Tài liệu Rhizofiltration

Nội dung text: Tài liệu Rhizofiltration

1. Rhizofiltration RHIZOFILTRATION 1
2. Rhizofiltration MỤC LỤC RHIZOFILTRATION 1 3.2.1. Khái niệm/cơ chế 1 Cơ chế hấp thụ kim loại ở thực vật 2 Vận chuyển qua rễ vào mạch gỗ 3 3.2.3 Thuận lợi 3 3.2.4 Không thuận lợi 4 3.2.5 Nồng độ thích hợp cho chất ô nhiễm 5 3.2.6 Độ dài rễ thích hợp 8 3.2.7 Thực vật xử lí được sử dụng 8 Kỹ thuật xử lí nước bằng trồng cây. 9 Eichhornia crassipes 11 Azolla pinnata 11 Lemna minor 11 3.2.8 Điều kiện môi trường 13 3.2.8.1 Điều kiện đất 13 3.2.8.2 Nước bề mặt và nước ngầm 13 3.2.8.3 Điều kiện khí hậu 13 3.2.9 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới và Việt Nam 13 3.2.9.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên Thế giới 13 Bảng 2: Một số ứng dụng trên Thế gới 19 3.2.9.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam 19 3.2.10 Hệ thống chi phí 21 Tài liệu tham khảo 22 2
3. Rhizofiltration RHIZOFILTRATION 3.2.1. Khái niệm/cơ chế Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu về công nghệ Rhizofiltration và đã có nhiều khái niệm về công nghệ này như sau : Rhizofiltration : là sự hấp phụ hoặc kết tủa các chất lên trên rễ cây, hoặc sự hấp thụ các chất ô nhiễm vào bên trong rễ, những chất gây ô nhiễm có trong dung dịch xung quanh vùng rễ do các quá trình vô cơ hoặc hữu cơ. Tùy thuộc vào chất ô nhiễm mà có thể xảy ra việc cây trồng hấp thụ, tập trung và di chuyển các chất. Những dịch tiết từ rễ cây có thể gây ra sự kết tủa của một số kim loại. Những kết quả đầu tiên của việc sử dụng rễ lọc trong ngăn ngừa chất gây ô nhiễm là chất ô nhiếm được cố định hoặc tích lũy bên trên hoặc bên trong cây. Các chất ô nhiễm sau đó được loại bỏ bởi cơ chế loại bỏ vật lý của cây. Rhizofiltration : Là quá trình hấp phụ các chất ô nhiễm lên trên bề mặt rễ hoặc là quá trình hấp thụ các chất ô nhiễm trong vùng rễ vào trong rễ. Những quá trình này xảy ra nhờ quá trình hoá học hoặc quá trình sinh học. Biện pháp này phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm, tính chất hoá học và lý học của chất ô nhiễm, loài thực vật Nó đạt hiệu quả cao khi chất cần xử lý có khả năng tan tốt trong nước. Rhizofiltration là khái niệm tương tự Phytoextraction nhưng là có liên quan với việc khắc phục hậu quả của nước ngầm bị ô nhiễm hơn là khắc phục hậu quả của các loại đất bị ô nhiễm. Các chất ô nhiễm được hút bám lên bề mặt gốc hoặc được hấp thu bởi rễ cây. Thực vật được sử dụng cho rhizoliltration không trồng trực tiếp tại chỗ nhưng phải thích nghi với môi trường có chất ô nhiễm. Cây được trồng trong nước có pha loãng chất dinh dưỡng, cho đến khi hệ thống gốc đã phát triển lớn. Sau khi hệ thống gốc lớn 3
4. Rhizofiltration được thay thế bằng nước bị ô nhiễm để thích nghi. Sau đó các cây đã thích nghi với môi trường, chúng được trồng ở khu vực bị ô nhiễm, rễ hấp thụ nước bị ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm cùng với nó. Khi rễ đã bão hòa họ tiến hành thu hoạch và xử lý một cách an toàn. Lặp đi lặp lại phương pháp xử lý này có thể làm giảm ô nhiễm đến mức độ thích hợp như là một ví dụ ở Chernobyl, nơi hướng dương được trồng trong các hồ chứa chất thải phóng xạ bị ô nhiễm. Công nghệ lọc bằng rễ: Cơ chế hấp thụ kim loại ở thực vật. 4
