10.  TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 

10.1. Ngoài nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trên thế giới, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)

Trên thế giới bãi lọc trồng cây được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu để xử lý nước thải phân tán như sinh hoạt, chăn nuôi, công sở, bệnh viện trong tự nhiên thân thiện với môi trường, 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. 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.

10.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở Việt Nam, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)

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); "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... 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.
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. 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...".

10.3. Danh mục các công trình đã công bố thuộc lĩnh vực của đề tài mà chủ nhiệm và những thành viên tham gia nghiên cứu (họ và tên tác giả; bài báo; ấn phẩm; các yếu tố về xuất bản)

          1. Dư Ngọc Thành - Báo cáo khoa học: Nghiên cứu Đánh giá chất lượng nước dưới đất ở khu vực ký túc xá mới trường Đại học Nông

           2. Dư Ngọc Thành Báo cáo khoa học: Nghiên cứu khả năng loại bỏ Asen trong nước ngầm bằng một số loại vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền.

3. Dư Ngọc Thành - Báo cáo khoa học: Nghiên cứu hiệu quả xử lý của một số chế phẩm sinh học đối với nước thải khí sinh học (KSH) từ chăn nuôi.

4. Dương Thị Minh Hòa - Báo cáo khoa học: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bằng bể Biophin với dòng chảy liên tục.  

5. Hoàng Thị Lan Anh - Báo cáo khoa học: Nghiên cứu khả năng khử mùi hôi chuồng trại bằng cách phun, hoặc rắc nền chuồng trại của một số chế phẩm sinh học

Tải file “Nghiên cứu Công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý nước thải chăn nuôi trong điều kiện tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam” tại đây

14. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

14.1. Cách tiếp cận

       Để lựa chọn được những loại cây trồng, vật liệu lọc trong mô hình bãi lọc phù hợp chúng tôi tiến hành thu thập các loại cây bản địa, vật liệu sẵn có dễ kiếm thử khả năng lọc của chúng. Sau đó đánh giá lựa chọn những cây có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt để sử dụng trong mô hình bãi lọc. Các loại vật liệu lọc được lựa chọn là những vật liệu dễ kiếm như sỏi cuội, đá, cát, đất sét.... Thử các lưu lượng, chất lượng dòng thải khác nhau để đánh giá khả năng lọc của mô hình.

14.2. Phương pháp nghiên cứu

- Điều kiện thời tiết khí hậu như lượng mưa, số giờ nắng, bốc hơi, ...thu thập tài liệu thứ cấp tại trạm khí tượng thủy văn trong vùng nghiên cứu

        Thí nghiệm 1. Xác định khả năng xử lý nước thải và độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc được sử dụng trong bãi lọc.

- Nước thải chăn nuôi được lấy từ dòng thải sau hầm bioga của trang tại chăn nuôi trong địa bàn nghiên cứu

- Các loại vật liệu lọc:

- Điều kiện thí nghiệm:

  + Mô hình chỉ có vật liệu lọc không trồng cây

 + Tải trọng thủy lực được giữ ổn định ở mức 10 lít/ngày, thời gian kéo dài trong vòng 10 ngày

 + Tải lượng dòng vào (trước xử lý) ở các công thức như nhau

 + Cacs thí nghiệm tiến hành cùng một thời gian

- Bố trí thí nghiệm: mỗi thí nghiệm làm với 3 lần nhắc lại.

-  Các công thức trong thí nghiệm:

Vật liệu nền ở vị trí từ dưới lên trên cố định là: Nền = CN + CM + MB + SM

- Các chỉ tiêu theo dõi:

    + Độ dẫn thuỷ lực (Hydraulic conductivity) của các công thức đo bằng phương pháp thực nghiệm;

    + Một số chỉ tiêu vật lý như độ đục - trong, màu, mùi được đánh giá bằng phương pháp cảm quan (định tính)

    + Nồng độ sau xử lý - TDS, pH, DO, COD, T-P, T-N ở các công thức bằng phương pháp hiện hành

- Dự kiến kết quả là lựa chọn được loại vật liệu cũng như công thức có khả năng xử lý tốt để đưa vào mô hình bãi lọc ngầm có trồng cây.

Thí nghiệm 2: Xác định công thức cây trồng trong bãi lọc

- Vật liệu thí nghiệm: Thí ngiệm sử dụng các loại cây trồng có trong vùng như cây khoai môn nước (KM), thuỷ trúc (TT), phát lộc (PL), hoa dừa cạn (DC), hoa mống nước (MN), thiết mộ lan (TML), cây sậy nước (CS). Các loại cây trồng được chuẩn bị từ trước có chiều cao khoảng 20 cm.

- Nước thải chăn nuôi được lấy từ dòng thải sau hầm bioga của trang tại chăn nuôi trong địa bàn nghiên cứu

- Điều kiện thí nghiệm:

  + Thí nghiệm trồng cây có vật liệu lọc đồng nhất là VL6

  + Tải trọng thủy lực được giữ ổn định ở mức 10 lít/ngày.

  + Tải lượng dòng vào (trước xử lý) ở các công thức như nhau

+ Thí nghiệm tiến hành cùng một thời gian trong mỗi lần nhắc lại

Thí nghiệm 2a: Thử khả năng chịu tải lượng dòng thải của các công thức cây trồng

- Bố trí thí nghiệm:

    + Bố trí theo nhẫu nghiên với 3 lần nhắc lại

- Các công thức tham gia thí nghiệm:

- Dùng nước thải chăn nuôi có BOD cao 1000 mg/lít ở các nồng độ 25%, 50%, 75%, 100% để xác định ngưỡng chịu của các loại cây trồng.

