ
+ Ánh sáng

+ Chất dinh dưỡng và các chất có trong nước
+ pH của nước
+ Chất khí hoà tan trong nước
+ Độ mặn (hàm lượng muối) có trong nước
+ Chất độc hại có trong nước
+ Dòng chảy của nước
+ Sinh thái của nước.
- 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.
1.2.2.1. Thực vật nổi
Thực vật nổi là những dạng chiếm ưu thế trong vùng đất ngập nước và
đầm lầy, phát triển trong một phạm vi mực nước từ 0,5 m dưới mặt đất đến độ
sâu 1,5 m hoặc sâu hơn nữa (Hình 1.1). Nói chung, chúng có thân và lá cây
tiếp xúc với không khí và hệ thống rễ lớn. Thân và lá của thực vật nổi có
nhiều điểm tương đồng với các loại thực vật trên mặt đất về hình thái học và
sinh lý. Các cây một lá mầm, chẳng hạn như Phragmites và Typha, hình thành
các lá thẳng đứng từ hệ thống thân rễ và rễ.
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
8

Hình 1.1. Thực vật nổi
Hệ thống rễ và thân rễ của các loại cây này tồn tại vĩnh viễn trong trầm
tích kỵ khí và phải lấy ôxy từ các cơ quan trên không để phát triển. Tương tự,
những tán lá non dưới nước phải có khả năng hô hấp kị khí trong thời gian
ngắn cho đến khi sống được trên mặt nước.
1.2.2.2. Thực vật ngập nước

Là những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới mặt nước). Đặc
điểm quan trọng của các loài thực vật ngập nước là chúng tiến hành quang
hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong nước. Những thực vật
ngập nước tồn tại hai dạng: một dạng thực vật có rễ bám vào đất, hút chất
dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước, một dạng rễ và lá lơ lửng
trong lòng nước (Hình 1.2). Ví dụ về các thực vật ngập nước bao gồm
Cacomba caroliniana (rong chó), Ceratophyllum spp. (rong nước),
Potamogeton spp. (Cỏ ao), Utricularia spp. (rong chìm dưới nước)


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
9

Hình 1.2. Thực vật ngập nước
1.2.2.3. Thực vật trôi nổi
Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước trong vùng nhiệt đới.
Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần, phần lá
và thân mềm nổi trên bề mặt nước (Hình 1.3). Đây là phần nhận ánh sáng mặt
trời trực tiếp. Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm. Chúng
phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước
và chuyển lên lá, thực hiện các quá trình quang hợp. Các loài thực vật trôi nổi
phát triển và sinh sản rất mạnh.
Nhóm thực vật này bao gồm các loài sau : bèo lục bình (Eichhornia
crassipes), bèo tấm (Lemaceae), rau diếp (Pistia stratiotes L.), rau muống
(Ipomoea aquatica Forsh), rau má (Hydrocotyle umbellata L.)… Những loài
thực vật này nổi trên mặt nước và chúng thường chuyển động trên mặt nước
theo gió thổi và theo dòng chảy của nước.
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

10

Hình 1.3. Thực vật trôi nổi
1.3. Các loại hình đất ngập nƣớc và quá trình xử lý trong đất ngập
nƣớc
1.3.1. Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch 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 (Wentz, 1987). 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 (Brix,
1993a). 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 (Bastian, 1993). Đất
ngập nước nhân tạo có thể được xây dựng với mức độ kiểm soát lớn hơn, do
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
11
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 (Seidel, 1976), 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.

1.3.2. Các loại hình đất ngập nước
Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dòng chảy, môi trường và các loài
thực vật trồng trên bãi lọc. Ta có thể phân loại bãi lọc trồng cây (đất ngập
nước) thành hai loại:
1.3.2.1. Đất ngập nước tự nhiên
Nhìn chung, ĐNN tự nhiên xử lý được nước thải từ đô thị, công nghiệp,
nước mưa và nông nghiệp. Nhân tố quan trọng nhất trong việc quyết định
ĐNN hoạt động như một hệ thống xử lý đó là thực vật. Nhiều loài cây thuộc
ĐNN tự nhiên không thể sống lâu do sự gia tăng nhiều dòng chảy (theo
EPA,1993). Chỉ một số ít trong tổng số các loài vùng ĐNN thích nghi được
trong môi trường nước tự nhiên, dù vậy có ba loại ĐNN 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. Nhìn chung, đây là ba loại hình ĐNN cơ
bản thích hợp xử lý: (1) dòng chảy ngang cố định trong một hồ, (2) dòng chảy
ngang cố định trong một con sông và (3) dòng chảy thẳng đứng hay chéo vận
chuyển trong mặt đất nghiêng và cố định trong một vùng nhận nước.
1.3.2.2. Đất ngập nước nhân tạo
Hệ thống đất ngập nước nhân tạo là các hệ thống được thiết kế và xây
dựng nhằm tận dụng các quá trình tự nhiên kết hợp với sử dụng đất, thảm
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
12
thực vật ngập nước và hệ vi sinh vật để xử lý nước thải. Các loại nước nhân
tạo được trình bày trong Hình 1.4
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 (Brix, 1993a).

