PHỤ LỤC

Trang

PHỤ LỤC.......................................................................................................................1

LỜI NÓI ĐẦU…………...............................................................................................3

MỞ ĐẦU………………………………………………………....................................4

CHƯƠNG 1. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG.................................................5

1.1. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG.........5

1.2. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC....................................................6

1.2.1. Sinh vật chỉ thị phú dưỡng............................................................................6

1.2.2. Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng.......................................................11

1.3. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ.......................................13

1.3.1. Thực vật chỉ thị môi trường không khí.......................................................13

1.3.2. Động vật và người chỉ thị môi trường không khí.......................................16

1.4. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT......................................................18

1.4.1. Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất...............................................................18

1.4.2. Thực vật chỉ thị môi trường đất..................................................................19

1.4.3. Động vật chỉ thị môi trường đất..................................................................25

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG....27

2.1. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ..............27

2.1.1. Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ............................................................27

2.1.2. Các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ..................29

2.1.3. Một số ví dụ ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ..................32

2.2. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI..........................43

2.2.1. Khái niệm về xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học..............................43

2.2.2. Điều kiện để xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học..............................44

2.2.3. Khu hệ vi sinh vật trong nước thải.............................................................44

2.2.4. Thành phần và cấu trúc các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải........45

2.2.5. Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên........................46

2.2.6. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo...........47

2.3. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM.................59

2.3.1. Vi sinh vật trong đất..................................................................................59

2.3.2. Sử dụng công nghệ vi sinh vật trong cải tạo đất........................................59

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG.......62

3.1. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI.................................62

3.1.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải...............................62

3.1.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải...........................................62

1

3.2. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI..............................63

3.2.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải............................63

3.2.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải........................................63

3.3. THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM................................................72

3.3.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm........................72

3.3.2. Ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm................................................74

3.4. THỰC VẬT TRONG HẤP PHỤ BỤI, KHÍ ĐỘC............................................79

3.4.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc....................79

3.4.2. Một số ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc................................79

3.5. VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT TRONG VIỆC GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG ỒN. .81

CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG.......83

4.1. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI.................................83

4.1.1. Nguyên lý của ứng dụng động vật trong xử lý rác thải..............................83

4.1.2. Một số ứng dụng động vật trong xử lý rác thải..........................................83

4.2. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM.................85

4.3. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG CẢI TẠO ĐẤT.......................................86

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................87

2

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường được biên soạn để giảng dạy học phần Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường trên cơ sở kế hoạch đào tạo hệ đại học theo tín chỉ ngành Khoa học môi trường, Địa chính Môi trường và một số ngành có chuyên môn gần của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Bài giảng này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về ứng dụng sinh vật trong chẩn đoán môi trường và biện pháp sinh học xử lý môi trường bị ô nhiễm.

Trong khi biên soạn, tác giả đã bám sát phương châm giáo dục của Nhà nước Việt Nam và gắn liền lý luận với thực tiễn. Đồng thời với việc kế thừa các kiến thức khoa học hiện đại trên thế giới, tác giả đã mạnh dạn đưa các kết quả nghiên cứu mới nhất của Việt Nam vào trong tài liệu, đặc biệt là các kết quả nghiên cứu ở vùng núi phía Bắc Việt Nam.

Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao gồm 4 chương:

Chương 1: Sinh vật chỉ thị môi trường.

Chương 2: Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường.

Chương 3: Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường.

Chương 4: Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường.

Tác giả cảm ơn sự đóng góp ý kiến cho việc biên soạn cuốn bài giảng này của các thầy cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

Đây là cuốn bài giảng được biên soạn công phu, nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp và các độc giả.

Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả

3

MỞ ĐẦU

KHÁI NIỆM MÔN HỌC

Ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên vấn đề của toàn cầu. Ở nước ta, trước

đây ô nhiễm môi chủ yếu xảy ra ở một số khu vực như đô thị đông dân cư, một vài nơi

khai thác khoáng sản.... Nhưng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên

mọi môi trường đất, nước, không khí.

Để xử lý ô nhiễm môi trường người ta có rất nhiều biện pháp: Từ biện pháp lý

học, hóa học, cơ học đến sinh học. Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà áp dụng phương

pháp nào cho hiệu quả. Các biện pháp hóa học, lý học hoặc cơ học về cơ bản xử lý

triệt để nhưng thường có chi phí đầu tư lớn.

Đã từ lâu người ta quan tâm đến biện pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm môi

trường. Cơ sở khoa học của biện pháp sinh học là mọi sinh vật sống trên Trái đất đều

chịu ảnh hưởng của môi trường sống và chúng có khả năng thích nghi với điều kiện

sống đó khi tồn tại lâu ở đó. Mặt khác, sinh vật với môi trường tồn tại như một hệ sinh

thái và vì vậy chúng có quan hệ tương tác lẫn nhau.

Nội dung chính của môn học Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao

gồm các phần sau:

- Sinh vật chỉ thị môi trường.

- Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường.

- Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường.

- Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường.

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC

Mục đích: Nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về ứng dụng

sinh vật trong chẩn đoán và xử lý ô nhiễm môi trường, từ đó lựa chọn biện pháp tối ưu

áp dụng cho từng trường hợp cụ thể trong thực tiễn.

Yêu cầu: Cần nắm được: Sinh vật chỉ thị môi trường là gì, ứng dụng chúng

trong chẩn đoán môi trường như thế nào. Nắm được biện pháp ứng dụng vi sinh vật,

thực vật, động vật trong xử lý môi trường.

4

CHƯƠNG 1

SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG

1.1. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG

Sinh vật chỉ thị môi trường hay chỉ thị sinh học môi trường là căn cứ vào sinh

vật sống để đánh giá môi trường mà nó đang sống.

Tất cả sinh vật sống trên trái đất, kể cả con người đều chịu ảnh hưởng bởi các

điều kiện vật lý và hóa học trong môi trường sống xung quanh. Mặc dù sinh vật đều có

biên độ thích ứng với môi trường sống, nhưng ít nhiều đều bị ảnh hưởng khi môi

trường sống thay đổi. Có thể nói, sinh vật là tấm gương phản ánh điều kiện môi trường

mà nó đang sống. Đây chính là cơ sở khoa học cho việc lấy sinh vật làm chỉ thị phản

ánh môi trường.

Trên cơ sở những hiểu biết về tác động của các yếu tố vật lý, hóa học lên

những cơ thể sống mà người ta có thể xác định được sự có mặt và cả các mức của

nhiều chất có trong môi trường. Như vậy, thông qua sinh vật chỉ thị chúng ta có thể

nhận biết được thực trạng môi trường mà nó đang sống. Sự tác động của môi trường

lên cơ thể sinh vật sống có thể quan sát thấy bằng mắt hoặc qua một số biểu hiện sau:

- Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh

vật.

- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã.

- Tỷ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc biệt ở giai đoạn non, mẫn cảm như

trứng, ấu trùng, cây con…

- Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể.

- Những khiếm khuyết về hình thái và tế bào trong các cá thể.

- Sự tích lũy dần các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong

các mô của những cá thể.

Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường đã và đang là hướng đi không chỉ giảm chi

phí mà còn thân thiện với môi trường. Vì vậy, trên thế giới việc nghiên cứu và sử dụng

các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và cải thiện môi trường đang được quan tâm của rất

nhiều quốc gia.

Thành phần loài của một quần xã sinh vật ở một vùng được xác định bởi các

yếu tố môi trường mà các yếu tố này chính là điều kiện để quàn thể sinh vật đó tồn tại

và phát triển. Nếu trong quá trình tồn tại và phát triển, các yếu tố môi trường trở nên

gây hại cho một sinh vật nào đó thì sinh vật này sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả

khi các điều kiện gây hại này chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn. Chính điều kiện này

đã làm cho các sinh vật trở thành vật chỉ thị cho các yếu tố môi trường.

Khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được thừa nhận là: “Những đối

tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh

dưỡng, hàm lượng ôxy cũng như khả năng chống chịu (tolerance) một hàm lượng nhất

5

định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó sự hiện diện của chúng biểu

thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu

cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó”.

Các sinh vật chỉ thị môi trường khác nhau có thể xếp thành nhóm theo những

tiêu chí sau:

- Tính mẫn cảm (Sensitivity): Các loài mẫn cảm đặc trưng cho những điều kiện

môi trường không thích hợp – là các công cụ để giải đoán môi trường.

- Như một công cụ thăm dò (Detector): Những loài xuất hiện tự nhiên trong môi

trường có thể dùng để đo đạc sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi

trường (thay đổi tuổi, nhóm loài, giảm kích thước quần thể, tập quán sống…).

- Như một công cụ khai thác (Exploiter): Các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn

hay ô nhiễm môi trường. Ví dụ: Tập quán của các loài thủy sinh vật, sự hiện diện của

các loài giun và các loài giun đỏ chỉ thị sự ô nhiễm của môi trường.

- Như một công cụ tích lũy sinh học (Accumulator): Các loài sinh vật có thể

tích lũy hóa chất gây ô nhiễm trong cơ thể của chúng.

- Các sinh vật thử nghiệm (Bioassay): Các sinh vật chọn lọc đôi khi có thể sử

dụng như là các chất trong phòng thí nghiệm để xác định sự hiện diện hoặc nồng độ

các chất ô nhiễm.

1.2. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Thông thường để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm

hay không người ta thường phải lấy mẫu nước và phân tích trong phòng thí nghiệm.

Đây là phương pháp đánh giá chính xác, hay còn gọi là phương pháp định lượng. Tuy

nhiên, không phải lúc nào người ta cũng có thể phân tích mẫu nước vì rất tốn kém.

Vì vậy, để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm hay

không người ta còn dùng phương pháp định tính thông qua quan sát hiện trường nước

và sinh vật.

Ô nhiễm môi trường nước được đánh giá bởi khá nhiều chỉ tiêu và cũng có

nhiều phương pháp để đánh giá các chỉ tiêu ấy. Tuy nhiên, có hai hiện tượng ô nhiễm

phổ biến là hiện tượng phú dưỡng và tích lũy kim loại nặng trong nước là đáng quan

tâm hơn cả.

1.2.1. Sinh vật chỉ thị phú dưỡng

Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn

nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡng N, P cao,

tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của

lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của một số loài vi sinh vật và thực vật

thủy sinh bậc thấp như tảo, rong, rêu…sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt

là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S v.v...

Nguyên nhân của hiện tượng phú dưỡng là sự tích lũy chất dinh dưỡng mà chủ

yếu là N và P. Sự tích lũy này thông qua nước thải, nước chảy tập trung từ khu vực

6

dân cư, đô thị và cuối cùng là do tích lũy thông qua hoạt động sống của động thực vật

trong nước đã bị ô nhiễm.

Những thực vật phát triển trong điều kiện phú dưỡng khi chết sẽ tạo nên khối

lượng lớn các hợp chất hữu cơ. Những hợp chất hữu cơ này trong quá trình ôxy hóa sẽ

tiêu thụ nhiều ôxy hòa tan trong nước (nhờ quá trình khuếch tán bề mặt từ khí quyển).

Điều này dẫn đến sự thiếu hụt ôxy nghiêm trọng và quá trình phân giải chất hữu cơ

xảy ra theo hướng kỵ khí, làm biến đổi hình thái một số hợp chất hữu cơ trong nước

như tăng nồng độ các chất khử (H2S, NH3, CH4…), chuyển hóa các ion kim loại (Fe,

Pb, Zn, Cr, Ni…) tích tụ cặn lắng ở dạng khó hòa tan do liên kết với các gốc anion

(PO43-, NO3

-…) làm tăng tính độc của nguồn nước. Sự tích tụ xác động thực vật thủy

sinh do thiếu ôxy làm tăng chiều dày bùn đáy, thủy vực bị lấp đầy dần trở nên lầy hóa.

Vì thế cân bằng sinh học bị phá vỡ với sự biến mất của nhiều loài động thực vật và

một số loài mới xuất hiện là những chỉ thị sinh học cho quá trình phú dưỡng.

Trong nhiều trường hợp, phú dưỡng làm tăng sinh khối, cung cấp thức ăn cho

cá, các sinh vật thủy sinh khác và nếu được xử lý tốt thì còn là nguồn nước tốt cho sản

xuất nông nông nghiệp.

Tuy nhiên, phú dưỡng về cơ bản là tác động tiêu cực:

- Tác động trực tiếp đến con người do môi trường không khí bị ô nhiễm, gây

nhiễm độc tảo ở người, làm rối loạn tiêu hóa và hô hấp.

- Gián tiếp gây nên nạn thủy triều đỏ, dẫn đến nhiễm độc cá da trơn, tăng phát

triển sán lá.

- Gây tắc nghẽn các bộ lọc trong các nhà máy, xí nghiệp, gây mùi khó chịu, ảnh

hưởng đến nước uống và nước sinh hoạt.

- Tác động đến độc vật bậc cao như gây ngộ độc động vật do nở hoa của tảo,

các độc tố gây bệnh cho chim nước.

- Tác động đến giá trị nghỉ dưỡng của các thủy vực như mất thẩm mỹ do mùi

khó chịu, do tảo phát triển và khi chết bị phân hủy tạo các độc tố như H2S, CH4….

Sinh vật chỉ thị phú dưỡng:

Vi sinh vật:

Chủ yếu là sự xuất hiện phổ biến của tảo, bao gồm:

- Tảo lam: Phormidium, Anabacna, Oscilatoria, Anacystis, Lyngbia, Spirulina.

- Tảo lục: Careia, Spirogyra, Teraedron, Cocum, Chlorella, Stigeoclonium,

Chlamydomonas, Chlorogonium, Agmenllum.

- Tảo Silic: Nitochia, Gomphonema.

- Tảo mắt: Pyro botryp – Phacus, Lepocmena – Eugrema.

Các loại tảo có sự phân bố nhiều ít khác nhau trong các môi trường phú dưỡng

và ở độ sâu khác nhau. Nhận biết phổ biến là nhìn nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước

thải chuyển sang màu xanh, xanh đen và hiện tượng “nở hoa” do tảo.

7

Thủy triều đỏ (red tide), hiện tượng nở hoa nước (water bloom) là thuật ngữ chỉ

sự nở hoa của các loài vi tảo. Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo

gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/lít (thông thường có khoảng 10 - 100 tế bào vi

tảo/ml, nhưng trong trường hợp “nở hoa” mật độ có thể lên trên 10.000 tế bào/ml) làm

biến đổi màu của nước biển từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám (người dân ven

biển thường gọi là nước cám, nước mùn cưa).

Hiện tượng thủy triều đỏ có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực.

Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như: nhiệt

độ, độ mặn và hàm lượng muối dinh dưỡng cũng như các trường khí - thủy văn. Ngoài

ra, các chất thải từ hoạt động của con người như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch,

sự phát triển của các nhà máy chế biến thủy sản, hóa chất… cũng là một trong các

nguyên nhân dẫn đến sự hình thành Thủy triều đỏ. Hầu hết các loài vi tảo biển nở hoa

thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm lượng ôxy hòa tan suy giảm

nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật.

Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác

đặc biệt là vi khuẩn. Kết quả gây nên hiện tượng thiếu ôxy trong các tầng nước làm

chết các loài thủy sản. Quá trình này làm thay đổi thành phần hóa học trong nước, gây

tăng các khí độc. Đến nay, các nhà khoa học đã xác nhận có khoảng trên 300 loài vi

tảo đã hình thành sự nở hoa làm thay đổi màu nước. Trong đó có khoảng 1/4 loài (70 -

80 loài) gây hiện tượng nở hoa có khả năng sản sinh độc tố đang là mối đe dọa đến

khu hệ động vật và thực vật tự nhiên ở nước, nghề nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của

con người (nguyên nhân do độc tố tảo có thể được tích lũy trong vài loài động vật thân

mềm sò, ốc hay cá… và không bị phá hủy trong quá trình đun nấu, không ảnh hưởng

đến mùi vị của thực phẩm. Do vậy cả ngư dân cũng như người tiêu dùng khó có thể

xác định được các thực phẩm biển bị nhiễm độc do tảo gây ra. Hiện nay, có 5 loại triệu

chứng ngộ độc do tiêu thụ thực phẩm biển nhiễm độc tố tảo xảy ra với con người.

Trong đó, đặc biệt dạng ngộ độc gây tê liệt cơ (PSP) có thể gây tử vong và dạng ngộ

độc Ciguatera rất phổ biến trong vùng nhiệt đới. Theo các nhà khoa học, trong vài thập

kỷ qua, hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước đang gia tăng ở cả 2 khía cạnh tần

số/cường độ xuất hiện và phân bố địa lý.

Vấn đề ô nhiễm tảo độc và độc tố của chúng từ lâu đã trở thành một thách thức

lớn đối với công tác quản lý, sử dụng nguồn nước mặt. Ngoài việc tạo ra độc tố, tảo

độc còn gây nên mùi khó chịu cho nước uống và nước sinh hoạt, ảnh hưởng tới đời

sống của dân cư quanh khu thủy vực đó.

Việc nở hoa của tảo độc trên biển và những thủy vực nước ngọt kéo theo sự

nhiễm độc cho thủy hải sản và từ đó ảnh hưởng tới các ngành công nghiệp nuôi trồng

và đánh bắt thủy hải sản ở nhiều nước, đã đặt ra nhiệm vụ cấp bách cho những nước

này phải kiểm tra giám sát và quản lý tảo độc và các độc tố của chúng trong thủy sản.

Cần phân biệt cách nhận biết ở nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước thải có độ sâu

nông khác nhau.

8

Dưới đây là một số hình ảnh về các loại tảo xuất hiện trong môi trường phú

dưỡng.

Hình 1.1: Hiện tượng “nở hoa” và “thủy triều đỏ”

Hình 1.2: Tảo lục

Achnanthes Asterionella Attheya

Hình 1.3: Tảo Silic

Thực vật:

Chỉ thị thực vật đặc trưng của phú dưỡng là rong, rêu và các loại bèo.

Khi môi trường nước bị phú dưỡng, ta có thể dễ dàng nhận ra sự xuất hiện ngày

càng nhiều của rong, rêu và sự phát triển với tốc độ nhanh của bèo tấm, bèo cái, bèo

tây, hoa súng….

9

Dưới đây là một số hình ảnh về các loại thực vật xuất hiện trong môi trường

phú dưỡng.

Hình 1.4: Rong, rêu

Hình 1.5: Bèo tấm, bèo tây

Động vật:

Trong môi trường phú dưỡng ta có thể quan sát thấy các loại động vật điển

hình:

- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến….

- Giáp xác như tôm, cua, rùa, ba ba….

- Thân mềm, giun, côn trùng….

- Cá: ít.

Có thể tham khảo kết quả nghiên cứu của De Pauw D. và G. Vanhooren về mối

quan hệ giữa sinh vật nổi chỉ thị với tình trạng dinh dưỡng trong hồ của Bỉ ở bảng 1.1.

Bảng 1.1: Sinh vật nổi chỉ thị cho tình trạng dinh dưỡng của hồ

Thông số Tình trạng dinh dưỡng

Kiệt dưỡng Trung bình Phú dưỡng

Tảo/ml (Algae) 0 – 2.000 2.000 – 15.000 > 15.000

Chất diệp lục (mg/m3) (Các giá trị 0 - 3 3 - 20 > 20

10

cực đại trong vùng chiếu sáng)

Sản xuất sơ cấp (g C/m2/ngày) 0 – 0,2 0,2 – 0,75 > 0,75

Sinh khối (mg/lit) 0 - 1 1 - 10 > 10

Khối lượng tế bào (mm3/lit) 0 - 5 5 - 30 > 30

Thân lỗ/lit (Rotifera) 1 - 10 10 - 250 > 250

Giáp xác cỡ nhỏ/lit (Microcrustacea) 0 - 1 1 - 25 > 25

Tính đa dạng loài Thấp Cao Thấp

(De Pauw D. and G. Vanhooren, 1983)

1.2.2. Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng

Những kim loại nặng nguy hiểm nhất về phương diện gây ô nhiễm môi trường

nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr. Trong số những kim loại này có Cu, Ni, Cr

và Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh nhưng lại rất độc

hại khi chúng ở những nồng độ cao.

Nước bị ô nhiễm kim loại nặng khá phổ biến và chủ yếu do các nguồn sau:

- Nguồn tự nhiên:

+ Kim loại nặng có trong trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá

trình tự nhiên như phong hóa, xói mòn….

+ Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ rác thải rắn.

+ Ô nhiễm không khí: Mưa axit có chứa kim loại nặng cũng như chất rắn lơ

lửng hấp phụ kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực.

- Nguồn nhân tạo:

+ Nguồn công nghiệp: Các hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các hoạt động

liên quan đến khai khoáng và chế biến quặng kim loại. Các hợp chất kim loại được sử

dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như chế biến sơn, thuốc nhuộm, công

nghiệp thuộc da, chế biến cao su, dệt, giấy, công nghiệp mạ Crom…phân bố gần

nguồn nước, hoạt động của các làng nghề chế biến kim loại nặng.

+ Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt chứa lượng bổ sung kim loại nặng

như các tác nhân bột giặt, đồ mỹ phẩm….

+ Nguồn nông nghiệp: Việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất

bảo vệ thực vật…trong nông nghiệp đã đưa vào đất và nước nhiều kim loại nặng.

Khác với phú dưỡng, sự ô nhiễm kim loại nặng trong nước khó phát hiện và

nhận biết hơn khi quan sát bằng mắt.

Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng:

Vi sinh vật:

Vi sinh vật rất mẫn cảm với kim loại nặng, khi môi trường nước bị ô nhiễm kim

loại nặng thì các loại vi sinh vật sẽ phát triển kém. Như vậy, vi sinh vật không điển

hình lắm trong chỉ thị sinh học đối với môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng.

11

Thực vật:

Có khá nhiều loài thực vật chỉ thị môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng.

Điển hình là các loại bèo (bèo tây, bèo tấm, bèo cái), hoa súng, lau sậy, cỏ nến, cỏ

năn….

Khi quan sát thực vật để chẩn đoán môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng

ta cần chú ý rằng các loại cây trên sẽ phân bố là chủ yếu, còn các cây thông thường rất

ít thấy.

Một lưu ý nữa là đa số các loại thực vật chỉ thị môi trường nước nhiễm kim loại

nặng đồng thời cũng là chỉ thị môi trường nước phú dưỡng. Vì vậy cần quan sát các

các loại sinh vật khác nữa.

