Đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của thực vật nổi: lục bình, bèo

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ Đặt vấn đề Ở Việt Nam, dầu khí đã được phát hiện vào ngày 26/6/1986, tấn dầu đầu tiên đã khai thác được từ mỏ dầu Bạch Hổ. Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí ở thềm lục địa phía Nam, đã đi vào khai thác như mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây Lan Đỏ… Nhà nước ta bắt đầu tiến hành xây dựng nhà máy chế biến dầu đầu tiên với công suất 6 triệu tấn năm. Đồng thời hàng loạt các dự án về sử dụng và chế biến khí ra đời. Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí trong công cuộc công nghiệp hóa đất nước sẽ rất có ý nghĩa, góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới có thể sánh ngang các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới. Cùng với sự phát triển của ngành chế biến dầu, một trong những vấn đề được mọi ngưới rất quan tâm hiện nay, đó là tình trạng ô nhiễm môi trường của các chất thải có nhiễm dầu. Các hiện tượng tràn dầu, rò rĩ khí dầu gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường, như làm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật, và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm. Với mục tiêu góp phần bảo vệ môi trường. Ngoài việc tránh các hiện tượng rò rĩ khí dầu ra bên ngoài thì việc xử lý nước thải trong nhà máy lọc dầu được đặc biệt quan tâm chú ý, đầu tư phát triển. Và để đảm bảo sức khỏe cộng đồng và trả lại cho môi trường sự trong sạch ban đầu của nó, người ta đã nghiên cứu nhiều áp dụng thành công nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sinh học được đánh giá cao bởi các đặc tính ưu việt của nó như: giá thành hạ, không gây ô nhiễm cho môi trường xử lý, tuy thời gian dài hơn so với các phương pháp khoa học khác. Trong các phương pháp xử lý sinh học thì việc sử dụng thực vật thủy sinh là một phương pháp tương đối phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay. Đặc biệt là các loài thực vật bản địa như lục bình, bèo… Thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải tốt. Vì những lý do đó tôi đã chọn đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm” Mục tiêu đề tài: Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm. Từ đó đưa ra loại thực vật nào có hiệu suất xử lý cao hơn. Nội dung nghiên cứu: Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu: nước thải nhiễm dầu, thực vật thuỷ sinh (lục bình, bèo). Bố trí thí nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình, bèo tấm. Phân tích các thông số đầu vào và đầu ra của nước thải nhiễm dầu sau khi qua hệ thống xử lý. Phương pháp nghiên cứu 1.4.1. Phương pháp luận Từ khi con người phát hiện và biết khai thác dầu thì vấn đề ô nhiễm dầu cũng bắt đầu xuất hiện do: tràn dầu, nước thải từ nhà máy lọc dầu, kho xăng dầu,….gây ảnh hưởng đến môi trường sống của con người. Bên cạnh đó các phương pháp xử lý nước thải ô nhiễm dầu hiện nay tốn chi phí khá cao và vận hành phức tạp Do đó lựa chọn một công nghệ xử lý có hiệu quả, chi phí thấp, phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay là điều cần thiết. Việc ứng dụng khả năng xử lý nước thải của thực vật nổi phần nào đáp ứng được những nhu cầu đó. 1.4.2. Phương pháp cụ thể 1.4.2.1. Tổng hợp các số liệu Xử lý, phân tích, tổng hợp các tài liệu, số liệu, thu thập theo mục tiêu đề ra. 1.4.2.2. 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. 1.4.2.3. Phương pháp thực nghiệm Tiến hành thực hiện khảo sát thực địa lấy mẫu, thí nghiệm, khảo sát, đo đạc và quan trắc. 1.4.2.4. 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. 