5. Rhizofiltration Vận chuyển qua rễ vào mạch gỗ 3.2.2 Điều kiện môi trường Nước ngầm, nước mặt và nước thải có thể xử lý bằng công nghệ này. Rễ lọc là biện pháp thông thường được áp dụng để xử lý ở nồng độ chất ô nhiễm thấp và mực nước cao. Công nghệ này không hoạt động tốt với đất, trầm tích, bùn đặc vì chất ô nhiễm cần phải ở dạng hòa tan để được hấp thụ bởi hệ thống cây. 3.2.3 Thuận lợi - Các loại thực vật trên cạn hoặc những loài sống trong môi trường nước đều có thể được sử dụng. Mặc dầu các loài thực vật trên cạn yêu cầu nguồn nuôi dưỡng, như bè thả nổi nhưng chúng thường loại bỏ chất gây ô nhiễm tốt hơn các loài thủy thực vật. - Hệ thống có thể đặt tại chỗ (các bè nổi trên ao) hoặc đặt nơi khác (thiết kế một hệ thống bồn chứa, xử lý ngoại vi). - Một hệ thống xử lý ngoại vi có thể được đặt ở bất cứ đâu, vì việc xử lý không cần phải ở vị trí ban đầu của chất ô nhiễm. 5
6. Rhizofiltration - Có thể xử lí tại chỗ với các cây đang phát triển trực tiếp trong các bộ phận môi trường nước bị ô nhiễm. - Vốn và chi phí thấp. - Mang tính thẩm mỹ và giảm tính thấm và lọc của các chất ô nhiễm. - Sau khi thu hoạch có thể chuyển đổi sang nhiên liệu sinh học thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. 3.2.4 Không thuận lợi - pH môi trường nước có thể phải liên tục điều chỉnh để có được điều kiện tối ưu hấp thụ kim loại. - Sự hình thành các chất hóa học và sự tương tác của tất cả các chất trong môi trường nước phải được nắm rõ và tính toán kĩ. - Một hệ thống kỹ thuật tốt yêu cầu phải kiểm soát tốc độ dòng chảy và nồng độ môi trường nước . - Các loài thực vật (đặc biệt là thực vật ở cạn) có thể được phát triển trong một nhà kính hoặc vườn ươm và sau đó được đặt trong hệ thống rhizofiltration. - Cây trồng trên đất và nước ô nhiễm là mối đe dọa tiềm tàng cho con người và vật nuôi nên phải thu hoạch định kỳ. - Kết quả nghiên cứu sự cố định và hấp thụ kim loại từ các phòng thí nghiệm và nhà kính có thể không thể thành công trong lĩnh vực này. - Chất ô nhiễm nằm dưới bộ rễ thì không được xử lý. - Các loài thực vật có thể sống trong môi trường ô nhiễm cao. - Thời gian xử lý lâu dài nên phải có quá trình bảo trì lâu dài. - Một số kim loại kết hợp với chất hữu cơ xử lý bằng Rhizofiltration là không hiệu quả. 6
7. Rhizofiltration Các phương pháp hậu xử lí 3.2.5 Nồng độ thích hợp cho chất ô nhiễm Kim loại : Chì i. Pb2+ ở nồng độ hoà tan 2mg/L, tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ (Brassica juncea) với chỉ số tích lũy sinh học 563 trong 24 giờ. Pb 2+ (ở nồng độ hoà tan 35, 70, 150, 300, và 500 mg/L) được tích lũy trong rễ cây mù tạc, mặc dù rễ hấp phụ Pb bão hoà ở 92 đến 114 mg Pb/g DW ở rễ. Pb biến mất từ nồng độ 300- và 500- mg/L nhờ vào sự kết tủa của Pb photphat. Sự hấp thụ Pb bởi rễ sẽ được diễn ra nhanh chóng, mặc dù lượng thời gian cần thiết để loại bỏ 50% Pb từ dung dịch hoà tan sẽ tăng khi nồng độ dung dịch Pb tăng. (Dushenkov et al. 1995). ii. Pb được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ ( Brassica juncea) ở nồng độ nước khoảng 20 đến 2000 g/L, với hệ số tích luỹ sinh học 500 đến 2000 (Salt et al. 1997). 7