Động vật:

Trong môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng có các loại động vật chỉ thị sau:

- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến….khá phổ biến. Các

loại động vật này thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đă

được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích

tụ chất ô nhiễm, có thời gian sống dài và có đời sống tĩnh tại.

- Cá: Là chỉ thị điển hình cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng. Tuy

nhiên, do cá di chuyển liên tục nên gây khó khăn cho việc xác định mức độ ô nhiễm.

Trên thế giới, một số công trình nghiên cứu đã lựa chọn được một số loại cá điển hình

làm chỉ thị cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng vì chúng có khả năng tích tụ

cao hàm lượng kim loại nặng trong mô của chúng. Điển hình là loài cá rô Tilapia, cá rô

đồng.

Mặt khác, người ta cũng sử dụng quan trắc cá để đánh giá nước bắt đầu bị ô

nhiễm kim loại nặng. Đó là hàng loạt các loại cá thông thường sẽ bị chết.

Gần đây các nhà khoa học tại Đại học quốc gia Singapore đang phát triển một

giống cá biến đổi gen, có thể tự đổi màu trong nước ô nhiễm. Khi bắt gặp các hoá chất

như estrogen, kim loại nặng và các chất độc, chúng sẽ phát quang màu đỏ hoặc xanh

lục.

Cá vằn thường có màu đen và màu bạc. Nhưng nhờ chuyển gen cho chúng, các

nhà nghiên cứu đã tạo được một số con có thể phát ra ánh sáng huỳnh quang màu đỏ

hoặc xanh lục. Họ hy vọng sẽ sản xuất giống cá này trên quy mô thương mại, nhằm có

được loại “chỉ thị sinh học” rẻ và đơn giản hơn so với các hệ thống phát hiện ô nhiễm

hoá học hiện tại.

12

Hình 1.6: Cá rô Tilapia

1.3. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

Môi trường không khí bị ô nhiễm đang là vấn đề nóng bỏng hiện nay. Ngược lại

với ô nhiễm nước và đất, ô nhiễm không khí khó phát hiện hơn, nhưng lại nguy hiểm

hơn vì không khí là nguồn dinh dưỡng số một của hết thảy các loại sinh vật sống trên

Trái đất.

Chính do không khí tác động trực tiếp và cấp tính đến hô hấp của sinh vật nên

chỉ thị sinh học cho ô nhiễm không khí là một hướng quan trọng trong chẩn đoán ô

nhiễm môi trường.

Các chất gây ô nhiễm môi trường không khí là các ôxit quang hóa, SO2, HF,

NH3, B, Cl, HCL,Pb, Hg… và đa số chúng đều không màu và thậm chí là không mùi

vị.

Nguồn gây ô nhiễm không khí đa số là từ hoạt động của con người:

- Hoạt động của sản xuất công nghiệp, nhất là công nghiệp chế biến.

- Hoạt động giao thông, nhất là đường bộ.

- Hoạt động sản xuất nông nghiệp do sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật.

Để xác định môi trường không khí có bị ô nhiễm hay không và ô nhiễm do cái

gì thì thông thường người ta phải lấy mẫu không khí để phân tích và so sánh kết quả

với tiêu chuẩn quy định. Tuy nhiên, thông qua chỉ thị sinh học cũng có thể đánh giá

định tính đối với môi trường không khí bị ô nhiễm hay không. Các chỉ thị sinh học

môi trường không khí chủ yếu là thực vật và động vật, còn vi sinh vật rất khó quan sát

và không điển hình.

1.3.1. Thực vật chỉ thị môi trường không khí

1.3.1.1. Các dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí gây nên

Ô nhiễm không khí gây tổn thương cho thực vật đã được biết đến từ lâu. Những

tổn thương thực vật thường xuất hiện gần các thành phố lớn, nhà máy luyện kim, lọc

dầu, sản xuất phân bón, nhà máy nhiệt điện, xi măng…, sân bay, đường cao tốc và

đường phố nơi có mật độ giao thông cao.

Dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí thường rất dễ nhầm lẫn với

dấu hiệu của các bệnh do nấm, vi khuẩn, virus, côn trùng và mối, hoặc do thiếu, thừa

dinh dưỡng. Đây là điểm đáng lưu ý khi sử dụng thực vật để chẩn đoán môi trường

không khí. Trước tiên chúng ta phải xem xét các nhân tố ngoài ô nhiễm không khí

bằng phương pháp loại dần.

Sự tổn thương do ô nhiễm không khí thường rất khốc liệt vào mùa nóng, bầu

trời trong, phẳng lặng hoặc thời tiết ẩm ướt và áp suất không khí cao.

13

Sự tổn thương do ô nhiễm không khí đối với thực vật có thể là mãn tính hoặc

cấp tính. Nếu là mãn tính thì thưpng làm cho lá cây bị vàng, xoăn lá, cây thấp lùn và

sinh trưởng chậm. Còn cấp tính thì làm chết mô một phần lá, cành hoặc cả lá, cành nên

rất dễ nhận biết.

Sau đây là một số ví dụ về tác động do ô nhiễm không khí đối với thực vật:

Nồng độ của Ôzôn cao trong không khí thường làm cho lá cây bị tổn thương

lốm đốm, đó là những đốm lá bị hoại sinh (bảng 1.2).

Bảng 1.2: Một số thực vật thường bị O3 làm tổn thương

TT Thực vật Dấu hiệu điển hình

1 Cây tần bì (Fraxinus griffithii) Các điểm màu trắng, màu đồng thau huyết dụ

2 Cây đậu đỗ (Glicin max.) Màu đồng thau, úa vàng

3 Dưa chuột (Cucumis sativus) Các điểm màu trắng

4 Cây nho (Vitis vinefera) Những điểm từ màu nâu đỏ đến đen

5 Hành (Allium cepa) Những đốm màu trắng, đầu lá không màu

6 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim màu nâu vàng, lá kim lốm đốm

7 Khoai tây (Solanum tuberosum) Màu xám, các đốm có ánh kim loại

8 Rau Bina (Spinacia) Các đốm màu trắng xám

9 Thuốc lá (Nicotiana tobacum) Các đốm màu trắng xám

10 Dưa hấu (Citrullus lanatus) Các đốm màu xám, có ánh kim loại

(Feder W.A., 1979)

Nồng độ SO2 cao trong không khí thường làm cho thực vật bị tổn thương. Cụ

thể là giữa gân lá hoặc rìa lá của cây sẽ bị sáng màu nâu hoặc trắng (bảng 1.3.).

Bảng 1.3: Một số thực vật thường bị O3 làm tổn thương

TT Thực vật Dấu hiệu điển hình

1 Cây mâm xôi (Rubus fruticosus) Trắng hạt giữa gân lá với sắc màu nâu

2 Cây thông (Pteridium ssp.) Các vết chết hoại màu hồng ở rìa lá

3 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim có màu nâu

4 Bạch dương (Betula lental) Trắng nhạt viền lá và giữa gân lá

(Lacasse N.L. and M. Treshow, 1976)

Hợp chất florua, chủ yếu là hydroflorua (HF) làm cho lá bị hoại tử từ đỉnh lá lan

đến bản lá. Đầu tiên là các đốm màu vàng, màu nâu đỏ sau đó là cháy táp viền và ở

đỉnh lá ở những thực vật lá rộng và cháy ở đỉnh lá ở cỏ và cây lá kim.

Tác động của bụi lên thực vật rất rõ, đó là tạp ra một lớp bụi phủ kín bền mặt lá

cây, cành và thân. Lâu ngày và không có mưa, cây sẽ ngừng sinh trưởng và có thể

chết.

1.3.1.2. Thực vật chỉ thị môi trường không khí

14

Những phương pháp sinh học để quan trắc ô nhiễm không khí xung quanh dựa

trên các nguyên lý sử dụng khu hệ sinh vật (biota) như những thể tổng hợp (integrator)

cho sự tiếp xúc môi trường. Các loài trong khu hệ thực vật được sử dụng làm chỉ thị

sinh học cho những thay đổi của môi trường dựa vào khả năng mẫn cảm của chúng.

Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay

đổi trong chất lượng của môi trường, phương pháp quan trắc sinh học lại hiểu nhiều

hơn về phương diện số lượng (MesjtriK và Pospisil, 1988). Những ưu thế của nó là đòi

hỏi thông tin về độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự

phân bố địa lý của ô nhiễm được phát hiện.

Thực vật chỉ thị là thực vật mà các dấu hiệu bị tổn thương của chúng xuất hiện

khi bị tác động bởi nồng độ nhất định của một hay hỗn hợp các chất gây ô nhiễm.

Thực vật chỉ thị là cảm nhận (sensor) hóa học có thể nhận dạng khi có chất gây

ô nhiễm trong không khí. Để quan trắc thường dựa vào đặc trưng về số lượng mà

không phải là chất lượng. Do đó, thực vật dùng đẻ quan trắc không chỉ là vật chỉ thị

mà còn giúp thu nhận các đánh giá về mặt số lượng.

Thực vật được xem là chỉ thị khi chúng tích lũy trong mô những chất gây ô

nhiễm hoặc những sản phẩm trao đổi chất sản sinh do kết quả tác động tương hỗ thực

vật với chất gây ô nhiễm. Từ kết quả của sự tác động, thực vật có thể thay đổi tốc độ

sinh trưởng, thời gian chín, ra hoa, sự tạo thành quả và hạt kém đi, thay đổi quá trình

sinh sản và cuối cùng là giảm sức sản xuất năng suất. Một hoặc tất cả các thông số nêu

trên có thể sử dụng để xác định sự xuất hiện của chất gây ô nhiễm trong không khí

xung quanh và tiến hành thí nghiệm để nhận dạng, làm rõ sự thay đổi của thực vật với

một chất hoặc hỗn hợp các chất gây ô nhiễm.

Một số thực vật như địa y (Lichens, Peltigesa, Xanthoria) và rêu (Bryiphyta) là

những vật tích lũy các chất gây ô nhiễm không khí, chủ yếu là các kim loại nặng chúng

có thể tích lũy tới nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của các kim loại nặng trong không

khí xung quanh.

Những loài mẫn cảm nhất trong số các thực vật là chỉ thị địa y, bởi vì bề mặt

toàn thân của chúng đều hấp thụ các chất khoáng. Nơi nào địa y không phát triển được

thì áp dụng phương pháp trồng lại địa y. Quần xã thực vật mọc hoang dã cũng có thể là

những chỉ thị môi trường không khí. Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các

thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại.

Thực vật chỉ thị môi trường không khí được chia ra thành hai dạng:

- Dạng chống chịu tốt với môi trường bị ô nhiễm: Khi môi trường không khí bị

ô nhiễm chỉ còn tồn tại những loài thực vật này, còn hầu hết các loài thực vật khác đều

bị chết hoặc ngừng sinh trưởng.

- Dạng thứ hai là đại đa số thực vật: Khi môi trường không khí bị ô nhiễm sẽ

làm xuất hiện các tổn thương lên lá, thân cây. Sự biểu hiện tổn thương ở thực vật này

tùy thuộc vào nguồn ô nhiễm.

Có một số cây khá điển hình cho chỉ thị ô nhiễm:

15

- Cây táo, anh đào, cà rốt: nhạy cảm với khí sunfur.

- Cây thuốc lá, cây kim tử hương, hướng dương, đại mạch: nhạy cảm với khí

Florua.

- Cây uất kim hương, mai, bồ đào có thể giám sát và đo lường khí Flo.

- Táo, đại mạch, đào ngô, hành tây tương đối nhạy cảm, có thể giám sát và đo

lường khí Clo.

Ví dụ: Chỉ thị ô nhiễm SO2 , O3 (hình 1.7, 1.8).

Hình 1.7: Chỉ thị ô nhiễm SO2 Hình

1.8: Chỉ thị ô nhiễm O3

1.3.2. Động vật và người chỉ thị môi trường

không khí

Ô nhiễm môi trường không khí tác động có hại

đến sức khỏe của người và động vật và rất ít

khi người ta phát hiện ra sự tác động ấy, vì đa

số các chất gây ô nhiễm không khí là không màu, không mùi vị.

Đối với động vật: Biểu hiện ra ngoài rõ nét nhất khi động vật bị phơi nhiễm bởi

tác động mãn tính của ô nhiễm không khí là đa số bị thay đổi màu lông hoặc da và

thay đổi về tốc độ tăng trọng. Còn trong trường hợp bị tác động cấp tính thì đa số là bị

bệnh và chết.

Một thí nghiệm đồng ruộng đối với thỏ nhà sử dụng sự phơi nhiễm ô nhiễm

không khí vùng lân cận của nhà máy luyện Pb cho thấy: Sau một thời gain phơi nhiễm,

hàm lượng Pb trong máu của thỏ thí nghiệm tăng lên chắc chắn so với không phơi

nhiễm. Thỏ bị chết theo các nhóm 3 con sau phơi nhiễm kéo dài 1, 3, 6, 9 và 12 tháng.

Ở một thí nghiệm quan trắc ảnh hưởng của Mg trong không khí đến phôi của

động vật cho thấy: Những con chuột và thỏ cái cho tiếp xúc với Mg trong vòng 6

tháng khi được phối với các con đực không bị phơi nhiễm thì tỷ lệ thụ tinh chỉ có 40 %

so với bình thường và kích thước của lứa con đó nhỏ hơn.

Đối với người: Quan sát và giám định sức khỏe đối với người là hướng rất quan

trọng trong giám sát ô nhiễm môi trường không khí. Trong điều kiện nhiễm mãn tính

thường sẽ rất nguy hiểm vì biểu hiện từ từ và khó xác định, nhưng sẽ làm cho người bị

bệnh và đa số là những bệnh nguy hiểm. Trường hợp nhiễm cấp tính rất dễ phát hiện vì

16

thường biểu hiện ra ngoài rất rõ như đau đầu, mệt mỏi, ngứa ngáy, rụng tóc, ngất và có

thể chết.

Những vật liệu sinh học người có thể lấy mẫu được bao gồm máu và nước tiểu,

tóc, móng chân tay và răng rụng. Tính nhạy bén của tóc như chỉ thị cho sự tiếp xúc với

các kim loại độc hại cũng đã được Benecko (1991) đề cập đến. Xác định nồng độ As

đã được tiến hành trong trên tóc, nước tiểu và máu được lấy ra từ nhóm bé trai 10 tuổi

sống trong vùng bị ô nhiễm As do đốt than đá có hàm lượng As cao. Trong tất cả các

vật liệu được kiểm tra đã phát hiện thấy hàm lượng As cao đáng kể.

Đã tiến hành kiểm tra nồng độ Pb trong máu và trong tóc bằng phương pháp

phân tích quang phổ hấp phụ nguyên tử ở 20 con trai độ tuổi từ 7- 14 có cha là những

công nhân của nhà máy sản xuất ắc quy phải thường xuyên tiếp xúc với Pb cho thấy:

Mức Pb trong máu ở ven của trẻ con thấp hơn trong những người công nhân, nhưng

nồng độ Pb trung bình trong các mẫu tóc của cả hai nhóm là như nhau. Hàm lượng Ni

trong sinh chất máu và nước tiểu của những người làm việc và tiếp xúc với môi trường

cũng gia tăng tương tự.

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ôzôn đến sức khỏe con người đã đưa ra kết

luận khi hàm lượng O3 trong không khí đạt từ 0,2 ppm trở lên bắt đầu gây bệnh (bảng

1.4).

Bảng 1.4: Phản ứng của người và động vật ở các nồng độ ôzôn khác nhau

TT Nồng độ O3 (ppm) Phản ứng

1 0,2 Không có tác động gây bệnh

2 0,3 Mũi và họng bị kích thích và bị sưng tấy

3 1 – 3 Mệt mỏi, bải hoải sau 2 giờ tiếp xúc

4 8,0 Nguy hiểm đối với phổi

(Vogt, 1979 và Menzoian, 1974)

Nhiều năm gần đây, miễn dịch học sinh thái như một ngành độc lập của khoa

học miễn dịch đã được phát triển với mục đích xác định sự phản hồi của hệ miễn dịch

với những chất gây ô nhiễm môi trường (kể cả kim loại). Tình trạng miễn dịch là dấu

hiệu rất mẫn cảm đối với tác động độc hại của môi trường gây lên những hậu quả

không tốt về sức khỏe. Các dấu hiệu sinh học miễn dịch thể hiện những thay đổi chức

năng có thể đo được do các chất gây ô nhiễm dẫn đến những tổn thương trực tiếp một

phần của hệ miễn dịch hoặc gián tiếp do ảnh hưởng của các hệ khác. Những dấu hiệu

sinh học miễn dịch rất tiện ích trong chẩn đoán những người trong vùng ô nhiễm.

Thêm vào đó điều quan trọng là tìm kiếm những khiếm khuyết di truyền khác nhau

của hệ miễn dịch đặc biệt đối với trẻ em. Tính mẫn cảm giữa các cá thể của hệ miễn

dịch cuối cùng gây lên tác động về sức khỏe (phản ứng tức giận và tính mẫn cảm quá

cao).

17

1.4. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT

Hệ sinh thái trong đất và tính đa dạng của chúng có vai trò cực kỳ quan trọng vì

nó cung cấp thông tin, chức năng sản xuất và chức năng hỗ trợ cho sức sản xuất của

đất. Nghiên cứu hệ thống sinh vật chỉ thị của đất nhằm mục đích đưa ra cách nhìn tổng

hợp, toàn diện về hiện trạng của hệ sinh thái đất trong mối liên quan chặt chẽ với nhiều

chức năng hỗ trợ sức sống của đất như tính sản xuất, khoáng hóa, chu trình dinh

dưỡng, khả năng cung cấp thức ăn khoáng cho cây trồng.

Trong đánh giá môi trường đất có thể phân ra thành hai dạng điển hình:

- Thoái hóa môi trường đất: Thoái hoá là khái niệm để chỉ sự suy giảm theo

chiều hướng xấu đi so với ban đầu. Thoái hoá đất được hiểu là quá trình suy giảm độ

phì nhiêu của đất từ đó làm cho sức sản xuất của đất bị suy giảm theo.

Theo một định nghĩa khác thì thoái hoá đất là các quá trình thay đổi các tính

chất hoá lý và sinh học của đất dẫn đến giảm khả năng của đất trong việc thực hiện các

chức năng của đất như: Cung cấp chất dinh dưỡng và tạo ra không gian sống cho cây

trồng, vật nuôi và hệ sinh thái, điều hoà và bảo vệ lưu vực thông qua sự thấm hút và

phân bố lại nước, mưa, dự trữ độ ẩm, hạn chế sự biến động của nhiệt độ, hạn chế ô

nhiễm nước ngầm và nước mặt bởi các sản phẩm rửa trôi.

- Ô nhiễm môi trường đất: Đất bị ô nhiễm được hiểu là khi hàm lượng một số

nguyên tố hóa học có trong đất vượt quá ngưỡng thường có của loại đất đó, hoặc đất

chứa một một số chất gây độc trực tiếp.

Ô nhiễm đất không những làm giảm khả năng sản xuất của đất mà còn làm ảnh

hưởng đến cây trồng, gia súc và con người.

Ô nhiễm đất còn làm hại đến môi trường khác như nước ngầm, nước mặt và

không khí, từ đó ảnh hưởng đến con người.

1.4.1. Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất

Việc sử dụng vi sinh vật làm chỉ thị sinh học cho môi trường đất đến nay ít

được áp dụng vì khó có thể quan sát bằng mắt thường. Mặc dù khi đất bị thoái hóa

hoặc bị ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng và loài vi sinh vật sống trong

đất.

Tuy nhiên, người ta có thể gián tiếp quan sát vi sinh vật trong đánh giá môi

trường thông qua sự phân hủy chất hữu cơ. Khi đất bị ô nhiễm, nhất là ô nhiễm kim

loại nặng thì số lượng vi sinh vật sẽ ít và ta dễ dàng quan sát thấy các tàn tích hữu cơ

(cành lá khô…) ít bị phân hủy hoặc phân hủy chậm so với nơi đất không bị ô nhiễm.

Ngược lại với ô nhiễm kim loại nặng và thoái hóa dinh dưỡng là hiện tượng

nhiễm bẩn đất, thì trong trường hợp này có thể một số loài vi sinh vật đất lại có số

lượng tăng lên đáng kể.

Ở đất bị thoái hóa nghiêm trọng hoặc quá chua thì nấm là loại điển hình.

1.4.2. Thực vật chỉ thị môi trường đất

1.4.2.1. Thực vật chỉ thị thiếu và thừa chất dinh dưỡng trong đất

18

Thực vật đòi hỏi những chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng và đảm bảo

các chức năng bình thường khác. Ngưỡng đủ các chất dinh dưỡng được xem là ngưỡng

các chất dinh dưỡng cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sinh trưởng mạnh

nhất của thực vật. Các chất dinh dưỡng nằm ngoài ngưỡng đủ của thực vật gây hiện

tượng thiếu hoặc thừa dinh dưỡng đều tác động xấu đến thực vật (hình 1.9).

Hình 1.9: Quan hệ giữa sinh trưởng thực vật và tổng lượng các chất dinh dưỡng

dễ tiêu (Brady and Weil, 1999)

Sự thiếu hụt dinh dưỡng xảy ra khi một hoặc một số chất dinh dưỡng cần thiết

không đủ về số lượng cho sinh trưởng của cây. Sự dư thừa gây ngộ độc xảy ra khi chất

dinh dưỡng quá nhiều so với yêu cầu của cây và làm giảm sinh trưởng và năng suất

cây trồng.

Vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng đối với thực vật và biểu hiện thiếu:

Nitơ (N): Nitơ có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng, có vai trò

quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng cũng như các hoạt động sinh lý

của cây.

Khi thiếu N, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục không hình thành, lá

chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm

sút nghiêm trọng, dẫn tới suy giảm năng suất.

Photpho (P): Photpho cần cho tất cả các loại cây trồng nhưng rõ rệt nhất là với

cây họ đậu vì ngoài khả năng tham gia trực tiếp vào các quá trình sống của cây, chúng

còn thúc đẩy khả năng cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh.

Khi thiếu P, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện tượng

này bắt đầu từ các lá phía dưới trước, và từ mép lá vào trong. Cây lúa thiếu P làm lá

nhỏ, hẹp, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, nhiều hạt xanh, hạt lép. Cây ngô

thiếu P sinh trưởng chậm, lá có màu lục rồi chuyển màu huyết dụ.