1.4.2.5. Phương pháp phân tích hóa, lý của nước Phân tích các chỉ tiêu về BOD5, COD, SS, pH trong nước Giới hạn của đề tài Kết quả thu được từ mô hình tương đối khả quan, tuy nhiên quá trình được thực hiện còn nhiều hạn chế: Thời gian thực hiện gần 3 tháng từ ngày 1/04/2010 đến ngày 28/06/2010 Số chỉ tiêu khảo sát chất lượng nước thải không nhiều (BOD5, COD, SS, pH). Do đó, phần nào ảnh hưởng đến đánh giá của thí nghiệm. Chỉ thực hiện với 2 đối tượng lục bình và bèo tấm Chưa có điều kiện thực hiện mô hình thực nghiệm ở một diện tích đủ lớn để có thể thấy rõ hơn mức độ xử lý nước thải của lục bình, bèo tấm trên thực tế Ý nghĩa của đề tài Thông qua nghiên cứu của đề tài để góp phần làm sáng tỏ thêm việc sử dụng thực vật nổi để xử lý nước thải. Có thể coi đây là một phương pháp 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 được đô thị hóa. Hạn chế ô nhiễm nguồn nước, bảo đảm chất lượng môi trường sống của con người. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THỰC VẬT THỦY SINH 2.1. Giới thiệu chung Các loài thực vật không chỉ tồn tại ở trên mặt đất, mà chúng còn tồn tại cả những vùng đất ngập nước. Những thực vật sống ở những vùng ngập nước được gọi là thực vật thủy sinh. Các loài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mềm. Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn. Các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua rễ và qua lá. Ở lá của các loài thực vật (kể cả thực vật thủy sinh) đều có nhiều khí khổng. Mỗi một cm² bề mặt lá có khoảng 100 lổ khí khổng. Qua lổ khí khổng này, ngoài sự trao đổi khí còn có sự trao đổi các chất dinh dưỡng. Do đó, lượng vật chất đi qua lổ khí khổng để tham gia quá trình quang hợp không nhỏ. Ở rễ, các chất dinh dưỡng vô cơ được lông rễ hút và chuyển hoá lên lá để tham gia quá trình quang hợp. Như vậy vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá. Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này cùng với các chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối. Thực vật chỉ tiêu thụ các chất hữu cơ hoà tan. Các chất vô cơ không được thưc vật tiêu thụ trực tiếp mà phải qua quá trình vô cơ hoá nhờ hoạt động của vi sinh vật. Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hoàn tan. Lúc đó thực vật mới có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất. Chính vì thế, thực vật không thể tồn tại và phát triển trong môi trường chỉ chứa các chất hữu cơ mà không có mặt của vi sinh vật. Quá trình vô cơ hoá bởi vi sinh vật và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hoà tan bởi thực vật thủy sinh tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước. Nếu đó là nước thải thì quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch sinh học. vô cơ hoá quang hợp Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hoà tan Sinh khối thực vật sinh khối vi sinh vật Hình 2.1 Quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thực vật Quá trình này thường xảy ra trong thiên nhiên ở những mức độ khác nhau. Tác động của con người vào quá trình trên thường rất mạnh. Nếu không có sự hiểu biết sẽ làm chậm hoặc làm ngưng trệ quá trình chuyển hoá trên. Nếu có sự hiểu biết, chúng ta có thể làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá trên. Việc làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá trên ở các dạng nước thải nhờ vi sinh vật và nhờ thực vật thủy sinh là phương pháp được nhiều cơ sở khoa học nghiên cứu và áp dụng rất thành công trong nhiều loại nước thải. 2.2. Những nhóm thực vật thuỷ sinh Tuy không đa dạng như thực vật phát triển trên cạn, nhưng thực vật thủy sinh cũng phát triển rất phong phú ở nhiều khu vực trên trái đất. Để tồn tại được trong môi trường nước khác nhau đòi hỏi mỗi loài thực vật phải có sự tiến hóa và tính thích nghi rất cao. Chính do sự tiến hóa và tính thích nghi này mà các loài thực vật thủy sinh có những đặc điểm riêng, khác với thực vật trên cạn. Cần lưu ý rằng, không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh đều có thể sử dụng để xử lý môi trường nước. Chỉ có một ít trong số thực vật thủy sinh mới có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm. Thực vật thủy sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia ra làm ba nhóm lớn. 2.2.1. Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước (submerged plant) Những thực vật sống trong lòng nước (phát triển dưới bề mặt nước) được gọi là thủy sinh ngập nước. Đặc điểm quan trọng của các loài thực vật thủy sinh ngập nước là tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòng nước. Khi thực vật thủy sinh sống hẳn trong lòng nước, có rất nhiều quá trình xảy ra không giống như thực vật sống trên cạn. những quá trình đó bao gồm 2.2.1.1. Thứ nhất Ánh sáng từ mặt trời không trực tiếp tác động vào diệp lục có ở lá mà mà ánh sáng mặt trời đi qua một lớp nước. Một phần năng lượng của ánh sáng mất đi do sự hấp thụ của các chất hữu cơ có trong nước. Chính vì thế, phần lớn các thực vật thủy sinh sống ngập trong nước bắt buộc phải thích nghi với ánh sáng kiểu này. Mặt khác ánh sáng mặt trời chỉ có thể đâm xuyên vào nước với mức chiều sâu nhất định. Quá mức độ đó, tác động của ánh sáng sẽ yếu dần đến lúc bị triệt tiêu. Điều đó cho thấy một thực tế là các loài thực vật ngập nước chỉ có thể sống ở một khoảng chiều sâu nhất định của nước, hay nói cách khác là chúng chỉ có thể phát triển ở vùng nước sâu. Không có ánh sáng mặt trời xuyên qua thì không có thực vật pháp triển. Như vậy, ánh sáng mặt trời đâm xuyên qua vào nước phụ thuộc vào 2 yếu tố: + Độ đục của nước; + Chiều sâu của nước. Ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất ở chiều sâu của nước là 50 cm trở lại. Chính vì thế, chúng ta thấy phần lớn các thực vật ngập nước phát triển nhiều ở chiều sâu này (tính từ bề mặt nước) 2.2.1.2. Thứ hai Khí CO2 trong nước không nhiều như CO2 có trong không khí. Khả năng CO2 có trong nước thường những nguồn sau: Từ quá trình hô hấp của vi sinh vật Từ quá trình phản ứng hóa học Từ quá trình hòa tan của không khí Các quá trình hô hấp thải CO2 thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy. Các phản ứng hóa học chỉ xảy ra trong môi trường nước chứa nhiều cacbonat. Khả năng hòa tan CO2 từ không khí rất hạn chế. Chúng chỉ xảy ra ở bề mặt nước và khả năng này thường giới hạn ở độ dày của nước khoảng 20 cm kể từ bề mặt nước. Chính vì những hạn chế này mà các loài thực vật thủy sinh thường phải thích nghi hết sức mạnh với môi trường thiếu CO2. 2.2.1.3. Thứ ba Việc cạnh tranh CO2 trong nước xảy ra rất mạnh giữa thực vật thủy sinh và tảo, kể cả với vi sinh vật quang năng. Ở những lưu vực nước không chuyển động có sự hạn chế rất lớn lượng CO2, nhưng ở những dòng chảy hay có sự khuấy động, lượng CO2 từ không khí sẽ tăng lên. 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 thân và lá lơ lững trong lòng nước. 2.2.2. Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants) Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm 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. 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, nhiều khi chúng gây ra những vấn nạn sinh khối. Nhóm thực vật này bao gồm ba loài sau: lục bình (water hyacinth), bèo tấm (duck week), rau diếp nước (water lettuce). Những loài thực vật này nổi trên mặt nước và chúng thường chuyển động trên mặt nước theo gió thổi, sóng nước hay theo dòng nước chảy của nước. Ở những khu vực nước không chuyển động , các loài thực vật này sẽ bị dồn về một phía theo chiều gió. Khi thực vật chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng sẽ thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ.Mặt khác, rễ của các loài thực vật này như những giá thể rất tuyệt vời để vi sinh vật bám vào đó, phân hủy hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. So với thực vật gập nước, thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao. Ở nhiều nước nhiệt đới, các loài thực vật trôi nổi này, đặc biệt là loài lục bình phát triển rất nhanh ở các dòng sông. Một mặt, lục bình làm giảm khả năng gây ô nhễm của nước, mặt khác chúng làm tắc nghẽn dòng chảy và gây ra hiện tượng ùn tắc lưu thông. 2.2.3. Thực vật nửa ngập nước (emergent plant) Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước. Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước. Phần rễ bám vào trong đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Thuộc các nhóm này là các loài cỏ nước và các loài lúa nước. Việc làm sạch môi trường nước đối với các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước. Những vật chất lơ lững thường ít hoặc không được chuyển hóa. Các loài thân cỏ thuộc nhóm này bao gồm: cỏ đuôi mèo (cattails), sậy (reed), cỏ lỏi bấc (bulrush). Các loại thực vật thủy sinh trong quá trình phát triển phụ thuộc vào các điều kiện môi trường nước như sau: Nhiệt độ Ánh sáng Chất dinh dưỡng và cơ chất có trong nước pH của nước Các chất khí hòa tan trong nước Độ mặn (hàm lượng muối) có trong nước Các chất độc hại có trong nước Dòng chảy của nước Sinh thái của nước 2.2.4. Một số loài thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải 2.2.4.1. Lục bình Hình 2.2 Lục bình (Nguồn: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia) a.Tên Tên tiếng việt: Lục bình, bèo tây hay bèo Nhật Bản. Tên khoa học: Eichhornia crassipes Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Liliopsida Bộ: Liliales Họ: Pontederiaceae Chi: Eichhornia b. Nguồn gốc Cây lục bình Nam Bộ có nguồn gốc ở Brazil, nhập vào Việt Nam từ năm 1905. c. Đặc điểm Lục bình là loài cỏ thủy sinh, thân ngắn có chùm lông ở giữa, với dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt. Lá cuống vào nhau như những cánh hoa, gân hình cung, mịn, đa sắc. Cuống lá rất xốp thường phù to tạo thành phao, hình lọ lục bình ngắn và to ở cây non, hay kéo dài đến 30 cm ở cây già. Rễ lục bình trông như lông vũ sắc đen buông rủ xuống nước, dài đến 1m. Hoa lục bình màu xanh nhạt hoặc xanh tím tạo thành chùm đứng, đài và tràn hoa cùng đính ở gốc, cánh hoa trên có đốm vàng, 3 tâm bì nhưng chỉ có 1 tâm bì thụ, 6 tiếu nhị với 3 dài và 3 ngắn. Trái lục bình là nang có 3 buồng, bì mỏng nhiều hột. Thường mọc nổi trên mặc nước hay bám vào đất bùn của các vùng nước ngọt có nhiệt độ từ 10 – 400C, nhưng sinh trưởng mạnh nhất ở nhiệt độ 20 - 300C. Lục bình sinh sản rất mạnh, 1 cây mẹ có thể đẻ con, tăng số gấp đôi sau mỗi 2 tuần. Ở Việt Nam lục bình thường phát triển rất mạnh ở các ao hồ, ven sông, sống thành quần thể sát bờ sông hoặc kênh rạch. c. Sử dụng Ở dạng tự nhiên, loại lục bình này có tác dụng hấp thụ những kim loại nặng (như chì, thủy ngân và strontium) và vì thế có thể dùng để xử lý ô nhiễm môi trường. Ngoài ra còn dùng làm thức ăn cho gia súc, dùng làm nấm rơm, làm phân chuồng Trong y học thuốc Nam, lá lục bình đem giả với muối rồi đem đắp lên ung nhọt sẽ làm giảm sưng. Còn có công dụng thủ công nghiệp. Xơ lục bình phơi khô có thể chế biến để dùng bện thành dây, thành thừng rồi dệt thành chiếu, hàng thủ công, hay bàn ghế. 2.2.4.2. Bèo tấm Hình 2.3 Bèo tấm (Nguồn: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia) a. Tên Tên khoa học: Lemnoideae Giới: Plantae Bộ: Alismatales Họ: Araceae b. Đặc điểm Các loài thực vật này rất đơn giản, chúng thiếu thân hoặc lá, nhưng bao gồm cấu trúc nhỏ giống như lưỡi lam trôi nổi trên hay chỉ ngay dưới bề mặt nước, có hoặc không có rễ con đơn giản. Sự sinh sản của chúng diễn ra chủ yếu là vô tính, nhờ nảy chồi, nhưng thỉnh thoảng thì hoa, bao gồm 2 nhị hoa và một nhụy hoa (đôi khi gọi nó là cụm hoa gồm 3 hoa đơn tính) cũng được sinh ra. Quả là một loại túi nhỏ, một cái túi chứa không khí và hạt, nhằm mục đích có thể nổi được. Hoa của chi Wolffia là nhỏ nhất trong thế giới các loài hoa, nó chỉ dài 0,3 mm Bèo tấm là nguồn thức ăn quan trọng cho các loại chim nước, cũng như được sử dụng. Một số loài bèo tấm được nuôi trồng trong các bể cá cảnh nước ngọt và ao hồ, chúng phát triển khá nhanh, mặc dù trong các ao hồ lớn có thể là rất khó loại trừ một khi chúng đã có mặt. Bèo tấm có vai trò quan trọng trong việc khắc phục tình trạng dư thừa các chất dinh dưỡng dạng khoáng chất trong các ao hồ bằng biện pháp sinh học do chúng phát triển nhanh và hấp thụ phần lớn các chất này, cụ thể là các nitrat và photphat. Nó cũng làm giảm tỷ lệ bay hơi của nước. 2.2.4.3. Một số loài thực vật xử lý nước thải khác a. Cỏ vetiver Họ: Gramanae Tộc: Andropogoneae Tên khoa học: Vetiver zizanioides Tên thường gọi: Vetiver grass, cỏ hương bài... Hình 2.4 Cỏ vetiver (Nguồn: www.ctu.edu.vn) b. Cây bông súng Tên khoa học: Nymphaea rubra Roxb. ex Salisb Hình 2.5 Cây bông súng (Nguồn: www.ctu.edu.vn) c. Cỏ voi Tên thường gọi: cỏ voi, Napier, Elephant grass,... Họ: Geminae Hình 2.6 Cỏ voi (Nguồn: www.khuyennongvn.gov.vn) d. Ca