- Tiêu chí đánh giá: chết, héo rũ, vàng lá, không phát triển, PT kém, PT trung bình, PT tốt.

- Thử trong thời gian 30 ngày, kiểm tra bằng trực quan ở các nồng độ. Nếu ở nồng độ nào có xuất hiện cây chết hay có dấu hiệu sinh trưởng kém thì thì dừng lại. Nếu khả năng chịu của cây thấp quá thì loại bỏ cây đó.  

Để có các tỉ lệ nồng độ thích hợp dùng thử khả năng chịu tải chúng tôi dùng phương pháp pha loãng.                                 W = W0 (C1-C2)/C2-C3)

Thí nghiệm 2b: Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thu N, P, tạo oxy của các loại cây trong mô hình

- Bố trí thí nghiệm:

    + Bố trí theo nhẫu nghiên với 3 lần nhắc lại

- Các công thức tham giá thí nghiệm:

- Thời gian bố trí thí nghiệm 3 tháng kể từ ngày trồng

- Các chỉ tiêu theo dõi: Khả năng sinh trưởng phát triển của cây trong mô hình như tốc độ tăng trưởng chiều cao, chiều cao cây, dài rễ, số lá, số cành. cứ 10 ngày đo đếm 1 lần.

- Lấy mẫu nước để phân tích ở cuối tháng thứ 3.

- Hàm lượng T-N, T-P và O₂ từ bộ rễ của các công thức bằng các phương pháp hiện hành.

- Một số chỉ số của nước trước và sau xử lý như màu, mùi, độ đục bằng phương pháp cảm quan và TDS, pH bằng pH kế và TDS kế.

Thí nghiệm 3: Thiết kế 3 mô hình 1 bậc: Từ kết qủa của 2 thí nghiệm trên, sẽ lựa chọn công thức vật liệu lọc và cây trồng tốt nhất để thiết kế mô hình bãi lọc ngầm trồng cây.

- Xác định mặt cắt ngang của mô hình được tính theo công thức:

- Dạng mô hình là hình chữ nhật

- Kích thước mô hình được tính theo công thức phù hợp với độ dẫn thủy lực, tải trọng thủy lực, tải lượng dòng vào.

- Nước thải chăn nuôi được lấy từ dòng thải sau hầm bioga của trang tại chăn nuôi trong địa bàn nghiên cứu

- Tiến hành chạy 3 mô hình song song với dòng chảy ngang liên tục ở 3 mức tải trọng thủy lực 20lít/ngày, 30 lít/ngày, 40 lít/ngày (TR1- 20 lít/ngày, TR2 - 30 lít/ngày, TR3 - 40 lít/ngày)

- Thời gian chạy xử lý là 8 đến 10 tháng. Lấy mẫu nước phân tích tối thiểu 1 tháng lấy 1 lần.

+ Hàm lượng oxy sinh ra từ bộ rẽ cây trong điều kiện không có quang hợp, có dòng thải chảy qua tương ứng với các công thức cây trồng trong mô hình và tải trọng thủy lực đo bằng máy DO kế.

+ Các thông số môi trường dòng vào, dòng ra (nhiệt độ, độ dục, màu, mùi, TDS, pH, DO, COD, T-P, T-N, NO₃^--N, NH₄⁺-N) của mô hình 1 bậc được phân tích theo phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam.

+ Đánh giá khả năng xử nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây bằng cách so sánh kết quả phân tích các chỉ tiêu ở đầu ra với đầu vào và TCVN hay QCVN hiện hành.

+ Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của mô hình như mô đun dòng thải, dung tích mô hình, độ sâu bể, diện tích mặt bể, diện tích mặt cắt ngang, độ dẫn thủy lực, độ dốc tương ứng với các tải trọng thủy lực.

Xây dựng quy trình công nghệ xử lý mô hình: Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu có được chúng tôi sẽ tiến hành xây dựng quy trình vận hành mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải hăn nuôi.

17. HIỆU QUẢ (giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội)

- Kết quả đề tài sẽ góp phần làm sạch môi trường do đưa ra được mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý tốt nước thải chăn nuôi và các dạng nước thải phân tán khác

- Tạo ra thêm một mô hình học tập cho sinh viên

- Về mặt xã hội đề tài sẽ góp phần nâng cao sức khỏe của công đồng thông qua việc làm sạch nguồn nước và tạo cảnh quan sạch đẹp chính từ các công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây.

- Về mặt kinh tế và đa dạng sinh học: Đây là loại mô hình xử lý nước thải theo nguyên lý xử lý sinh học không cần sử dụng đến năng lượng, sẽ rất tiết kiệm và đem lại hiệu quả kinh tế cao khi được áp dụng vào thực tế so với các phương pháp khác. Ngoài ra các cây trồng trong bãi lọc có thể sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi. Nước sau xử lý có thể tuần hoàn để sử dụng tắm cho lợn, rửa chuồng trại hay tưới cho cây trồng rất tốt.

- Về mặt bảo tồn đa dạng sinh học: Đề tài vừa tạo cảnh quan sạch đẹp lại vừa góp phần tăng tính đa dạng sinh học trong khu vực với các dạng cây trồng phong phú trong các bãi lọc.

Khoa tài nguyên môi trường và các cơ sở chăn nuôi tỉnh Thái Nguyên

Sinh viên, giáo viên ngành Tài nguyên môi trường