19

Sinh trưởng và sức khỏe thực vật

Ngưỡng thiếu Ngưỡng đủ Ngưỡng độc hại

Tổng lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu

Kali (K): Kali cần thiết cho mọi loại cây trồng, nhưng quan trọng nhất đối với

nhóm cây chứa nhiều đường hay tinh bột như lúa, ngô, mía, khoai tây ... Bón K sẽ làm

tăng hiệu quả sử dụng N và P.

Biểu hiện rất rõ khi thiếu K là lá hẹp, ngắn, xuất hiện các chấm đỏ, lá dễ héo rũ

và khô. Cây lúa thiếu K sinh trưởng kém, trỗ sớm, chín sớm, nhiều hạt lép lửng, mép

lá về phía đỉnh biến vàng. Ngô thiếu K làm đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển màu

huyết dụ, lá có gợn sóng. Điều đặc biệt là K có vai trò quan trọng trong việc tạo lập

tính chống chịu của cây trồng với điều kiện bất thuận (hạn, rét) cũng như tính kháng

sâu bệnh, vì vậy nếu thiếu K sẽ làm những chức năng này suy giảm đi.

Lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh tham gia trong thành phần protein, axit amin,

vitamin, có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi lipit và sự hô hấp của cây.

Biểu hiện đặc trưng khi cây thiếu S cũng có hiện tượng vàng lá như khi thiếu N,

tuy nhiên khác với thiếu N là hiện tượng vàng lá xuất hiện ở các lá non trước các lá

trưởng thành và lá già. Khi cây thiếu S, gân lá chuyển vàng trong khi phần thịt lá vẫn

còn xanh, sau đó mới chuyển vàng. Kèm theo những tổn thương trước hết ở phần ngọn

và lá non, cộng với sự xuất hiện các vết chấm đỏ trên lá do mô tế bào chết.

Canxi (Ca): Canxi có vai trò quan trọng trong việc hình thành tế bào, hình

thành các mô cơ quan của cây. Chúng có ý nghĩa quan trọng trong việc trung hòa độ

chua của đất cũng như việc khử độc do sự có mặt của các cation (Na+, Al3+ ...) trong

nguyên sinh chất của tế bào. Cùng với P, Ca là nguyên tố hàng đầu để tăng năng suất

và chất lượng cây họ đậu.

Khi thiếu Ca thì đỉnh sinh trưởng và chóp rễ bị ảnh hưởng nghiêm trọng do các

mô phân sinh ngừng phân chia, sinh trưởng bị ức chế. Triệu chứng đặc trưng của cây

thiếu Ca là các lá mới ra bị dị dạng, chóp lá uốn câu, rễ kém phát triển, ngắn, hóa nhầy

và chết. Ca là chất không di động trong cây nên biểu hiện thiếu Ca thường thể hiện ở

các lá non trước.

Magiê (Mg): Magiê là thành phần quan trọng của phân tử diệp lục nên nó quyết

định hoạt động quang hợp của cây. Đây cũng là chất hoạt hóa của nhiều enzym rất

quan trọng đối với quá trình hô hấp và trao đổi chất của cây. Mg rất cần đối với các

cây ngắn ngày như lúa, ngô, đậu, khoai tây... Mg sẽ làm tăng hàm lượng tinh bột trong

sản phẩm.

Thiếu Mg làm chậm quá trình ra hoa, cây thường bị vàng lá do thiếu diệp lục.

Triệu chứng điển hình là các gân lá còn xanh trong khi phần thịt lá đã biến vàng. Xuất

hiện các mô hoại tử thường từ các lá phía dưới, lá trưởng thành lên lá non, vì Mg là

nguyên tố linh động, cây có thể dùng lại từ các lá già.

Sắt (Fe): Vai trò quan trọng nhất của sắt là hoạt hóa các enzym của quá trình

quang hợp và hô hấp. Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng

quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây. Hàm lượng sắt trong lá cây có quan hệ

mật thiết đến hàm lượng diệp lục trong chúng.

20

Sự thiếu hụt Fe thường xảy ra trên nền đất có đá vôi. Lá cây thiếu sắt sẽ chuyển

từ màu xanh sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá vẫn còn xanh. Triệu

chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đến lá già, vì Fe không di động từ

lá già về lá non.

Mangan (Mn): Mn là nguyên tố hoạt hóa rất nhiều enzym của các quá trình

quang hợp, hô hấp và cố định nitơ phân tử.

Triệu chứng điển hình khi cây thiếu Mn là phần gân lá và mạch dẫn biến vàng,

nhìn toàn bộ lá có màu xanh sáng, về sau xuất hiện các đốm vàng ở phần thịt lá và phát

triển thành các vết hoại tử trên lá. Nếu thiếu nghiêm trọng sẽ gây khô và chết lá. Triệu

chứng thiếu Mn có thể biểu hiện ở lá già hay lá non tùy theo từng loại cây.

Đồng (Cu): Đồng là nguyên tố hoạt hóa nhiều enzym của quá trình tổng hợp

protein, axit nucleic và dinh dưỡng nitơ của cây.

Hiện tượng thiếu đồng thường xảy ra trên những vùng đất đầm lây, ruộng lầy

thụt. Cây trồng thiếu đồng thường hay có hiện tượng chảy gôm (rất hay xảy ra ở cây

ăn quả), kèm theo các vết hoại tử trên lá hay quả. Với cây họ hòa thảo, nếu thiếu đồng

sẽ làm mất màu xanh ở phần ngọn lá.

Bo (B): B là một trong những nguyên tố vi lượng có hiệu quả nhất với cây

trồng. B tác động trực tiếp đến quá trình phân hóa tế bào, trao đổi hocmon, trao đổi N,

nước và chất khoáng khác, ảnh hưởng rõ rệt nhất của B là tới mô phân sinh ở đỉnh sinh

trưởng và quá trình phân hóa hoa, thụ phấn, thụ tinh, hình thành quả.

Khi thiếu B thì chồi ngọn bị chết, các chồi bên cũng thui dần, hoa không hình

thành, tỷ lệ đậu quả kém, quả dễ rụng, rễ sinh trưởng kém, lá bị dày lên.

Molypden (Mo): Mo có vai trò rất quan trọng trong việc trao đổi nitơ, tổng hợp

Vitamin C và hình thành lục lạp của cây.

Thiếu Mo sẽ ức chế dinh dưỡng đạm của cây trồng nói chung, đặc biệt của các

cây họ đậu.

Kẽm (Zn): Zn tham gia hoạt hóa khoảng 70 enzym của nhiều hoạt động sinh lý,

sinh hóa của cây.

Thiếu Zn sẽ gây rối loạn trao đổi auxin nên ức chế sinh trưởng, lá cây bị biến

dạng, ngắn, nhỏ và xoăn, đốt ngắn và biến dạng.

Niken (Ni): Thực vật cần Ni để nảy mầm và là thành phần trong emzym ureaza,

một loại enzym xúa tác quá trình chuyển hóa urê thành ammoni. Nhiều nghiên cứu

cũng cho thấy Ni cần thiết cho trao đổi chất trong cây họ đậu và những cây khác.

Thiếu Ni cây bị vàng lá và vàng ở giữa gân lá ở những lá non.

Tóm lại: có thể chẩn đoán thiếu dinh dưỡng ở thực vật dựa vào 5 biểu hiện sau:

- Sinh trưởng còi cọc

- Bệnh vàng lá

- Bệnh vàng giữa gân lá

- Xuất hiện màu đỏ tía

21

- Hoại tử (bảng 1.5).

Bảng 1.5: Các dấu hiệu đặc trưng ở lá khi thiếu chất dinh dưỡng

Chất dinh dưỡng Vị trí trên

thực vật

Bệnh

vàng lá

Viền lá bị

hoại tử

Màu sắc và dạng lá

N Tất cả các lá Có Không Vàng các lá và gân lá

P Những lá già Không Không Những đốm màu tím

K Những lá già Có Có Những đốm vàng

Mg Những lá già Có Không Những đốm vàng

Ca Những lá non Có Không Các lá bị biến dạng

S Những lá non Có Không Lá màu vàng

Mn, Fe Những lá non Có Không Màu vàng giữa gân lá

B, Zn, Cu, Ca, Mo Những lá non - - Lá biến dạng

(Dobermann A. And T. Fairhurst, 2000)

Dấu hiệu ngộ độc ở thực vật:

Khi một hoặc một vài nguyên tố dinh dưỡng đa, trung lượng hoặc vi lượng vượt

quá ngưỡng thì sẽ gây độc hại cho cây. Tuy nhiên, cũng có một số nguyên tố không

gây độc.

Thừa N sẽ làm cây sinh trưởng quá mạnh, do thân lá tăng trưởng nhanh mà mô

cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, dễ bị sâu bệnh tấn công. Ngoài ra

sự dư thừa N trong sản phẩm cây trồng (đặc biệt là rau xanh) còn gây tác hại lớn tới

sức khỏe con người. Nếu N dư thừa ở dạng NO3- thì khi vào dạ dày, chúng sẽ vào ruột

non và mạch máu, sẽ chuyển hemoglobin (của máu) thành dạng met-hemoglobin, làm

mất khả năng vận chuyển oxy của tế bào. Còn nếu ở dạng NO2- chúng sẽ kết hợp với

axit amin thứ cấp tạo thành chất Nitrosamine - là một chất gây ung thư rất mạnh.

Thừa P không có biểu hiện gây hại như thừa N vì P thuộc loại nguyên tố linh

động, nó có khả năng vận chuyển từ cơ quan già sang cơ quan còn non. Tuy nhiên, khi

thừa P sẽ làm giảm khả năng hút Fe, Mn và Zn và làm chúng bị thiếu trong cây, dẫn

đến ức chế sinh trưởng của cây.

Thừa dư và gây ngộ độc Al: Làm cho rễ phát triển kém, lá vàng úa và da cam ở

giữa gân lá, sau đó là trắng lá giữa gân rồi lá bị chết héo và viền lá bị táp nắng.

Đối với các nguyên tố trung lượng và vi lượng, cây cần một lượng nhỏ, nhưng

thiếu chúng nhiều chức năng của thực vật bị phá vỡ. Ngược lại, trong thực tiễn sản

xuất do hoạt động công nghiệp, làng nghề và hoạt động khai khoáng đã dẫn đến dư

thừa các nguyên tố vi lượng và trung lượng trong đất và dẫn đến ngộ độc cho cây

(bảng 1.6).

Nhìn chung, thiếu hay thừa chất dinh dưỡng đều làm cho cây sinh trưởng phát

triển kém, giảm sức sản xuất và gây ra những dấu hiệu không bình thường có thể quan

sát được bằng mắt thường.

22

Bảng 1.6: Các yếu tố gây độc, dấu hiệu ngộ độc và ngưỡng độc

Nguyên

tố

Các yếu tố gây độc Ngưỡng độc

hại (mg/kg)

Dấu hiệu ngộ độc

B Sử dụng nhiều phân

compost thành phố

> 200 Màu vàng, hoại tử đỉnh và viền lá

Co Đất cát, đất than bùn, bón

vôi, tiêu nước

> 1.000, đôi

khi > 4.000

Không rõ

Cu Sử dụng nhiều bùn thải và

phân compost thành phố

> 20 Màu vàng và hoại tử lá già, kìm

hãm rự dài ra của rễ

Cl Đất ven biển và bị nhiễm

mặn

> 3.500 Lá cháy sém và sinh trưởng bị kìm

hãm

Fe Đất ngập úng, những vùng

đất trũng

> 500 Màu đồng thau ở lúa, mất màu tím

ở những cây khác

Mn Đất ngập úng, những vùng

đất trũng

> 500 Đốm màu nâu trên gân lá, hoại tử

ở đỉnh và gân lá, lá bị xoắn tròn

Mo Bón vôi và bón bổ sung

Mo

> 1.000 Chuyển màu vàng sang da cam

(đôi khi tím), dóng và đốt ngắn

Zn Dưới tán cây và cây trồng

trong nhà có mái che

> 400 Ít xảy ra. Dấu hiệu giống thiếu Fe

và Mn

(Thomas Dierolf, 2001)

1.4.2.2. Thực vật chỉ thị đất ô nhiễm kim loại nặng

Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là đất có hàm lượng quá lớn so với bình thường

(vượt ngưỡng) của một hoặc nhiều các nguyên tố có thể là dinh dưỡng vi lượng như

Cu, Mn, Zn và Ni, hoặc các nguyên tố không phải là dinh dưỡng như Cd, Pb, As, Hg,

Se. Nhìn chung, đất bị ô nhiễm kim loại nặng đều làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và

phát triển của cây. Khi đất bị ô nhiễm kim loại nặng đa số thực vật bị ngừng sinh

trưởng và dẫn đến chết. Tuy nhiên cũng có một số loài thực vật lại không bị chết và

thậm chí có loài còn sinh trưởng phát triển tốt.

Từ hiện tượng đó, người ta đã phân ra được hai nhóm thực vật trong chỉ thị ô

nhiễm kim loại nặng trong đất, đó là:

- Nhóm thực vật có khả năng chống chịu với nồng độ kim loại cao gọi là “siêu

chống chịu”.

- Nhóm thực vật có khả năng thu hút kim loại nặng và tích lũy vào các bộ của

cây gọi là “siêu hấp thụ kim loại”.

Đến nay người ta đã phát hiện được trên 450 loài thực vật có khả năng thu hút

kim loại nặng trong đất. Trong số này có khá nhiều loài được tìm thấy ở Việt Nam.

Sau đây là một số loại thực vật điển hình làm chỉ thị cho đất bị ô nhiễm kim loại

nặng ở Việt Nam:

23

- Cây dương xỉ, vetiver, lau, sậy.

- Cây hoa ngũ sắc, mua, sim, đơn buốt, ngải dại.

- Cây cỏ tre, cỏ gà, mần trầu.

- Cây cải xanh, cải xoong, rau muống.

- Cây bạch đàn, keo tai tượng, keo lá chàm.

- Ở đất ô nhiễm Al cao (đất phèn): Cây năng bộp, năng kim, năng chỉ, cỏ bàng,

cỏ đưng, cỏ lác....

Sâu đây là hình ảnh của một số cây chỉ thị kim loại nặng trong đất:

Hình

1.10: Cỏ vetiver Hình 1.11: Dương xỉ Hình

1.12: Cỏ lau

Hình 1.13: Ngũ sắc Hình 1.14: Đơn buốt

Hình 1.15: Ngải dại

1.4.2.3. Thực vật chỉ thị đất dốc thoái hóa, chua

Đất dốc thoái hóa chủ yếu do xói mòn rửa trôi,

do không được bón phân hữu cơ, do canh tác không để

lại sản phẩm phụ của cây trồng và thiếu nước. Đất dốc

bị thoái hóa thường chua, nghèo dinh dưỡng và giàu

Al3+, Fe3+.

Trên đất thoái hóa mạnh ngoài cây cỏ tranh là

các loài cỏ và cây bụi điển hình sau:

- Cây lau, guột.

- Sim, mua, cỏ lào, chè vằng.

24

- Các cây thân bò như đậu mèo dại, trinh nữ có gai và không gai.

1.4.3. Động vật chỉ thị môi trường đất

Cho đến nay chưa có nhiều nghiên cứu về sử dụng động vật đất làm chỉ thị sinh

học. Tuy nhiên, chúng ta đều hiểu rõ rằng, khi đất bị ô nhiễm hoặc bị thoái hóa sẽ làm

giảm đáng kể động vật đất như giun đất, mối, kiến....

Để đánh giá độ phì nhiêu của đất người ta thường dùng giun đất làm chỉ thị.

Giun đất và các động vật đất khác như tiểu túc, nhuyễn thể và động vật có xương tham

gia tích cực vào quá trình phân huỷ xác động thực vật, đào xới đất, tạo điều kiện cho

không khí, nước và vi sinh vật thực hiện quá trình phân huỷ chất hữu cơ, giúp cho thực

vật bậc cao dễ dàng lấy được chất dinh dưỡng từ đất. Vì vậy giun đất nhiều hay ít là

chỉ thị tốt cho đánh giá đất đó tốt hay xấu.

Ngoài ra người ta còn sử dụng mối như là một chỉ thị sinh học cho độ phì đất.

Chúng ta đã được biết khá nhiều mặt lợi ích của các loài mối, ví dụ như: Chúng phân

giải xenlulô thực vật, tăng mùn cho đất, là mắt xích thức ăn trong chu trình luân

chuyển vật chất trong hệ sinh thái v.v… Ngày nay, mối còn được chú ý nhiều với vai

trò là chỉ thị sinh học trong các nghiên cứu về sự phục hồi của hệ sinh thái. Đã có

những nghiên cứu cho thấy, nhiều loài mối rất nhạy cảm với sự thay đổi của môi

trường sống, sự có mặt hay biến mất của một số loài gắn liền với những biến đổi của

điều kiện môi trường, đặc biệt là thảm thực vật và cấu trúc đất.

Hình 1.16: Mối Hình 1.17: Giun đất

25

Câu hỏi ôn tập:

1. Chỉ thị sinh học là gì? Vai trò của chỉ thị sinh học?

2. Trình bày vi sinh vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

3. Trình bày thực vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

4. Trình bày động vật chỉ thị môi trường phú dưỡng?

5. Trình bày chỉ thị sinh học môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng?

6. Trình bày thực vật chỉ thị môi trường không khí?

7. Trình bày động vật và người chỉ thị môi trường không khí?

8. Thực vật chỉ thị thiếu và thừa chất dinh dưỡng trong đất như thế nào?

9. Thực vật chỉ thị đất ô nhiễm kim loại nặng như thế nào?

10. Thực vật chỉ thị đất dốc thoái hóa, chua như thế nào?

11. Động vật chỉ thị môi trường đất như thế nào?

26

CHƯƠNG 2

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

2.1. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ

Phế thải là sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trình hoạt động, sản xuất,

chế biến của con người.

Phế thải có nhiều nguồn khác nhau: rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị, tàn dư

thực vật, phế thải do quá trình sản xuất, chế biến nông công nghiệp, phế thải từ các nhà

máy công nghiệp (nhà máy giấy, khai thác chế biến than, nhà máy đường, nhà máy

thuốc lá, nhà máy bia, nước giải khát, các lò mổ, các nhà máy xí nghiệp chế biến rau

quả đồ hộp …).

Việt Nam là nước nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn, rất đa

dạng. Công nghiệp mía đường đã để lại hàng chục vạn tấn bã mía, bùn mía và tàn dư

phế thải từ sản xuất, chế biến mía ra đường. Ngành công nghiệp chế biến xuất khẩu cà

phê đã thải ra môi trường hơn 20 vạn tấn vỏ/năm. Trên đồng ruộng, nương rẫy hàng

năm để lại hàng triệu tấn phế thải đó là rơm, rạ, lõi ngô, cây sắn, thân lá thực vật…

Ngoài ra còn có tới hàng triệu tấn rác thải sinh hoạt. Tất cả nguồn phế thải này một

phần bị đốt, còn lại trở thành rác thải, phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường

và nguồn nước, trong khi đó đất đai lại thiếu trầm trọng nguồn dinh dưỡng cho cây.

Phế thải rất đa dạng, nhưng người ta xếp thành 3 nhóm sau:

+ Phế thải hữu cơ.

+ Phế thải rắn.

+ Phế thải lỏng.

Hiện nay dùng biện pháp sinh học để xử lý phế thải là biện pháp tối ưu nhất, nó

đang được tất cả các nước sử dụng. Đó là dùng công nghệ vi sinh vật để phân huỷ phế

thải, muốn thực hiện được biện pháp này, điều quan trọng nhất đó là phải phân loại

phế thải, vì trong phế thải còn nhiều phế liệu khó phân giải không thể thực hiện được

theo biện pháp này như: túi polyetylen, vỏ chai lọ bằng thủy tinh và nhựa, các loại phế

liệu rắn bền phân giải lâu.

2.1.1. Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ

Khác với rác thải phế thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt là một tập hợp không

đồng nhất. Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát được của các

nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và thương mại. Sự không đồng nhất này tạo ra

một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt.

Một trong những đặc điểm rõ nhất thấy ở rác thải sinh hoạt Việt Nam là thành

phần các chất hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao 45 – 55 %. Trong thành phần phế thải đô thị

các cấu tử phi hữu cơ (kim loại, thuỷ tinh, rác xây dựng…) chiếm khoảng 12 – 15 %.

Phần còn lại là các cấu tử khác. Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải đô thị

27

không phải là những tỷ lệ bất biến, mà có biến động luôn luôn theo các tháng trong

năm và luôn thay đổi theo mức sống của cộng đồng.

Ở các nước phát triển, do mức sống của người dân cao cho nên tỷ lệ thành phần

hữu cơ trong rác thải sinh hoạt thường chỉ chiếm 35 – 40 %. Như vậy so với thế giới

thì rác thải đô thị Việt Nam có tỷ lệ hữu cơ cao hơn rất nhiều. Chính nhờ đặc điểm

này, nên việc xử lý rác thải sinh hoạt ở Việt Nam bằng công nghệ vi sinh vật là rất khả

thi.

Để xử lý phế thải hữu cơ từ rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp sau thu

hoạch hiện nay có khá nhiều phương pháp khác nhau:

* Phương pháp sản xuất khí sinh học (Biogas):

Cơ sở của phương pháp này là nhờ sự hoạt động của vi sinh vật mà các chất

khó tan (Xenluloza, lignin, hemixeluloza và các chất cao phân tử khác) được chuyển

thành chất dễ tan. Sau đó lại được chuyển hoá tiếp thành các chất khí trong đó chủ yếu

là mêtan.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể thu được một loạt các chất khí, có thể

cháy được và cho nhiệt lượng cao, sử dụng làm chất đốt, không ô nhiễm môi trường.

Phế thải sau khi lên men được chuyển hoá thành phân hữu cơ có chất dinh dưỡng cao

để bón cho cây trồng.

Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm sau:

- Khó lấy các chất thải sau khi lên men.

- Là quá trình kị khí bắt buộc vì vậy việc thiết kế bể ủ rất phức tạp, vốn đầu tư

lớn.

- Gặp nhiều khó khăn trong khâu tuyển chọn nguyên liệu.

* Phương pháp ủ phế thải thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn:

Rác được chất thành đống có chiều cao từ 1,5 - 2,0 m đảo trộn mỗi tuần một

lần. Nhiệt độ đống ủ là 55 - 60oC, độ ẩm 50 – 70 %, sau 3 - 4 tuần tiếp không đảo trộn.

