TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
CỦA CÂY CHUỐI HOA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC
NHÂN TẠO

Họ và tên sinh viên : LƯU THỊ BÍCH NGÂN
Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Niên khóa: 2007 - 2011

TP.HCM, Tháng 07/2011
i


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
*******

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA
CÂY CHUỐI HOA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

Tác giả:

Lưu Thị Bích Ngân

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Gíao viên hướng dẫn:

TS. Lê Quốc Tuấn

Tp.HCM , Tháng 07/2011
i


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong
suốt quá trình nghiên cứu để có thể hoàn thành đề tài này:
 Thầy cô khoa Môi trường & Tài nguyên đã tình dạy bảo, trình đạt kiến thức
trong suốt 4 năm học vừa qua.
 Thầy Lê Quốc Tuấn đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm
trong suốt quá trình nghiên cứu để có thể hoàn thành đề tài này.
 Thầy Huỳnh Tấn Nhựt và thầy Hoàng Bảo Phú đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong
công tác kiểm tra mẫu và kinh nghiệm thao tác phòng thí nghiệm.
 Thầy cô viện nghiên cứu công nghệ sinh học và môi trường, Trường ĐH Nông
Lâm TP.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể tiến hành thí nghiệm với các dụng
cụ cần thiết.
 Bạn Phạm Công Danh, bạn Đỗ Ngọc Hải, bạn Trần Thanh Vĩnh, bạn Huỳnh
Đức Thiện và toàn thể các bạn lớp DH07MT đã đóng góp kiến thức và giúp đỡ
tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
 Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn, các anh chị làm việc tại phòng thí
nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM đã

chia sẽ kinh nghiệm và khó khăn trong lúc tôi thực hiện đề tài.
Do còn hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế nên đề tài không thể
tránh khỏi còn sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý quý giá của thầy cô và các bạn để
đề tài có thể hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

ii


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô
hình đất ngập nước” hướng tới một công nghệ xử lý nước thải kinh tế hơn, hiệu quả
hơn và tạo cảnh quan đẹp hơn so với các công nghệ xử lý trước đây.
Đề tài được thực hiện tại Khoa Môi trường và Tài nguyên, trường ĐH Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh, từ 15/02/2011 - 15/06/2011 dựa trên mô hình đất ngập nước nhân
tạo có dòng chảy đứng. Mô hình gồm 3 nghiệm thức trồng cây chuối hoa và một bể
đối chứng không trồng cây. Cả 4 bể đều được bố trí vật liệu đệm gồm: đá, sỏi, cát và
đất. Và tiến hành tới nước thải sinh hoạt tai Ký túc xá Trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ
Chí Minh làm nghiên cứu.
Kết quả thu được cho thấy hiệu quả xử lý đạt rất cao, hiệu quả xử lý COD đạt từ 93
– 97%; N từ 94 – 96%; P từ 86 – 90% và các chỉ tiêu khác đều đạt loại A
QCVN14:2008/BTNMT.

iii


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ---------------------------------------------------------------------------------------- ii
TÓM TẮT -------------------------------------------------------------------------------------------- iii
MỤC LỤC ------------------------------------------------------------------------------------------- iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ----------------------------------------------------------- vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ----------------------------------------------------------------------- viii
DANH MỤC BẢNG ------------------------------------------------------------------------------- ix
DANH MỤC BIỂU ĐỒ ----------------------------------------------------------------------------- x
Chương 1. MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Đ
ẶT VẤN ĐỀ ---------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- T
ÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ----------------------------------------------------------- 2
1.3 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- M
ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ------------------------------------------------------------------- 2
1.4 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- N
ỘI DUNG NGHIÊN CỨU ------------------------------------------------------------------ 2
1.4.1 ---------------------------------------------------------------------------------------------- T
ìm hiểu thông tin và thu thập số liệu------------------------------------------------ 2
1.4.2 ---------------------------------------------------------------------------------------------- T
ham quan, khảo sát thực tế ---------------------------------------------------------- 3
1.4.3 ---------------------------------------------------------------------------------------------- T
hiết lập và nghiên cứu mô hình------------------------------------------------------ 3
1.4.4 ---------------------------------------------------------------------------------------------- P
hân tích mẫu --------------------------------------------------------------------------- 4
1.4.5 ---------------------------------------------------------------------------------------------- X
ử lý, đánh giá số liệu và chuyên tải thông tin ------------------------------------- 4
1.4.6 ---------------------------------------------------------------------------------------------- Đ
ề xuất công nghệ----------------------------------------------------------------------- 4
iv



Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

1.5 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- G
IỚI HẠN ĐỀ TÀI ---------------------------------------------------------------------------- 4
1.6 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Ý
NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ------------------------------------------------- 4
Chương 2. TỔNG QUAN ------------------------------------------------------------------------- 5
2.1 ĐẤT NGẬP NƯỚC-------------------------------------------------------------------------- 5
2.1.1 KHÁI NIỆM ĐẤT NGẬP NƯỚC - BÃI LỌC CÂY TRỒNG ------------------ 5
2.1.2 CƠ CHẾ XỬ LÝ------------------------------------------------------------------------ 7
2.1.2.1 Cơ chế lý học ---------------------------------------------------------------------- 9
2.1.2.2 Cơ chế hóa học -------------------------------------------------------------------- 9
2.1.2.3 Cơ chế sinh học------------------------------------------------------------------ 10
2.1.3 PHÂN LOẠI -------------------------------------------------------------------------- 10
2.1.3.1 Bãi lọc cây trồng ngập nước (FWS) ------------------------------------------ 11
2.1.3.2 Bãi lọc trồng cây ngầm (SSF) ------------------------------------------------- 11
2.1.4 THỦY HỌC VÀ THỦY LỰC TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC – BÃI LỌC
CÂY TRỒNG -------------------------------------------------------------------------------------- 13
2.1.5 KHẢ NĂNG XỬ LÝ----------------------------------------------------------------- 14
2.1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI --------------------------------- 15
2.1.6.1 Thế giới --------------------------------------------------------------------------- 15
2.1.6.2 Việt Nam -------------------------------------------------------------------------- 17
2.2 CÂY CHUỐI HOA VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA THỰC VẬT --- 18
2.2.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN THỰC VẬT ------------------------------------------------- 18
2.2.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY CHUỐI HOA --------------------------------------------- 19
2.2.3 NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CƠ CHẾ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA
THỰC VẬT ----------------------------------------------------------------------------------------- 20
2.2.3.1 Nước thải sinh hoạt ---------------------------------------------------------------- 20

2.2.3.2 Cơ chế xử lý nước thải của thực vật --------------------------------------------- 22
Chương 3. MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU --------------------------- 25
3.1 MỤC ĐÍCH --------------------------------------------------------------------------------- 25
3.2 NGUYÊN TẮC TIẾN HÀNH------------------------------------------------------------ 25
3.3 ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH ---------------------------------------------------------------- 25
v


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

3.3.1 Nguồn nước thải ---------------------------------------------------------------------- 25
3.3.2 Cây và vật liệu ------------------------------------------------------------------------ 27
3.3.3 Khía hậu và thời tiết ------------------------------------------------------------------ 28
3.4 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ----------------------------------- 28
3.4.1 Chi tiết mô hình ----------------------------------------------------------------------- 28
3.4.2 Hoàn chỉnh thiết kế và chạy mô hình ---------------------------------------------- 30
3.4.3 Phương pháp lấy mẫu ---------------------------------------------------------------- 31
3.4.3 Phương pháp phân tích -------------------------------------------------------------- 32

Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ---------------------------------------------------- 33
4.1 NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO ----------------------------------------------------------------- 33
4.2 NƯỚC THẢI ĐẦU RA ------------------------------------------------------------------- 34
4.2.1 Kết quả COD -------------------------------------------------------------------------- 34
4.2.2 Kết quả BOD -------------------------------------------------------------------------- 35
4.2.3 Kết quả SS ----------------------------------------------------------------------------- 35
4.2.4 Kết quả Nitơ ammoniac -------------------------------------------------------------- 36
4.2.5 Kết quả Nitơ nitrat-------------------------------------------------------------------- 37
4.2.6 Kết quả Photpho ---------------------------------------------------------------------- 37
4.2.7 Kết quả pH----------------------------------------------------------------------------- 38
4.2.8 Kết quả Coliform --------------------------------------------------------------------- 39

4.2.9 Kết quả sinh khối --------------------------------------------------------------------- 39
4.2.10 Kết quả kết quả xử lý trước và sau------------------------------------------------ 41
4.3 ĐỀ XUẤT TẢI TRỌNG ------------------------------------------------------------------ 42
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ---------------------------------------------------- 43
5.1 KẾT LUẬN --------------------------------------------------------------------------------- 43
5.2 KIẾN NGHỊ --------------------------------------------------------------------------------- 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------------ 45
PHỤ LỤC ------------------------------------------------------------------------------------------- 46

vi


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy sinh hóa

BTNMT

: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD (Chemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy hóa học.

