Ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong quản lý môi trường

NG D NG K THU T SINH THÁI TRONG Ứ Ụ Ỹ Ậ
QU N LÝ MÔI TR NGẢ ƯỜ
GVGD: TS. Đặng Viết Hùng
Nhóm 6: Nguyễn Áng Thùy An 12260636
Lê Nhật Thành 12260678
Souphavanh Khounyotha 11269001
1. Tổng quan về kỹ thuật sinh thái
2. Ứng dụng kỹ thuật sinh thái vào QLMT
3. Nguyên tắc thiết kế hệ sinh thái
4. Ví dụ áp dụng KTST vào QLMT
NỘI DUNG
PH N I: T NG QUAN V K THU T SINH THÁIẦ Ổ Ề Ỹ Ậ
ECOLOGICAL ENGINEERING
What is ecological engineering?
“design of sustainable ecosystems that integrate human
society with its natural environment for the benefit of both”
1. The restoration of ecosystems that have been
substantially disturbed by human activities such as
environmental pollution or land disturbance
2. The development of new sustainable ecosystems that
have both human and ecological value
William J. Mitsch
1. KHÁI NIỆM
Goals of ecological engineering?
ECOLOGICAL ENGINEERING
Recommendations (Mitsch, 1998)
1. Các nhà sinh thái học cần đưa yếu tố thiên nhiên vào lĩnh vực
của mình để đưa ra các quy luật, không phải các mô tả về
những vấn đề môi trường
2. Các kỹ sư cần hiểu rằng khoa học về sinh học và sinh thái là nền
tảng để thực hiện nhiệm vụ của mình

3. Cần có sự công nhận chính thức đối với kỹ thuật sinh thái tồn tại
cùng với sự công nhận về các kỹ thuật khác
ECOLOGICAL ENGINEERING
Recommendations (Mitsch, 1998)
4. Các trường đại học cần tích hợp yếu tố sinh thái và kỹ thuật một
cách chặt chẽ và hợp lý vào chương trình giảng dạy
5. Các nhà sinh thái học và kỹ sư cần làm việc với nhau để hiểu
được tiếng nói của nhau
6. Sự trao đổi quốc tế cần được tiếp tục phát triển để thiết lập các
cơ sở khoa học, những hạn chế và cơ hội cho kỹ thuật sinh thái
ECOLOGICAL ENGINEERING
2. Phân loại
1. KTST dùng để giảm thiểu hoặc xử lý ô nhiễm
2. KTST tạo ra các hệ sinh thái mô phỏng hay sao chép để giảm thiểu và xử lý
ô nhiễm
3. KTST dùng để phục hồi các hệ sinh thái bị xuống cấp hoặc bị phá hủy
nghiêm trọng
4. Áp dụng KTST để khai thác và sử dụng các HST tự nhiên một cách bền
vững, mang lại lợi ích cho con người mà không phá hủy cân bằng sinh thái
(Mitsch và Jorgensen, What is ecological engineering, 2004)
ECOLOGICAL ENGINEERING
H.T.Odum
-cha đẻ của
KTST
•
1960s
•
“Hệ thống sinh thái” (1983): kỹ
thuật thiết kế các HST mới…sử
dụng hệ thống mang tính tự tổ

chức
Ma Shijun-
cha đẻ
KTST Trung
Quốc
•
Phát triển
khái niệm
KTSH ở
Trung Quốc
•
1980s
Trường ĐH
tổ chức khóa
học về KTST
•
Giữa 1970s
•
Viện Công
nghệ Illinois,
Chicago, 1975-
1978
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
ECOLOGICAL ENGINEERING
Hội thảo về KTST:
•
Trosa, Thụy Điển, 1991
•
Washington, Mỹ, 1993  thông qua dự án “KTST và phục hồi HST” của
UBKH về các vấn đề môi trường (SCOPE) ở Paris, 1994