Phương pháp này đơn giản, nhưng mất vệ sinh, gây ô nhiễm nguồn nước và không khí.

* Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí:

Phế thải được chất thành đống cao từ 1,5 - 2,0 m. Phía dưới được lắp đặt một hệ

thống phân phối khí. Nhờ có quá trình thổi khí cưỡng bức, mà các quá trình chuyển

hoá được nhanh hơn, nhiệt độ ổn định, ít ô nhiễm môi trường.

* Phương pháp lên men trong các thiết bị chứa:

Phế thải được cho vào các thiết bị chứa có dung tích khác nhau để lên men.

Lượng khí và nước thải sinh ra trong quá trình lên men được kiểm soát chặt chẽ. Các

vi sinh vật đã được tuyển chọn bổ sung cho hệ vi sinh vật tự nhiên trong đống ủ, nhờ

đó mà quá trình xảy ra nhanh và dễ kiểm soát, ít ô nhiễm hơn.

* Phương pháp lên men trong lò quay:

28

Phế thải được thu gom, phân loại đập nhỏ bằng búa đưa vào lò quay nghiêng

với độ ẩm từ 50 – 60 %. Trong khi quay phế thải được đảo trộn do vậy không phải thổi

khí. Rác sau khi lên men lại được ủ chín thành đống trong vòng 20 - 30 ngày.

* Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ công nghiệp:

Đặc điểm chung của kiểu ủ rác công nghiệp này là tự động hoá cao do đó rác

được phân huỷ rất tốt, nhưng lại đòi trình độ khoa học công nghệ cao, chi phí tốn kém

chưa phù hợp với trình độ và khả năng đầu tư của các nước đang phát triển.

* Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ:

Rác thải hay than bùn không bị bỏ đi mà được tái chế thành sản phẩm cung cấp

cho nông nghiệp. Nhưng phương pháp này còn có một số hạn chế sau: Vốn chi phí vận

hành tương đối lớn, diện tích sử dụng khá lớn, phân loại và tuyển chọn rác mất nhiều

công.

Với tất cả các phương pháp trên đều dựa trên nguyên tắc là sử dụng vi sinh vật

phân hủy và chuyển hóa các chất của phế thải. Tùy theo phương pháp mà người ta sử

dụng các chế phẩm vi sinh vật khác nhau.

2.1.2. Các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ

Hiện nay đang có khá nhiều chế phẩm vi sinh vật dùng cho xử lý phế thải hữu

cơ. Sau đây là một số chế phẩm được sử dụng nhiều và có hiệu quả tốt.

2.1.2.1. Chế phẩm E.M (Effective Microorganisms)

E.M (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu. Chế phẩm

này do giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa, Trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa,

Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980.

Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí. 80 loài vi

sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2.000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp

thực phẩm và công nghệ lên men. Đó là các nhóm vi sinh vật hữu hiệu: Vi khuẩn

quang hợp, vi khuẩn cố định Nitơ, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn.

E.M được ứng dụng rộng rãi có hiệu quả trong nông nghiệp, công nghiệp, chế

biến thực phẩm, hóa mỹ phẩm và xử lý môi trường. E.M gốc có độ pH dưới 3,5 nhưng

khi pha loãng với tỉ lệ 1/1000 thì nó trung tính và rất tốt cho tiêu hóa, có thể uống

được nước này.

Từ nhiều năm nay E.M đã được sử dụng tại nước ta. E.M hòa với nước và phun

đều lên rác đã hạn chế khá hiệu quả mùi hôi thối bốc ra từ các bãi rác lớn. Bãi rác Tây

Mỗ, Hà Nội (nay đã đóng cửa do hết diện tích chôn lấp) sau khi được xử lý với E.M đã

giữ được môi trường trong sạch, đứng ngay giữa bãi rác cũng không ngửi thấy mùi hôi

thối.

Các bãi rác ở Việt Nam hiện nay phần nhiều đều sử dụng biện pháp chôn lấp

kết hợp với sử dụng E.M. Tại bãi rác Nam Sơn, Hà Nội, bãi rác Đá Mài, Thái Nguyên

đều tiến hành phun E.M 2 % với lượng 10 lít dung dịch cho 100 kg rác và thu được kết

quả khả quan.

29

Từ năm 2000, E.M đã được thử nghiệm cho nhiều hộ gia đình ở thành phố Hà

Nội. Quy trình xử lý rác thải hữu cơ (rau, thức ăn, hoa quả...) theo phương pháp E.M

(không tiêu hủy được rác thải vô cơ) cần 1 thùng 25lít, có đế cao khoảng 15 cm, ở đáy

thùng có 1 vỉ ngăn và 1 vòi dùng để tháo nước.Trước khi cho rác vào thùng phải lắc

đều 1 lượt cám bokashi vào đáy thùng (bokashi là chất được chế tạo từ dung dịch E.M

trộn với cám và gói kín 3 - 4 ngày đến khi thấy mùi men). Sau đó đổ rác vào thùng, ấn

rác xuống rồi rắc 1 lượt cám bokashi lên trên rồi cứ làm như thế cho đến khi rác đầy

thùng. Nếu dưới đáy thùng có nước thì mở vòi cho nước chảy ra (không cho nước đầy

vỉ). Nước thải này có thể thải ra rãnh nước hoặc toillet, hoặc cũng có thể pha loãng

1000 lần với nước sạch rồi tưới cây cũng rất tốt.

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Nông, Hoàng Hải, Nguyễn Ngọc Sơn Hải (2007)

cũng cho thấy hiệu quả của việc sử dụng các chế phẩm E.M tới tốc độ phân giải rác

hữu cơ.

Bảng 2.1: Kết quả xử lý rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng một số chế phẩm vi sinh vật

STT

Công thức thí nghiệm

Trọng lượng rác thải hữu cơ (kg)

Thể tích rác hữu cơ (dm3) Lượng hữu cơ

phân hủy qua sàng ≤ 2mm

(%)

Trước xử lý(kg)

Sau xử lý 60 ngày

Trước xử lý(dm3)

Sau xử lý 60 ngày

kg % dm3 %1 Không xử lý 15,0 5,8 100,00 35,63 12,86 100,00 50,00

2 E.M - Bokashi 15,0 5,4 93,10 35,63 11,49 89,35 68,85

3 E.M 2 15,0 4,5 77,59 35,63 10,05 78,15 68,14

4 Chế phẩm VSV1* 15,0 4,8 82,76 35,63 11,26 87,56 66,85

5 Chế phẩm VSV1** 15,0 5,3 91,38 35,63 11,55 89,81 69,30

(Nguyễn Ngọc Nông, Hoàng Hải, Nguyễn Ngọc Sơn Hải, 2007)

Ghi chú: * Chế phẩm VSV của ĐHNN Hà Nội – dạng nước

** Chế phẩm VSV của ĐHNN Hà Nội – dạng bột

Tuy E.M được sử dụng rất có hiệu quả như giá thành rẻ, dễ sử dụng,...nhưng

vẫn có 1 số hạn chế do rác thải hiện nay chưa phân loại tại nguồn nên vẫn lẫn các rác

vô cơ vào làm hiệu quả tối ưu của E.M chưa được phát huy hết.

30

Hình 2.1: E.M gốc Hình 2.2: Cám E.M - bokashi 2.1.2.2. Chế phẩm sinh học Biomic

Biomic có chứa các vi sinh vật có ích như: Lactobaccillus aldophis 01,

Lactobaccillus aldophis 03, Bacillus memgaterium, Bicillus Lichennoformis,

Strepstococus facium, Nitrobacter,... Những vi sinh vật này có thể phân hủy nhanh các

chất thải hữu cơ, các hợp chất gây độc hại.

Kết quả cho thấy, sử dụng chế phẩm sinh học Biomic giúp phân hủy nhanh các

phế thải như rác thải sinh hoạt, rơm rạ, than bùn, phân gia súc gia cầm... tạo thành

phân bón hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp. Loại phân này có chứa nhiều vi sinh

vật có ích nên đem bón cho cây trồng giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Chỉ

cần dùng 1 kg Biomic phối trộn với 1 kg NPK hòa tan với mười lít nước tưới xử lý cho

1 tấn phân gia súc, gia cầm, rác thải, sau đó dùng ni-lông phủ kín; sau 20-25 ngày

phân, rác sẽ hoại mục không mùi hôi thối. Có thể sử dụng 1kg Biomic trộn với 1kg

đường vàng hòa với 20 lít nước cho vào bể nước thải chăn nuôi dung tích 5m3, sau 5

ngày mùi hôi thối sẽ giảm hẳn. Sau 3 ngày xử lý, các chế phẩm sẽ tiêu diệt các vi sinh

gây bệnh...

2.1.2.3. Chế phẩm sinh học EMIC

EMIC là hỗn hợp các vi sinh vật hữu ích có khả năng phân giải mạnh xenluloz,

tinh  bột, protein,… Vi sinh vật tổng số >

109  CFU/g.

EMIC phân giải nhanh rác thải, phế thải

nông nghiệp, mùn bã hữu cơ, phân bắc và phân

chuồng làm phân bón hữu cơ vi sinh.

EMIC làm giảm tối đa mùi hôi thối của chất

thải hữu cơ, diệt mầm bệnh sinh vật có hại trong

chất thải.

Xử lý chất thải làm phân bón: Hoà 1 - 2 gói

vào nước tưới đều cho 1tấn nguyên liệu, đạt độ ẩm

45 – 50 % . Ủ thành đống có che phủ, cứ 7 - 10

ngày đảo trộn một lần. Ủ khoảng 20 - 30 ngày.

EMIC là chế phẩm trung tính, an toàn không

độc hại đối với người, gia súc và môi trường.

Hình 2.3: Chế phẩm sinh học EMIC

2.1.2.4. Chế phẩm vi sinh Biovina

Chế phẩm được dùng để xử lý chất thải để tạo ra phân hữu cơ vi sinh. Giống vi

sinh biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định có khả năng phân giải các chất hữu cơ

nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiện Việt Nam, quy trình công nghệ đơn

giản và dễ thực hiện. Hai loại Biovina1 và Biovina2 đã được nghiên cứu, sản xuất và

thương mại hóa. Trong đó Biovina1 đã dùng để xử lý rác tại nguồn, rác chôn lấp tại

bãi rác Đông Thạch, xử lý phế liệu của nhà máy đồ hộp Tân Bình và xử lý chất thải

31

vùng nuôi tôm. Còn Biovina 2 được dùng để xử lý nước thải trại chăn nuôi heo, xử lý

mùi các bãi chôn lấp rác.

2.1.2.5. Chế phẩm vi sinh BioMicromix

Các nhà khoa học Việt Nam xây dựng mô hình xử lý rác thải sinh hoạt thành

phân hữu cơ có bổ sung chế phẩm vi sinh BioMicromix thực hiện tại Hà Tây.

Rác thải của các hộ dân được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình, mỗi gia đình có

2 thùng rác, một thùng đựng rác hữu cơ (thực phẩm thừa, lá cây...), một thùng đựng

rác vô cơ các loại không phân hủy được (thủy tinh, nilon, vỏ sò, vỏ ốc...). Hàng ngày

công nhân của đội thu gom đi thu gom đưa về sân tập kết. Ở đây, rác được tiếp tục

phân loại để loại bỏ các chất vô cơ. Phần hữu cơ được trộn lẫn với chế phẩm vi sinh

BioMicromix rồi đưa vào bể ủ. Chế phẩm vi sinh BioMicromix là chế phẩm vi sinh

vật ưa nhiệt, có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm nhanh

mất mùi hôi, không có ruồi muỗi.

Thời gian lên men trong bể kéo dài từ 40 - 50 ngày. Khi quá trình ủ đã kết thúc,

đống ủ xẹp xuống, nhiệt độ xuống dưới 400C, rác được chuyển ra sân phơi cho khô,

sau đó được đưa vào nghiền và sàng phân loại. Phần hữu cơ tận dụng làm phân bón.

Nước rác được thu gom vào bể chứa qua hệ thống rãnh, khi khối ủ bị khô dùng nước

này để bổ sung.

Các chất vô cơ được phân loại, phần có thể tái chế (thuỷ tinh, nilon, sắt thép...)

được thu gom lại để bán cho các cơ sở tái chế còn phần không tái chế được (sành sứ,

vỏ ốc...) được đem đi chôn lấp. Gạch ngói vỡ dùng để san nền hay bê tông hóa, lát kè

đường đi, xây mương.

Ngoài một số chế phẩm vi sinh trên, hiện nay ngoài thị trường đang có nhiều

chế phẩm vi sinh với nhiều tên khác nhau. Nhưng cơ bản thì nguyên tắc chung là đều

chứa các vi sinh vật có ích và có khả năng phân giải cao các phế thải hữu cơ.

2.1.3. Một số ví dụ ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ

2.1.3.1. Sản xuất phân bón từ phế thải hữu cơ

Có một số phương pháp sản xuất phân bón từ phế thải hữu cơ:

* Ủ rác để thu hồi khí sinh học

Dùng công nghệ vi sinh để phân huỷ rác, thu khí CH4 làm khí đốt chạy máy

phát điện hoặc sử dụng vào các mục đích khác. Chi phí của phương pháp này cũng khá

cao.

* Chế biến phân vi sinh

Trong phương pháp này rác sau khi loại bỏ các chất vô cơ được ủ trong điều

kiện thoáng khí hay yếm khí. Trong quá trình ủ, các chất hữu cơ chuyển hoá dần về

mặt sinh học thành các hợp chất mùn, gọi là phân compost. Phân compost sau khi

được trộn đều với các nguyên tố dinh dưỡng (NPK với các tỉ lệ khác nhau) sẽ thành

các sản phẩm phân vi sinh khác nhau. Việc chế biến phân compost từ rác thải có thể

được làm từ công nghệ đơn giản hoặc công nghệ tiên tiến đắt tiền.

32

Ưu điểm:

Giải quyết được một phần đáng kể chất thải rắn.

Thu hồi, tái chế được chất thải rắn dưới dạng phân hữu cơ.

Tận thu và tái sử dụng một số thành phần như: nhựa, nilon, thủy tinh, kim

loại….

Nhược điểm:

Chỉ xử lý thành phần hữu cơ trong rác thải.

Tốn nhiều thời gian, chi phí vận hành cao, công nghệ phức tạp.

Nếu sử dụng công nghệ đơn giản có thể gây ô nhiễm môi trường không khí

xung quanh khu vực xử lý (mùi hôi thối và một số khí độc), ô nhiễm nguồn nước ở

khu vực lân cận.

Công nghệ ủ:

Nguyên tắc cơ bản:

Toàn bộ rác và chất thải được ủ lên men hợp vệ sinh trong các hố ủ khô.

Nước rỉ rác trong quá trình ủ được thu hồi và xử lý làm sạch trước khi xả ra

ngoài môi trường.

Các giải pháp bảo vệ môi trường:

+ Không khí: Tạo vành đai cây xanh cách ly.

+ Nước: Chống thấm và tràn nước ra ngoài.

+ Đất: Bảo đảm chống thấm nước rác theo phương đứng và theo phương ngang.

Đặc điểm hố ủ phân tạm thời:

Có cấu tạo là các hố nhỏ có thành và đáy được đổ bê tông hoặc đắp một lớp đất

sét dày 50 cm ở dưới đáy và đầm chặt sau đó rải một lớp vải địa kỹ thuật lên trên.

Trước khi đổ rác, các hố này phải hoàn thiện phần chống thấm đáy và tràn nước rác

bằng cách lại phủ thêm một lớp sét đệm dày 20 cm để cấu tạo lớp nền và đáy thoát

nước, xây dựng các rãnh thu nước rác ngầm, tạo tường sét bao quanh từng ô chôn. Tại

cạnh thành hố, có bậc thang lên xuống dễ dàng, tiện cho việc tận thu sản phẩm sau ủ.

Phương pháp ủ:

Rác sẽ được phân loại bằng phương pháp thủ công tại khu tập trung rác theo

quy mô đầu tư nhỏ. Sau khi phân loại, lượng rác thải hữu cơ được đem ủ trong hố ủ và

phun chế phẩm sinh học để tăng nhanh quá trình phân hủy thành mùn, còn các chất trơ

thì được chôn lấp đơn giản.

Rác thu gom được xe chuyên dùng chở đến đổ xuống các hố ủ và được phun

chế phẩm sau đó dùng máy ủi bánh xích hoặc các thiết bị thủ công san rác, ép và nén

chặt cuối chu kỳ xuống. Khi lớp rác đã đầm nén có độ dầy từng lớp khoảng 0,6 m hoặc

vào cuối ngày được phủ một lớp đất dày khoảng 0,20 – 0,22 m và đầm nén chặt đảm

bảo tỷ trọng chất thải tối thiểu sau đầm nén khoảng 0,8 tấn/m3 (hệ số nén khoảng 1,5).

33

Lớp rác mới sẽ được đổ phủ lên và lặp lại chu trình. Quá trình ủ sẽ được tiến hành từ ô

này sang ô khác.

Chỉ áp dụng đầm nén bằng thiết bị đầm thủ công vì các hố chôn cấu trúc nhỏ và

được xây tường.

Ủ sinh học (compost) có thể được coi như là quá trình ổn định sinh hoá các chất

hữu cơ để thành chất mùn, với thao tác sản xuất và kiểm soát một cách khoa học tạo

môi trường tối ưu đối với quá trình.

Quá trình ủ hữu cơ từ rác hữu cơ là một phương pháp truyền thống, được áp

dụng phổ biến ở các quốc gia đang phát triển và ở Việt Nam. Phương pháp này được

áp dụng rất có hiệu quả. Những đống lá hoặc đống phân có thể để hàng năm và thành

chất thải hữu cơ rồi thành phân ủ ổn định, nhưng quá trình có thể tăng nhanh trong

vòng một tuần hoặc ít hơn. Quá trình ủ coi như một quá trình xử lý - tốt hơn được hiểu

và so sánh với quá trình lên men yếm khí bùn hoặc quá trình hoạt hoá bùn. Theo tính

toán của nhiều tác giả, quá trình ủ có thể tạo ra thu nhập gấp 5 lần so với khi bán khí

metan của bể metan với cùng một loại bùn đó và thời gian rút ngắn lại một nửa. Sản

phẩm cuối cùng thu được không có mùi, không chứa vi sinh vật gây bệnh và hạt cỏ.

Để đạt mức độ ổn định như lên men, việc ủ đòi hỏi một phần nhỏ năng lượng để tăng

cao dòng không khí qua các lỗ xốp, ẩm của khối coi như một máy nén thổi khí qua các

tấm xốp phân tán khí trong bể aeroten - bùn hoạt tính. Trong quá trình ủ, oxy sẽ được

hấp thụ hàng trăm lần và hơn nữa so với ở bể aerten. Quá trình ủ được áp dụng đối với

chất hữu cơ không độc hại, lúc đầu là khử nước, sau là xử lý cho tới khi nó thành xốp

và ẩm. Độ ẩm và nhiệt độ được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu

khí trong suốt thời gian ủ. Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hoá sinh

hoá các chất thối rữa. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ CO2, nước và các

hợp chất hữu cơ bền vững như Lignin, xenlulo, sợi.

Hì

nh 2.4: Sơ đồ công nghệ ủ sinh học theo các đống

34

Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp gluxit, lipit và

protein với sự tham gia của các sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Các điều kiện pH, độ ẩm,

thoáng khí (đối với vi khuẩn hiếu khí) càng tối ưu, vi sinh vật càng hoạt động mạnh và

quá trình ủ phân càng kết thúc nhanh. Tuỳ theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi

khuẩn hiếu khí sẽ chiếm ưu thế. Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng

bức, ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo. Cũng có thể ủ dưới hố như

kiểu ủ chua thức ăn, chăn nuôi hay ủ trong hầm kín thu khí metan.

* Công nghệ ủ sinh học theo quy mô công nghiệp:

Quá trình ủ (compost) quy mô công nghiệp được trình bày ở sơ đồ hình 2.5.

Rác tươi được chuyển về nhà máy, sau đó được chuyển vào bộ phận nạp rác và được

phân loại thành phần của rác trên hệ thống băng tải (tách các chất hữu cơ dễ phân huỷ,

chất vô cơ, chất tái sử dụng) phần còn lại là phần hữu cơ phân huỷ được qua máy

nghiền rác và được băng tải chuyển đến khu vực trộn để giữ độ ẩm. Máy xúc đưa vật

liệu này vào các ngăn ủ, quá trình lên men làm tăng nhiệt độ lên 65 - 700C sẽ tiêu diệt

các mầm bệnh và làm cho rác hoại mục. Quá trình này được thúc đẩy nhờ quạt gió

cưỡng bức. Thời gian ủ là 21 ngày, rác được đưa vào ủ chín trong thời gian 28 ngày.

Sau đó sàng để thu lấy phần lọt qua sàng mà trong đó các chất trơ phải tách ra nhờ bộ

phận tỷ trọng. Cuối cùng ta thu được phân hữu cơ tinh có thể bán ngay hoặc phối trộn

thêm với các thành phần cần thiết và đóng bao.

Nếu thị trường có nhu cầu phân hữu cơ cao cấp, phân hữu cơ cơ bản sẽ được

trộn với thành phần dinh dưỡng NPK và một số nguyên tố hoá học vi lượng hoặc một

số phụ gia kích thích sinh trưởng.

Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ và ủ sinh học quy mô công nghiệp

(bên trong nhà máy)

Giải pháp xử lý rác thải sinh hoạt bằng phương pháp lên men hiếu khí để sản

xuất phân bón hữu cơ tổng hợp là phương pháp có nhiều ưu điểm nhất vì:

- Loại trừ được 50 % lượng rác sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ là thành

phần gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.

35

- Sử dụng lại được 50 % các chất hữu cơ có trong thành phần rác thải để chế

biến làm phân bón phục vụ nông nghiệp theo hướng cân bằng sinh thái. Hạn chế việc

nhập khẩu phân hoá học để bảo vệ đất đai.

- Tiết kiệm đất sử dụng làm bãi chôn lấp, tăng khả năng chống ô nhiễm môi

trường. Cải thiện điều kiện sống của cộng đồng.

- Vận hành đơn giản, bảo trì dễ dàng. Dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm.

- Giá thành tương đối thấp, có thể chấp nhận được.

- Phân loại rác thải, sử dụng được các chất có thể tái chế như (kim loại màu, sắt

thép, thuỷ tinh, nhựa, giấy, bìa...) phục vụ cho công nghiệp.

