Bãi lọc trồng cây trong dây chuyền công nghệ XLNT sinh hoạt là giải pháp hữu hiệu cho vùng ven các đô thị khu vực trung du và miền núi phía Bắc.

Tóm tắt: Bãi lọc trồng cây trong dây chuyền công nghệ XLNT sinh hoạt là giải pháp  hữu hiệu cho vùng ven các đô thị khu vực trung du và miền núi phía Bắc. Nghiên cứu sinh trưởng của chuối hoa (Canna generalis) trên các loại BLTC cũng như xác định các hệ số động học loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (BOD₅, TN, TP,…) trên các các bãi lọc trồng loại cây này là mục tiêu của nghiên cứu trình bày trong bài báo. Kết quả nghiên cứu trên mô hình thử nghiệm cho thấy: trong điều kiện khí hậu miền núi phía Bắc Việt Nam, cây chuối hoa phát triển tốt trên cả bãi lọc ngầm (HF) lẫn bãi lọc ngập nước (FSW).

 Dùng Canna generalis làm thực vật trồng tạo cho bãi lọctrồng cây có hiệu suất xử lý các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt tăng lên.

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Trong những năm gần đây, cùng  với cả nước, tốc độ phát triển kinh tế xã hội khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam tăng lên rõ rệt. Các tác động này tạo nên sức ép đối với môi trường cũng như hệ thống hạ tầng kỹ thuật các đô thị trong khu vực. Hệ thống thoát nước (HTTN) và xử lý nước thải (XLNT) tập trung không kịp đáp ứng  với quá trình đô thị hóa.  Vì vậy việc xử lý nước thải phi tập trung cho các vùng ven đô thị là phù hợp và cần thiết [1].

Khu vực miền núi phía Bắc có địa hình dốc với khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm quanh năm với hai mùa rõ rệt hè, đông. Đồng thời hàng năm chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam. Nhiệt độ tăng dần từ phía bắc xuống phía nam,  trung bình hàng năm khoảng 25⁰C. Thời tiết mùa hè từ tháng 4 đến tháng 10 nóng ẩm và mưa cho tới khi gió mùa nổi lên. Mùa đông từ tháng 11 tới tháng 3 trời lạnh (nhiệt độ từ 15÷26⁰C), khô, có mưa phùn. Lượng mưa trung bình từ 1,700 đến 2,400mm [2]. Điều kiện tự nhiên này phù hợp cho việc ứng dụng các công trình sinh thái để XLNT sinh hoạt. Bãi lọc trồng cây (BLTC) trong dây chuyền công nghệ XLNT sinh hoạt là giải pháp  hữu hiệu chovùng ven các đô thị khu vực trung du và miền núi phía Bắc [3], [4].

Dạng BLTC được ứng dụng phổ biến trong XLNT là BLTC ngập nước (FWS) và  bãi lọc chảy ngầm (SSF). Ở Việt Nam có nhiều loại cây có thể sử dụng để làm sạch môi trường nước tìm thấy ở Việt Nam. [5]. Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ. Tuy nhiên cây chuối hoa (Canna generalis) là loài cây hợp nước của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thể tạo cảnh quan sinh thái cho các đô thị, nhất là vùng ven đô. Nghiên cứu sinh trưởng của chuối hoa trên các loại BLTC cũng như xác định các hệ số động học loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (BOD₅, TN, TP,…) trên các các bãi lọc trồng loại cây này là mục tiêu của nghiên cứu trình bày trong bài báo.

1. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là bãi lọc trồng cây ngập nước (Free Water Surface wetland-FWS) và bãi lọc trồng cây chảy ngầm (Submerged Surface Flow -SSF) dạng dòng chảy ngang (Horizontal flow – HF). Nước thải sinh hoạt (NTSH) sử dụng cho các mô hình nghiên cứu là nước thải sinh hoạt sau khi qua bể tự hoại từ HTTN chung của khu dân cư ven đô phường Bách Quang thị xã Sông Công (tỉnh Thái Nguyên), thuộc vùng miền núi phía Bắc Việt Nam. Trên cơ sở hai sơ đồ kết hợp hồ sinh học và BLTC đặt tại hiện trường, nghiên cứu hiệu quả xử lý trên các mô hình thí nghiệm (MHTN) FWS đặt sau hồ sinh học tùy tiện (Hình 1a) và HF đặt trước hồ sinh học hiếu khí (Hình 1b).

