Nghiên cứu xử lý nước thải hộ gia đình bằng công nghệ bãi lọc kết hợp canh tác rau sạch quy mô hộ gia đình

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH
BAN CHẤP HÀNH TP. HỒ CHÍ MINH
----------------------

CƠNG TRÌNH DỰ THI
GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA
LẦN THỨ XX NĂM 2018

TÊN CÔNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỢ GIA ĐÌ NH

BẰNG CÔNG NGHỆ BÃ I LỌC KẾT HỢP CANH TÁC RAU SẠCH
QUY MÔ HỘ GIA ĐÌ NH

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Tài nguyên và Môi trường
CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuâ ̣t môi trường

Mã số cơng trình: …………………………….
(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)


ii

MỤC LỤC
TÓM TẮT....................................................................................................................1
ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................2
1.

Lý do chọn đề tài .................................................................................................2

2.

Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................3

3.

Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................3

4.

Đố i tượng, phạm vi nghiên cứu .........................................................................4

5.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ..............................................................4

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................5
1.1.

Tổng quan về nước thải sinh hoạt.............................................................5

1.2.

Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt ...........................................5

1.3.

Các thơng số ô nhiễm đăc trưng của nước thải .......................................6

1.3.1. Thông số vật lý .........................................................................................6
1.3.2. Thơng số hóa học .....................................................................................6
1.3.3. Thơng số vi sinh vật học ........................................................................10

1.4.

Tổng quan về phương pháp bãi lọc ........................................................11

1.4.1. Khái niê ̣m ...............................................................................................11
1.4.2. Phân loa ̣i bãi lọc trồ ng cây ....................................................................12
1.4.3. Tình hình nghiên cứu về phương pháp bãi lọc ở trong và ngoài nước ..
................................................................................................................17
1.4.4. Cơ chế loa ̣i bỏ chấ t ô nhiễm bằng phương pháp bãi lọc trồng cây .....18
1.4.5. Vai trò của thực vật trong bãi lọc .............................................................21
1.4.6. Sơ lược về một số loại cây trong bãi lọc ...............................................22
1.5.

Tổ ng quan tài liêụ về hê ̣ thố ng thủy canh ..............................................27

1.5.1. Khái niê ̣m về rau sa ̣ch ...........................................................................27
1.5.2. Vai trò và giá tri ̣ của rau .......................................................................27
1.5.3. Khái niê ̣m về thủy canh .........................................................................32
1.5.4. Cơ sở khoa học của kỹ thuật thủy canh ...............................................32
1.5.5. Sơ lược về lich
̣ sử phát triển của kĩ thuật thủy canh ...........................33


iii

1.5.6. Phân loa ̣i hê ̣ thố ng thủy canh ...............................................................34
1.5.7. Ưu nhược điểm của hê ̣ thố ng thủy canh ..............................................35
1.5.8. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghê ̣ thủy canh ..................36
1.5.9. Chấ t dinh dưỡng cầ n thiế t cho hê ̣ thố ng thủy canh ............................37
1.5.10. Môi trường nuôi trồ ng thủy canh .....................................................38

1.5.11. Các yế u tố môi trường ảnh hưởng tới sự sinh trường và phát triển ...
.............................................................................................................41
PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP ..............................................................42
2.1.

Mô hin
̀ h nghiên cứu .................................................................................42

2.1.1. Mô hình nghiên cứu ..............................................................................42
2.1.2. Bố trí mô hình nghiên cứu ....................................................................46
2.1.3. Phân tích mẫu nước nghiên cứu ..........................................................48
2.2.

Sơ đồ thực hiện nghiên cứu .....................................................................51

PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .......................................................................52
3.1.

Xác định khả năng xử lý nước thải hộ gia đình của mơ hin
̀ h bãi lo ̣c

trờ ng cây dịng chảy ngang có trờ ng cây thuỷ trúc, trồng cây lưỡi mác và bãi
lọc không trồ ng cây .............................................................................................52
3.2.

Xác định khả năng xử lý nước thải hộ gia đình của mơ hin
̀ h bãi lo ̣c

trờ ng cây dịng chảy đứng có trờ ng cây thuỷ trúc, trồng cây lưỡi mác và bãi
lọc không trồ ng cây .............................................................................................60

3.3.

So sánh hiêụ quả xử lý nước thải giữa bãi lo ̣c đứng và bãi lo ̣c ngang .....
....................................................................................................................67

3.4.

Xác đinh
̣ khả năng sử du ̣ng nước thải hô ̣ gia đin
̀ h sau xử lý ở bãi lo ̣c

cho mu ̣c đích thuỷ canh ......................................................................................70
PHẦN 4: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ..........................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................75


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BLĐ: Baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây dòng chảy đứng
BLN: Baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây dòng chảy ngang
BOD: (Biochemical oxygen Demand) – nhu cầ u oxy sinh hóa
BOD5: lươ ̣ng oxy cầ n thiế t để oxy hế t các chấ t hữu cơ và sinh hóa do vi
khuẩ n với thời gian xử lí là 5 ngày
CF: Conductivity factor
COD: (Chemical oxygen Demand) nhu cầ u oxy hóa ho ̣c
EC: Electro – conductivity
FAO: (Food and Agriculture Organization of the United Nations) – tổ chức
Lương thực và nông nghiê ̣p Liên Hiê ̣p Quố c
NT1: Mô hiǹ h baĩ lo ̣c trồ ng cây Lưỡi Mác