Trong quá trình chuyển hoá, nước rác sẽ chảy ra, nước này sẽ được thu lại bằng

một hệ thống rãnh xung quanh khu vực để đưa về một bể đặt ở cuối khu ủ rác. Tại đây

nước rác sẽ được bơm tưới vào rác ủ để bổ sung độ ẩm.

Nhược điểm:

- Mức độ tự động của công nghệ chưa cao.

- Việc phân loại chất thải vẫn phải thực hiện bằng phương pháp thủ công nên dễ

gây ảnh hưởng đến sức khoẻ.

- Nạp liệu thủ công, năng suất kém.

- Phần tinh chế chất lượng kém do tự trang, tự chế.

- Phần pha trộn và đóng bao thủ công, chất lượng không đều.

Hình 2.6: Phân vi sinh được sản xuất từ rác sinh hoạt

* Một số quy trình sản xuất phân bón từ rác thải:

36

- Quy trình chung được trình bày trong sơ đồ hình 2.7.

- Sơ đồ quy trình tổng thể xử lý rác thải Khu Công nghiệp Phố Nối, Hưng Yên

ở sơ đồ hình 2.8.

37

Rác thu gom

Nhà tập kết (có hệ thống phun vi sinh khử mùi, ozone diệt vi sinh vật độc hại)

Băng tải chuyển rác tới máy xé bông để phá vỡ mọi loại bao bì

Rác tiếp tục đi qua hệ thống tuyển từ (hút sắt thép và các kim loại khác) rồi lọt xuống sàng lồng

Phun chủng vi sinh ASC vào rác hữu cơ nhằm khử mùi hôi,

làm chúng phân huỷ nhanh và diệt

một số tác nhân độc hại

Rác hữu cơ tới máy cắt

Buồng ủ trong thời gian 7 - 10 ngày

Hệ thống nghiền và sàng

Bổ sung vi sinh vật

Sản phẩmHệ thống nghiền và sàng

Chất thải mềm, dễ phân huỷ, chuyển rác vô cơ (kể cả bao nhựa)

tới máy vò

Phế thải trơ và dẻo đi qua hệ thống sấy khô và tách lọc bụi tro

gạch

Tổ hợp băm cắt, phối trộn, sơ chế, gia nhiệt

Định hình áp lực cao

Ống cống panel, cọc gia cố nền móng, ván sàn, cốp pha

Hình 2.8: Sơ đồ quy trình xử lý rác thải Khu Công nghiệp Phố Nối

2.1.3.2. Chất thải của ngành công nghiệp mía đường và các giải pháp xử lý

Ngành công nghiệp mía đường bên cạnh sản phẩm chính đó là đường, đã thải ra

một lượng lớn các chất thải tồn đọng ở các dạng khác nhau về thành phần và tính chất

hoá lý.

Lá và ngọn mía: Là phế thải chính của những vùng trồng mía. lá và ngọn mía

chiếm một khối lượng rất lớn 25 – 30 % tổng sản lượng của cây mía. Trong lá mía có

hàm lượng C = 40 – 47 %; H = 7 - 7,3 %; O = 40 - 41%; N = 1 – 2 %. Thành phần hoá

học của ngọn mía: N = 0,9 %; Hemixenluloza = 20 %; Xenluloza = 38 %; Lignin = 7,0

%; Silic = 1,8 %. Trong lá và ngọn mía 3 thành phần chính là xenluloza,

hemixenluloza, lignin tạo thành một cấu trúc bền đó là lignoxenluloza, cấu trúc này

quyết định cơ bản cả tính chất hóa lý của lá và ngọn mía.

Bã mía: Là chất thải của công đoạn ép mía, bã mía chiếm 25 – 30 % so với

lượng đem ép. Có thành phần hóa học như sau: Xenluloza = 46 %; Hemixenluloza =

24,5 %; Lignin = 20 %; Chất béo = 3,4 % Tro = 2,4 % Silic =2,0 %.

Bùn lọc: Là chất thải rắn của công đoạn làm trong nước mía thô sau khi ép mía,

có thành phần hoá học như sau: Chất béo = 5 – 14 %; Xơ = 15 - 30 % ; Đường = 5 –

15 %; SiO2 = 4 – 10 %; CaO = 1 – 4 %; P2O5 =1 – 3 %; MgO = 0,5 - 1,5 %.

Một số nghiên cứu bước đầu về xử lý phế thải ngành mía đường:

Xử lý lá mía, ngọn mía:

Trong những năm gần đây, việc tái sử dụng lá, ngọn mía để thay thế phân

chuồng bón cho cây mía đã được nhiều nhà khoa học quan tâm.

38

Chất thải hữu cơChất thải trơ và có

thể tái chế

Ủ tại hố ủ tạo phân

Phân bón vi sinh

Giấy, bìa,nilon,chất dẻo…

Bán cho tái chế

Chất trơ

Khu chôn lấp chất trơ

Chất thải y tế, công nghiệp

Chôn lấp trong hố chất thải nguy

hiểm

Đốt và đóng gói kín

Chất thải rắn được thu gom

Chế biến

Vũ hữu Yêm, Trần Công Hạnh (1995 - 1997) đã nghiên cứu hiệu quả kinh tế

của việc vùi lá, ngọn mía kết hợp NPK. Kết quả cho thấy: Mía nẩy mầm đẻ nhánh sớm

hơn, tỷ lệ nẩy mầm cho cao hơn so với ở công thức bón NPK. Tiết kiệm được

876.000đ/ ha, điều quan trọng là thay thế được lượng phân chuồng thiếu hụt hiện nay

cho cây mía. Mặc dù có ưu điểm như trên, nhưng khi lá mía, ngọn mía được vùi vào

đất quá trình phân huỷ các chất xơ sợi trong lá, ngọn mía rất chậm. Để khắc phục vấn

đề này Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Đình Mạnh (2001) đã xử lý lá, ngọn mía được

thu gom tại đồng ruộng bằng chế phẩm vi sinh vật, sau khi đã được xử lý đánh thành

đống ủ trên đồng ruộng thời gian ủ 45 - 60 ngày, đem bón lót cho cây mía. Đây là

phương pháp xử lý rất tiện lợi và cho hiệu quả kinh tế cao, được người trồng mía tán

đồng.

Xử lý bã mía:

Bã mía được thải ra trong khâu ép mía thô là chất thải chứa nhiều chất xơ nhất,

rất khó phân giải, khối lượng thải lớn nhất và nhiều nhất của công đoạn làm đường.

Người ta thường dùng bã mía này làm chất đốt phục vụ cho khâu trưng cất đường,

nhưng do khối lượng quá lớn đốt không hết phải thải ra môi trường. Vài năm gần đây

người ta đã sử dụng nguồn phế thải này để làm giá thể nuôi nấm ăn bằng cách trộn 1/2

- 1/3 bã mía với các hợp chất giàu hữu cơ để làm giá thể nuôi nấm. Một số cơ sở sản

xuất trộn bã mía với đất có bổ sung các chất dinh dưỡng để làm bầu ươm cây giống.

Trường Đại học Nông nghiệp I năm 1999 - 2001 đã giúp một số nhà máy

đường xử lý bã mía bằng công nghệ vi sinh vật, theo phương pháp ủ bán hảo khí. Sau

2 tháng đem tái chế thành phân hữu cơ bón cho cây mía.

Bùn mía:

Đây là phế thải cuối cùng của khâu lọc nước mía, khối lượng phế thải này

không nhỏ. Một số năm gần đây người ta dùng men vi sinh vật để phân huỷ những

chất còn lại trong bùn mía và dùng những chủng vi sinh vật hữu ích có bổ sung lượng

NPK làm phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cây trồng. Phương pháp này khá phổ biến

hiện nay và được người nông dân chấp nhận với giá thành rẻ, cho hiệu quả khá cao

trên đồng ruộng (hình 2.4).

Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến quá trình phân giải phế thải trong

đống ủ:

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của vi sinh vật đến phế thải hữu cơ sau ủ cho

thấy:

- Về pH: Cả 2 loại rác thải sinh hoạt và mùn mía đều có pH kiềm yếu (7,6 -

8,6). Trong quá trình ủ pH tăng chút ít, do hoạt động sống của vi sinh vật đã làm kiềm

hóa môi trường (pH = 8,0 - 8,1).

39

Hì

nh 2.9: Sơ đồ ủ phế thải hữu cơ thành phân hữu cơ sinh học

- Về độ ẩm: Đống ủ có độ ẩm sau 15 ngày ủ đạt 65 %, sau 2 tháng ủ giảm

xuống chỉ còn 30 – 35 %. Ở công thức xử lý chế phẩm vi sinh vật, độ ẩm luôn luôn

cho cao hơn ở công thức đối chứng, nguyên nhân là do nhu cầu về nước cho hoạt động

sống của vi sinh vật trong quá trình ủ.

- Về nhiệt độ: Nhiệt độ đạt cực đại sau 15 ngày ủ, đạt 40 - 450C ở công thức đối

chứng và 68 - 720C ở công thức có xử lý vi sinh vật. Nhiệt độ giảm mạnh sau 2 tháng

ủ, chỉ còn 28 - 300C.

- Về độ xốp: Độ xốp tăng dần theo thời gian ủ, ở công thức có xử lý VSV độ

xốp luôn luôn cao hơn so với ở công thức đối chứng. Nguyên nhân do quá trình phân

giải chuyển hoá mạnh của vi sinh vật làm cho độ tơi xốp tăng, sau 2 tháng ủ độ xốp đạt

71 – 73 %.

- Về các chỉ tiêu dinh dưỡng trong đống ủ: Hàm lượng các chất dinh dưỡng

trong đống ủ tăng dần theo thời gian ủ, nhất là các chất dinh dưỡng dễ tiêu. ở công

thức có xử lý vi sinh vật hàm lượng các chất dinh dưỡng luôn luôn cho cao hơn ở công

thức đối chứng, ở đống ủ rác thải sinh hoạt có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn ở đống

ủ mùn mía. Sau 2 tháng ủ cho thấy: OM = 26 – 27 %; P2O5 = 0,7 - 0,9 %; K2O = 0,5%;

P2O5 dễ tiêu = 250 – 400 mg/100g; K2O trao đổi = 110 - 130mg/100g.

40

Chế phẩm VSV Rỉ đường+nước sạch

Bể nhân sinh khối (48giờ)

Đống ủ phế thải (độ ẩm 60 - 70%)

Ủ trong 8 tuần

Kiểm tra chất lượng

Tái chế sau ủ (loại bỏ tạp chất, nghiền, điều chỉnh pH, bổ sung khoáng)

VSV hữu ích

Phân hữu cơ vi sinh

- Về mật độ VSV trong đống ủ: Ở công thức xử lý vi sinh vật cho số lượng của

5 nhóm vi sinh vật được phân tích luôn luôn cao hơn ở công thức đối chứng và đạt cao

nhất sau 2 tháng ủ, trừ nấm tổng số đạt cực đạt chỉ sau 1 tháng ủ. Cụ thể là: vi khuẩn

tổng số đạt 87 - 98.107TB/1g; nấm tổng số đạt 67 - 75.106 bào tử/1g; xạ khuẩn đạt 15 -

22.104TB/1g....

2.1.3.3. Phế thải từ chế biến cà phê và các giải pháp xử lý

Từ những năm 80 trở lại đây, trên thế giới, nhất là ở những nước sản xuất cà

phê xuất khẩu, việc nghiên cứu các biện pháp sinh học để xử lý phế thải cà phê được

nhiều người quan tâm. Theo số liệu của Hajipakkos cho thấy nước thải từ các nhà máy

chế biến cà phê có hàm lượng BOD và COD rất cao (tương ứng 3.000 kg/ngày và

4.000 mg/lít, đôi khi có thể cao hơn 9.000 mg/lít ). Chất rắn lơ lửng là 1.500 mg/lít,

gấp 3 lần hàm lượng cho phép, ngoài ra còn có các chất dầu, mỡ với nồng độ cao gấp

2 lần bình thường.

Các nhà khoa học đã dùng một số chủng vi sinh vật yếm khí có khả năng phân

giải vỏ cà phế (các chất xenluloza, Lignin…) Như giống nấm Chladomyces,

Penicilium, Trichderma, Fusariumoxysporium. Vikhuẩn: Sporocytophaga

Methanogenes, Rudbeckia hirta L để xử lý đống ủ vỏ cà phê. Kết quả cho rất khả

quan, sau 2 - 3 tháng ủ tỷ lệ xenluloza trong vỏ cà phê giảm 60 – 80 % so với đống ủ

đối chứng.

Ở Việt Nam có trên 350.000 ha cà phê và sản lượng cà phê trung bình là 3,00

tấn nhân khô/năm với lượng vỏ cà phê khô khoảng 200.000 tấn/năm, mà thành phần

của nó chủ yếu là ligno- celluloza, một hợp chất rất khó phân giải trong điều kiện tự

nhiên. Những năm qua người ta đã dùng một phần vỏ cà phê để làm giá thể nuôi trồng

nấm ăn, nhưng còn phần rất lớn vỏ cà phê được đổ vào môi trường gây ô nhiễm mạnh.

Hiện nay các nhà khoa học đang thử nghiệm xử lý phế thải này bằng công nghệ vi sinh

vật và tái chế thành phân hữu cơ bón cho cây trồng.

Một số kết quả bước đầu về xử lý phế thải vỏ cà phê bằng vi sinh vật:

Phế thải cà phê được xử lý theo 3 kiểu:

1. Ủ thành đống lớn không có vách ngăn ở ngoài trời, phun chế phẩm vi sinh

vật.

2. Xử lý trong các hố ủ có vách ngăn ở trong nhà, phun chế phẩm vi sinh vật.

3. Đối chứng: Để tự nhiên ngoài trời không phun chế phẩm vi sinh vật.

Kết quả cho thấy:

Ở trường hợp 1 ủ ngoài trời sau 4 tháng quá trình mùn hóa được 80 %.

Ở trường hợp 2 ủ trong nhà sau 3 tháng quá trình mùn hoá được 80 %.

Ở trường hợp 3 để tự nhiên ngoài trời sau 1 năm quá trình mùn hoá mới đạt

được 80 %.

Tái chế phế thải sau xử lý làm phân bón cho cây trồng:

41

Sau khi ủ vỏ cà phê 3 - 4 tháng, đem phối trộn với NPK, vi lượng và vi sinh vật

hữu hiệu, thành phân hữu cơ vi sinh bón cho cây trồng.

Kết quả thực nghiệm trên đồng ruộng bón loại phân này cho cây: cà phê, cao

su, mía, ngô cho thấy:

- Phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cây mía, làm tăng số nhánh hữu hiệu, tăng

năng suất thực thu 4 – 16 % so với công thức đối chứng.

- Phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cây ngô làm tăng số hạt/hàng, tăng số 2

bắp/cây, tăng năng suất thực thu 12 - 25 % so với công thức đối chứng.

- Phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cà phê làm giảm tỷ lệ quả rụng đáng kể, tăng

năng suất 11 - 19 % so với công thức đối chứng.

- Phân hữu cơ vi sinh vật bón cho cây cao su tăng tỷ lệ mủ sau một lần cạo mủ.

- Lãi suất từ phân hữu cơ vi sinh vật là 5,35 % đối với cây mía, 5,63 % đối với

cây ngô, 4,3 % đối với cây bông, 5,97 % đối với cây cà phê, 1,59 % đối với cây cao

su.

2.1.3.4. Xử lý rác thải công nghệ USA

Sản phẩm phân bón Compost Plus là một công nghệ vi sinh của Mỹ. Công nghệ

này xử lý triệt để các độc tố trộn lẫn vào rác như chất thải dầu mỡ, dầu động cơ, chất

thải bùn quánh từ các hầm cầu.... Compost Plus đã khắc phục được những tác hại do

phân hóa học gây ra. Compost Plus là loại phân sạch không gây độc hại cho người và

tất cả các sinh vật khác, làm tăng độ màu mỡ của đất đai, giúp cây trồng được nuôi

dưỡng bằng các chất dinh dưỡng tự nhiên do các vi sinh vật tạo ra, không cần phải sử

dụng thêm bất kì loại thuốc bảo vệ thực vật nào nên không xuất hiện những hóa chất

gây ô nhiễm môi trường, nhờ nó mà nông phẩm sạch hơn, không chứa những hóa chất

gây bệnh cho con người. Compost Plus đã được bón thử nghiệm thành công từ năm

1998 ở các địa phương như Đắc Lắc, Lâm Đồng, Pleycu...trên các cây trồng công

nghiệp, ở các tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Trà Vinh và Cần Thơ trên cây

lúa và các loại cây ăn quả.

2.1.3.5. Xử lý chất thải bằng công nghệ Biogas

Biogas là dạng khí sinh học, được tái tạo từ quá trình phân hủy những chất thải

từ người và động vật trong điều kiện hầm kín. Nhờ hoạt động của các vi sinh vật, các

chất thải này sẽ lên men và tạo khí, trong đó chiếm tới 70 % là khí metan, được sử

dụng làm chất đốt. Ở nông thôn những gia dình chăn nuôi từ 4 con lợn trở lên là đủ

điều kiện tạo ra khí đốt này.

Chỉ cần đầu tư khoảng 5 - 6 triệu đồng ta có thể xây được một hầm biogas có

dung tích trên 3 m3, tuổi thọ trung bình khoảng 10 -15 năm. Kĩ thuật xây dựng bình

biogas khá đơn giản, hiệu quả kinh tế tương đối cao. Mỗi năm sử dụng biogas có thể

tiết kiệm được 1 - 2 triệu đồng, trong điều kiện đun nấu. Không những thế, hầm biogas

còn giúp chuồng trại chăn nuôi luôn sạch sẽ. Bếp đun nấu khí biogas luôn tạo không

gian thoáng sạch, không bám bụi, không có khí độc...

42

Sử dụng công nghệ khí sinh học Biogas được phần lớn nông dân ủng hộ và thực

hiện do tiết kiệm tiền chất đốt, xung quanh nhà không có ruồi nhặng, lượng phân

chuồng được đưa thẳng xuống bể chứa nên ít gây mùi khó chịu.

Thực tiễn cho thấy nếu các hộ chăn nuôi sử dụng kĩ thuật kỵ khí thông qua hầm

biogas, nguồn ô nhiễm chăn nuôi có thể giảm từ 60 - 80 % và kết quả kiểm tra các mẫu

nước thải cho thấy giảm từ 95 – 98 % trứng giun sán và các mầm bệnh.

Hình 2.10: Biogas

2.2. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.2.1. Khái niệm về xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Trong nhiều biện pháp xử lý nước thải, thì biện pháp sinh học được quan tâm

nhiều nhất cũng cho hiệu quả cao nhất. So với biện pháp vật lý, hóa học biện pháp sinh

học chiếm vai trò quan trọng về quy mô cũng như giá thành đầu tư, do chi phí cho một

đơn vị khối lượng chất khử là ít nhất. Đặc biệt xử lý nước thải bằng phương pháp sinh

học sẽ không gây ô nhiễm và tái ô nhiễm môi trường - một nhược điểm của biện pháp

hóa học hay mắc phải.

Biện pháp sinh học là sử dụng đặc điểm rất quý của vi sinh vật, đặc điểm này đã

thu hút và thuyết phục được các nhà khoa học và các nhà đầu tư, nhà sản xuất là khả

năng đồng hóa được nhiều nguồn cơ chất khác nhau của vi sinh vật, từ tinh bột,

cellulose, cả các nguồn dầu mỏ và dẫn xuất của nó đến các hợp chất cao phân tử như

priotein, lipid, các kim loại nặng như: chì, thuỷ ngân, asen….

Thực chất của phương pháp sinh học là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật (sử

dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh

dưỡng và năng lượng) để biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân tử trong nước thải

thành các hợp chất đơn giản hơn. Trong quá trình dinh dưỡng này vi sinh vật sẽ nhận

được các chất làm nguyên liệu để xây dựng cơ thể, do vậy sinh khối vi sinh vật tăng

lên.

Biện pháp sinh học có thể làm sạch hoàn toàn các loại nước thải công nghiệp

chứa các loại chất bẩn hòa tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy biện pháp này thường dùng

sau khi loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải. Đối với nước thải chứa các

43

tạp chất vô cơ thì biện pháp này dùng để khử các muối sulfate, muối ammoium, muối

nitrat, tức là những chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn.

2.2.2. Điều kiện để xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học có nhiều ưu điểm và được sử dụng

rộng rãi hiện nay. Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp này cần đòi hỏi những điều kiện

nhất định sau: Thành phần các hợp chất hữu cơ trong nước thải phải là những chất dễ

bị ôxy hóa, nồng độ các chất độc hại, các kim loại nặng phải nằm trong giới hạn cho

phép. Chính vì vậy khi xử lý nước thải cần điều chỉnh nồng độ các chất này sao cho

phù hợp.

Ngoài ra, các điều kiện môi trường như lượng O2, pH, nhiệt độ của nước

thải….cũng phải nằm trong giới hạn nhất định để bảo đảm sự sinh trưởng, phát triển

bình thường của các vi sinh vật tham gia trong quá trình xử lý nước thải (bảng 2.2).

Bảng 2.2: Nồng độ giới hạn cho phép của các chất trong nước thải để xử lý theo

biện pháp sinh học

Tên chất C cp* Tên chất C cp* Tên chất C cp*

Acid ac rylic 100 Caprolactan 100 Nickel (ion) 1

Rượu amylic 3 Rezorcin 100 Sản phẩm của dầu 100

Aniline 100 Amon rodanua 500 Pyridine 400

Acetaldehyde 750 Chì (ion) 1 Triethylamine 85

Acid benzoic 150 Acid stearic 300 Trinitrotoluene 12

Benzene 100 Sulfur (theo H2S) 20 Triphenylphosphate 10

Vanadium (ion) 5 Lactonitryl 160 Phenol 1000

Vinyl acetate 250 Mỡ bôi trơn 100 Formaldehyde 160

Vinilinden chlorua 1000 Acid butyric 500 Chlobenzene 10

Hydroquinol 15 Đồng (ion) 0,4 Toluene 200

Acid dichloacetic 100 Metacrylamide 300 Sulphanole 10

Dichlocyclohexane 12 Rượu metylic 200 Antimon (ion) 0,2

Diethylamine 100 Acid monochloacetic 100 Crezol 100

Diethyleneglycol 300 Arsen (ion) 0,2 Tributylphosphate 100

Ghi chú: C cp* Là nồng giới hạn cho phép của các chất (g/m3 nước thải).