Hình 1.4. Các hệ đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải.
a. Các hệ thống dòng chảy bề mặt
Đất ngập nước với dòng chảy bề mặt còn gọi là đất ngập nước nhân tạo
dòng chảy tràn trên bề mặt (Free water surface constructed wetlands - FWS
CW) bao gồm các lưu vực hoặc các kênh, với đất hoặc các vật liệu khác thích
hợp cho thực vật có rễ và mực nước chảy qua hệ tương đối nông, vận tốc
dòng chảy nhỏ, và có thân cây và lá cây điều tiết lưu lượng nước, nhất là các
kênh dài, hẹp, đảm bảo điều kiện dòng chảy không bị xáo trộn. Một trong
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
13
những mục đích thiết kế chính của hệ là cho nước thải tiếp xúc với bề mặt
sinh học hoạt động (Kadlec và Knight, 1996). Các FWS CW có thể được
phân loại theo các loại thực vật như sau:
a.1. Hệ thống với thực vật nổi
Đất ngập nước dòng chảy tràn trên bề mặt với thực vật nổi (Hình 1.5) là
một lưu vực nông hoặc chuỗi các lưu vực, có chứa 20-30 cm đất rễ, với độ
sâu 20-40 cm. Thảm thực vật dày đặc nổi lên bao phủ gần hết bề mặt, thường
là trên 50%.


Hình 1.5. Sơ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo
với thực vật nổi ( Vymazal, 2001a)
Đất ngập nước dòng chảy tràn bề mặt với thực vật nổi có chức năng như
hệ thống xử lý sinh học đất thâm canh. Nước vào có chứa các hạt rắn lơ lửng

và các chất ô nhiễm hòa tan chảy tràn vào vùng nước nông và thực vật nổi
(Kadlec và Knight, 1996). Loại bỏ chất rắn lơ lửng thường là một quá trình
vật lý khá nhanh chóng. Các cơ chế loại bỏ chính là trầm tích, tổng hợp và độ
bám dính bề mặt (QDNR, 2000). Các hạt lớn nhất và nặng nhất sẽ lắng trong
vùng nước vào, trong khi các hạt nhỏ hơn và nhẹ hơn lắng sau khi chảy vào
thảm thực vật đất ngập nước (QDNR, 2000). Các hạt nhỏ hơn cũng có thể
không lắng trong thời gian lưu trong vùng đất ngập nước. Đối với các hạt này
Đất
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
14
cơ chế loại bỏ là bám dính vào những thực vật nổi và các màng sinh học đang
phát triển trên bề mặt của các cây này.
Chất hữu cơ lắng xuống được loại bỏ nhanh chóng trong các hệ thống
dưới điều kiện tĩnh bởi lắng đọng và lọc. Sự phát triển của vi khuẩn bám dính
sẽ loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan đang bị phân hủy kị khí cũng như hiếu
khí. Các con đường phân hủy cacbon trong đất ngập nước được xác định bởi
sự cân bằng giữa tải cacbon và nguồn oxy cung cấp. Oxy được cung cấp cho
các cột nước vùng đất ngập nước bằng cách khuếch tán qua màng ngăn cách
không khí-nước và thông qua các hoạt động quang hợp của cây trong cột
nước, cụ thể là thực vật bám dính và tảo đáy (Kadlec và cộng sự, 2000).
a.2. Hệ thống với thực vật ngập nước
Thực vật thủy sinh này có mô quang hợp hoàn toàn trong nước (Hình
1.6). Tuy nhiên chúng chỉ phát triển tốt trong môi trường nhiều ôxy, do đó
không thể được sử dụng trong nước thải với hàm lượng chất hữu cơ dễ phân
huỷ sinh học cao bởi vì sự phân hủy của vi khuẩn sẽ tạo điều kiện thiếu ôxy
(Brix, 1993a).