NT1’: Mô hình thuỷ canh sử du ̣ng nước cấ p là nước sau baĩ lo ̣c trồ ng cây
Lưỡi Mác
NT2: Mô hình baĩ lo ̣c trồ ng cây Thuỷ Trúc
NTĐC: Mô hiǹ h baĩ lo ̣c không trồ ng cây
NTĐC’: Mô hiǹ h thuỷ canh sử du ̣ng nước cấ p là nước sa ̣ch
QCVN 14-MT:2012/BTNMT: Quy chuẩ n kỹ thuâ ̣t quố c gia về nước thải
sinh hoa ̣t
QCVN 8-2:2011/BYT: Quy chuẩ n kỹ thuâ ̣t quố c gia đố i với giới ha ̣n ô nhiễm
kim loa ̣i nă ̣ng trong thực phẩ m
QCVN 8-3:2012/BYT: Quy chuẩ n kỹ thuâ ̣t quố c gia đố i với ô nhiễm vi sinh
vâ ̣t trong thực phẩ m
SS: (Suspended solids) – chấ t rắ n lơ lửng
TDS: (Total dissolved solids) – tổ ng lươ ̣ng chấ t rắ n hòa tan
TDS: Total dissolved salts
Viêṇ KHCNVN: Viê ̣n khoa ho ̣c công nghê ̣ Viê ̣t Nam
VSV: Vi sinh vâ ̣t


v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tóm tắ t các vai trò cơ bản của thực vâ ̣t trong bãi lo ̣c trồ ng cây
Bảng 1.2. Thi trươ
̣
̀ ng xuấ t khẩ u rau quả tháng 4 và 4 tháng trong năm 2005
Bảng 1.3. So sánh chi phí sản xuấ t và tổ ng thu nhâ ̣p từ rau và lúa ở Đài Loan
So sánh khả năng xử lý hàm lượng SS của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.2. So sánh khả năng xử lý hàm lượng COD của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.3. So sánh khả năng xử lý hàm lượng BOD5 của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.4. So sánh hàm lượng Tổ ng-P của 3 nghiê ̣m thức

Bảng 3.5. So sánh khả năng xử lý hàm lượng Tổ ng-N của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.6. So sánh khả năng xử lý hàm lượng SS của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.7. So sánh khả năng xử lý hàm lượng COD của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.8. So sánh khả năng xử lý hàm lượng COD của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.9. So sánh hàm lượng Tổ ng-P của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.10. So sánh khả năng xử lý hàm lượng Tổ ng-N của 3 nghiê ̣m thức
Bảng 3.25. Bảng thống kê chiều cao rau muống và rau cải mầ m qua từng ngày ở
NT1’
Bảng 3.26. Bảng tổng hợp so sánh sự phát triển về chiều cao cây rau giữa 2 nghiê ̣m
thức


vi

DANH MỤC HÌNH
Hin
̀ h 1.1. Mơ hình baĩ lo ̣c có dòng chảy bề mă ̣t (SFW) (Vymazal, 2007)
Hin
̀ h 1.2. Mô hiǹ h baĩ lo ̣c với dòng chảy ngang dưới mă ̣t đấ t (HSF) (Vymazal,
2007)
Hin
̀ h 1.3. Mô hình baĩ lo ̣c với dòng chảy thẳ ng đứng (VSF) (Cooper, 1996)
Hin
̀ h 1.4. Tiǹ h hiǹ h nghiên cứu công nghê ̣ Thủy canh trên thế giới (từ năm 1966
đế n nay)
Hin
̀ h 2.1. Mă ̣t cắ t ngang baĩ lo ̣c trồ ng cây dòng chảy ngang
Hình 2.2. Bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang
Hình 2.3. Mă ̣t cắ t ngang hệ thống bãi lọc ngầm dịng chảy đứng
Hình 2.4. Hệ thống bãi lọc ngầm dịng chảy đứng

Hình 2.5. Cây thuỷ trúc
Hình 2.6. Cây Lưỡi Mác
Hình 2.7. Hê ̣ thớ ng thuỷ canh
Hình 2.8. Máy Bơm AP3500
Hình 2.9. Rọ nhựa trồng rau thuỷ canh
Hin
̀ h 2.10. Khu vực bố trí mô hin
̀ h nghiên cứu
Hin
̀ h 2.11. Sơ đồ nghiên cứu mô hình baĩ lo ̣c trồ ng cây dòng chảy ngang
Hin
̀ h 2.12. Sơ đồ nghiên cứu mô hin
̀ h baĩ lo ̣c trồ ng cây dòng chảy đứng
Hin
̀ h 2.13. Sơ đồ nghiên cứu mơ hình thuỷ canh đơ ̣ng kín
Hình 2.14. Sơ đồ các bước làm viê ̣c
Hin
̀ h 3.1. Đồ thi ̣diễn biế n biế n thiên nồ ng đô ̣ pH sau 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.2. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng SS nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3 nghiê ̣m
thức
Hin
̀ h 3.3. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý SS của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.4. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng COD nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.5. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý COD của 3 nghiê ̣m thức

vii

Hin
̀ h 3.6. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng BOD5 nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.7. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý BOD5 của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.8. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng Tổ ng-P nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.9. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng Tổ ng-N nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.10. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý Tổ ng-N của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.11. Đồ thi ̣diễn biế n biế n thiên nồ ng đô ̣ pH sau 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.12. Đồ thi ̣so sánh hàm lươ ̣ng SS nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3 nghiê ̣m
thức
Hin
̀ h 3.13. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý SS của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.14. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng COD nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.15. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý COD của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.16. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng BOD5 nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức

Hin
̀ h 3.17. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý BOD5 của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.18. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng Tổ ng-P nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.19. Đồ thi ̣ so sánh hàm lươ ̣ng Tổ ng-N nước thải đầ u ra và đầ u vào của 3
nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.20. Đồ thi ̣so sánh hiê ̣u quả xử lý Tổ ng-N của 3 nghiê ̣m thức
Hin
̀ h 3.34. Đồ thi ̣ so sánh tố c đô ̣ tăng trưởng của cây rau cải mầ m giữa 2 nghiê ̣m
thức


1

TĨM TẮT
Ơ nhiễm mơi trường nước là mơ ̣t vấ n đề lớn mà Viê ̣t Nam đang phải đố i mă ̣t.
Hầ u hế t nước thải sinh hoa ̣t cũng như nước thải công nghiê ̣p không đươ ̣c xử lý mà
đươ ̣c thải trực tiế p vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm tro ̣ng và ảnh hưởng trực
tiế p đế n sức khỏe cô ̣ng đồ ng.
Xử lý nước thải bằ ng baĩ lo ̣c ngầ m đã và đang đươ ̣c áp du ̣ng tại nhiề u nơi trên
thế giới với ưu điể m là rẻ tiề n, dễ vâ ̣n hành đồ ng thời mức đô ̣ xử lý ô nhiễm cao.
Ngoài ra, trong quá trình chuyể n đổ i cơ cấ u kinh tế , người nông dân chỉ chú
tro ̣ng đế n năng suấ t, thâm canh tăng vu ̣ cha ̣y theo lơ ̣i nhuâ ̣n. Nên đã trồ ng rau theo
cách bón cho rau mô ̣t cách bừa baĩ những loa ̣i thuố c kić h thić h tăng trưởng thực vâ ̣t
không đảm vê ̣ sinh an toàn thực phẩ m. Thực tế hiê ̣n nay, viê ̣c hàng ngày ăn phải
những loa ̣i rau không đảm bảo tiêu chuẩ n là mầ m mố ng gây nên nhiề u căn bê ̣nh
nguy hiể m. Trồ ng rau mầ m ta ̣i nhà là mô ̣t cách giải quyế t nhu cầ u rau xanh ta ̣i chỗ .

Đề tài tâ ̣p trung nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nước thải hô ̣ gia đình của
baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây trong thời gian 31 ngày với 16 lầ n thí nghiê ̣m. Do còn nhiề u
ha ̣n chế nên đề tài chỉ phân tić h mẫu nước với các chỉ tiêu quan tro ̣ng mang tin
́ h đa ̣i
diê ̣n. Mẫu nước thải sau xử lý đươ ̣c so sánh với QCVN 14-MT:2015/BTNMT giá
tri ̣C, cô ̣t B về chấ t lươ ̣ng.
Nguồ n nước tố i ưu sau mô hình baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây sẽ đươ ̣c lựa cho ̣n để
làm nguồ n nước cấ p sử du ̣ng cho mu ̣c đić h thuỷ canh trồ ng rau sa ̣ch. Cây rau đươ ̣c
trồ ng và so sánh tố c đô ̣ tăng trưởng với cây rau đươ ̣c tưới bằ ng nước sa ̣ch. Từ đó
kế t luâ ̣n và hoàn thiê ̣n quy trình sản xuấ t rau sa ̣ch ta ̣i nhà.


2

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Ơ nhiễm mơi trường nước là mô ̣t vấ n đề lớn mà Viê ̣t Nam đang phải đố i mă ̣t.
Hầ u hế t nước thải sinh hoa ̣t cũng như nước thải công nghiê ̣p không đươ ̣c xử lý mà
đươ ̣c thải trực tiế p vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm tro ̣ng nguồ n nước mă ̣t,
nước ngầ m, tác đô ̣ng xấ u đế n điề u kiê ̣n vê ̣ sinh và ảnh hưởng trực tiế p đế n sức khỏe
cô ̣ng đồ ng.
Xử lý nước thải bằ ng baĩ lo ̣c ngầ m đã và đang đươ ̣c áp du ̣ng tại nhiề u nơi trên
thế giới với ưu điể m là rẻ tiề n, dễ vâ ̣n hành đồ ng thời mức đô ̣ xử lý ô nhiễm cao.
Đây là công nghê ̣ xử lý nước thải trong điề u kiê ̣n tự nhiên, thân thiê ̣n với môi
trường, cho phép đa ̣t hiê ̣u suấ t cao, chi phí thấ p và ổ n đinh,
̣ đồ ng thời làm tăng giá
tri ̣đa da ̣ng sinh ho ̣c, cải ta ̣o cảnh quan môi trường, hê ̣ sinh thái của điạ phương. Mă ̣t
khác, Viê ̣t Nam là nước nhiê ̣t đới, khí hâ ̣u nóng ẩ m, rấ t thić h hơ ̣p cho sự phát triể n
của các loa ̣i thực vâ ̣t thủy sinh.
Ngoài ra, trong quá trình chuyể n đổ i cơ cấ u kinh tế , người nông dân chỉ chú