SSF

: Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm


FWS (Free Water Surface)

: Bãi lọc trồng cây ngập nước

K

: Kali

N

: Nitơ

P

: Photpho

PTN

: Phòng thí nghiệm

QCVN

: Quy Chuẩn Việt Nam

SS (Suspension Solid)

: Chất rắn lơ lững

TCVN


: Tiêu Chuẩn Việt Nam

TSS (Total Suspension Solid)

: Tổng chất rắn lơ lững

UV (Ultraviolet radiation)

: Tia tử ngoại

VSV

: Vi Sinh Vật

vii


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ thấm lọc tại thị trấn Me --- 6
Hình 2.2: Một bãi lọc cây trồng ở Đức------------------------------------------------------------ 6
Hình 2.3: Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy ngang. -------------------------------------- 12
Hình 2.4: Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy đứng. --------------------------------------- 12
Hình 2.5: Cây chuối hoa -------------------------------------------------------------------------- 19
Hình 2.6: Gốc, lá, hoa và hạt cây chuối hoa ---------------------------------------------------- 19
Hình 2.7: Cây chuối hoa non và trưởng thành ------------------------------------------------- 20
Hình 2.8: Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và thực vật. ------------- 23
Hình 2.9: Sự hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng ----------------------------------------- 23

Hình 3.1: Cư xá E và nơi sinh hoạt vệ sinh tập thể của sinh viên. -------------------------- 26
Hình 3.2: Địa điểm lấy mẫu nước thải. --------------------------------------------------------- 26
Hình 3.3: Cây chuối mới bứng về và trồng vào bể để thích nghi. --------------------------- 27
Hình 3.4: Mặt cắt các lớp vật liệu lọc ----------------------------------------------------------- 29
Hình 3.5: Cách bố trí cây trồng. (Ảnh ngày 24/02/2011) ------------------------------------- 29
Hình 3.6: Sơ đồ biểu diễn thiết kế mô hình ---------------------------------------------------- 30
Hình 3.7: Mô hình thực tế. (Ảnh ngày 24/02/2011) ------------------------------------------- 30
Hình 4.1: Hình ảnh cây chuối ở giai đoạn 1 tuần, 3 tuần và 5 tuần ------------------------- 40
Hình 4.2: Hình ảnh cây chuối hoa ở giai đoạn 5 tuần và khi kết thúc thí nghiệm. -------- 40
Hình 4.3: Mẫu nước trước và sau xử lý. (Ảnh ngày 23/06/2011) --------------------------- 41

viii


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các cơ chế xử lý ô nhiễm trong bãi lọc ngập nước --------------------------------- 8
Bảng 3.1: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt ----------------------------------- 21
Bảng 5.1: Bảng kết quả phân tích ô nhiễm đầu vào ------------------------------------------- 33

ix


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biêu đồ 4.7: Kết quả phân tích COD ở 4 tải trọng khác nhau. ------------------------------- 34
Biểu đồ 4.8: Kết quả phân tích BOD ở 4 tải trọng khác nhau. ------------------------------- 35
Biểu đồ 4.9: Kết quả phân tích SS ở 4 tải trọng ----------------------------------------------- 36

Biểu đồ 4.10: Kết quả Nitơ (amoni) ở các tải trọng ------------------------------------------ 36
Biểu đồ 4.11: Kết quả Nitơ (nitrat) ở 4 tải trọng ----------------------------------------------- 37
Biểu đồ 4.11: Kết quả P ở các tải trọng --------------------------------------------------------- 38
Biểu đồ 4.12: Kết quả pH ở các tải trọng ------------------------------------------------------- 38
Biểu đồ 4.13: Kết quả Colifỏm ở các tải trọng------------------------------------------------- 39
Biểu đồ 4.14: Kết quả sinh khối------------------------------------------------------------------ 40
Biểu đồ 4.13: Kết quả xử lý trước và sau ------------------------------------------------------- 41

x


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên con đường hội nhập công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, nước ta đang

đương đầu với rất nhiều thử thách về mọi mặt như an ninh, kinh tế, xã hội và đặc biệt
là các vấn đề về môi trường. Theo quá trình phát triển, hàng loạt các đô thị mọc lên
khiến luồng di cư đổ về đô thị. Song việc thu gom, xử lý rác thải và nước thải sinh
hoạt lại không được để ý.
Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE), nước thải sinh
hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính
gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi.
Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý.
Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi đầu
năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện

nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80%
các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở cả nông thôn
và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày
một ô nhiễm trầm trọng.
Nước ta trong vòng ít nhất là 10-15 năm nữa sẽ còn phải hứng chịu các tác động
nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử lý. Đây là lý do vì sao ô nhiễm nước
thải sinh hoạt đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt.
1