Hình 1.6. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước
với thực vật ngập nước (Vymazal ,2001a)

Do điều kiện giới hạn về nồng độ dinh dưỡng, ánh sáng, độ đục nên việc
sử dụng thực vật này dành cho xử lí cấp 3.
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
15
a.3. Hệ thống với thực vật trôi nổi tự do
Đất ngập nước với thực vật nổi tự do bao gồm một hoặc nhiều ao nông,
và thực vật trôi nổi trên bề mặt (Hình 1.7). Thực vật trôi nổi rất đa dạng về
hình thức và dạng hoạt động, từ các loài thực vật lớn với lá nổi và rễ ngập
nước rất phát triển (ví dụ, Eichhornia crassipes - lục bình hoặc Pistia
stratiotes - rau diếp), thực vật nổi bề mặt có ít hoặc không có rễ (ví dụ
Lemnaceae - bèo tấm, Lemna spp, Spirodela polyrhiza, Wolffia spp (Brix và
Schierup, 1989c).


Hình 1.7. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước nhân tạo
với thực vật trôi nổi (Vymazal, 2001a)
Chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu bởi vi khuẩn sống kí sinh và sống tự
do. Hệ thống rễ của cây cung cấp diện tích bề mặt lớn cho vi sinh vật bám, do
đó tăng khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Thực vật trên bề mặt giảm thiểu
những tác động do gió gây ra và loại bỏ các chất rắn lơ lửng thông qua lắng
trọng lực. Nitơ được loại bỏ thông qua sự hấp thu thường xuyên, quá trình
bay hơi amoniac và nitrat hóa-khử nitrat. Photpho có thể được loại bỏ bằng sự
đồng hóa của vi sinh vật, kết hợp với các cation hóa trị hai, hoá trị ba hoặc
hấp thụ vào đất sét và các chất hữu cơ.
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
16
b. Các hệ thống với dòng chảy ngầm
Đất ngập nước với dòng chảy ngầm có thể được phân loại theo hướng

dòng chảy vào theo chiều ngang và thẳng đứng. Đất ngập nước dòng chảy
thẳng đứng phân loại thành dòng chảy xuống và và dòng chảy lên, tùy theo
nước được nạp từ trên mặt hay từ dưới đáy của đất ngập nước.
b.1. Hệ thống dòng chảy ngang (Horizontal-SubSurface-Flow Wetland-
HSF)
Hệ thống được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và
chảy chậm qua tầng lọc xốp, dưới bề mặt của nền đất, trên một đường ngang
cho tới dòng ra (Hình 1.8). Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với
một mạng lưới hoạt động của các vùng hiếu khí, thiếu khí và kị khí. Các
vùng hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi O
2
đi vào trong bề mặt. Trong
thời gian nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân huỷ sinh
học của vi sinh vật thông qua các quá trình hoá, lý.

Hình 1.8. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang
(Vymazal – 2001a)
Các hợp chất hữu cơ được phân huỷ hiếu khí cũng tốt như kị khí bởi các
vi khuẩn bám dính xung quanh vùng dưới của thực vật (rễ, bầu rễ) và bề mặt
lớp lọc. Lượng O
2
cần thiết cho phân huỷ hiếu khí được cung cấp trực tiếp bởi
sự khuếch tán từ không khí vào hoặc thấm O
2
từ rễ thực vật.
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
17
Các chất rắn chìm và lơ lửng không được loại bỏ trong hệ thống xử lý
đầu tiên thì được loại bỏ hiệu quả bởi qúa trình lắng đọng. Sự lắng đọng sẽ

xảy ra trong những vùng ổn định của bất kì hệ thống HSF nào.
Nitơ được loại bỏ trong các vùng đất ngập nước HSF bởi quá trình nitrat
hóa và phản nitrat, sự bay hơi và hấp thụ. Cơ chế loại bỏ nitơ chính là nitrat
hóa và phản nitrat.
Phốtpho được loại bỏ khỏi nước thải đầu tiên ở các hệ thống HSF bởi các
phản ứng trao đổi ion, nơi mà PO
4
3-
chiếm chỗ nước hoặc các nhóm OH
-
từ bề
mặt của Fe(OH)
2
hay Al(OH)
3
. Tuy nhiên, lớp lọc sử dụng trong các hệ thống
HSF thường không chứa lượng lớn Fe, Al, Ca và bởi vậy, sự loại bỏ P nói
chung chậm.
b.2. Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ trên xuống
Hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng với dòng chảy từ trên xuống
được hình thành từ rất sớm ở Đức vào những năm 1970 (Hình 1.9) .