tro ̣ng đế n năng suấ t, thâm canh tăng vu ̣ cha ̣y theo lơ ̣i nhuâ ̣n. Nên đã trồ ng rau theo
cách bón cho rau mô ̣t cách bừa baĩ những loa ̣i thuố c kích thích tăng trưởng thực vâ ̣t
không đảm vê ̣ sinh an toàn thực phẩ m. Phun thuố c trừ sâu mô ̣t cách không có giới
ha ̣n, thâ ̣m chí là các loa ̣i thuố c kích thích sinh trưởng không đươ ̣c phép sử
du ̣ng…Từ đó dẫn đế n mỗi năm có hàng nghìn ca ngô ̣ đô ̣c thực phẩ m, do sử du ̣ng
các sản phẩ m rau tươi có chứa dư lươ ̣ng thuố c trừ sâu, thuố c bảo vê ̣ thực vâ ̣t vươ ̣t
xa mức đô ̣ cho phép.
Thực tế hiê ̣n nay, viê ̣c hàng ngày ăn phải những loa ̣i rau không đảm bảo tiêu
chuẩ n là mầ m mố ng gây nên nhiề u căn bê ̣nh nguy hiể m như ung thư, ngô ̣ đô ̣c thầ n
kinh, rố i loa ̣n chức năng thâ ̣n… Nế u ăn phải rau nhiễm kim loa ̣i nă ̣ng như kem
̃ sẽ
dẫn đế n tić h tu ̣ kem
̃ trong gan có thể gây ngô ̣ đô ̣c hê ̣ thầ n kinh, ung thư đô ̣t biế n và
mô ̣t loa ̣t các chứng bê ̣nh nguy hiể m khác.
Rau mầ m đươ ̣c coi là kim chỉ nam của vấ n đề sản xuấ t rau tươi an toàn cung
cấ p cho con người, đáp ứng đươ ̣c vê ̣ sinh an toàn thực phẩ m, đảm bảo đươ ̣c các yế u


3

tố . Không sử du ̣ng thuố c bảo vê ̣ thực vâ ̣t, không sử du ̣ng chấ t kić h thić h sinh
trưởng, không tưới nước bẩ n, không sử du ̣ng phân bón hóa ho ̣c… nên đảm bảo sức
khỏe cho người sử du ̣ng. Rau mầ m là loa ̣i thực phẩ m có giá tri ̣ dinh dưỡng cao gấ p
5 lầ n so với những loa ̣i rau thường, hơn nữa rau mầ m không chứa mầ m bê ̣nh và vi
sinh vâ ̣t gây ha ̣i cho sức khỏe của con người.
Trồ ng rau mầ m ta ̣i nhà là mô ̣t cách giải quyế t nhu cầ u rau xanh ta ̣i chỗ, rấ t tiê ̣n
lơ ̣i đố i với dân cư ở đô thi.̣ Có thể sử du ̣ng hiên nhà, sân thươ ̣ng hay hành lang để
trồ ng rau mầ m. Chỉ cầ n tranh thủ thời gian ngoài giờ chăm sóc chúng hàng ngày là
đủ và có rau an toàn ta ̣i chỗ để đảm bảo sức khỏe gia đin
̀ h khi sử du ̣ng, vừa tươi la ̣i

vừa ngon.
Từ hai lý do trên viê ̣c nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải hô ̣ gia
đin
̀ h bằng công nghệ bãi lọc kết hợp canh tác rau sạch quy mơ hộ gia đình” là
hế t sức cấ p thiế t.
2. Mục tiêu nghiên cứu
 Nghiên cứu xây dựng hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang xử
lý nước thải hộ gia đình có thể tái sử dụng nguồn nước vào trồng cây thuỷ canh.
 Xây dựng đươ ̣c quy trình sản xuấ t rau cải mầ m và rau muống bằ ng hê ̣ thố ng
thủy canh sử du ̣ng nguồ n nước cấ p từ baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây dòng chảy ngang, có
thể áp du ̣ng vào thực tế nhằ m thúc đẩ y sản xuấ t rau sa ̣ch ngay ta ̣i nhà.
3. Nô ̣i dung nghiên cứu
 Lựa chọn công thức vật liệu lọc để sử dụng trong mơ hình bãi lọc ngầm trồng
cây dòng chảy ngang từ đó đánh giá khả năng xử lý nước thải của mơ hình.
 Xây dựng, vận hành của mơ hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang.
 Theo dõi sự phát triể n của rau ở từng thời điể m.
 Nghiên cứu chế ta ̣o mô hin
̀ h sản xuấ t thủy canh từ những vâ ̣t liê ̣u có sẵn.
 Hoàn thiê ̣n quy trình sản xuấ t rau thủy canh tại nhà.