2.2.3. Khu hệ vi sinh vật trong nước thải

Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật đặc trưng. Nước thải sinh hoạt do chứa

nhiều chất hữu cơ giàu dinh dưỡng dễ phân giải, thì chứa nhiều vi khuẩn. Thông

thường chứa từ vài triệu đến vài chục triệu tế bào/ml.

- Vi khuẩn gây thối: Pseudomonas fluorecens, P. aeruginosa, Proteus vulgaris,

Bac. cereus, Bac. subtilis, Enterobacter cloacae….

44

- Đại diện cho nhóm vi khuẩn phân giải đường, Cellulose, urea: Bac. cellosae,

Bac. mesentericus, Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga. sp….

- Các vi khuẩn gây bệnh đường ruột: Nhóm Coliform, là vi sinh vật chỉ thị cho

mức độ ô nhiễm phân trong nước ở mức độ cao, có thể giao động từ vài chục nghìn

đến vài trăm nghìn tế bào/ml nước thải.

Trong nước thải hữu cơ, vi sinh vật hình ống giữ vai trò quan trọng, phải kể đến

vi khuẩn Sphaerptilus natans, thường hay bị nhầm với nấm nước thải, nó phủ lên bề

mặt tế bào một lớp nước cực bẩn, thường tạo thành các sợi hoặc các búi, khi bị vỡ ra

sẽ trôi nổi đầy trên mặt nước. nhóm này thường phát triển mạnh ở nước nhiều oxygen.

Ngoài ra, vi khuẩn Sphaerptilus natans thường thấy ở các nhà máy thải ra nhiều cellulo

và nhà máy chế biến thực phẩm. Bên cạnh vi khuẩn, người ta còn gặp nhiều loại nấm,

nhất là nấm men Saccharomyces, Candida, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus

lacteus, Fusarium aquaeducteum….

Ngoài ra còn có vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh như: Thiobacllus, Thiothrix,

Beggiatoa, vi khuẩn fản nitrát hóa: Thiobacillus denitrificans, Micrococcus

denitrificans.

Trong nước thải chứa dầu người ta tìm thấy vi khuẩn phân giải hydrocarbon:

Pseudomonas, Nocardia….

Trong nước thải còn có tập đoàn khá phong phú đó là tảo, chúng thuộc tảo silíc:

Bacillariophyta, tảo lục: , Chlorophyta, tảo giáp: Pyrrophyta.

2.2.4. Thành phần và cấu trúc các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải

Yếu tố quan trọng nhất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng

bùn hoạt tính (activated sludge) hoặc màng vi sinh vật.

Bùn hoạt tính hoặc màng vi sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau.

Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 - 5μm. Những bông này

bao gồm các vi sinh vật sống và cơ chất rắn (40 %). Những vi sinh vật sống bao gồm

vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, một số nguyên sinh động vật, dòi, giun….

Màng sinh vật phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy dày từ 1 - 3

mm hoặc lớn hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải, từ vàng sáng

đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và nguyên

sinh động vật khác. Trong quá trình xử lý, nước thải sau khi qua bể lọc sinh vật có

mang theo các hạt của màng sinh vật với các hình dạng khác nhau, kích thước từ 1,5 -

3 μm có màu vàng xám và nâu.

Muốn đưa bùn hoạt tính vào các thiết bị xử lý, cần thực hiện một quá trình gọi

là “khởi động” tức là quá trình làm cho loại bùn gốc ban đầu (thường kém về khả năng

lắng và hoạt tính) được nuôi dưỡng để trở thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính

kết dính tốt. Có thể gọi đó là quá trình “hoạt hóa” bùn hoạt tính. Cuối thời kỳ “khởi

động” bùn sẽ có dạng hạt. Các hạt này có độ bền cơ học khác nhau, có mức độ vỡ ra

khác nhau khi chịu tác động khuấy trộn. Sự tạo hạt của bùn ở dạng này hay dạng khác

phụ thuộc vào tính chất và nồng độ của bùn gốc, chất lượng môi trường cho thêm vào

45

để hoạt hóa bùn, phương thức hoạt hóa và cuối cùng là thành phần các chất có trong

nước thải.

Loại bùn gốc tốt nhất lấy từ bùn ở các thiết bị xử lý nước thải đang hoạt động.

Nếu không có loại này thì có thể lấy loại bùn chưa thích nghi như bùn lấy từ các bể xử

lý theo kiểu tự hoại, bùn cống rãnh, kênh rạch ô nhiễm nhiều, bùn phân lợn, phân bò

đã phân huỷ…Các vi sinh vật chứa trong bùn này nghèo về số lượng, nhưng đa dạng

về chủng loại.

2.2.5. Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên

Cơ sở khoa học của biện pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và

nước dưới tác động của các tác nhân sinh học (vi sinh vật) có trong tự nhiên, nghĩa là

thông qua hoạt động tổng hợp của các tác nhân từ động vật, thực vật đến vi sinh vật để

làm biến đổi nguồn nước thải bị nhiễm bẩn bởi các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Từ đó

tiến tới giảm được các chỉ số COD và BOD của nước thải xuống tới mức cho phép

khiến các nguồn nước này có thể sử dụng để tưới cho cây trồng hay dùng để nuôi các

loại thuỷ sản.

Biện pháp xử lý này thường áp dụng đối với các loại nước thải công nghiệp có

độ nhiễm bẩn không cao hoặc nước thải sinh hoạt.

Việc xử lý nước thải này được thực hiện bằng các cánh đồng tưới, bãi lọc hoặc

hồ sinh học. Diễn biến của quá trình xử lý như sau:

Cho nước thải chảy qua khu ruộng đang canh tác hoặc những cánh đồng không

canh tác được ngăn bờ tạo thành những ô thửa, hay cho chảy vào các ao hồ có sẵn.

Nước thải ở trong các thuỷ vực này sẽ thấm qua các lớp đất bề mặt, cặn sẽ được giữ lại

ở đáy ruộng hay đáy hồ, ao. Trong quá trình tồn lưu nước ở đây, dưới tác dụng của các

vi sinh vật cùng các loại tảo sẽ xảy ra quá trình oxy hóa sinh học, chuyển hóa các hợp

chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn, thậm chí có thể được khoáng hóa

hoàn toàn. Như vậy, sự có mặt của ôxy không khí trong các mao quản của đất hoặc

ôxy được thải ra do hoạt động quang hợp của tảo và thực vật sẽ là yếu tố quan trọng

cần cho quá trình ôxy hóa nguồn nước thải. Càng xuống lớp đất ở dưới sâu lượng ôxy

càng ít, vì vậy ảnh hưởng xấu đến quá trình ôxy hóa làm cho quá trình này giảm dần.

Đến độ sâu nhất định, thì chỉ còn nhóm vi sinh vật yếm khí khử nitrat trong nước thải.

Hình 2.11: Hồ hiếu khí

46

Quá trình xử lý này cho thấy ngoài việc làm sạch nguồn nước thải, con người

còn sử dụng chính nguồn nước đã được xử lý này tưới cho cây trồng hoặc nuôi trồng

thuỷ sản. Tuỳ theo phương pháp xử lý nguồn nước thải khác nhau, mà được ứng dụng

khác nhau.

Ví dụ: Nếu xả nước thải ra đồng ruộng hay khu đất ở ngoài đồng, thì sau khi xử

lý thường được sử dụng nguồn nước này vào tưới cho cây trồng, còn nếu xả vào ao, hồ

thì sau khi xử lý nước sẽ dùng để nuôi trồng thuỷ sản.

2.2.6. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

2.2.6.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí

* Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học hiếu khí:

Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải có trong môi trường như

các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tán nhỏ sẽ được chuyển hóa bằng cách

hấp thụ vào keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tiếp đó là giai đoạn

khuếch tán và hấp thụ các chất bẩn từ mặt ngoài của tế bào vào trong tế bào qua màng

bán thấm (màng nguyên sinh), các chất vào trong tế bào dưới tác dụng của hệ enzym

nội bào sẽ được phân huỷ.

Sự ôxy hóa các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng trong tế bào vi sinh vật

nhờ vào quá trình hô hấp, nhờ năng lượng do vi sinh vật khai thác được trong quá trình

hô hấp mà chúng có thể tổng hợp các chất để phục vụ cho quá trình sinh trưởng, phát

triển. Kết quả là số lượng tế bào vi sinh vật không ngừng tăng lên. Quá trình này liên

tục xảy ra và nồng độ các chất xung quanh tế bào giảm dần. Các thành phần thức ăn

mới từ môi trường bên ngoài (nước thải) lại khuếch tán và bổ sung thay thế vào.

Thông thường quá trình khuếch tán các chất trong môi trường xảy ra chậm hơn quá

trình hấp thụ qua màng tế bào, do vậy nồng độ các chất dinh dưỡng xung quanh tế bào

bao giờ cũng thấp hơn nơi xa tế bào. Đối với các sản phẩm của tế bào tiết ra thì ngược

lại, nhiều hơn so với nơi xa tế bào.

* Yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải:

Để tạo điều kiện cho quá trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong

điều kiện hiếu khí cần điều chỉnh các yếu tố môi trường sau:

+ Ôxy (O2): Trong các công trình xử lý hiếu khí, O2 là thành phần cực kỳ quan

trọng của môi trường, vì vậy cần đảm bảo đủ O2 liên tục trong suốt quá trình xử lý

nước thải và hàm lượng O2 hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt hai không nhỏ hơn 2

mg/lít.

+ Nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Nếu nồng độ

các chất bẩn hữu cơ vượt quá ngưỡng cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống

của vi sinh vật, vì vậy khi đưa nước thải vào các công trình xử lý, cần kiểm tra các chỉ

số BOD, COD của nước thải. Hai chỉ số này phải có nồng độ nhỏ hơn 500mg/lít. Nếu

dùng bể Aeroten, thì BODtp không được quá 1000mg/ lít, nếu chỉ số BODtp vượt quá

giới hạn cho phép thì cần lấy nước ít hoặc không bị ô nhiễm để pha loãng.

47

+ Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật: Để vi sinh vật tham gia phân

giải nước thải một cách có hiệu quả, thì cần phải cung cấp cho chúng đầy đủ các chất

dinh dưỡng. Lượng chất dinh dưỡng cho vi sinh vật không được thấp hơn giá trị quy

định (bảng 2.3).

Bảng 2.3: Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật để xử lý nước thải

BODtP của nước thải

(mg/lít)

Nồng độ nitrogen trong

muối ammonium (mg/lit)

Nồng độ phosphor trong

P2O5 (mg/lit)

< 500 15 3

500 - 1000 25 8

(M.X. Moxitrep, 1982)

Ngoài nguồn nitơ và photpho có nhu cầu như đã nêu ở bảng trên, các nguyên tố

dinh dưỡng khoáng khác như K, Ca, S….thường đã có trong nước thải do đó không

cần phải bổ sung.

Nếu thiếu nitơ ngoài việc không xúc tiến nhanh quá trình oxy hóa, mà còn làm

cho bùn hoạt tính khó lắng và dễ trôi theo nước ra khỏi bể lắng.

Để xác định sơ bộ lượng các chất dinh dưỡng cần thiết đối với nhiều loại nước

thải công nghiệp, có thể chọn tỷ lệ sau:

BODtP : N : P = 100 : 5 : 1

Ngoài ra còn có các yếu tố khác của môi trường xử lý như: pH, nhiệt độ cũng

ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hoạt động sống của vi sinh vật trong các thiết bị xử

lý. Thực tế cho thấy pH tối ưu trong bể xử lý hiếu khí là 6,5 - 8,6; nhiệt độ ở 6 - 370C.

* Công trình xử lý hiếu khí:

Để xử lý nước thải theo biện pháp hiếu khí, hiện nay có khá nhiều phương

pháp, nhưng thường được sử dụng hai loại công trình là: bể lọc sinh học (biofilter) và

bể sục khí (aeroten, oxyten).

- Bể lọc sinh học (biofilter):

Là thiết bị xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc lọc với sự tham gia của vi sinh

vật. Thiết bị này làm bằng bê tông có dạng hình tròn hay hình chữ nhật có hai đáy

(hình 2.12). Đáy trên gọi là đáy dẫn lưu, được cấu tạo bằng bê tông cốt thép có lỗ

thủng với tổng diện tích lỗ thủng nhỏ hơn 5 – 6 % diện tích của đáy. Đáy dưới được

xây kín, có độ dốc nhất định để nước dễ dàng chảy về một phía và thông với bể lắng

thứ cấp, là nơi chứa nước thải sau khi đã xử lý xong đổ ra.

Ở bể này nước được lưu lại một thời gian ngắn để được lắng cặn trước khi đổ ra

ngoài hòa vào hệ thống thoát của cơ sở. Chiều cao của bể lọc hay của cột nguyên liệu

sẽ phụ thuộc vào thành phần của nước thải cũng như khả năng oxy hóa của màng sinh

vật. Lưu lượng dòng chảy của nước thải phụ thuộc vào khả năng oxy hóa của màng

sinh vật.

48

Hình 2.12: Bể lọc sinh học Biofilter

Để tạo điều kiện hiếu khí cho quá trình xử lý, từ phía dưới của đáy dẫn lưu, người ta cho không khí đi lên qua vật liệu lọc hoặc tấm mang bằng thông khí tự nhiên hay thổi khí bằng quạt (hình 2.13).

Hìn

h 2.13: Sơ đồ cấu trúc bể lọc sinh học Biofilter

Vật liệu dùng trong bể lọc là các loại đá cuội, đá dăm và xỉ than đá (theo

phương pháp cổ điển). Hiện nay để tăng diện tích tiếp xúc giữa vi sinh vật và nước

thải, đồng thời tránh tình trạng tắc nghẽn dòng chảy trong thiết bị lọc sinh học, người

ta thay các vật liệu lọc bằng những tấm màng làm bằng vật liệu nhẹ, xốp có cấu tạo

dạng ống hoặc dạng miếng, chúng được thiết kế sao cho có nhiều nếp gấp khúc để tăng

diện tích bề mặt.

Nước thải có chứa vi sinh vật tham gia xử lý được tưới từ trên xuống lớp vật

liệu lọc hay tấm mang theo nguyên tắc chênh lệch thế năng. Khi dòng nước thải chảy

49

qua vật liệu lọc hay tấm mang, vi sinh vật sẽ phát triển tạo thành màng sinh vật bám

vào khắp bề mặt của nguyên liệu lọc và tấm mang, và khu trú ở đây. Như vậy nước

thải theo dòng chảy từ trên xuống sẽ tiếp xúc với màng sinh vật. Khi đó sẽ xảy ra quá

trình oxy hóa các chất bẩn có trong nước thải, để cuối cùng khi đến bể lắng thứ cấp,

nước thải sẽ có chỉ số BOD5 giảm đi rất nhiều so với nước thải chưa xử lý.

Trong quá trình vận hành của bể lọc sinh vật, sự sinh trưởng và chết của màng

sinh vật xảy ra không ngừng. Khi màng sinh vật bị chết sẽ bị tách ra khỏi nơi bám và

bị cuốn theo dòng nước chảy ra khỏi bể lọc, cuối cùng sẽ được lắng đọng ở bể lắng thứ

cấp cùng với cặn bùn.

Hiệu quả của hệ thống bể lọc sinh học rất cao, nếu hoạt động tốt có thể làm

giảm 90 % chỉ số BOD5 của nước thải.

Một số sơ đồ xử lý triệt để nước thải bằng bể lọc sinh học (Biofilter) xử lý

BOD, NH4+ và NO3

- (hình 2.14, 2.15).

Hình 2.14: Sơ đồ công nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc

sinh học (biofilter) - xử lý BOD, NH4+ và NO3

Hình 2.15: Sơ đồ công nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc sinh

học (biofilter) - xử lý BOD và NH4+ cùng trong một bể biofilter, xử lý NO3 riêng

- Bể sục khí (Aeroten):

Bể sục khí là hệ thống bể ô xy hóa (hình 2.16, 2.17) có dạng hình chữ nhật

được ngăn ra làm nhiều buồng (3 - 4 buồng) nối với bể lắng.

Giống như ở bể lọc sinh học, quá trình xử lý nước thải ở bể sục khí được tiến

hành nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật ở bùn hoạt tính. Nhưng quá trình sục khí này

được thực hiện trong điều kiện có thông khí mạnh nhờ hệ thống sục khí từ dưới đáy bể

lên. Cường độ thông khí 5 m3/m2/giờ, bảo đảm oxygen tối đa cho quá trình ôxy hóa. Ở

50

XlýBOD

LLL Xlý Xlý

Biofilter 1

Biofilter 2

Biofilter 3

Nước thải vào

methanol

Nước sauxử lý

Cấp khí

Xả bùn

L: bể lắng

Xlý BOD và

Nước thải vào

Biofilter 1

Xlý

Biofilter 2

L LNước sauxử lý

methanol

Xả bùnL: lắngCấp khí

bể ôxy hóa, bùn hoạt tính lấy từ bùn gốc sau khi qua giai đoạn khởi động hay sử dụng

bùn lắng lấy từ bể lắng cặn chuyển vào. Ở đây bùn hoạt tính gặp oxygen của không

khí được bơm vào bể sẽ tiến hành quá trình ôxy hóa và khoáng hóa các chất bẩn trong

nước thải một cách khá triệt để. Sau khi chảy suốt qua các buồng của bể ôxy hóa, nước

thải sẽ chảy vào bể lắng. Ở đây cũng xảy ra quá trình lắng cặn xuống đáy bể, phần

nước ở trên là nước đã được xử lý sẽ được dẫn ra ngoài.Trong quá trình vận hành, ở bể

ôxy hóa, theo thời gian lượng bùn hoạt tính sẽ tăng lên, đồng thời cũng tích luỹ nhiều

tế bào vi sinh vật già cỗi khiến hoạt tính của bùn sẽ giảm, “bùn bị già”. Vì vậy khi cho

bùn hoạt tính thu ở bể lắng trở lại bể ôxy hóa, không nhất thiết cho toàn bộ số bùn có

trong bể lắng, mà chỉ cho một phần để bảo đảm nồng độ bùn hoạt tính là 2 - 4 g/lít.

1. Song chắn rác 4. Bể lắng thứ cấp 5. Bơm bùn

2. Bể điều hoà và lắng sơ cấp. 6. Bể xử lý bùn.

3. Bể Aeroten. 7. Cửa thoát nước sau xử lý.

Hình 2.17: Bể sục khí Aeroten

51

6

7

Nước

Thải

Tuần hoàn bùn

KK

11 2 3 4

5

v v v v v v

Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống Aeroten truyền thống

Xử lý nước thải bằng bể Aeroten phức tạp hơn và đòi hỏi nhiều công sức hơn so

với ở bể lọc sinh học. Người ta phải theo dõi liên tục để kịp thời điều chỉnh các chỉ số

sau:

+ Nồng độ bùn hoạt tính.

+ Chế độ thông khí.

+ Nồng độ các chất bẩn trong nước thải.

+ Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật.

2.2.6.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí

* Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học kị khí:

Quá trình xử lý yếm khí là quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ, vô

cơ có thể chuyển hóa sinh nhờ vi khuẩn hô hấp yếm khí và hô hấp tuỳ tiện. Phương

pháp yếm khí chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD và cặn lơ lửng cao (BOD

>1800mg/l; SS 300 - 400mg/l). Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ

của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học (Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có thể sử

dụng làm khí đốt.

3CH3-CHOH-COOH 2CH3–CH2-COOH + CH3COOH + CO2 + H2O

a. Lactic a. Propionic a. Axetic

CH3COOH CH4 + CO2

- CH4 hình thành do decacboxyl hóa các axit hữu cơ khác:

4 CH3 – CH2 – COOH + 2H2O 7 CH4 + 5CO2

2CH3–(CH2)2–COOH + 2H2O 5CH4 +3CO2

- CH4 cũng có thể hình thành do decacboxyl các chất trung tính:

2C2H5OH 3CH4 + CO2

CH3 – CO – CH3 + H2O 2CH4 + CO2

- Khử bằng hydro phân tử:

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

* Vi sinh vật tham gia:

- Vi sinh vật trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ:

+ Vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Clostridium có nhiều trong môi

trường giàu xenlulo.

+ Vi khuẩn Micrococus, Lactobacilus, Clostridium... có trong môi trường

giàu tinh bột.

+ Vi khuẩn Bacilus, Bacterium coli... có trong môi trường giàu protein.

52

8 NADH+ 8 NAD

- Khử bằng phản ứng oxy hoá khử: CO2 CH4 + 2H2O

+ Vi khuẩn Bacteroides, Bacillus... có trong môi trường giàu lipit.

- Vi sinh vật trong giai đoạn lên men tạo axit axetic:

Một số chủng vi khuẩn có hiệu quả axetogen. Syntrophobacter wolonii,

Syntro.wolfei và Syntro.buswellii.

- Vi khuẩn metan hóa: gồm 2 nhóm chính sau:

+ Nhóm VK ưu ấm (Mesophyl): gồm Methanococcus, Methanobacterium,

Methanosarcina, phát triển ở nhiệt độ tối ưu 35 - 37oC và pH = 6,8 - 8,5.

+ Nhóm VK ưa nóng (Thermophyl): Methanobacillus, Methanothrix,

Methano spirllum. Nhiệt độ tối ưu 55 – 60oC.

* Quy trình này có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Nhu cầu về năng lượng không nhiều.

- Ngoài vai trò xử lí nước thải, bảo vệ môi trường, quy trình còn tạo được

nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỷ lệ 70 – 75 %.

- Cũng như xử lý sinh học hiếu khí, ở quy trình này, bùn hoạt tính được sử dụng

làm tác nhân gây biến đổi thành phần của nước thải. Bùn hoạt tính được sử dụng ở đây

có lượng dư thấp, có tính ổn định khá cao, để duy trì hoạt động của bùn không đòi hỏi

cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, bùn có thể tồn trữ trong thời gian dài.

- Về mặt thiết bị: Công trình có cấu tạo khá đơn giản, có thể làm bằng vật liệu

tại chỗ với giá thành không cao.

Nhược điểm:

- Quy trình nhạy cảm với các chất độc hại, với sự thay đổi bất thường về tải

trọng của công trình, vì vậy khi sử dụng cần có sự theo dõi sát sao các yếu tố của môi

trường.