Tổ chức về KTST
•
Hiệp hội KTST quốc tế (IEES) sáng lập 1993, ĐH Utretch, Netherlands
•
Hiệp hội KTST Mỹ (AEES) bắt đầu 1999, Columbus, Mỹ  họp lần đầu
năm 2001, ĐH Georgia, Ai Cập
•
2 quyển sách về KTST chính thức được xuất bản 2004
•
Chương trình KTST bắt đầu trong hệ thống giảng dạy ở một số trường ĐH
Mỹ
3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
PH N II: NG D NG K THU T SINH THÁI VÀO QLMTẦ Ứ Ụ Ỹ Ậ
ECOLOGICAL ENGINEERING
•
Tích hợp KTST vào công tác QLMT đưa ra 1
hướng đi mới gồm 7 bước cho công tác QLMT:
(1) Định nghĩa vấn đề
(2) Xác định các hệ sinh thái liên quan
(3) Nhận diện nguyên nhân và định lượng nguồn
gốc vấn đề
(4) Xác định mối liên quan giữa vấn đề và nguồn
gốc của vấn đề
(5) Xác định công cụ để giải quyết vấn đề
(6) Thực hiện các giải pháp khả thi
(7) Theo dõi tiến trình hồi phục
3 nhóm công c nh n di n v n đụ ậ ệ ấ ề
Sven Erik Jorgensen, Soren Nors Nielsen, Tool boxes for an integrated ecological
and environmental management, 2011
Mô hình sinh thái

Chỉ thị sinh thái
Dịch vụ sinh thái
Nhận diện và
phỏng đoán
Vấn đề
4 nhóm công c đ gi i quy t v n đụ ể ả ế ấ ề
Các vấn đề môi trường đã được nhận diện
Giải quyết
Công nghệ
MT
Kỹ thuật
Sinh thái
Chính
sách MT
Sản xuất
Sạch hơn
19 NGUYÊN T C SINH THÁI LÀM N N T NG CHO KTSTẮ Ề Ả
1. Các điều kiện ràng buộc quyết định cấu trúc và chức năng các HST.
2. Năng lượng cung cấp và khả năng tích lũy vật chất là có giới hạn đối với
các HST.
3. Các HST là các hệ mở và là các hệ tiêu tán.
4. Các HST có 1 hoặc nhiều nhân tố giới hạn.
5. Các HST có khả năng nội cân bằng.
6. Các HST tuần hoàn các thành tố thiết yếu.
7. Các HST là các hệ xung.
8. Các HST là các hệ tự thiết kế.
9. Các HST có các khung thời gian và không gian đặc trưng riêng.
10. Các HST có tính da dạng.
19 NGUYÊN T C SINH THÁI LÀM N N T NG CHO KTST (tt)Ắ Ề Ả
11. Giữa các HST có các vùng chuyển tiếp, trong đó có nhiều loài chuyển tiếp sinh thái.

12. Các thành phần của 1 HST có sự liên kết và liên hệ với nhau.
13. Các HST không nằm biệt lập mà có sự liên kết giữa các HST với nhau.
14. Các HST có lịch sử của mình, điều đó xác định sự phát triển trong tương lai của chúng.
15. Các HST và các loài sinh vật dễ tổn thương nhất tại các vùng biên địa lý.
16. Các HST là các hệ thống được tổ chức phân cấp.
17. Các quá trình lý học và sinh học tác động lẫn nhau.
18. Các HST không phải chỉ là tổng của các hợp phần. Các HST có các đặc tính rõ nét.
19. Các HST chứa lượng thông tin khổng lồ trong cấu trúc của nó.
33 PH NG PHÁP KTSTƯƠ
ST
T
Phương pháp KTST Nguyên tắc sinh thái
1 Vùng đệm 1, 3, 8, 11, 5, 13, (2), (12), (18),
(19)
2 Wetland tự nhiên 1, 8, 5, 13, (2), (12)
3 Phục hồi HST vùng bờ biển 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
4 Phục hồi HST vùng cửa sông 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
5 Phục hồi HST vùng hồ 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
6 Các phương pháp phục hồi vùng hồ 6, 14, 17, 4, 5, 13, (2), (11), (12)
7 Tu bổ HST khu vực khai mỏ 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
8 Phục hồi HST vùng ven sông 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
9 Phục hồi HST sông suối 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
10 Kiểm soát sinh học 1, 3, 8, 5, 13, (2), (12)
11 Kiểm soát sinh học và thuốc bảo vệ thực
vật nguồn gốc sinh học
17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
12 Wetland nhân tạo, dòng chảy dưới mặt
đất
17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
33 PH NG PHÁP KTST (tt)ƯƠ