4

4. Đố i tươ ̣ng, phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu khả năng xử lý nước thải hộ gia đình của mơ hình
baĩ lo ̣c trờ ng cây, giải pháp tái sử dụng nước thải vào tưới cây cho hê ̣ thố ng thủy
canh với quy mô hộ gia đình.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Ý nghiã khoa ho ̣c:
Bổ sung phương pháp xử lý nước thải hộ gia đình làm cung cấ p nước cho hê ̣

thố ng thủy canh.
→ Tính mới của đề tài
Ý nghiã thực tiễn:
 Kế t quả của nghiên cứu sẽ là cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn về liñ h
vực sản xuấ t rau thủy canh.
 Giúp sinh viên nghiên cứu hiể u sâu sắ c hơn về cơng nghệ xử lý nước thải với
chi phí thấp, thân thiện với môi trường.
 Bổ sung kiế n thức và ki ̃ năng thực hành trong phòng thí nghiê ̣m.
 Chế ta ̣o đươ ̣c hê ̣ thố ng xử lý nước bằng công nghệ bãi lo ̣c, trờ ng rau bằng
mơ hình thuỷ canh hoàn chin̉ h, an toàn, phù hơ ̣p với quy mô hô ̣ gia đin
̀ h. Từ đó giải
quyế t đươ ̣c vấ n đề rau sa ̣ch (có thể tự trồ ng các loa ̣i rau sa ̣ch bê ̣nh ta ̣i nhà, vừa an
toàn la ̣i vừa tiế t kiê ̣m chi phi)́ và phầ n nào vấ n đề nước thải.


5

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích
sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường
được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các cơng trình
cơng cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân
số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp
nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các
nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đơ thị thường có tiêu
chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nơng thơn, do đó lượng
nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và
nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đơ thị thường thốt bằng hệ thống
thốt nước dẫn ra các sơng rạch, cịn các vùng ngoại thành và nơng thơn do khơng

có hệ thống thốt nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ
hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm.
1.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt
Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
 Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ
sinh
 Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các
chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà
Đặc tính và thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt từ các khu phát sinh
nước thải này đều giố ng nhau, chủ yếu là các chất hữu cơ, trong đó phần lớn các
loại carbonhydrate, protein, lipid là các chất dễ bị vi sinh vật phân hủy. Khi phân
hủy thì vi sinh vật cần lấy oxi hịa tan trong nước để chuyển hóa các chất hữu cơ
trên thành CO2, N2, H2O, CH4… Chỉ thị cho lượng chất hữu cơ có trong nước thải
có khả năng bị phân hủy hiếu khí bởi vi sinh vật chính là chỉ số BOD5.
Chỉ số này biểu diễn lượng oxi cần thiết mà vi sinh vật phải tiêu thụ để phân
hủy lượng chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy chỉ số BOD 5 càng cao cho thấy


6

chất hữu cơ có trong nước thải càng lớn, oxi hòa tan trong nước thải ban đầu bị tiêu
thụ nhiều hơn, mức độ ô nhiễm của nước thải cao hơn.
1.3. Các thông số ô nhiễm đăc trưng của nước thải
1.3.1.

Thông số vật lý

 Hàm lượng chất rắn lơ lửng:
Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS – SS) có
thể có bản chất là:

 Các chất vơ cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt
sét);
 Các chất hữu cơ không tan;
 Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…).
Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất
trong quá trình xử lý.
 Mùi:
Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S mùi trứng thố i. Các hợp chất khác,
chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện
yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.
 Độ màu:
Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm
hoặc do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Đơn vị
đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt _Co).
Độ màu là một thơng số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử
dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải.
1.3.2.

Thơng số hóa học

 Độ pH của nước:
pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được
dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.
Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hồ tan trong
nước. pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có ảnh


7

hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất

có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái mơi trường
 Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD):
Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các
chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa
mạnh), về bản chất, đây là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các
chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật.
Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20
ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hồn tất. Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy
hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực
hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì q trình oxy hóa có thể hồn tất trong
thời gian rút ngắn hơn nhiều. Đây là ưu điểm nổi bật của thơng số này nhằm có
được số liệu tương đớ i về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn.
COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ơ nhiễm chất hữu cơ nói
chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm khơng phân hủy sinh
học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.
 Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD):
Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn
phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chuẩn: 20°, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối,
giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí. Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan
sau 5 ngày. Thông số BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ
có thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh
học (Carbonhydrat, protein, lipid..)
BOD là một thông số quan trọng:
 Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân
huỷ sinh học trong nước và nước thải;
 Là tiêu chuẩn kiểm sốt chất lượng các dịng thải chảy vào các thuỷ
vực thiên nhiên;


8

 Là thơng số bắt buộc để tính tốn mức độ tự làm sạch của nguồn nước
phục vụ công tác quản lý mơi trường.
 Oxy hịa tan (Dissolved Oxygen – DO):
Tất cả các sinh vật sông đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác
để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình
phát triển và sinh sản của mình. Oxy là yếu tố quan trọng đớ i với con người cũng
như các thủy sinh vật khác.
Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các q trình
hóa sinh học trong nước:
 Oxy hóa các chất khử vô cơ: Fe2+, Mn2+, S2-, NH3..
 Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là
nước nhiễm bẩn trở nên sạch hơn. Quá trình này được gọi là quá trình tự
làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trị quan trọng của một
sớ vi sinh vật hiếu khí trong nước.
Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển.
Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy hòa tan. Như đã đề cập, khả năng hịa tan
của Oxy vào nước tương đớ i thấp, do vậy cần phải hiểu rằng khả năng tự làm sạch
của các nguồn nước tự nhiên là rất có giới hạn. Cũng vì lý do trên, hàm lượng oxy
hịa tan là thơng sớ đặc trưng cho mức độ nhiễm bẩn chất hữu cơ của nước mặt.
 Nitơ và các hợp chất chứa nitơ:
Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sớ ng trên bề mặt Trái Đất.
Nitơ là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid
amin trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong q trình sớ ng của chúng
là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với
lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khống
hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2–, NO3– và có thể cuối cùng
trả lại N2 cho khơng khí.

