Luận Văn Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cỏ VETIVER và lục bình bằng mô hình đất ngập nước

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.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Tên đề tài 2
1.3. Cơ quan quản lý 2
1.4. Giáo viên hướng dẫn 2
1.5. Người thực hiện 3
1.6. Lý do chọn đề tài 3
1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
1.8. Mục đích nghiên cứu 4
1.9. Nội dung nghiên cứu 4
1.10. Phương pháp nghiên cứu 4
1.10.1. Phương pháp luận: 4
1.10.2. Phương pháp chứng minh: 5
1.10.2.1. Phương pháp chứng minh trực tiếp 5
1.10.2.2. Phương pháp chứng minh gián tiếp 5
1.10.3. Phương pháp tìm kiếm sử liệu 6
1.10.4. Phương pháp cụ thể: 6
1.10.4.1. Tổng hợp các số liệu 6
1.10.4.2. Phương pháp chuyên gia 6
1.10.4.3. Phương pháp thực nghiệm 6
1.10.4.4. Phương pháp thống kê 6
1.10.4.5. Phương pháp phân tích hóa, lý của nước 6
1.11. Giới hạn của đề tài 7
1.12. Ý nghĩa của đề tài

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 8
2.1.1. Các định nghĩa về Đất ngập nước 8
2.1.2. Các chức năng của đất ngập nước 10
2.1.2.1. Chức năng sinh thái của đất ngập nước. 10
2.1.2.2. Chức năng kinh tế 11
2.1.2.3. Giá trị đa dạng sinh học 12
2.1.3. Các loại hình đất ngập nước và cơ chế các quá trình xử lý trong đất ngập nước 13
2.1.3.1. Lịch sử sử dụng đất ngập nước để làm sạch nước. 13
2.1.3.2. Các loại hình đất ngập nước 14
2.1.3.3. Cơ chế các quá trình xử lý 18
2.1.3.4. Tình hình áp dụng đất ngập nước trong xử lý nước thải 27
2.1.3.5. Những ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng Đất ngập nước để xử lý nước thải 33
2.2. Khái quát nhóm thực vật đất ngập nước 35
2.2.1. Giới thiệu chung 35
2.2.2. Phân loại các nhóm thực vật thuỷ sinh 37
2.2.2.1. Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước 38
2.2.2.2. Nhóm thực vật trôi nổi 39
2.2.2.3. Nhóm thực vật nữa ngập nước 40
2.2.3. Một số loài thực vật thuỷ sinh có khả năng xử lý nước thải 41
2.2.3.1. Lục bình (Bèo Nhật Bản) 41
2.2.3.2. Cỏ Vetiver ( cỏ hương bài) 42
2.2.3.3. Một số loài thực vật xử lý nước thải khác

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

3.1. Nguồn gốc của nước thải sinh hoạt 50
3.2. Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt 51
3.3. Tác động của nước thải sinh hoạt đến môi trường 52
3.3.1. Đến môi trường tự nhiên 52
3.3.2. Đến môi trường nhân tạo 53
3.4. Tổng quan về mức độ và phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 54
3.4.1. Tổng quan về mức độ xử lý nước thải sinh hoạt 54
3.4.1.1. Xử lý ban đầu (xử lý cấp I) 54
3.4.1.2. Xử lý bậc hai (xử lý cấp II) 54
3.4.1.3. Xử lý bậc cao nước thải (xử lý cấp III) 54
3.4.2. Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 55
3.4.2.1. Phương pháp cơ học 55
3.4.2.2. Phương pháp hóa lý 56
3.4.2.3. Phương pháp sinh học 60
3.4.2.4. Phương pháp khử trùng

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

4.1. Mô hình thực nghiệm ngoài thực địa 65
4.1.1 Thiết kế mô hình thực nghiệm: 65
4.1.1.1. Hồ trồng thực vật 65
4.1.1.2. Hồ chứa nước đầu vào 66
4.1.1.3. Hệ thống ống dẫn nước 67
4.1.1.4. Hệ thống van 67
4.1.2. Khảo sát khả năng thích nghi của thực vật 69
4.1.2.1. Lục bình: 69
4.1.2.2. Cỏ Vetiver 72
4.1.3. Tiến trình thực nghiệm 77
4.1.4. Nguồn nước thải đầu vào 78
4.1.5. Vận hành mô hình thực nghiệm 78
4.2. Đo và phân tích mẫu nước 80
4.2.1. Đo theo dõi trong quá trình thí nghiệm 80
4.2.2. Lấy mẫu và phân tích mẫu nước

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

5.1. Kết quả đầu vào của hệ thống 82
5.2. Mối quan hệ giữa các chỉ tiêu chất lượng nước trong hệ thống thực nghiệm 82
5.2.1. Hồ Lục bình 82
5.2.2. Hồ cỏ Vetiver 87
5.3. Quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của thực vật 90
5.3.1. Lục bình 90
5.3.1.1. Hiệu suất xử lý COD trong hồ Lục bình 92
5.3.1.2. Hiệu suất xử lý BOD5 trong hồ Lục bình 94
5.3.1.3. Hiệu suất xử lý SS trong hồ Lục bình 95
5.3.2. Cỏ Vetiver 97
5.3.2.1. Hiệu suất xử lý COD trong hồ cỏ Vetiver 100
5.3.2.2. Hiệu suất xử lý BOD5 trong hồ cỏ Vetiver 101
5.3.2.2. Hiệu suất xử lý SS trong hồ cỏ Vetiver 102
5.4. So sánh khả năng xử lý ô nhiễm hữu cơ

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.1. Kết luận 110
6.2. Kiến nghị 110