STT Phương pháp Nguyên tắc sinh thái
13 Wetland nhân tạo, dòng chảy bề mặt 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
14 Thủy văn sinh thái vùng cửa sông 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
15 Sự ngăn dòng 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
16 Vi tảo nước ngọt 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
17 Vi tảo biển 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
18 Nuôi trồng hải sản bền vững 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
19 Nông nghiệp hữu cơ 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
20 Sử dụng thực vật để tu bổ HST 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
21 Kĩ thuật xử lý bùn 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
22 Hoạt động canh tác 17, 4, 5, 6, 13, (2), (11), (12)
23 Nông lâm nghiệp 3, 16, 9, (1), (2), (7), (12)
24 Quản lý bờ biển 17, 4, 9, 16, (1), (2), (7), (12)
25 Kiểm soát xói mòn 9, 16, (1), (2), (7), (12)
33 PH NG PHÁP KTST (tt)ƯƠ
STT Phương pháp Nguyên tắc sinh thái
26 Quản lý rừng 4, 9, 16, (1), (2), (7), (12)
27 Thực vật xâm lấn 9, 16, (1), (2), (7), (12)
28 Động vật xâm lấn 9, 16, (1), (2), (7), (12)
29 Quy hoạch cảnh quang 9, 13,16, (1), (2), (7), (12
30 Quản lý chất thải 17, 4, 16, (1), (2), (7), (12)
31 Quản lý sông suối 17, 4, 16, (1), (2), (7), (12)
32 Quản lý chu trình của nước 17, 4, 16, (1), (2), (7), (12)
33 Quản lý lưu vực sông 16, 17, 4, (1), (2), (7), (12)
Lựa chọn và áp dụng các phương pháp KTST vào thực tế

Chọn 1 hoặc kết hợp vài phương pháp trong
số 33 phương pháp KTST.

Tiến hành thiết kế. Trong quá trình này, nên

áp dụng các nguyên tắc đã nêu trong phần
các nguyên tắc thiết kế kỹ thuật sinh thái.
PH N III: NGUYÊN T C THI T K H SINH THÁIẦ Ắ Ế Ế Ệ
KTST
Nhiệt động
lực học và sự
bảo toàn
KL&NL
Tiến hóa và
chọn lọc tự
nhiên
NGUYÊN T C THI T K KTSTẮ Ế Ế
Nhiệt động
lực học và sự
bảo toàn
NL&KL
Dòng năng
lượng
Sự tuần hoàn
vật chất
DÒNG NĂNG L NGƯỢ

Các hệ thống kĩ thuật truyền thống sử dụng nguồn năng lượng
hydrocarbon để duy trì hoạt động.

Các HST sử dụng bức xạ mặt trời làm nguồn năng lượng để
quang hợp.

Ngoài ra, trong các HST còn có 2 dòng năng lượng đại diện
cho 2 quá trình vô sinh và hữu sinh:


Dòng năng lượng sinh học: được đo bởi tỉ lệ sinh sản và hô hấp.

Dòng năng lượng lý học: được đo bởi sự vận chuyển và lắng đọng
của các vật chất hữu cơ-vô cơ gây ra do động năng và thế năng của
lưu chất như nước và gió.
EMERGY

Là một đại lượng dùng trong hệ thống kiểm toán môi
trường được phát triển bởi H.T. Odum.

Quy đổi quá trình sản xuất của con người và giới tự
nhiên về một đơn vị chung là bức xạ mặt trời.

Dùng để đánh giá lượng nguyên liệu dùng để tạo ra
một sản phẩm hay dịch vụ.

KTST hướng đến thiết kế sử dụng tối đa các nguồn
năng lượng tái tạo và giảm tối thiểu việc sử dụng
các nguồn năng lượng không thể tái tạo.
S TU N HOÀN V T CH TỰ Ầ Ậ Ấ

Vật chất được bảo toàn và chuyển hóa qua lại giữa hai dạng “vô cơ” và
“hữu cơ” thông qua các chu trình “sinh-địa-hóa”.

Trong các HST, đầu ra của một hệ thống là đầu vào của một hệ thống
khác.

Các chu trình sinh địa hóa tự nhiên sử dụng, vận chuyển và tích trữ vật
liệu trong khí quyến, sinh quyển, thủy quyển và địa quyển.


KTST hướng đến các thiết kế làm giảm tối thiểu sự phát thải, sử dụng
chất thải của quy trình này làm nguyên liệu cho các quy trình khác. Vd: sử
dụng wetland để xử lý nước thải; dùng thực vật để làm sạch đất ô nhiễm.