8. Rhizofiltration iii. Pb ở nồng độ từ 1 đến 16 mg/L được tích lũy bởi cỏ thi nước với nồng độ tối thiểu còn lại dưới 0.004 mg/L ( Wang et al. 1996). Cadmi Cd2+ ( 2mg/L ) được tích luỹ trong rễ cây mù tạc Ấn Độ với chỉ số tích lũy sinh học 134 sau 24 giờ (Dushenkov et al. 1995). Cd được tích luỹ trong rễ cây mù tạc Ấn Độ ở nồng nước khoảng 20 đến 2000 g/l, với hệ số tích lũy sinh học 500 đến 2000. Những cây giống loại bỏ 40- 50% Cd trong vòng 24h với trọng lượng sinh khối khô 0,8g/ l dung dịch. Cd dao động từ 9g/l đến 20g/l trong vòng 24 giờ. Sau 45 giờ, Cd đến 1,4% trong rễ và 0,45% trong cành. Cd bão hòa trong rễ trong 12 giờ và trong thân trong 45giờ. Loại bỏ các ion cạnh tranh bằng cách tăng sự hấp thu gấp 47 lần. Cd ở nồng độ 1 đến 16 mg/l được tích lũy bởi cỏ thi nước với nồng độ dư tối thiểu là khoảng 0,01mg/l. Đồng Cu2+ ( 6mg/l) ) được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ với chỉ số tích luỹ sinh học 490 sau 24 giờ (Dushenkov et al. 1995). Cu ở nồng độ 1- 16 mg/l được tích lũy bởi Cỏ thi nước với nồng độ dư tối thiểu là khoảng 0,01mg/l. Niken Ni2+ (10mg/l) được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ với chỉ số tích lũy sinh học 208 sau 24 giờ (Dushenkov et al. 1995). Ni được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ ở nồng nước khoảng 20 đến 2000 g/L, với hệ số tích lũy sinh học 500 đến 2000. Ni ở nồng độ 1-16 mg/l được tích lũy bởi Cỏ thi nước với nồng độ dư tối thiểu là khoảng 0,01mg/l ( Wang et al. 1996). Kẽm 8
9. Rhizofiltration Zn2+ (100mg/l) được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ với chỉ số tích lũy sinh học 131 sau 24 giờ (Dushenkov et al. 1995). Zn ở nồng độ 1 đến 16 mg/l được tích lũy bởi cỏ thi nước với nồng độ dư tối thiểu là khoảng 0,1mg/l ( Wang et al. 1996). Crom i. Cr6+ (4mg/l) được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độ với chỉ số tích lũy sinh học 131 sau 24 giờ (Dushenkov et al. 1995). Rễ chứa Cr 3+, chỉ giảm Cr6+. ii. Cr (VI) ) được tích lũy trong rễ cây mù tạc Ấn Độvới nồng độ nước khoảng 20 đến 2000 mg/l, với chỉ số tích luỹ sinh học 100 đến 250. Nuclit phóng xạ : Uranium U được nghiên cứu bằng cách sử dụng thí điểm hệ thống thiết kế hoa hướng dương. Co = 56 g/l, giảm bớt > 95% trong 24 giờ. Co = 600 g/l, tăng lên 63 g/l trong 1 giờ, sau đó giảm 10g/l sau 48 giờ. Co = 10, 30, 90, 810,hoặc 2430 g/l, không có dấu hiệu của độc tính thực vật (phytotoxicity), và gấp đôi sinh khối của chúng. Co = vài trăm g/l, đã đi đến mục tiêu qui định dưới 20 g/l. Co = >1000 g/l, không thể đạt đến 20 g/l, đi xuống 40 đến 70 g/l. Trung bình C0 = 207 g/l, đã đi đến < 20 g/l. Ảnh hưởng của nồng độ ở cánh đồng là 21 đến 874 g/l. Cesium i. Cs đã được xử lý bằng hướng dương trong Cuốn quy mô và quy mô thí điểm hệ thống thiết kế (Dushenkov et al. 1997). C 0 = 200 g/l, giảm rõ rệt sau 6 giờ, sau đó đến dưới 3g / l sau 24 giờ. 9