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

Bên cánh đó, các chuyên gia về nước trên thế giới cảnh báo, hiện cứ 3 người trên
trái đất có một người sống trong tình trạng thiếu nước. Chính vì vậy, cần có sự thay
đổi mạnh mẽ về cách thức quản lý nguồn nước đang ngày càng khan hiếm khi mà dân
số thế giới dự kiến sẽ tăng thêm 2 - 3 tỷ người vào năm 2050 và tìm ra cách thức xử lý
nước thải sinh hoạt đạt hiệu quả đang là một câu hỏi lớn cho thế giới nói chung và
nước ta nói riêng.
1.2.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện trạng, đã có rất nhiều nghiên cứu và biện pháp được đề xuất nhằm xử lý nước

thải sinh hoạt ở nước ta như: sử dụng bùn hoạt tính, áp dụng các biện pháp sinh học
(aerotank, USB..), hóa lý (keo tụ, tạo bông..) hay kết hợp sinh học và hóa lý… Tuy
nhiện thực tế cho thấy hiệu quả xử lý không cao, vận hành phức tạp lại khá tốn kếm về
mặt kinh tế. Vậy vấn đề đang đặt ra, phải nghiên cứu một công nghệ xử lý nước thải
sinh hoạt sao cho hiệu quả, đảm bảo kinh tế và có thể áp dụng ở mọi lúc mọi nơi.
Áp dụng thực vật trong xử lý nước thải là giải pháp thân thiện với môi trường, đễ
thực hiện và đang được rất quan tâm trong ngành xử lý nước thải. Tuy nhiên, ở nước ta

biện pháp này chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi mặc dù với điều kiện nhiệt
đới ẩm gió mùa, với hệ thực vật phong phú ở nước ta rất thích hợp để áp dụng mô hình
này. Do đó, mục tiêu đặt ra là thực vật xử lý phải dễ tìm, dễ trồng, thích nghi cao và
phù hợp kinh tế để có thể mở rộng mô hình và áp dụng thực tế. Cây chuối hoa là một
trong những loại cây có khả năng đáp ứng được những yêu cầu trên. Mô hình nghiên
cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng cây chuối hoa được hình thành.
1.3.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Xử lý nước thải sinh hoạt đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.
Nghiên cứu khả năng chịu tải trọng hữu cơ của cây chuối hoa, từ đó đưa ra tải

trọng tối ưu mà cây chuối hoa có thể xử lý.
1.4.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.4.1 Tìm hiểu thông tin và thu thập số liệu

2


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

-

Tìm hiểu các thông tin về các nghiên cứu sử dụng thực vật trong nước và thế
giới, cũng như ứng dụng của chúng trong thực tế.

-


Thu thập số liệu về tính chất thành phần nước thải sinh hoạt và các biện pháp
xử lý ô nhiễm.

-

Tìm hiểu đặc điểm sinh thái, khả năng thích nghi của cây chuối hoa cũng như
điều kiện khí hậu, độ ẩm…của nơi định dựng mô hình.

-

Thu thập các thông tin về nơi lấy nước thải nghiên cứu, khí tượng thủy văn, địa
hình…

1.4.2 Tham qua, khảo sát thực tế
Khảo sát vị trí lấy mẫu nước thải, quan sát, cảm quan ban đầu về màu sắc, mùi hôi,
độ đục và lưu lượng nước thải.
Khảo sát các hoạt động của khu vực lấy mẫu nhằm xác định nguồn gốc, tính chất
của nước thải đầu ra.
1.4.3 Thiết lập và nghiên cứu mô hình
•

Chọn vị trí lấy mẫu nước thải

•

Chọn vị trí đặt mô hình (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm…)

•


Tiến hành thiết lập mô hình: tiến hành xây dựng 4 bể trồng cây gồm 3 đơn
nguyên chính và 1 đơn nguyên so sánh.

•

Trồng thích nghi với nước thải trong vòng 3 tuần với nồng độ nước thải pha
loãng 2 lần

•

Tiến hành nâng tải trọng từ 0,6, 3, 6, 18kg/m2.h tương đương với lưu lượng
nước đầu vào từ 1, 5, 10, 30 lít/h

•

Thu mẫu và kiểm tra các chỉ tiêu như pH, COD, BOD, N, P, độ đục, độ màu,
SS nhằm xác định tải trọng tối ưu.

•

Theo dõi sự thích ứng và tăng trưởng của cây trồng trong hệ thống sau khi chạy
mô hình thực nghiệm. Đánh giá và so sánh hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của
cây chuối hoa với các phương pháp còn lại.

•

Xác định sinh khối và cường độ quang hợp của cây sau khi hoàn thành nghiên
cứu.
3



Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

1.4.4 Phân tích mẫu
Số lần thu mẫu: 2 lần/tuần. Gồm 3 mẫu ở 3 bể nghiên cứu và 1 mẫu ở bể đối
chứng.
Các chỉ tiêu phân tich: pH, SS, độ đục, Màu, COD, BOD, N, P, tổng Coliform dựa
theo các TCVN.
1.4.5 Xử lý, đánh giá số liệu và chuyển tải thông tin
Biểu diễn sự thay đổi nồng độ của các chất ô nhiễm theo thời gian lưu nước thông
qua biểu đồ và bảng phân tích hiệu suất xử lý của từng mô hình.
So sánh và đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý với các tiêu chuẩn – quy chuẩn
của Việt Nam.
1.4.6 Đề xuất công nghệ xử lý
Lựa tải trọng có hiệu suất xử lý tốt nhất, đề xuất áp dụng trong xử lý nước thải
sinh hoạt.
1.5.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

-

Địa điểm lấy mẫu nước thải: Ký túc xá trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí
Minh.

