Đề tài Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver và lục bình bằng mô hình đất ngập nước

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Khi nhắc đến “Đất ngập nước” là người ta nghĩ ngay đến những vùng đất không có năng suất và thậm chí bẩn thỉu chứa đầy bệnh tật, côn trùng,… 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 thâm canh hoặc nuôi trồng thuỷ 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, đồng thời cũng là địa bàn sinh sống và sản xuất của con người. Đất ngập nước bảo vệ sự đa dạng sinh học, duy trì các quá trình sinh thái, lọc sạch nước thải, điều hòa khí hậu, bảo vệ các giá trị văn hóa lịch sử, đồng thời cũng là nơi tham quan, giải trí, du lịch và nghiên cứu khoa học. Cuộc sống hằng ngày của những người dân trong vùng Đất ngập nước hầu như dựa vào tài nguyên của Đất ngập nước. Một vai trò hết sức quan trọng của Đất ngập nước đó là khả năng xử lý ô nhiễm mà đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ. Với tình hình như hiện nay, mỗi ngày Thành phố Hồ Chí Minh đã thải ra một lượng nước thải khổng lồ, trong đó nước thải sinh hoạt cũng chiếm một lượng khá lớn. Và thử hình dung, mỗi ngày với lượng nước thải lớn như vậy nếu không xử lý, tình trang môi trường sẽ ô nhiễm nghiêm trọng như thế nào, ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân khu vực xung quanh ra sao. Đa phần, nguồn nước thải sinh hoạt đều qua các hệ thống cống rãnh song các hệ thống này thường dùng chung với hệ thống thoát nước mưa thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên, ao hồ, sông suối hoặc thải ra biển. Hầu như không có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt riêng biệt nào. Trước tình hình đó, việc sử dụng Đất ngập nước nói chung hay sử dụng thực vật Đất ngập nước nói riêng để xử lý nước thải sinh hoạt vừa có thể thay thế và bổ sung những công nghệ hóa học tuy mang tính công nghệ cao nhưng lại tốn kém. Để phù hợp với điều kiện kinh tế hiện nay thì việc lựa chọn giải pháp áp dụng thực vật Đất ngập nước, đặc biệt là những loài thực vật có khả năng xử lý nước thải cao như cỏ Vetiver, và một số loài thực vật bản địa như Lục bình cho việc xử lý nước thải là cần thiết. Vì lẽ đó hướng nghiên cứu trong đề tài này là “ Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver, Lục bình bằng mô hình Đất ngập nước”. Hệ thống vừa có khả năng xử lý ô nhiễm cao, vừa ít chi phí lại thân thiện với môi trường. 1.2. Tên đề tài Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver và Lục bình bằng mô hình Đất ngập nước. 1.3. Cơ quan quản lý Khoa Môi trường và Công nghệ Sinh học của Trường Đại học Kỹ thuật Cộng nghệ, Thành phố Hồ Chí Minh. 1.4. Giáo viên hướng dẫn Thạc sĩ khoa học Nguyễn Văn Đệ Trưởng phòng Đất – Nước – Môi trường Viện Địa lý Tài nguyên TP. Hồ Chí Minh. 1.5. Người thực hiện Sinh viên Trần Ngọc Nam – lớp 05DSH1 Mã số sinh viên: 105111043 Khoa Môi trường – Công nghệ Sinh học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. Hồ Chí Minh. 1.6. Lý do chọn đề tài Ô nhiễm môi trường từ các nguồn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, các nguồn từ những con kênh, cống… đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống sức khoẻ cuả con người, song nhà nước đã bỏ ra một số chi phí không ít cho việc xử lý nước thải nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để, mặt khác lượng ô nhiễm lại ngày càng gia tăng. Khác với những công nghệ hóa lý thì công nghệ sinh học sử dụng hệ thống Đất ngập nước để xử lý nước thải sinh hoạt là điều khá khả thi. Đất ngập nước có vai trò xử lý chất ô nhiễm cao mà đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ, vừa mang tính hiệu quả mà chi phí lại ít tốn kém, rất thích hơp cho tình hình kinh tế hiện nay. Trên thế giới, việc sử dụng hệ thống Đất ngập nước để xử lý nước thải đã được áp dụng và mang lại kết quả tối ưu. Ở Việt Nam cũng đã có những ứng dụng nhưng chỉ ở qui mô tự phát. Vì vậy, việc đưa ra những thông số cơ bản về khả năng xử lý nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng của thực vật Đất ngấp nước (cỏ Vetiver, Lục bình) là cần thiết. Bên cạnh đó hệ thống Đất ngập nước còn tạo thêm mảng xanh cho môi trường và tạo mỹ quan cho thiên nhiên. 