10. Rhizofiltration ii. Cs được tích luỹ trong rễ cây Mù tạc Ấn Độ ở nồng độ nước khoảng 20 đến 2000g/l, với hệ số tích luỹ sinh học 100 đến 250 (Salt et al. 1997). Strontium i. Sr được xử lý bằng hoa hướng dương (Dushenkov et al. 1997). C0 = 200 g/l, đến 35g/l trong 48 giờ, sau đó xuống 1g/l bởi 96 giờ. ii. Sr được tích lũy trong rễ cây Mù tạc Ấn Độ ở nồng độ nước khoảng 20 đến 2000 g/l. Công nghệ xử lý bằng rễ lọc không được áp dụng với các chất dinh dưỡng hay hữu cơ. 3.2.6 Độ dài rễ thích hợp Rhizofiltration diễn ra trong phạm vi xung quanh vùng rễ trong môi trường nước. Để rhizofiltration diễn ra, rễ phải tiếp xúc với nước. Hệ thống kĩ thuật có thể được thiết kế để tối đa hóa vùng tiếp xúc này bằng cách kết hợp phù hợp độ sâu của các thiết bị với độ sâu của rễ. Nước ngầm có thể được lấy từ bất cứ độ sâu nào và đặt đường ống đến một hệ thống kỹ thuật trồng cây trong nước để xử lý ngoại vi. Độ sâu của nước ngầm mà có thể xử lý được là một chức năng của hệ thống xử lý ngoại vi, chứ không phải hệ thống xử lý rhizofiltration. Đối với các hệ thống xử lý tại chỗ, như là các bộ phận nước tự nhiên, độ sâu của rễ có thể sẽ không giống như độ sâu của bộ phận nước đó. Lượng nước phải đủ để lưu thông trong trường hợp như vậy nhằm đảm bảo xử lý hoàn chỉnh, có khả năng khó khăn hơn khi độ sâu của nước tăng. 3.2.7 Thực vật xử lí được sử dụng Sau đây là những ví dụ về các loài thực vật được sử dụng trong các hệ thống rhizofiltration: 10
11. Rhizofiltration Những cây ở cạn có thể được lớn lên và sử dụng trồng trong nước ở các hệ thống rhizofiltration. Những cây này có một sinh khối lớn hơn và hệ rễ dài hơn, nhanh chóng hơn so với những cây ở nước (Dushenkov et al. 1995). Cây con đã được đề xuất sử dụng thay cho các cây trưởng thành bởi vì cây con không đòi hỏi ánh sáng hay chất dinh dưỡng cho sự nảy mầm và sự tăng trưởng trong vòng 2 tuần (Salt et al. 1997). Kỹ thuật xử lí nước bằng trồng cây. Trong điều kiện môi trường nước, 5 thực vật 2 lá mầm, 3 thực vật một lá mầm (ngũ cốc ), 11 loài cỏ mùa lạnh, và 6 loại cỏ mùa ấm thì từng cây có hiệu quả trong sự tích lũy của rễ sau 3 ngày là 300mg/L Pb. Nồng độ chì tối đa trên một trọng lượng khô cơ bản là 17% trong một cỏ mùa lạnh (thuộc địa bentgrass), và tối thiểu là 6% trong một cỏ mùa nóng (Nhật Bản lawngrass). Cây mù tạt 2 lá mầm của Ấn Độ, cải (Brassica juncea) thì có thêm hiệu quả trong việc tích lũy các kim loại khác (Dushenkov et al 1995). 11
12. Rhizofiltration Những cây hướng dương (Helianthus annuus L.) đã loại bỏ tập trung Cr6+, Mn, Cd, Ni, Cu, U, Pb, Zn, và Sr trong các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm nhà kính (Salt et al 1995). Hướng dương có hiệu quả hơn mù tạt Ấn Độ (Brassica jucea) và đậu (Phaseolus coccineus) trong việc loại bỏ uranium. Hệ số nồng độ tích tụ urani trong rễ cây hướng dương cao hơn so với cành, chồi non (Dushenkov et al 1997). Tại một cánh đồng rộng ở Chernobyl, Ukraine, hướng dương được trồng nghiên cứu từ 4 - 8 tuần trên một bè nổi trong ao. Những kết quả nghiên cứu hệ số nồng độ đã chứng minh chúng có thể loại bỏ 137Cs và 90Sr từ ao. 12
13. Rhizofiltration Eichhornia crassipes Azolla pinnata Những cây ở nước thì được (Dushenkov v.v 1995). sử dụng trong môi trường Việc thả nổi những cây ở nước, nhưng chúng có sinh nước bao gồm bèo lục bình ( khối nhỏ hơn và hệ rễ gia Eichhornia crassipes), bèo tăng chậm hơn so với những tấm (Lemna minor ), và bèo cây ở cạn dâu (Azolla pinnata) (Salt et al.1995). Lemna minor 13