9

Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nitơ:
từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion
Nitơ vơ cơ là sản phẩm q trình khống hóa các chất kể trên.
Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong
nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự
nhiên giàu protein.
Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ
(NH4+, NO3–, NO2–).
Thuật ngữ “Nitơ tổng” là tổng Nitơ tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nitơ là một
chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đố i với sự phát triển của sinh vật.
 Phospho và các hợp chất chứa phospho:
Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các
chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng
trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong
sinh hoạt và một số ngành cơng nghiệp trơi theo dịng nước.
Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate.
Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và phosphat hữu cơ.
Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đố i với sự phát triển của
sinh vật. Việc xác định P-tổng là một thơng số đóng vai trị quan trọng để đảm bảo
q trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thố ng xử lý chất
thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1).
Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng
phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát
triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.
 Chất hoạt động bề mặt:
Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa
nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các
chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong

một số ngành công nghiệp.


10

1.3.3.

Thông số vi sinh vật học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh
cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sớ ng ký sinh,
phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sớ ng một thời gian khá
dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun
sán.
 Vi khuẩn:
Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột,
như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi
khuẩn Salmonella typhosa…
 Vi rút:
Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ
thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan… Thông thường sự khử trùng bằng
các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút.
 Giun sán (helminths):
Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động
vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và
động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước
hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả.
Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người
và động vật. Trong người và động vật thường có vi khuẩn E.Coli sinh sớ ng và phát
triển. Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra mơi trường. Sự

có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn
tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ
nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.Coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh
khác. Do đó nếu sau xử lý trong nước khơng còn phát hiện thấy vi khuẩn E.Coli
chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định
mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nước qua việc xác định số lượng E.Coli


11

đơn giản và nhanh chóng. Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng
trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước.
Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong
nước thải gây ra.
 COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng
lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ
sinh thái môi trường nước. Nếu ô nhiễm q mức, điều kiện yếm khí có thể
hình thành. Trong q trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như
H2S, NH3, CH4,…làm cho nước có mùi hơi thớ i và làm giảm pH của môi
trường.
 SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
 Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng
đến đời sống của thuỷ sinh vật nước.
 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyề n bằng đường nước như
tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng dạ,…
 Amonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng
độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá (sự phát triển
bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào
ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày

nồng độ oxy rất cao do q trình hơ hấp của tảo thải ra).
 Màu: mất mỹ quan
 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt
1.4. Tổng quan về phương pháp bãi lọc
1.4.1.

Khái niê ̣m

Bãi lọc trồng cây chính là mơ hình đất ngập nước nhân tạo và nó được định
nghĩa như sau: “Hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước
nhưng việc xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý
được q trình vận hành ở mức đơn giản”.


12

Đất ngập nước nhân tạo hay đất ngập nước kiến tạo hay bãi lọc trồng cây là
cơng trình mang đầy đủ các đặc điểm chức năng, vai trò và ý nghĩa của đất ngập
nước tự nhiên thông thường. Việc thiết kế và xây dựng một mơ hình đất ngập nước
nhân tạo nhằm phục vụ công tác quản lý và sử dụng hiệu quả hơn. Trong xử lý môi
trường, việc sử dụng mơ hình đất ngập nước nhân tạo là chủ yếu và đem lại hiệu
quả cao hơn, cả về mặt môi trường và kinh tế.
Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là cơng nghệ xử lý sinh
thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước
tự nhiên mà vẫn có được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên. Các nghiên
cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự
nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý và chế độ thủy
lực được kiểm soát. Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc nhân tạo cũng được nâng
cao do thực vật và các thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể quản lý được
như mong muốn.

Bãi lọc trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp
công nghệ mới, xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí
thấp và ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi. Ở Việt Nam, cơng nghệ trên thực
chất cịn rất mới.
Bãi lọc trồng cây dùng để xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên. Với các
thông số làm việc khác nhau, bãi lọc trồng cây được sử dụng rộng rãi trong xử lý
nhiều loại nước thải. Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên, thường là nơi tiếp nhận
nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và chúng chỉ
làm nhiệm vụ xử lý bậc cao hơn, bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống
các cơng trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai.
1.4.2.

Phân loa ̣i bãi lọc trồ ng cây

Bãi lọc trồng cây có thể được phân loại theo hình thức ni trồng điển hình
của các loại thực vật như: hệ thống thực vật nổi, hệ thống rễ chùm nổi và hệ thống
thực vật chìm [Brix và Schierup, 1989]. Hầu hết các hệ thống đều sử dụng các loại


13

cây rễ chùm, tuy nhiên có thể phân loại theo dạng vật liệu sử dụng và chế độ dòng
chảy trong hệ thống.
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: Loại
dịng chảy tự do trên mặt đất (Free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất
(Subsurface flow).