Hình 1.9. Bố trí cơ bản của hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng
từ trên xuống (Cooper và cộng sự, 1996)
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
18
Hệ thống dòng chảy thẳng đứng bao gồm một lớp sỏi với cát, trồng thực
vật. Kích thước của sỏi ở lớp đáy khoảng 30-60mm và ở trên bề mặt khoảng
6mm. Nước thải được cấp gián đoạn với lượng nước lớn và bao phủ toàn bộ

bề mặt của hệ thống. Sau đó nước thải từ từ thấm xuống thông qua lớp lọc và
được thu gom bởi hệ thống ống ở dưới đáy. Kiểu cấp nước theo mẻ làm cho
ôxy dễ dàng vận chuyển vào, do đó làm tăng khả năng nitơrát hóa. Sự khuếch
tán oxy từ không khí giúp quá trình oxy hóa tốt hơn so với vận chuyển oxy
thông qua thực vật. Mục đích chính của sự có mặt thực vật ở vùng đất ngập
nước dòng chảy thẳng đứng là giúp duy trì độ dẫn thủy lực.
b.3. Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên
Với hệ thống đất ngập nước với dòng chảy thẳng đứng từ dưới lên, nước
thải được cấp vào từ đáy của hệ thống. Nước sẽ được thấm ngược từ dưới lên
phía trên và sau đó được thu gom nhờ hệ thống thu gom trên bề mặt (Hình
1.10).

Hình 1.10. Sơ đồ đặc trưng hệ thống đất ngập nước
dòng chảy thẳng đứng ( Vymazal, 2001a)



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
19
b.4. Dòng thủy triều
Hệ thống dòng thủy triều là một dạng thẳng đứng kiểu mới (Cooper,
2005). Cooper (2005) chỉ ra rằng hệ thống đất ngập nước với dòng chảy mô
phỏng chế độ thủy triều được phát triển để giải quyết một số hạn chế của các
hệ thống thẳng đứng ban đầu, liên quan đến hiện tượng tắc nghẽn ở trên bề
mặt. Hệ thống đất ngập nước với dòng chảy ngược từ dưới lên đã được sử
dụng từ 20 năm trước nhưng chúng gặp phải vấn đề về việc phân phối nước ở
bên dưới bề mặt và từ đó hệ thống này không còn được chú ý nhiều. Trong hệ
thống đất ngập nước mô phỏng chế độ thủy triều, nước thải được cấp vào từ
đáy của hệ thống bên trong các ống thông khí. Sau đó chúng sẽ thấm ngược

lên phía trên cho đến khi bề mặt bị ngập hoàn toàn. Khi đó, bơm sẽ được ngắt,
nước thải được giữ lại trong hệ thống tiếp xúc với các vi sinh vật sống bám
dính trên lớp vật liệu lọc. Sau một thời gian, nước thải được rút khỏi hệ thống
theo hướng từ trên xuống, đến đây chu trình hoàn thành và không khí lại được
phân tán vào trong các lỗ hổng bên trong lớp lọc.
c. Hệ thống kết hợp
Các loại đất ngập nước có thể được kết hợp để đạt được hiệu quả xử lý
cao hơn, đặc biệt là với xử lý nitơ. 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
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 dòng thẳng
đứng sự khử nitrat xảy ra rất hạn chế. Vì vậy, đã có một sự quan tâm ngày
càng tăng trong các hệ thống lai (đôi khi được gọi là hệ thống kết hợp). Hệ
thống lai thường gồm dòng thẳng đứng và dòng chảy ngang sắp xếp theo từng
giai đoạn, tuy nhiên, tất cả các loại đất ngập nước đều có thể kết hợp được
(Bảng 1.1). Nhiều hệ thống này được bắt nguồn từ hệ thống kết hợp được