14. Rhizofiltration Cỏ thi trồng trong ao nước (Myriophyllum spicatum), tại một sinh khối 0,02 Kg / L, nhanh chóng tích lũy Ni, Cd, Cu, Zn, Và Pb. Những cây tích lũy tới 0,5% Ni, 0,8 Cd, 1,3% Cu, 1,3% Zn, Và 5.5% Pb tùy theo trọng lượng ( Wang et al. 1996). Myriophyllum spicatum Thực vật đất ngập nước có thể được sử dụng trong việc thiết kế, xây dựng để loại bỏ hoặc làm giảm chất gây ô nhiễm. Những cây trồng trong môi trường nước- Những cây trưởng thành có thể tích lũy Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, và Cu từ nước thải lên trên rễ của chúng . . Sự tích lũy chì cao nhất và Kẽm thấp nhất ( Raskin et al. 1994). Flow-through rhizofiltration system. The system contains 8-12 week-old sunflower plants with roots immersed in flowing contaminated water. (Dòng chảy đi qua hệ thống rhizofiltration. Hệ thống này trồng hướng dương 8-12 tuần tuổi với rễ chìm trong dòng chảy nước bị ô nhiễm). 14
15. Rhizofiltration 3.2.8 Điều kiện môi trường 3.2.8.1 Điều kiện đất Công nghệ này liên quan đến việc trồng cây trong nước hoặc cây sống trong nước, thực vật nổi trước khi cài đặt bị hạn chế bởi đất. Trên bè thả nổi yêu cầu cần có một lớp đất. 3.2.8.2 Nước bề mặt và nước ngầm Một hệ thống thiết kế sử dụng rễ lọc cần phải thích ứng với khối lượng và tỉ lệ của nước ngầm hoặc nước mặt. Tính chất hóa học nước ngầm và nước mặt phải được đánh giá để xác định sự tương tác của các thành phần có trong nước. Nước ngầm phải được tách ra trước khi sử dụng công nghệ rễ lọc. Xử lí ngoại vi nước ngầm hoặc nước bề mặt trong một hệ thống thiết kế cần qua giai đoạn tiền xử lý. Giai đoạn tiền xử lý có thể bao gồm điều chỉnh độ pH, loại bỏ các hạt vật chất, hoặc thay đổi hoá chất trong nước để nâng cao hiệu quả. Ứng dụng xử lý nước yêu cầu phải qua giai đoạn tiền xử lý, mặc dù điều này có khả năng khó khăn hơn so với một hệ thống thiết kế có lượng nước lớn hơn và nhiều hình dạng phức tạp. 3.2.8.3 Điều kiện khí hậu Lượng mưa không phải là yếu tố quan trọng trong công nghệ này vì các cây được trồng trong nước và thường trồng trong nhà kính. Bằng các phương tiện cung cấp đủ nhu cầu nước cho cây. 3.2.9 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới và Việt Nam 3.2.9.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên Thế giới Phytoremediation là một công nghệ xử lý thực vật tương đối mới, phần lớn vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm và không được sử dụng ở nhiều nơi như là một ứng dụng quy mô đầy đủ. Tuy nhiên nó được thử 15
16. Rhizofiltration nghiệm thành công tại nhiều nơi trên thế giới cho các chất gây ô nhiễm khác nhau. Bảng này cho thấy mức độ thử nghiệm trên một số địa điểm tại Mỹ : Pollutant Medium Plant(s) Location Application (Chất ô (Điều kiện (Thực vật xử (Khu vực) (Ứng dụng) nhiễm) môi trường) lý) Alfalfa, AOgden, Phytoextraction & Petroleum & Soil & poplar, UT Rhizodegradation Hydrocarbons Groundwater juniper, fescue Hybrid Anderson, Heavy Metals Phytostabilisation Soil poplar, ST (Kim loại nặng) grasses Radionuclides Groundwater Sunflowers Ashtabula, Rhizofiltration (Hoa hướng OH (Phóng xạ) (Nước ngầm) dương) Indian Radionuclides Soil Upton, NY Phytoextraction mustard, (Phóng xạ) (Đất) cabbage Expolsives Groundwater Duckweed, Milan, TN Phytodegradation waste (Nước ngầm) parrotfeather Riparian corridor, Groundwater Hybrid Amana, IA Nitrates phytodegradation (Nước ngầm) poplar Các ứng dụng trong công nghệ xử lý bằng rễ lọc đang ở giai đoạn thí điểm quy mô. Các nhà khoa học từ các trường đại học Rutgers và phytotech, inc, đã tiến hành thí nghiệm trong nhà kính, và các lĩnh vực nghiên cứu thí điểm 16