- Xử lý nước thải chưa triệt để, cần phải xử lý hiếu khí sau đó mới xong. Cho

tới nay những công trình nghiên cứu xử lý kị khí còn ít, thiếu những hiểu biết về vi

sinh vật tham gia vào quy trình kị khí này. Hiện nay biện pháp này hãy còn ở quy mô

Pilot có khối tích 6 m3, 30 m3, 200 m3...cho đến quy mô lớn. Đến nay trên thế giới đã

có trên vài chục nhà máy xử lý nước thải theo kiểu này. Nhất là ở Hà Lan, Mỹ, Thuỵ

Sĩ, Đức.

* Các quá trình chuyển hóa chủ yếu trong kị khí:

- Quá trình thuỷ phân (hydrolysis): Muốn hấp thụ được các chất hữu cơ trong

nước thải, vi sinh vật phải thực hiện các công đoạn chuyển hóa các chất này. Việc đầu

tiên là phải thuỷ phân các chất có phân tử lượng cao thành các polyme có phân tử

lượng thấp và monome. Vì chỉ khi đó các chất này mới có khả năng được hấp thụ qua

màng tế bào vi sinh vật. Để thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật phải tiết ra

hệ enzyme như proteinasa, lipasa, cellulasa…. Sau thuỷ phân, các sản phẩm sẽ được

tạo thành như các amino acid, đường, rượu, các acid béo mạch dài….

53

Quá trình thuỷ phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ,

pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải.

- Quá trình axit hóa (acidogesis): Các sản phẩm của quá trình thuỷ phân sẽ được

tiếp tục phân giải dưới tác động của vi sinh vật lên men axit để tạo thành axit béo dễ

bay hơi như axit acetic, axit formic, axit propionic. Ngoài ra còn có một số dạng khác

như rượu, methanol, ethanol, aceton, NH3, CO2.….

- Quá trình acetate hóa (acetogenesis): Các axit là sản phẩm của quá trình trên

lại được tiếp tục thuỷ phân để tạo lượng axit acetic cao hơn. Sản phẩm của quá trình

phụ thuộc vào áp suất riêng phần của H2 trong môi trường. Áp suất riêng phần của H2

được giữ < 103 atm để vi sinh vật có thể biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau:

4H2 + CO2 CH4 + 2H2O

Thực tế cho thấy khi áp suất riêng phần của H2 lớn thì sản phẩm của quá trình

này chứa nhiều axit béo trung gian như axit propionic, axit butyric… Do vậy làm

chậm quá trình tạo methane.

- Quá trình methane hóa (methangenesis): Đó là giai đoạn cuối cùng của quá

trình phân huỷ các sản phẩm hữu cơ đơn giản của các giai đoạn trước để tạo CH4, CO2

nhờ các vi khuẩn lên men methane. Gồm có 2 nhóm sau:

+ Nhóm biến đổi acetate: Nhóm này có tốc độ phát triển chậm, đòi hỏi công

trình phải lưu các chất thải trong thời gian dài.

+ Nhóm biến đổi hydrogen: Nhóm này có tốc độ phát triển nhanh hơn nhiều, do

đó có khả năng giữ áp suất riêng phần của H2 thấp, tạo điều kiện tốt cho quá trình biến

đổi acetate từ các axit béo.

* Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí:

- Oxygen: Trong xử lý nước thải kị khí oxygen được coi là độc tố đối với vi

sinh vật. Do đó lý tưởng nhất là tạo điều kiện kị khí tuyệt đối trong bể xử lý.

- Chất dinh dưỡng: Chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến quá trình phát triển, sinh

trưởng của vi sinh vật, liên quan trực tiếp đến quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ

trong nước thải. Cũng như các vi sinh vật khác, vi sinh vật kị khí đòi hỏi các chất dinh

dưỡng chính bao gồm các hợp chất cacbon, nitrogen, photphate….để hình thành các

enzyme thực hiện quá trình phân huỷ các hợp chất trong nước thải. Việc cung cấp đầy

đủ các chất dinh dưỡng cần thiết sẽ tạo cho bùn có tính lắng tốt và hoạt tính cao, hoạt

động tốt trong quá trình xử lý.

- Nhiệt độ: Nhóm vi sinh vật kị khí có 3 vùng nhiệt độ thích hợp cho sự phân

huỷ các hợp chất hữu cơ và ở mỗi nhiệt độ thích hợp cho một nhóm vi sinh vật kị khí

khác nhau:

+ Vùng nhiệt độ cao: 45 - 650C

+ Vùng nhiệt độ trung bình: 20 - 450C

+ Vùng nhiệt độ thấp: < 200C

54

Hai vùng nhiệt độ đầu thích hợp cho nhóm vi sinh vật lên men methane, ở

vùng nhiệt độ này lượng methane được tạo thành cao. Đối với vùng nhiệt độ cao, để

duy trì nhiệt độ này cần thiết phải cung cấp thêm năng lượng, điều này sẽ gây tốn kém

cho quá trình sản xuất, tính hiệu quả kinh tế của công trình sẽ bị hạn chế.

Ở nước ta, nhiệt độ trung bình từ 20 - 320C, sẽ thích hợp cho nhóm vi sinh vật ở

vùng nhiệt độ trung bình phát triển.

- pH: Trong quy trình xử lý kị khí, pH của môi trường ảnh hưởng đến tốc độ

phân huỷ các chất hữu cơ, cụ thể là ảnh hưởng đến 4 quá trình chuyển hóa cơ bản của

sự phân huỷ kị khí. Ở quá trình xử lý người ta nhận thấy các quá trình chuyển hóa cơ

bản chịu ảnh hưởng trực tiếp lẫn nhau, khi một trong các quá trình này bị cản trở hoặc

thúc đẩy sẽ ảnh hưởng đến quá trình xảy ra tiếp theo, do đó sẽ làm tốc độ phân huỷ các

chất xảy ra chậm lại hoặc nhanh hơn. Ví dụ: Khi nhiệt độ thay đổi hoặc khi thành phần

nước thải thay đổi (do có sự nạp mới vào công trình), thì nhóm vi sinh vật axit hóa

thích nghi hơn so với nhóm vi sinh vật sinh metan. Khi pH giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm

giảm quá trình sinh khí CH4. Hơn nữa khi pH giảm, các axit trung gian tích luỹ nhiều,

làm các phản ứng phân huỷ khó thực hiện và dẫn đến dừng quá trình acetate hóa….

pH tối ưu trong quá trình phân huỷ kị khí là 6,5 - 8,5.

- Các độc tố: Qua tìm hiểu đặc tính sinh lý các vi sinh vật tham gia xử lý nước

thải bằng phương pháp kị khí, người ta thấy:

+ Một số hợp chất như: CCl4, CHCl3, CH2Cl2….và các ion tự do của các kim

loại nặng có nồng độ 1 mg/lít sẽ thể hiện tính độc đối với các vi sinh vật kị khí.

+ Các hợp chất như formaldehyde, SO2, H2S, với nồng độ 50 – 400 mg/lít sẽ

gây độc hại với vi sinh vật kị khí trong công trình xử lý.

+ S2- được coi là tác nhân gây ức chế quá trình tạo methane. Do S 2

- làm kết tủa

các nguyên tố vi lượng như Fe, Ni, Co, Mo….cho nên hạn chế sự phát triển của vi sinh

vật, đồng thời các electron được giải phóng ra từ quá trình oxy hóa các chất hữu cơ sử

dụng cho quá trình sulfate hóa và làm giảm quá trình sinh methane.

+ Các hợp chất như: NH4+ ở nồng độ 1,5 - 2 mg/lít gây ức chế quá trình lên men

kị khí.

* Các dạng công trình xử lý kị khí:

- Bể tự hoại:

Đây là loại công trình xử lý nước thải loại nhỏ dùng cho từng hộ gia đình. Loại

công trình này thực hiện hai chức năng: lắng và chuyển hóa cặn lắng của nước thải

(chủ yếu là nước thải từ các nhà vệ sinh) bằng quá trình phân giải kị khí.

- Bể lắng hai vỏ:

Có nguyên tắc hoạt động và thực hiện hai chức năng tương tự như bể tự hoại,

nhưng ở quy mô lớn hơn, công suất xử lý nước thải lớn hơn.

55

- Bể methane cổ điển:

Bể này được ứng dụng để xử lý cặn lắng (từ bể lắng) và bùn hoạt tính dư của

trạm xử lý nước thải. Hầu hết các trạm xử lý nước thải thành phố đều áp dụng kiểu bể

này.

- Bể lọc kị khí AF (Anerobic Filter):

Loại hình này trên nguyên tắc là quá trình xử lý nước thải qua vật liệu lọc để vi

sinh vật kị khí dính bám vào và thực hiện quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất

hữu cơ chứa trong nước thải, đồng thời tránh được sự rửa trôi của màng vi sinh vật.

- Bể lọc kị khí sinh học với dòng chảy ngược qua bông bùn hoạt tính UASB

(Upflow Anaeribic Sludge Blanket):

Loại công trình này không có vật liệu đỡ (vật liệu lọc) như ở bể lọc kị khí AF

(hình 2.18). Ở đây các vi sinh vật kị khí liên kết và tập hợp lại thành đám lớn dạng hạt

và có vai trò chủ yếu để chuyển các hợp chất hữu cơ. Chúng đủ nặng để tránh hiện

tượng rửa trôi ra khỏi công trình. Bể UASB có cấu tạo gồm hai ngăn: ngăn lắng và

ngăn phân huỷ. Bằng biện pháp thiết kế khá đặc biệt của ngăn lắng cùng với tính lắng

cao của bùn hoạt tính, người ta giải quyết được vấn đề lưu lại nồng độ sinh khối bùn

cao trong bể và giảm được thời gian lưu nước.

H

ình 2.18: Mô hình thiết bị yếm khí UASB

Ngoài các công trình xử lý nước thải được nêu trên, người ta còn phối kết hợp

giữa công trình UASB với công trình AF và nhiều công trình khác như: Xây dựng

công trình xử lý nước thải qua các hình chụp bằng phương pháp hiếu khí, xây dựng

công trình xử lý nước thải qua các hình chụp bằng phương pháp xây bể chìm dưới

đất….

2.2.6.3. Xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh kết hợp hiếu khí và kỵ khí

56

B×nh thu khÝ

N í c sau XL

Lí p bï n phñ

Lí p ®Öm

Lí p bï n cÆn

Chôp thu biogas

N í c vµo

Biogas

Van x¶ ®̧y

Có khá nhiều quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kết hợp, dưới

đây giới thiệu hai công nghệ phổ biến hiện nay.

Bể lọc sinh học Biophin

Bể Biophin là một thiết bị xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ

các vi sinh vật hiếu khí kết hợp yếm khí (hình 2.19).

Bể lọc sinh học Biophin là thiết bị trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định

trên lớp màng bám vào một vật liệu lọc. Nước thải được tưới từ trên xuống qua vật

liệu lọc, tiếp xúc với vi sinh vật xảy ra quá trình phân huỷ hiếu khí. Lớp vật liệu lọc rất

mỏng song cũng có thể xảy ra song song 2 quá trình ở sát bề mặt là quá trình phân huỷ

yếm khí và ở lớp ngoài có phân huỷ hiếu khí có O2.

Hình 2.19: Mô hình màng lọc sinh học Biophin

Quá trình xử lý diễn ra khi cho nước thải tưới lên bề mặt của bể và thấm qua

lớp vật liệu lọc. ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và ở các khe hở giữa chúng các cặn bẩn

được giữ lại và tạo thành màng - gọi là màng vi sinh. Lượng oxy cần thiết để ôxy hoá

các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi ta tưới, hoặc qua khe

hở thành bể, hoặc qua hệ thống tiêu nước từ đáy đi lên. Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và

nhờ có ôxy mà quá trình ôxy hoá được thực hiện.

Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng với nước thải đi ra khỏi bể và được giữ lại

bể lắng đợt II.

Công nghệ DEWATS

Công nghệ DEWATS (Decentralized Wasterwater Treament System) đã và

đang được phổ biến rộng rãi như là một giải pháp hữu hiệu cho xử lý nước thải phân

tán từ các cụm dân cư, bệnh viện, khách sạn, trang trại, các lò giết mổ gia súc, gia cầm

và cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại các nước đang phát triển.

DEWATS, hệ thống xử lý nước thải phân tán, là một giải pháp mới cho xử lý

nước thải hữu cơ với quy mô dưới 1000m3/ngày đêm, với ưu điểm là hiệu quả xử lý

cao, hoạt động tin cậy, lâu dài, thích ứng với sự dao động về lưu lượng, không cần tiêu

thụ điện năng nếu khu vực xử lý có độ dốc thích hợp, công nghệ xử lý thân thiện với

Sản phẩm cuối

Không khí

Nước thảiVùng

hiếu khíChất hữu cơ

O2

Màng sinh học

Màng chất lỏng

CO2

Vật liệu đệm

Vùng Yếm khí

57

môi trường, xử lý nước thải nhờ các vi sinh vật có trong nước thải hoặc nhờ quá trình

tự nhiên mà không sử dụng đến hoá chất và đặc biệt là yêu cầu vận hành và bảo dưỡng

đơn giản và chi phí rất thấp.

Hệ thống DEWATS gồm có bốn bước xử lý cơ bản với các công trình đặc

trưng:

- Xử lý sơ bộ bậc một: Quá trình lắng loại bỏ các cặn lơ lửng có khả năng lắng

được, giảm tải cho các công trình xử lý phía sau.

- Xử lý bậc hai: Quá trình xử lý nhờ các vi sinh vật kị khí để loại bỏ các chất

rắn lơ lửng và hoà tan trong nước thải. Giai đoạn này có hai công nghệ được áp dụng

là bể phản ứng kị khí Baffle Reactor (BF) có các vách ngăn và bể lắng kị khí Anarobic

Filter (AF). Bể phản ứng kị khí với các vách ngăn giúp cho nước thải chuyển động lên

xuống. Dưới đáy mỗi ngăn, bùn hoạt tính được giữ lại và duy trì, dòng nước thải vào

liên tục được tiếp xúc và đảo trộn với lớp bùn hoạt tính có mật độ vi sinh vật kị khí

cao, nhờ đó mà quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải được diễn ra

mạnh mẽ giúp làm sạch nước thải hiệu quả hơn các bể tự hoại thông thường.

Bể lọc kị khí với vật liệu lọc có vai trò là giá đỡ cho các vi sinh vật phát triển,

tạo thành các màng vi sinh vật. Các chất ô nhiễm hoà tan trong nước thải được xử lý

hiệu quả hơn khi đi qua các lỗ rỗng của vât liệu lọc và tiếp xúc với các màng vi sinh

vật.

Toàn bộ phần kị khí nằm dưới đất, không gian phía trên có thể sử dụng làm sân

chơi, bãi để xe... Điều này rất thích hợp với các khu vực thiếu diện tích xây dựng.

Hình 2.20: Các bước xử lý nước thải của DEWATS

- Xử lý bậc ba: Quá trình xử lý hiếu khí. Công nghệ áp dụng chủ yếu của bước

này là bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Ngoài quá trình lắng và lọc tiếp tục

xảy ra trong bãi lọc thì hệ thực vật trồng trong bãi lọc góp phần đáng kể trong xử lý

nước thải nhờ khả năng cung cấp ô xy qua bộ rễ của cây xuống bãi lọc tạo điều kiện

58

hiếu khí cho các vi sinh vật lớp trên cùng của bãi lọc. Bộ rễ của thực vật cũng là môi

trường sống thích hợp cho các vi sinh vật có khả năng tiêu thụ các chất dinh dưỡng có

trong nước thải, tăng hiệu quả xử lý của bãi lọc. Ngoài ra thực vật trong bãi lọc hấp thụ

các chất dinh dưỡng như nitơ và phốtpho. Nước sau bãi lọc trồng cây thường không

còn mùi hôi thối như đầu ra của các công trình xử lý kị khí. Sau một thời gian vận

hành hệ thực vật trong bãi lọc sẽ tạo nên một khuôn viên đẹp cho toàn bộ hệ thống xử

lý.

- Khử trùng: Hồ chỉ thị với chiều sâu lớp nước nông được thiết kế để loại bỏ

các vi khuẩn gây bệnh nhờ bức xạ mặt trời xuyên qua lớp nước trong hồ. Tuy nhiên,

đối với nước thải có lượng vi sinh vật gây bệnh cao thì việc sử dụng hoá chất khử

trùng là điều cần thiết.

2.3. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM

2.3.1. Vi sinh vật trong đất

Khu hệ vi sinh vật trong đất rất phức tạp, có những đặc điểm sinh lý, sinh thái

rất khác nhau.

Chủng loại và số lượng: Trong một gam đất trồng trọt có từ chục triệu đến hàng

tỷ tế bào vi sinh vật, gồm nhiều nhóm khác nhau. Có thể phân thành hai nhóm chính:

- Nhóm vi sinh vật đặc trưng của đất, đó là nhóm vi sinh vật thích nghi, có sự

phát triển tốt và trở thành hệ vi sinh vật thường chú trong đất.

- Nhóm vi sinh vật do sự cảm nhiễm từ nhiều nguồn khác nhau vào đất, phát

triển không thuận lợi.

Cho nên quan trọng nhất là nhóm vi sinh vật thứ nhất gồm các vi khuẩn, nấm

men, nấm mốc, tảo, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật….

Trừ vài loại là sự tự dưỡng còn nói chung các nấm men, nấm mốc, phần lớn vi

khuẩn và các vi sinh vật khác là sống dị dưỡng. Vi sinh vật quan trọng nhất là vi khuẩn

và xạ khuẩn. Vi khuẩn có số lượng lớn nhất, có thể phân chúng theo những thay đổi

chủ yếu mà chúng tạo ra thành các nhóm vi khuẩn cố định nitơ, phân giải sơ, vi khuẩn

nitrát hoá hay amonium hoá. Trong 1 gam đất có khoảng 100 triệu vi khuẩn, 10 triệu

xạ khuẩn, 10 vạn - 1 triệu nấm, 1 - 10 vạn tảo và nguyên sinh động vật.

Vi sinh vật trong đất thực hiện sự phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất.

Đồng thời có một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải một số kim loại nặng và

chất độc khác. Chính đây là cơ sở cho việc sử dụng vi sinh vật trong cải tạo đất bị ô

nhiễm.

2.3.2. Sử dụng công nghệ vi sinh vật trong cải tạo đất

Đất có tính đệm và lọc, qua đó có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự

phân tán của các chất ô nhiễm. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghiệp hoá, hiện

đại hoá đất nước sự phát triển của các chất ô nhiễm đã vượt quá khả năng tự cân bằng

của đất, gây nên hiện tượng tích tụ và làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái.

59

Trong số các chất gây ô nhiễm đất trồng, người ta quan tâm nhiều đến các kim

loại nặng, các thuốc hoá học bảo vệ thực vật. Tái sinh đất ô nhiễm bằng phương pháp

sinh học không chỉ giải quyết về mặt môi trường mà còn có tác dụng nâng cao năng

suất và chất lượng cây trồng. Trong tự nhiên một số vi sinh vật vùng rễ cây trồng có

khả năng sản sinh ra các axit hữu cơ và tạo phức với kim loại nặng, một số khác có

khả năng phân huỷ hợp chất hoá học có nguồn gốc hữu cơ.

Công nghệ vi sinh vật trong cải tạo đất bị ô nhiễm là sử dụng các loại vi sinh

vật có khả năng phân giải hoặc chuyển hoá các chất gây ô nhiễm trong đất, qua đó tạo

lại cho đất sức sống mới. Ngoài ra các vi sinh vật sử dụng cũng có khả năng phân huỷ

các phế thải hữu cơ cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng, đồng thời giúp cây

chống lại các tác nhân gây bệnh có nguồn gốc từ đất và tạo ra các chất kích thích sinh

trưởng thực vật, làm ổn định cấu trúc đất ở vùng rễ cây trồng.

Các vi sinh vật thường dùng trong cải tạo đất thoái hoá, đất có vấn đề do ô

nhiễm có thể kể đến là nấm rễ cộng sinh (VAM-Vascular-Abuscular Mycorhiza) và vi

khuẩn Pseudomonas. Sản phẩm Agrobacter sản xuất ở Đức từ hai loại vi sinh vật trên

đã được nghiên cứu thử nghiệm sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới. Kết quả cho thấy có

thể khôi phục đất phèn mặn, vùng đất bị ô nhiễm kim loại nặng hay vùng đất nhiều cát

bị sa mạc hoá bằng chế phẩm vi sinh vật này Viện Công nghệ Sinh học, thuộc Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và sản xuất thành công chế phẩm

sinh học tạo ẩm cho đất là Lipomycin-M. Thành phần chính là của Lipomycin-M là

chủng nấm men Lipomyces PT7.1 được lập từ vùng đất trống đồi trọc ở huyện Hạ Hoà

tỉnh Phú Thọ, với ưu điểm là khả năng tạo màng nhầy trong điều kiện đất khô hạn và

sinh trưởng ở nhiệt độ cao, đặc biệt hỗ trợ tốt cho việc phủ xanh đất trống đồi trọc.

Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các chế phẩm vi sinh vật để tái sinh, phục hồi

đất có vấn đề và năng cao độ phì của đất đang được đẩy mạnh ở nhiều nước trên thế

giới, trong đó có nước Việt Nam.

Từ năm 1999 đến năm 2009, các nhà khoa học Viện Công nghệ Sinh học, Viện

Khoa học Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu một số công nghệ để  tẩy độc đất nhiễm

nặng chất diệt cỏ - dioxin bằng phân hủy sinh học (bioremediation) ở căn cứ quân sự

của Mỹ nguỵ cũ tại Đà Nẵng. Kết quả cho thấy ở các qui mô phòng thí nghiệm đến  

pilot hiện trường từ 0,5 – 100 m3 hiệu quả khử độc đạt từ 40 – 100 pgTEQ/ngày.

Sự phân huỷ sinh học dioxin được xử lý hiếu khí và kị khí (chôn lấp tích cực)

đạt tốc độ trung bình là 100 ppt hay 100pg TEQ/ngày. Phân huỷ kị khí chậm hơn

khoảng ½ so với hiếu khí.

Biện pháp tăng cường sinh học có hiệu quả ở qui mô nhỏ, tuy nhiên với một

khối lượng đất lớn thì biện pháp kích thích vi sinh vật bản địa mang lại kết quả phân

huỷ cao, khả thi khi áp dụng thực tế. Các chất bổ sung để nuôi vi sinh vật và điều kiện

để “nuôi” chúng ngay tại hiện trường đã được xác định để thực hiện cho tất cả các

điểm nóng ô nhiễm dioxin.