-

Thời gian nghiên cứu: 3 tháng, từ 15/03/2010 – 15/06/2010

-


Đối tượng nghiên cứu: cây chuối hoa và nước thải ký túc xá trường ĐH Nông
Lâm.

-

Bỏ qua yếu tố tốc độ sinh trưởng cũng như khả năng xử lý của cây non và cây
trưởng thành.

1.6.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Thông qua việc nghiên cứu sẽ tìm ra được khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của

cây chuối hoa, từ đó biết được tải trọng để có thể áp dụng vào thực tế xử lý nước thải
kết hợp tham quan, học tập, nghiên cứu và nâng cao cảnh quan ở trường ĐH Nông
Lâm TP.HCM. Đồng thời góp phần vào công cuộc nghiên cứu xử lý nước thải đạt hiệu
quả cao nhưng vẫn thân thiện với môi trường và đảm bảo kinh tế.
4


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

Chương 2
TỔNG QUAN

2. 1 ĐẤT NGẬP NƯỚC
2.1.1 KHÁI NIỆM ĐẤT NGẬP NƯỚC – BÃI LỌC CÂY TRỒNG
Hiện nay, môi trường đang rất được quan tâm không những trong nước ta mà trên
toàn thế giới, nhằm mang lại một môi trường sống tiện nghi và bền vững. Đã có rất

nhiều biện pháp được đưa ra để xử lý nước thải, song xử lý nước thải bằng bãi lọc
trồng các loại thực vật đã và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới với
ưu điểm là rẽ tiền. dễ vận hành, đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao.
Bãi lọc cây trồng hay đất ngập nước là những vùng đất có mực nước nông hoặc
xấp xỉ bề mặt đất trong thời gian dài. Đủ đề duy trì tình trạng bảo hòa của đất và sự
phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó.
Bãi lọc cây trồng có khả năng phân hủy chuyển hóa các chất hữu cơ và các chất
khác. Với khả năng đó, bãi lọc ngập nước nhân tạo được sử dụng để làm sạch nước
(xử lý nước thải đô thị, nông nghiệp, công nghiệp và nước mưa). Ngoài mục đích dùng
để xử lý nước, bãi lọc ngập nước còn có những lợi ích khác như tạo cảnh quan và môi
trường sống cho con người và các loài thú.
Các vùng đất ngập nước tự nhiên cũng có thể được sử dụng để làm sạch nước thải,
nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểm soát được chế
độ thủy lực và có khả năng gây ảnh hưởng xấu bởi thành phần nước thải tới môi
trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó.
5


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

Hình 2.1: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ thấm lọc tại thị trấn
Me (Gia Viễn - Ninh Bình)
(Nguồn: P.Đình. TCMT 01/2011- - )

Hình 2.2: Một bãi lọc cây trồng ở Đức
(Nguồn:Văn phòng kỹ thuật Blumberg. />
6


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo


Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công 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 những thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể
quản lý được như mong muốn.
2.1.2 CƠ CHẾ XỬ LÝ
Qua các thí nghiệm và ứng dụng thực tế cho thấy. Bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ
các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, chất rắn, Nitơ, Phốtpho, kim loại
nặng, các hợp chất hữu cơ, kể cả vi khuẩn và vi rút. Các chất ô nhiễm trên được loại
bỏ nhờ nhiều cơ chế đồng thời trong bãi lọc như lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao
đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật.
Bãi lọc trồng cây hoạt động dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất,
nước thấm qua đất như đi qua lọc. Khi lọc nước thải qua đất các chất lơ lững và keo sẽ
bị giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất đó tạo nền gồm vô số vi sinh vật có khả năng
hấp phụ và oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Nhờ có oxy trong các lỗ hỏng
và mao quản của lớp đất mặt (dày từ 0,2 đến 0,5m), các VSV hiếu khí hoạt động phân
hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Trong trường hợp còn dư oxy, các vi khuẩn nitrit và
nitrát hóa sẽ chuyển hóa nitơ amôn thành nitơ nitrit và nitơ nitrat . Càng sâu xuống,
lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối
cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat trong điều kiện yếm khí để cung
cấp oxy cho việc phân hủy các chất hữu cơ còn lại. Khi nước thải lọc qua đất, một
lượng lớn photpho được hấp thụ.
Quá trình khử phôtpho trong bãi lọc ngập nước xảy ra chủ yếu bởi các phản ứng
hấp thụ và kết tủa cùng các nguyên tố khoáng chất như: nhôm(Al), sắt (Fe), canxi
(Ca), và mùn sét trong đất trầm tích. Các trạng thái đất ẩm và khô trong các giai đoạn