1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: - Nước thải sinh hoạt - Đất ngập nước - Cỏ Vetiver, Lục bình Kiểm soát nguồn nước thải ô nhiễm từ đầu vào trước khi qua hệ thống. Thiết kế mô hình xử lý đảm bảo nguồn thải đầu ra đạt yêu cầu. 1.8. Mục đích nghiên cứu Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver, Lục bình bằng mô hình Đất ngập nước 1.9. Nội dung nghiên cứu Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu: nước thải sinh hoạt, Đất ngập nước, cỏ Vetiver, Lục bình. Bố trí thí nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ Vetiver, Lục bình giảm thiểu ô nhiễm môi trường Phân tích các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt sau khi qua hệ thống xử lý: pH, Eh, EC, TDS, DO, COD, BOD5, SS. 1.10. Phương pháp nghiên cứu 1.10.1. Phương pháp luận: Từ những vấn đề bức xúc của môi trường Thành phố nói chung và môi trường khu dân cư sinh sống nói riêng. Đặc biệt là môi trường nước của các hệ thống kênh, cống, rạch ở vùng ngoại thành đang đô thị hóa bị ô nhiễm khá nặng; đến việc tìm hiểu những công nghệ xử lý hóa lý có thể sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt cho thấy còn nhiều hạn chế, do chi phí cao và vận hành khá phức tạp. Do đĩ, việc lưa chọn một công nghệ có khả năng xử lý tốt, chi phí thấp có thể xem là tối ưu và thích hợp với tình hình kinh tế hiện nay: Ứng dụng khả năng xử lý nước thải của hệ thống Đất ngập nước. Ứng dụng một số thực vật Đất ngập nước, đặc biệt là thực vật bản địa có khả năng xử lý ô nhiễm để xử lý nước thải sinh hoạt. 1.10.2. Phương pháp chứng minh: 1.10.2.1. Phương pháp chứng minh trực tiếp Đưa ra dẫn chứng gồm các điều đã được công nhận, lý luận, số liệu, tài liệu thu thập, hình ảnh nhằm chứng minh cho cần điều cần thể hiện. 1.10.2.2. Phương pháp chứng minh gián tiếp Khi không thể nối trực tiếp với điều cần chứng minh với các điều đã được công nhận thì đưa ra một điều mâu thuẫn với điều cần chứng minh. Từ cái “sai” này sẽ đưa đến cái “ đúng” của vấn đề. Ví dụ: - Không thể nói trực tiếp thực vật thân thảo, trôi nổi có thích hợp xử lý hơn thân gỗ cao, to thì đưa ra đặc tính của thực vật thân gỗ, thân cỏ, thân trôi nổi cho thấy sự mâu thuẫn của thân gỗ với diện tích nhỏ hẹp vùng tiến hành thí nghiệm dẫn đến việc phải dùng cây thân cỏ, trôi nổi. - Hay không thể nói nước đi ra cần làm sạch thêm bằng thực vật Đất ngập nước thì đưa ra mâu thuẫn các thông số không đạt của nước thải và nhu cầu cấp thiết tái sử dụng nước phục vụ cho những mục đích khác, dẫn đến cần làm sạch thêm nước đi ra bằng hệ thống thực vật Đất ngập nước. 1.10.3. Phương pháp tìm kiếm dữ liệu Sưu tầm các tài liệu có sẵn, số liệu xảy ra trong quá khứ; khám phá hay dịch thuật tài liệu mới. Sau đó chọn lọc đánh giá, phân tích tổng hợp dữ liệu. 1.10.4. Phương pháp cụ thể: 1.10.4.1. Tổng hợp các số liệu Xử lý, phân tích tổng hợp các tài liệu, số liệu thu thập theo mục tiêu đề ra. 1.10.4.2. Phương pháp chuyên gia Các ý kiến tư vấn, đóng góp xây dựng được sử dụng trong việc lựa chọn các vấn đề chính, xây dựng khung chiến lược, lựa chọn chiến lược và vạch ra chiến lược chi tiết. 1.10.4.3. Phương pháp thực nghiệm Tiến hành thực hiện khảo sát thực địa lấy mẫu, thí nghiệm, khảo sát, đo đạc và quan trắc. 1.10.4.4. Phương pháp thống kê Hệ thống hóa các chỉ tiêu cần thống kê, tiến hành điều tra thống kê, tổng hợp thống kê, phân tích và dự đoán. 1.10.4.5. Phương pháp phân tích hóa, lý của nước Về thành phần hoá học: dựa vào đặc tính nước thải sinh hoạt nên chủ yếu phân tích các chỉ tiêu về BOD5, COD, SS trong nước kết hợp với một số chỉ tiêu đo tại thực địa như: pH, Eh, EC, TDS, DO. 1.11. Giới hạn của đề tài Kết quả thu được từ mô hình tương đối khả quan, song trong quá trình thực hiện còn nhiều hạn chế: Thời gian: thực hiện gần 3 tháng từ ngày 1/04/2009 đến ngày 24/06/2009 Số chỉ tiêu khảo sát chất lượng nước thải không nhiều ( COD, BOD5, SS, DO, Eh, pH, EC, TDS) phần nào ảnh hưởng đến đánh giá của thí nghiệm. Đối tượng: cỏ Vetiver, Lục bình Chưa có điều kiện thực hiện mô hình thực nghiệm ở một diện tích đất và cây trồng đủ lớn để có thể thấy rõ hơn mức độ xử lý nước thải của cỏ Vetiver, Lục bình trên thực tế. 1.12. Ý nghĩa của đề tài Thông qua nghiên cứu của đề tài để góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng thực vật của đất ngập nước như là một công cụ xử lý nước thải. Có thể xem đây là một phương thức xử lý – hài hòa giữa lợi ích kinh tế và lợi ích môi trường, mang tính kinh tế cao và phù hợp với điều kiện nước ta, đặc biệt là vùng ngoại thành đang đô thị hóa. Hạn chế đưa vào môi trường các nguồn chất thải gây ô nhiễm, đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững và đảm bảo chất lượng môi trường sống con người. Đồng thời đưa ra một số thông số cơ bản trong việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải bằng thực vật. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƯỚC 2.1. Khái quát về Đất ngập nước và chức năng xử lý nước thải 2.1.1. Các định nghĩa về Đất ngập nước Thuật ngữ Đất ngập nước 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. Một nhóm theo định nhĩa rộng, 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, New Zealand 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. Theo các nhà khoa học Canada : “Đất ngập nước là đất bão hòa nước trong thời gian dài đủ để hổ trợ các quá trình thủy sinh. Đó là những nơi khó tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt đông sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt.” Theo các nhà khoa học New Zealand : “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 trên theo nghĩa hẹp, 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. 2.1.2. Các chức năng của đất ngập nước 2.1.2.1. Chức năng sinh thái 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 O2 và CO2 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 sản xuất và xuất khẩu sinh khối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũng như vật nuôi. Giao thông 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 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. Giải trí, du lich : 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. 2.1.2.2. Chức năng kinh tế Tài nguyên rừng : các loài động vật thường rất phong phú ở các vùng Đất ngập nước, tạo nên nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, có thể khai thác để phục vụ lợi ích kinh tế. Tài nguyên rừng cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như : gỗ, than, củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, tanin, dược liệu. Nhiều vùng Đất ngập nước rất giàu động vật hoang dã đặc biệt là các loài chim nước, cung cấp nhiều loại sản phẩm, trong đó có nhiều loại có giá trị thương mại cao (da cá sấu, đồi mồi). Thuỷ sản : các vùng Đất ngập nước là môi trường sống và là nơi cung cấp thức ăn cho các loài thủy sinh có giá trị kinh tế cao như cá, tôm, cua, động vật thân mềm… Tài nguyên cỏ và tảo biển : nhiều diện tích Đất ngập nước ven biển có những loại tảo, cỏ biển là nguồn thức ăn của nhiều loài thủy sinh vật và còn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc, làm phân bón và dược liệu… Sản phẩm nông nghiệp : các ruộng lúa nước chuyên canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác đã tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng khác của vùng Đất ngập nước. Cung cấp nước ngọt : nhiều vùng Đất ngập nước là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, cho tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc và sản xuất công nghiệp. Tiềm năng năng lượng : than bùn là một nguồn nhiên liệu quan trọng, các đập, thác nước cũng là nguồn cung cấp năng lượng. Rừng tràm Việt Nam có khoảng 305 triệu tấn than bùn cung cấp nguồn năng lượng lớn. Lớp than bùn này được dùng làm phân bón và ngăn cản quá trình xì phèn. 2.1.2.3. Giá trị đa dạng sinh học Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của Đất ngập nước. Nhiều vùng Đất ngập nước là nơi cư trú rất thích hợp của các loài động vật hoang dã, đặc biệt là loài chim nước, trong đó có nhiều loài chim di trú. Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh thái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái có năng suất cao, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học. Đó là nơi cung cấp các lâm sản, nông sản và hải sản có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh vai trò điều hoà khí hậu, hạn chế xói lở, ổn định và mở rộng bãi bồi. Giá trị đa dạng sinh học của Đất ngập nước bao gồm cả giá trị văn hóa, nó liên quan tới cuộc sống tâm linh, các lễ hội truyền thống phản ánh ước vọng của người dân địa phương sống trong đó và các hoạt động du lịch sinh thái… giá trị văn hoá bao gồm cả tri thức bản địa của người dân trong nuôi trồng, khai thác và sử dụng các tài nguyên thiên nhiên và cách thích ứng của con người với môi trường tự nhiên( lũ lụt, hiện tượng ngập nước theo mùa hoặc đột biến của thiên nhiên…). Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh mối quan hệ giữa tự nhiên, xã hội, ngôn ngữ và văn hoá là không thể tách rời, nó thể hiện lòng tin của con người. Thông thường nơi nào có giá