17. Rhizofiltration quy mô rễ lọc. Thử nghiệm một hệ thống rễ lọc với quy mô nhà kính tại một cơ sở chế biến uranium tại Bộ Năng lượng Ashtabula, Ohio. Thiết kế hệ thống hoa hướng dương được sử dụng để loại bỏ urani từ nước ngầm bị ô nhiễm hoặc xử lý nước. Phytotech cũng tiến hành một thử nghiệm quy mô nhỏ của lĩnh vực rễ lọc để loại bỏ nuclit phóng xạ từ một ao nhỏ gần các lò phản ứng chemobyl, Ukraina, sử dụng hoa hướng dương trên bè thả nổi. Việc sử dụng đất ngập nước được xây dựng để xử lý nước thải hoặc hệ thống thoát nước tại các mỏ có acid là một công nghệ có liên quan đến một lịch sử quan trọng của nghiên cứu và ứng dụng. Hệ thống kĩ thuật xử lí ngoại vi có thể là công nghệ xử lý thực vật thông dụng nhất sử dụng phương pháp kỹ thuật truyền thống. Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng các loại thực vật sống dưới nước đã và đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới với ưu điểm là rẻ tiền, dễ vận hành, đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao [3]. Bãi lọc trồng cây là những vùng đất trong đó có mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật, thực vật sống trong môi trường đó. 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 [3]. 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 17
18. Rhizofiltration 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 [3]. 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. Các loài thực vật được trồng phổ biến nhất trong bãi lọc là Cỏ nến, Sậy, Cói, Bấc, Lách [3]. 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 trống thấm. Trên lớp trống thấm là đất hoặc vật liệu lọc phù hợp cho sự phát triển cảu 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 [3]. Bãi lọc ngầm trồng cây mới xuất hiện gần đây. Cấu tạo của Bãi lọc này về 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 18
19. Rhizofiltration 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 ôxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng ôxy 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 [3]. 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. Tại miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích chính là khử nitơ, mặc dù hiệu quả xử lý tổng Phốtpho và BOD cũng khá cao. Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã được xây dựng ở Na Uy. Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này đã trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và yêu cầu bảo dưỡng thấp. Có thể xây dựng bãi lọc trong bất kỳ điều kiện 19