7


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

luân phiên làm tăng khả năng cố định phôtpho trong lớp trầm tích, sự hấp thụ phôtpho
bởi thực vật đóng vai trò quan trọng trong hệ thống có tải lượng bề mặt thấp.
Các vi rút, mầm bệnh được khử trong bãi lọc ngập nước bằng quá trình lắng, lọc
và tiêu hủy tự nhiên trong môi trường không thuận lợi. Ngoài ra các vi khuẩn cũng bị
ảnh hưởng bởi các chất kháng sinh tiết ra từ hệ thống rễ thực vật. Bức xạ tử ngoại cũng
đóng vai trò lớn trong quá trình khử trùng đối với hệ thống có lớp nước bề mặt.
Bảng 2.1: Các cơ chế xử lý ô nhiễm trong bãi lọc ngập nước
Thành phần

Cơ chế xử lý

Chất lơ lửng

 Lắng – lọc và phân hủy
 Phân hủy các vi khuẩn (hiếu khí và kỵ khí).

BOD

 Lắng (tích đọng các thành phần hữu cơ, bùn trên bề mặt
trầm tích.
 Amon hóa tiếp theo nitrat hóa và khử nitrat bằng vi

Nitơ

khuẩn.

 Hấp thụ bằng thực vật.
 Làm bay hơi Amoniac.
 Hấp thụ (phản ứng hấp thụ - kết tủa cùng các khoáng

Phôtpho

chất: nhôm, sắt, canxi và mùn sét trong đất).
 Hấp thụ bởi cây trồng.
 Lắng / lọc.

Vi trùng

 Tiêu hủy tự nhiên.
 Bức xạ tử ngoại.
 Chiết suất kháng sinh từ rễ thực vật.

Hiệu quả khử nitơ và photpho trong đất cao đồng thời phần lớn các loại vi khuẩn
gây bệnh cũng được giữ lại và tiêu diệt trong đất. Ngoài ra một số kim loại nặng cũng
được giữ lại trong đất.

8


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

2.1.2.1. Các cơ chế lý học:
Khi nước thải ngấm qua các lổ rỗng của đất, các chất rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại do
quá trình lọc. Độ dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thước của
các chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất và vận tốc của nước thải.
Lưu lượng nước thải càng cao, các hạt đất càng lớn thì bề dày của tầng đất diễn ra

quá trình lọc càng lớn. Đối với dòng chảy có lưu lượng nước thải thì các chất rắn lơ
lửng có kích thước lớn sẽ bị giữ lại ngay trên bề mặt đất, các chất rắn lơ lửng có kích
thước nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở vài centimet đất mặt.
Các chất hòa tan trong nước thải có thể bị pha loãng do nước mưa, các quá trình
chuyển hóa hóa học và sinh học có thể loại bỏ được các chất này. Tuy nhiên ở những
vùng khô hạn có tốc độ bốc hơi nước cao, các chất này có thể bị tích tụ lại (ví dụ các
muối khoáng). Nếu hàm lượng chất lơ lửng quá cao nó sẽ lắp đầy các lỗ rỗng của đất
làm giảm khả năng thấm lọc của đất, cũng như làm nghẹt các hệ thống. Trong trường
hợp này ta nên cho bãi lọc trồng cây "nghỉ" một thời gian để các quá trình tự nhiên
phân hủy các chất rắn lơ lửng tích tụ này, phục hồi lại khả năng thấm lọc của đất.
2.1.2.2. Các cơ chế hóa học:
Hấp phụ và kết tủa là hai cơ chế xử lý hóa học quan trọng nhất trong quá trình.
Quá trình trao đổi cation chịu ảnh hưởng bởi khả năng trao đổi cation của đất
(CEC), thường khả năng trao đổi cation của đất biến thiên từ 2-60meq/100g. Hầu hết
các loại đất có CEC nằm trong khoảng 10-30.
Quá trình trao đổi cation quan trọng trong việc khử nitogen của amonium.
Phospho được khử bằng cách tạo thành các dạng không hoặc ít hòa tan. Ở các vùng
khô hạn khó tránh khỏi việc tích tụ của các ion Natri làm phá hủy cấu trúc đất và giảm
khả năng thấm lọc của đất.
Để đánh giá mức độ nguy hại của quá trình này người ta thường dùng tỉ lệ hấp phụ
natri (SAR):