Bãi lọc trồng cây có dịng chảy bề mặt (Surface flow wetland - SFW):

Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước trong điều kiện tự
nhiên. Dưới đáy bãi lọc là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp
vải nhựa chống thấm. Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát
triển của thực vật có thân nhơ lên khỏi mặt nước. Dịng nước thải chảy ngang trên
bề mặt lớp vật liệu lọc. Hình dạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp, vận tốc dịng
chảy chậm, thân cây trồng nhơ lên trong bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo
nên chế độ thuỷ kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow).
Hệ thống dòng chảy bề mặt là hệ thống được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp
xúc với khơng khí. Trong hệ thống dịng chảy ngầm, mực nước được cố định thấp
hơn so với bề mặt vật liệu. Đối với hệ thống dòng chảy ngầm ngang, lớp vật liệu
luôn được giữ trong trạng thái bão hồ nước; đối với hệ thống dịng chảy đứng, lớp
vật liệu khơng ở trạng thái bão hồ vì nước được cấp không liên tục mà theo các
khoảng thời gian nhất định và được thấm qua lớp vật liệu (tương tự như trong hệ
thống lọc cát gián đoạn).
Tất cả các dạng bãi lọc ngập nước đều được cấy trồng ít nhất là một loại thực
vật có rễ trong một loại vật liệu nào đó (thường là đất, sỏi hoặc cát). Các chất ô
nhiễm được khử nhờ sự phối hợp của các q trình hóa học, lý học, sinh học, lắng,
kết tủa và hấp thụ vào đất, q trình đồng hóa bởi thực vật và các sự chuyển hóa bởi
các vi khuẩn [Brix, 1993; Vymazal và các cộng sự, 1998].
Bãi lọc ngầm trồng cây có dịng chảy bề mặt thường có diện tích từ vài trăm
đến vài chục nghìn mét vng. Thông thường, tải lượng thủy lực trong các bãi lọc
tự nhiên thường nhỏ hơn so với các bãi lọc nhân tạo do khơng được thiết kế cho
mục đích xử lý nước thải [Kadlec and Knight, 1996]. Các hệ thống được thiết kế


14

cho mục đích xử lý nước thải có nồng độ nitơ và phơtpho thấp (hoặc lưu giữ hồn
tồn) thường có tải lượng bề mặt rất thấp, ngược lại đối với các hệ thống được thiết
kế để xử lý các chất hữu cơ (BOD) và chất lơ lửng thường có tải lượng bề mặt cao

hơn. Chiều sâu mực nước trong hệ thống khoảng 5 đến 90 cm, thông thường là 30
đến 40 cm. Hệ thống dòng chảy bề mặt thường được sử dụng để xử lý bổ sung và
được bố trí sau các loại hồ sinh học tuỳ tiện hoặc hồ hiếu khí trong dây chuyền xử
lý nước thải.

Hình 1.1. Mơ hình baĩ lo ̣c có dòng chảy bề mă ̣t (SFW)
(Vymazal, 2007)


Bãi lọc trồng cây có dịng chảy ngầm (Subsurface flow constructed
wetland - SSF):

Bãi lọc trồng cây có dịng chảy ngầm còn được gọi là bãi lọc ngầm trồng
cây. Ở châu Âu, các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm qua đất và sỏi đã được ứng
dụng và xây dựng rất phổ biến. Sậy (Phragmites australis) là loại thực vật được cấy
trồng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống, một số hệ thống có trồng thêm các
loại thực vật khác. Đất hoặc sỏi thường được dùng làm vật liệu trong các bãi lọc vì
chúng có khả năng duy trì dịng chảy ngầm. Các hệ thống sử dụng đất thường gă ̣p
các vấn đề về dòng chảy tràn bề mặt, đối với các hệ thống sử dụng sỏi thường gă ̣p
các hiện tượng tắc dòng. Hệ thống dòng chảy ngầm thường có diện tích bề mặt nhỏ
(<0,5 ha) và tải lươ ̣ng thủy lực lớn hơn so với hệ thống dòng chảy bề mặt.


15

Ở châu Âu, các hệ thống dòng chảy ngầm thường được sử dụng để xử lý bậc
hai đối với nước thải sinh hoạt từ các khu vực nơng thơn có dân số khoảng 4400
dân. Ở Bắc Mỹ, hệ thống này được sử dụng để xử lý bậc ba đối với nước thải sinh
hoạt từ các khu vực có dân số lớn hơn.
Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên gọi khác

nhau như lọc ngầm trồng cây (Vegetated submerged bed - VBS), hệ thống xử lý với
vùng rễ (Root zone system), bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy (Rock reed filter) hay
bể lọc vi sinh và vật liệu (Microbial rock filter). Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây
về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước
nhưng nước thải chảy ngầm trong phần lọc của bãi lọc. Lớp lọc, nơi thực vật phát
triển trên đó, thường gồm có đất, cát, sỏi, đá dăm và được xếp theo thứ tự từ trên
xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc. Dịng chảy có thể có dạng chảy từ dưới lên, từ
trên xuống dưới hoặc chảy theo phương nằm ngang. Dòng chảy phổ biến nhất ở bãi
lọc ngầm là dòng chảy ngang. Hầu hết các hệ thống được thiết kế với độ dốc 1%
hoặc hơn.
Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt
của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. Vùng ngập nước
thường thiếu oxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy
đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một
vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và khơng khí.
Bãi lọc ngầm trồng cây dịng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn
lơ lửng tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện thiếu
oxy, kị khí trong các bãi lọc khơng cho phép nitrat hố amoni nên khả năng xử lý
nitơ bị hạn chế. Xử lý photpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng
(sỏi, đá dăm) có khả năng hấp phụ kém.
Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dịng chảy nằm ngang hay dòng chảy
thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống.