20. Rhizofiltration nào về vị trí. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật "ngủ" vào mùa đông [3]. Tại Đan Mạch, Hướng dẫn chính thức mới gần đây về xử lý tại chỗ nước thải sinh hoạt đã được Bộ Môi trường Đan Mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này, người ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách Phốtpho trong bể phản ứng -lắng, cho phép loại bỏ 90% Phốtpho [3]. Ngoài các công năng như đã kể trên, 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 công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác Không những thế, thực vật nước từ bãi lọc trồng cây còn 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 [3]. Bảng 2: Một số ứng dụng trên Thế gới 20
21. Rhizofiltration Chất Thực vật Vị trí/ Thông tin gây ô Kết quả Địa điểm xử lí nhiễm Giảm 90% trong 2 Ao gần nơi xảy ra 137Cs, Helianthus Chernoby tuần; rễ tập trung thảm hoạ hạt nhân 90Sr annuus , Ukraine 8.000 lần Chất thải USDOE 95% bỏ trong 24 Helianthus Ashtabula năng lượng (trình U giờ; từ 350 ppb đến annuus , OH diễn <5 ppb NA (SITE chương U, Brassica Rocky Nước thải bãi rác trình đang triển nitrate juncea Flats, CO khai) U. S. Bộ Năng lượng NA: không có giá trị SITE: Superfund Công nghệ Evaluations (theo EPA) 3.2.9.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam 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 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). 21
22. Rhizofiltration - "Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì" của Trường Đại học Quốc gia Hà Nội Các nghiên cứu trên đã cho thấy hoàn toàn 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 môi trường nước. Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ [3]. 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 dòng 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. Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép 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, hệ sinh thái của địa phương. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý từ bãi lọc trồng cây còn có giá trị kinh tế. Công nghệ này rất phù hợp với điều kiện của Việt Nam, nhất là cho quy mô hộ, nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, các trang trại, làng nghề ". 22
23. Rhizofiltration 3.2.10 Hệ thống chi phí Chi phí để loại bỏ nuclit phóng xạ trong nước bằng cách sử dụng hoa hướng dương đã được ước tính là 2$ đến 6$ cho mỗi nghìn gallon nước. 23
24. Rhizofiltration Tài liệu tham khảo 1. Dushenkov, V.,P.B.A. Nanda Kumar, H. Motto, and I. Raskin. 1995. Rhizofiltration: Sử dụng thực vật để loại bỏ kim loại nặng từ dòng nước. Environ.Sci.Technol. 29: 1239-1245. Nghiên cứu này kiểm tra các kim loại được loại bỏ bởi rễ của nhiều loài thực vật. Nó cung cấp hệ số tích lũy sinh học và thảo luận về các cơ chế hấp thu. Nghiên cứu này tập trung vào chì, nhưng cũng cung cấp thông tin về các kim loại khác. 2. Dushenkov, S., D. Vasudev, Y. Kapulnik, D. Gleba, D. Fleisher, KCTing, và B. Ensley. 1997. Sử dụng thực vật trên cạn loại bỏ Uranium từ môi trường nước. Môi trường. Sci. Technol. 31 (12):3468-3474. Nghiên cứu này bao gồm buồng tăng trưởng, hiệu ứng nhà kính, và các lĩnh vực nghiên cứu quy mô để khắc phục hậu quả của nước bị ô nhiễm uranium. Liên tục hoạt động và tối ưu hóa của một hệ thống xử lý ngoại vi đã được kiểm tra. 3. Hoàng Đàn (2006). Xử lí nước thải bằng bãi lọc trồng cây. 4. 24