9


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

2.1.2.3. Cơ chế sinh học:
Các quá trình sinh trưởng thường diễn ra ở phần rễ của thảm thực vật. Số lượng vi
khuẩn trong đất biến thiên từ 1-3 tỉ/g đất, sự đa dạng của chúng giúp cho quá trình

phân hủy các chất hữu cơ tự nhiên hoặc nhân tạo. Hàm lượng oxy có trong khu vực
này tùy thuộc vào cấu trúc của đất. Do sự phân hủy của các sinh vật đất, các chất
Nitrogen, P, S chuyển động từ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ và phần lớn được đồng
hóa bởi hệ thực vật.
Quá trình Nitrat có thể diễn ra nếu lưu lượng nạp chất hữu cơ quá cao, đất quá
mịn, thường xuyên ngập nước, mực thủy cấp cao, pH đất trung tính hoặc kiềm nhẹ,
nhiệt độ ấm…
Các mầm bệnh, kí sinh trùng bị tiêu diệt do tồn tại bên ngoài kí chủ một thời gian
dài, cạnh tranh với các sinh vật đất, bám trên các bộ phận của thảm thực vật sau đó bị
tiêu diệt bởi tia UV trong bức xạ mặt trời.
2.1.3. PHÂN LOẠI
Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dạng dòng chảy, môi trường và các loại thực
vật trồng trong bãi lọc... Có thể phân loại bãi lọc trồng cây thành hai loại: bãi lọc trồng
cây ngập nước và bãi lọc ngầm trồng cây.
Đặc điểm chung của bãi lọc trồng cây ngập nước và bãi lọc ngầm trồng cây
là:
-

Nhu cầu năng lượng thấp, chủ yếu hấp thụ năng lượng của mặt trời

-

Diện tích cần dùng để xử lý nước thải lớn để đảm bảo cho sự tiếp xúc
giữa thực vật và ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện cho quá trình quang hợp
xảy ra thì quá trình chuyển hóa xử lý nước thải diễn ra càng tốt.

-

Dễ xây dựng, vận hành và bão dưỡng.


-

Có thể sử dụng các nguyên vật liệu sẵn có ở địa phương.

-

Chi phí vận hành và bão dưỡng thấp.

-

Chịu được thay đổi tải trọng

-

Có giá trị thẩm mĩ và sinh học.

10


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

-

Có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp,
nước mưa..

2.1.3.1 Bãi lọc cây trồng ngập nước (FWS)
Đối với bãi lọc trồng cây ngập nước, dưới đáy của bãi lọc là một lớp đất sét tự
nhiên hay nhân tạo, hoặc người ta rải một lớp vải nhựa chống thấm. Trên lớp chống
thấm là đất hoặc vật liệu lọc phù hợp cho sự phát triển của thực vật có thân nhô lên

mặt nước. Dòng nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Hình dạng của bãi
lọc này thường là kênh dài và hẹp, chiều sâu lớp nước nhỏ, vận tốc dòng chảy chậm và
thân cây trồng nhô lên khỏi bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thủy
lực kiểu dòng chảy đẩy.
2.1.3.2 Bãi lọc ngầm trồng cây (SSF)
Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như
bãi lọc trồng cây ngập nước, nhưng nước thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc.
Lớp lọc, nơi thực vật phát triển trên đó thường có đất, cát, sỏi và đá, được xếp thứ tự
từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới
lên, từ trên xuống hay chảy theo phương nằm ngang. Kiểu dòng chảy phổ biến nhất ở
bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang. Hầu hết các hệ thống này 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 không khí.
Dựa vào dòng chảy bãi lọc ngầm trồng cây được chia làm 2 loại: bãi lọc ngầm
trồng cây dòng chảy ngang và và bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng. Cả 2 đều
loại bỏ được BOD và TSS. Tuy nhiên, bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có
hàm lượng oxy hòa tan thấp nên không nitrat hóa được nitơ sau xử lý bậc 2. Còn đối
với bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng có đặc điểm là hiếu khí thích hợp cho
nitrat hóa. Việc loại bỏ photpho phù thuộc vào thành phần hóa học và kích thước hạt
dùng làm vật liệu trong bãi lọc.
11


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

Hình 2.3: Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy ngang.
(Nguồn: Bodenfilter . />

Hình 2.4: Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy đứng.
(Nguồn: Bodenfilter />
12