16

 Hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface
flow - HSF):
Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy
chậm qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới

được nơi dịng chảy ra. Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một
mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các đới hiếu khí ở
xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua đới
rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các q trình hóa
sinh. Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống HSF là cây sâ ̣y.

Hình 1.2. Mô hình baĩ lo ̣c với dòng chảy ngang dưới mă ̣t đấ t (HSF)
(Vymazal, 2007)
 Hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF):
Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt. Nước sẽ chảy
xuống dưới theo chiều thẳng đứng. Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa
ra ngoài. Các hệ thống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước
thải đã qua xử lý lần 1. Thực nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như
bể lắng, bể tự hoại. Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai
đoạn của xử lý sinh học.


17

Hiǹ h 1.3. Mô hiǹ h baĩ lo ̣c với dòng chảy thẳ ng đứng (VSF)
(Cooper, 1996)
1.4.3.

Tình hình nghiên cứu về phương pháp bãi lọc ở trong và ngoài

nước
 Ngoài nước:
Trên thế giới bãi lọc trồng cây được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu để
xử lý nước thải phân tán như sinh hoạt, chăn nuôi, công sở, bệnh viện trong tự nhiên
thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định đồng thời làm

tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường. Các nghiên cứu khác tại
Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha còn cho thấy bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ
vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn
bể phốt và xử lý nước thải cơng nghiệp, nước rị rỉ bãi rác... Khơng những thế, thực
vật nước từ bãi lọc trồng cây cịn có thể được chế biến, sử dụng để thức ăn cho gia
súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ
nghệ và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.
 Trong nước:
Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây
còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và
trường đại học áp dụng thử nghiệm. Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp dụng
phương pháp này tại Việt Nam như "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm


18

trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" của Trung tâm Kỹ thuật
Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); "Xây
dựng mơ hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các
xã Minh Nơng, Bến Gót, Việt Trì" của Trường Đại học Quốc gia Hà Nội... đã cho
thấy hồn tồn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam.
Theo GS.TSKH Nguyễn Nghĩa Thìn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học
Quốc gia Hà Nội) thì Việt Nam có đến 34 loại cây có thể sử dụng để làm sạch mơi
trường nước. Các lồi cây này hồn tồn dễ kiếm tìm ngồi tự nhiên và chúng cũng
có sức số ng khá ma ̣nh me.̃
PGS. TS Nguyễn Việt Anh, Chủ nhiệm Đề tài hợp tác nghiên cứu giữa
Trường Đại học Tổng hợp Linkoeping (Thụy Điển) và Trung tâm Kỹ thuật Môi
trường đô thị và khu công nghiệp về "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng
cây" cho biết: "Chúng tôi đang tiến hành thử nghiệm Bãi lọc ngầm trồng cây có
dịng chảy thẳng đứng sử dụng các vật liệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự

hoại, trồng các loại thực vật dễ kiếm, phổ biến ở nước ta như Cỏ nến, Thủy trúc,
Sậy, Phát lộc, Mai nước... Kết quả rất khả quan, nước thải ra đạt tiêu chuẩn xả ra
môi trường hay tái sử dụng lại. Công nghệ này rất phù hợp với điều kiện của Việt
Nam, nhất là cho quy mơ hộ, nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, các trang
trại, làng nghề...".
Ta ̣i trường Đa ̣i ho ̣c Công nghê ̣ Tp.HCM, tháng 6 năm 2010 sinh viên Trầ n
Quố c Viê ̣t dưới sự hướng dẫn của Tha ̣c si ̃ Lâm Viñ h Sơn đã thực hiê ̣n đề tài
“Nghiên cứu hiê ̣u quả xử lý nước thải tinh bô ̣t mì bằ ng baĩ lo ̣c ngầ m trồ ng cây dòng
chảy đứng” và kế t luâ ̣n đươ ̣c rằ ng “Các kế t quả nghiên cứu cho thấ y, hiê ̣u suấ t xử lý
nước thải trong baĩ lo ̣c trồ ng cây dòng chảy đứng là rấ t tố t. Hê ̣ thố ng làm viê ̣c rấ t ổ n
đinh,
̣ dao đô ̣ng chấ t lươ ̣ng nước đầ u ra không lớn… Mô hình trồ ng Sâ ̣y cho phép
đa ̣t hiê ̣u suấ t xử lý cao hơn nhiề u so với mô hình không trồ ng Sâ ̣y.”
1.4.4.

Cơ chế loa ̣i bỏ chấ t ô nhiễm bằng phương pháp bãi lọc trồng cây

Các chấ t ô nhiễm đươ ̣c loa ̣i bỏ khỏi nước thải trực tiế p hoă ̣c gián tiế p thông
qua các quá triǹ h vâ ̣t lý, hóa ho ̣c và sinh ho ̣c.