Cây trồng trên BLTC là cây chuối hoa (Canna generalis), một loài  thực vật thuộc chi dong riềng (Cannas), sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thể cao từ 75-300 cm [6]. Đây là loài cây lâu năm, thân thảo, rễ chùm, một thân rễ phát triển thành bụi; lá phẳng rộng mọc ra từ thân; cây ưa nắng và sống được cả trong môi trường đất ngập nước và đất khô [7]. Cây có hoa mười hai tháng trong năm, hoa màu sắc sặc sỡ như trắng ngà, vàng, hồng, đỏ thẫm, đỏ,… thường được trồng làm cây cảnh ở đô thị [6]. Do có tốc độ sinh trưởng nhanh, tiêu thụ nhiều nước, sinh khối và hàm lượng N, P trên mặt đất lớn và phần lớn được miễn dịch với sâu hại nên cây chuối hoa được dùng làm thực vật XLNT trong các BLTC [7] [8].

Vật liệu (VL) của BLTC chủ yếu là sỏi và cát. Kích thước các mô hình BLTC được xây dựng theo [9], [10] và [11] và thể hiện trong Bảng 1 đối với  loại FWS thể hiện và trong Bảng 2 đối với loại HF.

Cây trồng có chiều cao trung bình 20cm, có từ 2 đến 3 lá mầm. Cây trồng cách nhau 20 cm theo cả chiều dọc và chiều ngang. Thời gian lưu nước (HRT) trên công trình BLTC xác định theo công thức: t = V/Q.

Xác định sinh khối khô của  thực vật: Thực vật sau khi thu hoạch được vận chuyển đến phòng thí nghiệm, cân trọng lượng trước khi sấy, sau đó cắt nhỏ thành những đoạn dài khoảng 20 ¸ 30 cm, sấy khô đến khối lượng không đổi ở 103⁰C ¸ 105⁰C, để nguội trong bình hút ẩm và cân lại trọng lượng khô sau khi sấy. Chênh lệch trọng lượng tươi và trọng lượng khô là độ ẩm của sinh khối. Chênh lệch sinh khối khô ban đầu (trước khi trồng) và khi thu hoạch là độ tăng sinh khối của cây trên BLTC.

Để xác định các hệ số động học phân hủy các chất ô nhiễm của các loại BLTC khi trồng Canna generalis, coi bãi lọc như là các bể phản ứng sinh học bám dính với mô hình dòng đẩy phản ứng bậc 1 cho tất cả các chất ô nhiễm, trong đó có BOD₅, TN, NH₄⁺-N, NO_x-N, TP, ….. Hằng số tốc độ phản ứng bậc 1 ít nhạy cảm với những điều kiện khí hậu thay đổi và không phụ thuộc vào nhiệt độ [12].

2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (XEM THÊM NỘI DUNG)
3. Sự sinh trưởng của cây trồng trên các mô hình thí nghiệm BLTC

Kết quả theo dõi sự sinh trưởng, phát triển của cây chuối hoa trong thời gian thí nghiệm cho thấy: Trong một tháng đầu sau khi trồng (ngày 7/12/2014) là thời gian để cây thích nghi với điều kiện môi trường, bén rễ. Sang tháng thứ 2 và thứ 3 sau khi đã bén rễ, cây bắt đầu ra những lá non mới, nhưng mức sinh trưởng chậm. Sang tháng thứ 4, cây bắt đầu phát triển mạnh và  ra thêm nhiều lá non mới, cao nhanh, lá to và dài. Thời điểm bắt đầu thu hoạch sinh khối  là ngày 29/3/2015 (sau 3 tháng 22 ngày). Như vậy, thời gian khởi động mô hình cho cây trồng thích nghi và sinh trưởng là khá dài. Do thời điểm này vào mùa đông trời rét, nhiệt độ trung bình không khí thấp (18÷23⁰C)  nên cây trồng sinh trưởng chậm hơn so với điều kiện thời tiết nóng ấm của mùa hè.

Trong khoảng thời gian vận hành MHTN đã tiến hành thu hoạch 19 đợt sinh khối cây chuối hoa tạo thành từ hai bãi lọc HF và FWS. Cây chuối hoa thu hoạch được đo kích thước, cân sinh khối tươi, sinh khối khô và độ ẩm trong 6 đợt thu hoạch đầu tiên. Từ đợt thứ 7 khi thu hoạch cây chỉ tiến hành đo chiều cao cây và cân sinh khối tươi, sau đó sinh khối khô được xác định dựa vào độ ẩm trung bình của cây. Sự tăng trưởng sinh khối của cây chuối hoa trong các BLTC thay đổi theo thời gian, được thể hiện trong các hình.

Nguồn: Moitruongdothi,vn