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

2.1.4 THỦY HỌC VÀ THỦY LỰC TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC – BÃI LỌC
CÂY TRỒNG
Các điều kiện thủy lọc trong bãi lọc ngập nước có ảnh hưởng tới chất lượng đất, sự
phát triển của các dạng động vật và thực vật. Đặc tính của dòng chảy và khả năng giữ
nước trong bãi lọc ngập nước xác định thời gian lưu nước và các chất dinh dưỡng
trong hệ thống, khả năng tiếp xúc tương tác lẫn nhau giữa các thành phần trong hệ sinh
thái. Hình thức cấu tạo, tốc độ dòng chảy, chất lượng đất và dạng cây trồng xác định
các điều kiện thủy lực trong hệ thống. Nước có thể xâm nhập vào bãi lọc ngập nước
dưới dạng dòng chảy vào, nước mưa, tuyết, nước tràn bề mặt và có thể là nước ngầm.
Mặt khác, nước ra khỏi hệ thống có thể thông qua dòng chảy ra, bốc hơi và thấm
xuống đất. Cân bằng nước sẽ xác định thủy lực của hệ thống.
Khả năng giữ nước biểu thị các đặc tính thủy lực cơ bản của bãi lọc ngập nước.
Đối với bãi lọc ngập nước nhân tạo, dòng chảy chính được coi là dòng vào. Dòng chảy
thấm thường bị hạn chế bởi các quy định về xả nước thải do cơ quan qản lý địa
phương ban hành. Các thành phần dòng chảy khác phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu.
Khả năng giữ nước của bãi lọc ngập nước được mô tả dưới dạng phương trình sau:
Qv – Qr + Qtr – Qth + Qtan + (M – BH – T)A = dV/ dt
Trong đó:
Qv – lưu lượng dòng vào (m3/ngày);
Qr –lưu lượng dòng ra (m3/ngày);
Qtr – lưu lượng nước tản bề mặt (m3/d);
Qth – lưu lượng nước thấm bờ (m3/d);
Qtan – lưu lượng nước tan từ băng, tuyết (m3/d);

M

– lưu lượng nước mưa (m3/d);

BH – lưu lượng bốc hơi (m3/ngày );
T

– lưu lượng nước thấm (m3/ngày );

13


Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của cây chuối hoa trên mô hình đất ngập nước nhân tạo

A

– diện tích (m2)

t

– thời gian (1/ngày)

V

– thể tích (m3)

Về lý thuyết, nước trong bãi lọc ngập nước được coi là luôn chuyển động. Tuy
nhiên, do các nguyên nhân: đặc tính bề mặt đáy, hệ thống phân phối và thu nước, khả
năng phân phối đều nước, và các yếu tố khác có thể hình thành các vùng ứ đọng nước
bên trong bãi lọc ngập nước. Các “vùng chết” này không tham gia vào quá trình xử lý

các chất ô nhiễm và làm giảm diện tích công tác hữu ích của bãi lọc ngập nước. Vì vậy
cần tối ưu hóa các phương án thiết kế cấu tạo bãi lọc ngập nước đê tránh các hiện
tượng ứ đọng có thể xảy ra.
2.1.5 KHẢ NĂNG XỬ LÝ
Tất cả các dạng bãi lọc ngập nước đều có khả năng khử chất lơ lửng với hiệu quả
cao. Nồng độ chất lơ lửng trong nước sau xử lý trung bình nhỏ hơn 20mg/l và thường
dưới 10mg/l. Đối với hệ thống dòng chảy bề mặt có diện tích mặt nước tiếp xúc với
không khí lớn, hiệu quả xử lý chất lơ lửng thường thấp hơn do khả năng phát triển của
các loại rong, tảo. Các bãi lọc loại này cần được thiết kế có độ sâu mực nước thấp, cấy
trồng các loại thực vật nổi với mật độ lớn tại khu vực thu nước để loại bỏ tảo trước khi
xả nước ra nguồn tiếp nhận. Thực vật nổi trồng trên bề mặt nước sẽ hạn chế khả năng
phát triển tảo do ngăn cản quá trình quang hợp của các loại thưc vật sống trong nước.
Bãi lọc ngập nước có khả năng xử lý BOD cao, nồng độ BOD trong nước sau xử
lý thường nhỏ hơn 20mg/l. Trong tất cả các dạng bãi lọc đều có chu trình tuần hoàn
Cacbon riêng sản sinh lượng BOD thấp (1/3mg/l), vì vậy BOD trong nước sau xử lý
thường trong mức giới hạn thấp.
Khả năng khử nitơ và phôtpho của bãi lọc ngập nước nhân tạo có thể không ổn
định và phụ thuộc vào các đặc tính thiết kế và tải lượng chất bẩn. Sự gia tăng lượng
sinh khối dư và các khoáng chất là cơ sở bền vững cho quá trình khử phôpho trong bãi
lọc ngập nước. Để đạt được hiệu quả xử lý phôpho thường phải mất thời gian lâu. Bãi
lọc dùng trong mục đích xử lý phôtpho thường lớn và tiếp nhận nước thải loãng hoặc
nước thải đã được xử lý sơ bộ. Bãi lọc ngập nước có khả năng xử lý Nitơ dễ hơn so
14