60

Hình 2.21: Thi công xử lý ô nhiễm dioxin

Công nghệ này được công nhận là một “công nghệ xanh” vì có nhu cầu năng

lượng rất thấp, tạo ít khí  và  là một giải pháp tốt nhất cho đất bị ô nhiễm nặng chất

độc, sau khi xử lý có thể lập tức tái sử dụng  mang lại lợi ích cho cộng đồng.

Câu hỏi ôn tập:

1. Các phương pháp xử lý phế thải hữu cơ thường gặp ?

2. Trình bày các chế phẩm vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ?

3. Phương pháp sản xuất phân bón từ phế thải hữu cơ?

4. Chất thải của ngành công nghiệp mía đường và các giải pháp xử lý?

5. Phế thải từ chế biến cà phê và các giải pháp xử lý?

6. Xử lý chất thải bằng công nghệ Biogas?

7. Khái niệm về xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học và điều kiện?

8. Thành phần, cấu trúc khu hệ vi sinh vật tham gia xử lý nước thải?

9. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí?

10. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí?

11. Xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh kết hợp hiếu khí và kỵ khí?

12. Trình bày ứng dụng vi sịnh vật trong cải tạo và xử lý đất?

61

CHƯƠNG 3

ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

3.1. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI

3.1.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải

Rác thải sinh hoạt và từ các nguồn khác thường được tập trung, nhất là ở đô thị,

vì thế sử dụng thực vật trong xử lý rác thải không phổ biến. Tuy vậy, trong thực tế ở

các vùng nông thôn, thực vật lại rất phổ biến trong ”xanh hóa” các nơi đổ rác sinh hoạt

và tàn dư cây trồng.

Cơ sở khoa học của sử dụng thực vật trong xử lý rác thải là:

- Một số loại thực vật có khả năng chống chịu và thích nghi với môi trường độc

hại do rác thải.

- Có một số ít thực vật có khả năng hấp thu một số chất độc hại từ rác thải và

chúng sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường độc hại.

- Các loại thực vật trên có thể sinh trưởng ngay trên đống rác thải hoặc tại rìa

các bãi rác có nước rỉ của chất thải. Qua thời gian thực vật phát triển sẽ làm phân hủy

rác thải và vô hiệu hóa sự ô nhiễm của rác thải.

3.1.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải

Tại thành phố Hồ Chí Minh, tác giả Ngô

Hoàng Văn và công sự đã tận dụng diện tích đất

tại bãi chôn lấp rác Ðông Thạnh để trồng cây có

giá trị kinh tế cao như cỏ vetiver, cỏ voi, cỏ

signal hoặc cây dầu mè. Cách làm này vừa giúp

tận dụng được đất của các bãi chôn lấp rác để

làm kinh tế, vừa kết hợp tận dụng xử lý nước rỉ

rác để làm nguồn nước tưới dinh dưỡng cho cây

nên giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường.

Hình 3.1: Cỏ xử lý nước rỉ của bãi thải

Thành phần nước rỉ rác có chứa nồng độ pH, COD, BOD, a-xít, kim loại nặng...

rất cao. Còn cỏ vetiver có bộ rễ chứa nhiều vi khuẩn và nấm, có khả năng xử lý chất

thải gây ô nhiễm cho môi trường. Cụ thể, vi khuẩn cố định đạm có tác dụng chuyển

hóa ni-tơ tự do thành ni-tơ sinh học; vi khuẩn điều hòa sự sinh trưởng của cây có thể

điều hòa được các chất như auxin, gibbrrellins, ethylene, a-xít... là những chất hữu cơ

ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của cây dù ở nồng độ thấp; nấm phân giải phốt-pho;

nấm rễ... Nhờ vậy mà cây có thể mọc nhanh trên những vùng đất nghèo dinh dưỡng

hoặc đất bị nhiễm độc kim loại nặng trong những điều kiện khắc nghiệt như hạn hán,

sương muối, nước mặn, nước có hóa chất, độc chất. Tương tự, cây dầu mè cũng có thể

sinh trưởng và phát triển trong môi trường ô nhiễm. Loại cây này đã được trồng thử

nghiệm cải tạo môi trường bị nhiễm độc đi-ô-xin tại Huế và Cần Thơ.

62

Kết quả thử nghiệm cho thấy các loại cây và cỏ này phát triển bình thường.

Nguồn nước rỉ rác đậm đặc có nồng độ các chất ô nhiễm cao sau khi được pha loãng

với tỷ lệ 10% để tưới vào cây đã được cây hấp thụ và xử lý bằng phương pháp phát

triển tự nhiên cho ra chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn loại A. Kết quả thu được qua

bộ rễ, phản ứng đồng hóa của thực vật có thể xử lý các chất ô nhiễm có trong nước.

Ngoài ra, qua bộ lá, thực vật còn có thể xử lý được khí thải, mùi hôi và khí CO2 có

trong nước thải. Các nhà khoa học đã dùng nước rỉ rác pha loãng ở nồng độ 10 % để

tưới cho khu trồng cỏ vetiver rộng gần 100 m2, khu trồng dầu mè rộng khoảng 150 m2,

kết quả cho thấy NH3, photpho và mùi hôi đều được xử lý rất tốt và đơn giản.

3.2. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.2.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải

Nước thải có nhiều nguồn, từ sinh hoạt, từ hoạt động công nghiệp, từ các nguồn

khác và là đối tượng gây ô nhiễm rất phổ biến hiện nay. Ở các nước phát triển, nước

thải công nghiệp thường được xử lý triệt để trước khi thải vào môi trường bên ngoài.

Thậm chí một số thành phố ở các nước này nước thải sinh hoạt cũng được xử lý tập

trung trước khi thải ra ngoài.

Ở nước ta, do nhận thức và do thiếu kinh phí nên hầu hết nước thải sinh hoạt và

không ít các nhà máy, xí nghiệp đều không được xử lý, hoặc xử lý không triệt để và

thải trực tiếp ra ngoài gây ô nhiễm nặng nề môi trường nước và đất.

Vì vậy, xử lý nước thải bằng thực vật hiện nay đang là hướng giải pháp hữu ích

để giải quyết thực tế trên.

Cơ sở khoa học của sử dụng thực vật trong xử lý nước thải là:

- Một số loại thực vật có khả năng chống chịu và thích nghi với môi trường độc

hại của nước thải.

- Có một số ít thực vật có khả năng hấp thu một số chất độc hại từ nước thải và

chúng sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường độc hại.

3.2.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải

3.2.2.1. Cánh đồng tưới

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc, một công nghệ mới xử lý nước thải bằng thực

vật (phytoremediation). Xử lý nước thải và nước rỉ rác bằng giải pháp này vừa ít tốn

kém kinh phí, thân thiện với môi trường mà lại đạt hiệu quả xử lý ô nhiễm khá cao.

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là hai công nghệ độc lập nhau. Tuy nhiên

trong một số điều kiện cụ thể, hai công nghệ này được kết hợp với nhau thành một dây

chuyền công nghệ nối tiếp nhau. Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cánh đồng tưới khi

tới thời kỳ giảm tưới, hoặc là nơi “chế biến” đất nghèo thành đất giàu dinh dưỡng.

Công nghệ cánh đồng tưới sử dụng thực vật để xử lý chất ô nhiễm. Phản ứng đồng hóa

của thực vật ngoài tác dụng xử lý các chất ô nhiễm nguồn nước qua bộ rễ, còn xử lý

khí thải, mùi hôi và CO2 qua bộ lá. Phản ứng đồng hóa của thực vật còn tạo ra sinh

khối, trong đó có sản phẩm nông nghiệp. Các sản phẩm này có thể đáp ứng một nhu

63

cầu nào đó của xã hội. Sản phẩm thu hoạch của cánh đồng tưới có thể góp phần làm

giảm chi phí xử lý nước rỉ rác.

Từ lâu người ta đã nghĩ đến việc sử dụng các chất phân bón có chứa trong nước

thải không chỉ bằng cách tưới lên những cánh đồng nông nghiệp thuộc nông trường và

thuộc những vùng ngoại ô đô thị....

Theo chế độ tưới nước người ta phân biệt: cánh đồng tưới thu nhận nước thải

quanh năm và cánh đồng tưới thu nhận nước thải theo mùa.

Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong

các đầm hồ (hồ cá, hồ sinh học, hồ điều hòa...) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh đồng

trồng cây ưa nước hay vào vùng dự trữ. Chọn loại cây trồng nào là tùy thuộc vào đặc

điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có.

Trước khi xả ra cánh đồng, nước thải sinh hoạt phải xử lý sơ bộ qua song chắn

rác, bể lắng cát và bể lắng. Khi cặn lơ lửng của nước thải lớn có thể cho qua bể điều

hòa tính với thời gian nước lưu 6 – 8 h.

Tiêu chuẩn tưới nước lên cánh đồng nông nghiệp lấy thấp hơn tiêu chuẩn lên

cánh đồng công cộng. Khi thiết kế xây dựng cần có ý kiến của chuyên gia nông

nghiệp.

Xử lý nước thải ở trên cánh đồng tưới và bãi lọc đạt được hiệu suất cao: BOD20

đạt tới 10 - 15 mg/l, chứa RNO3 tới 25mg/l, vi trùng giảm đến 99,9 %. Nước thải

không cần khử trùng trước khi xả vào nguồn.

Trong nước thải sinh hoạt có chứa các thành phần dinh dưỡng cho cây trồng

như: đạm, lân, kali.... Hàm lượng của chúng phụ thuộc vào tiêu chuẩn thải. Trong đó

nitơ là 15 - 60 mg/l, lân là 3 - 12 mg/l và Kali là 6 - 25 mg/l. Những nguyên tố này

chủ yếu ở dạng hòa tan, một phần ở dạng lơ lửng. Ví dụ đối với đạm 85 % ở dạng hòa

tan, 15 % ở dạng lơ lửng; đối với lân tương ứng là 60 % và 40 %; đối với kali là 95 %

và 5 %.

Tỷ lệ giữa các nguyên tố dinh dưỡng N:P:K cần cho thực vật trong nước thải là

5:1:2, trong khi đó ở phân chuồng là 2:1:2. Như vậy nước thải là một nguồn phân bón

tốt có lượng nitơ cao thích hợp với sự phát triển của thực vật.

Nước thải công nghiệp cũng có thể dùng để tưới (nếu chứa ít các chất độc hại

hoặc chứa với hàm lượng không ảnh hưởng gì đến sự phát triển thực vật). Tổng lượng

muối không được quá 4 – 5 g/l, trong đó muối dinh dưỡng là 2 g/l.

Để tránh cho đất đai không bị dầu mỡ và các chất lơ lửng bịt kín các mao quản

thì nước thải trước khi đưa lên cánh đồng tưới, bãi lọc cần phải xử lý sơ bộ.

Cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc thường xây dựng ở những nơi có

độ dốc tự nhiên 0,02 %, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió. Ví dụ: đối với bãi lọc

với công suất nước thải 200 - 5000m3/ngày đêm là 300 m, với q = 5.000 – 50.000

m3/ngày đêm là 500m, q > 50.000 m3/ngày đêm. Đối với cánh đồng tưới công cộng

khoảng cách vệ sinh tương ứng là 200, 400 và 1.000 m.

64

Cánh đồng tưới và bãi lọc nên xây dựng ở những nơi đất cát.... Tuy nhiên

cũng có thể xây dựng ở những nơi pha sét, nhưng trong những trường hợp đó tiêu

chuẩn tưới nước không nên lấy quá lớn, tức là chỉ tưới đủ mức mà cây trồng yêu cầu

và đất có thể kịp thấm.

Hình 3.2: Sơ đồ cánh đồng tưới

Cánh đồng tưới và bãi lọc là những ô (mảnh) đất được san phẳng hoặc dốc

không đáng kể và được ngăn cách bằng những bờ đất. Nước thải phân phối vào những

ô đó nhờ hệ thống mạng lưới tưới. Mạng lưới tưới bao gồm: mương chính, mương

phân phối và hệ thống mạng lưới tưới trong các ô.

Nếu không ép nước thấm xuống tầng đất phía dưới thì sẽ thu lại rồi đổ ra

sông hồ bằng hệ thống tiêu nước. Hệ thống tiêu nước có thể là mương máng hở xây

dựng theo chu vi của từng ô và cũng có thể là một hệ thống kết hợp: ống ngầm tiêu

nước đặt dưới các ô với độ sâu 1,2 - 2 m và các mương máng hở bao quanh.

Kích thước của các ô, phụ thuộc vào địa hình, tính chất của đất đai và phương

pháp canh tác, lấy diện tích ô không nhỏ hơn 0,3 ha. Đối với cánh đồng tưới công cộng

thì diện tích trung bình ô lấy vào khoảng 5 – 8 ha và tỷ lệ giữa các cạnh là 1:4 - 1:8.

Diện tích các ô của bãi lọc, vì tiêu chuẩn tưới nước lớn nên lấy nhỏ hơn. Riêng đối với

các cánh đồng nhỏ thì kích thước của các ô xác định từ điều kiện số lượng không ít

hơn 3 ô. Để thuận lợi cho canh tác cơ giới, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300 – 1500

m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình, nước ngầm và biện pháp tưới, nhưng không

vượt quá 100 – 200 m.

Để xác định diện tích của cánh đồng tưới ta cần phân biệt các loại tiêu

chuẩn tưới sau:

65

- Tiêu chuẩn tưới trung bình ngày đêm: Lượng nước thải trung bình ngày

đêm tưới trên 1ha diện tích cánh đồng trong suốt một thời gian nhất định (thường là 1

năm).

- Tiêu chuẩn tưới theo vụ: Lượng nước thải tưới cho cây trồng trong suốt

thời gian một vụ.

- Tiêu chuẩn tưới một lần: Lượng nước tưới một lần.

- Tiêu chuẩn tưới bón: Lượng nước cần thiết đối với mỗi loại cây trồng, xuất

phát từ khả năng tưới bón của nước thải.

Như vậy tiêu chuẩn tưới chỉ có thể xác định được khi tính đến tất cả các yếu tố

khí hậu, thủy văn và kỹ thuật cây trồng. Trong mọi trường hợp điều kiện vệ sinh là yếu

tố chủ đạo.

Từ yêu cầu về bón và độ ẩm đối với từng loại cây trồng người ta định ra tiêu

chuẩn tưới và bón. Những số liệu xác định tiêu chuẩn tưới và bón là những yêu cầu

về chất dinh dưỡng của cây trồng và hàm lượng các chất đó ở trong nước thải.

Cây trồng chỉ sử dụng một phần lượng chất dinh dưỡng có trong nước thải. Cụ

thể là 49 % nitơ, 37 % phốtpho và 90 % kali. Phần còn lại các chất đó lại lẫn trong

nước thải và tiêu đi khỏi cánh đồng.

Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc xác định theo công thức:

Ftd = Q/qo (ha)

Trong đó:

Q - Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải, m3/ngày đêm

qo - Tiêu chuẩn tưới nước, theo quy định

Theo chế độ tưới nước mà người ta phân biệt: Cánh đồng tưới thu nhận nước

thải quanh năm hoặc theo mùa.

Ngoài những yếu tố phải đáp ứng của cánh đồng lọc, thì khi thiết kế cánh đồng

tưới cần phải quan tâm tới các yêu cầu sau:

- Lưu lượng nước thải có thể xử lý trên 1 ha phụ thuộc:

+ Tiêu chuẩn tưới cho mỗi loại cây trồng trong một vụ.

+ Tiêu chuẩn tưới 1 lần.

- Năng lực lọc được xác định theo công thức sau đây:

Trong đó: qo : Tiêu chuẩn tưới (m3/ha. ngày đêm)

T :Thời gian giữa các lần tưới (h)

:Hệ số thấm thoát do thấm ướt, bay hơi, = 0,3 - 0,5.

t : Thời gian tiêu nước từ các ô, (h ) (t = 0,4 - 0,5) .

Trong quá trình hoạt động, vấn đề vệ sinh môi trường là yếu tố quan trọng cần

thường xuyên được giám sát một cách chặt chẽ.

66

.q0 .T

tQ =

Trên cánh đồng tưới cần quy hoạch một diện tích chứa nước phù hợp chiếm

khoảng 20 % đến 25 %. Vào vụ thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa nước thải sẽ

được dự trữ trong các hồ điều hòa kết hợp với nuôi trồng thủy sản.

Với nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp có hàm lượng cặn lơ lửng

cao, cần được xử lý sơ bộ qua song chắn rác và một bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp.

Với công trình xử lý trên thì BOD5 có thể đạt tới 15 mg/l.

3.2.2.2. Bãi lọc trồng cây (Constructed Wetland - CW)

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 và thực vật sống trong môi trường đó.

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 nguyên lý cơ bản trong CW:

- Lắng, lọc, hấp phụ SS, P, kim loại nặng và chất hữu cơ đã bị hấp phụ.

- Màng vi sinh vật trong vùng rễ, lớp lọc: phân huỷ dị dưỡng các chất hữu cơ.

- Trong vùng hiếu khí: phân huỷ sinh học chất hữu cơ, Nitrat hoá, kết tủa

hydroxit sắt và mangan.

- Trong vùng kỵ khí khử nitrat, kết tủa và lắng muối sunphit với các kim loại.

- Diệt trùng bằng hệ thống: lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ nhiệt độ, pH, ...

- Thực vật trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây giúp tạo vùng rễ, lỗ xốp,

vận chuyển ôxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại nặng ....

Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây:

Hệ thống gồm có bốn bước xử lý cơ bản với các công trình đặc trưng:

- Xử lý sơ bộ bậc một: Quá trình lắng loại bỏ các cặn lơ lửng có khả năng lắng

được, giảm tải cho các công trình xử lý phía sau.

- Xử lý bậc hai: Quá trình xử lý nhờ các vi sinh vật kị khí để loại bỏ các chất

rắn lơ lửng và hòa tan trong nước thải. Giai đoạn này có hai công nghệ được áp dụng

là bể phản ứng kị khí (BR) có các vách ngăn và bể lắng kị khí (AF).

- Xử lý bậc ba: Quá trình xử lý hiếu khí. Công nghệ áp dụng chủ yếu của bước

này là bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Ngoài quá trình lắng và lọc tiếp tục

xảy ra trong bãi lọc thì hệ thực vật trồng trong bãi lọc góp phần lớn trong xử lý nước

thải, nhờ khả năng cung cấp ôxy qua bộ rễ của cây tạo điều kiện hiếu khí cho các vi

sinh vật lớp trên cùng của bãi lọc. Bộ rễ của thực vật cũng là môi trường sống thích

hợp cho các vi sinh vật có khả năng tiêu thụ các chất dinh dưỡng có trong nước thải,

tăng hiệu quả xử lý của bãi lọc. Ngoài ra, thực vật trong bãi lọc hấp thụ các chất dinh

dưỡng như Nitơ và Phốtpho. Nước sau bãi lọc trồng cây thường không còn mùi hôi

thối như đầu ra của các công trình xử lý kị khí. Sau một thời gian vận hành, hệ thực

vật trong bãi lọc sẽ tạo nên một khuôn viên đẹp cho toàn bộ hệ thống xử lý.

67

- Khử trùng: Hồ chỉ thị với chiều sâu lớp nước nông được thiết kế để loại bỏ các

vi khuẩn gây bệnh nhờ bức xạ mặt trời xuyên qua lớp nước trong hồ.

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.

Bãi lọc trồng cây bao gồm:

- Bãi lọc trồng cây ngập nước (Free Water Surface Contructed Wetland – FWS

CW)

- Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm (Subsurface Flow Contructed Wetland -

SSF CW), được chia ra:

+ Bãi lọc trồng cây với dòng chảy ngầm ngang

+ Bãi lọc trồng cây với dòng chảy ngầm thẳng đứng

Hình 3.3: Mô hình CW

Cấu tạo của bãi lọc trồng cây ngập nước - FWS CW:

Cấu tạo của bãi lọc trồng cây ngập nước: Hệ thống này giống như những đầm

lầy tự nhiên, dưới đáy là lớp chống thấm là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc

rải một lớp vải nhựa trống 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.

Các nguyên lý cơ bản của bãi lọc trồng cây ngập nước - FWS CW:

Hấp thụ chất dinh dưỡng nhờ cây, có khả năng tái sử dụng nếu thu hoạch cây.

Vận tốc dòng chảy giảm, có quá trình lắng và tích tụ P, kim loại nặng và chất hữu cơ

đã bị hấp thụ, hấp phụ.

Phân huỷ dị dưỡng các chất hữu cơ, với cây trồng nhô lên mặt nước thường có

lượng ôxy hạn chế, không có quang hợp sẩy ra trong nước.

Trong vùng kỵ khí có quá trình khử nitrat và lắng cặn các muối sunphit và kim

loại.

Tác dụng của cây trong FWS:

68

Giảm vận tốc dòng chảy và làm tăng khả năng lắng cặn.

Giảm xói mòn và sục cặn từ đáy.

Ngăn gió và chống sục cặn.

Tạo bóng và giảm sự phát triển của Phytoplankton (kể cả thực vật nổi).

Nguyên tắc thiết kế bãi lọc trồng cây ngập nước – FWS:

- Mực nước nông 0,5 m để oxy thâm nhập vào nước.

- Chất rắn lắng được trong cả cùng nước sâu đầu bãi hay nơi cây mọc.

- Các vùng nước sâu lặp lại >1 m được bố trí vuông góc với dòng chảy để phân

bổ lại dòng chảy.

- Hồ thường nông, trồng thực vật nhô lên mặt nước trước đầu ra của dòng chảy.

- Xây dựng đầu vào và hố lắng sâu hơn.

- Xây dựng sao cho dễ tiếp cận với đầu vào và thuận tiện khi lấy bùn.

- Thiết kế hình dạng hệ thống xử lý sao cho dễ thu hoạch cây.

- Xây dựng đầu ra linh hoạt thuận tiện cho việc xả nước từ ô khi thu hoạch.

- Trồng các loại cây phù hợp với điều kiện và được dự kiến trước khi thi công.

Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm - SSF CW:

Cấu tạo của bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm 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.

Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang (HF) hay dòng

chảy thẳng đứng (VF) từ dưới lên, từ trên xuống.

Lớp bảo đảm sự sinh trưởng cho thực vật bao gồm đất, cát, sỏi, đá, được xếp

theo thứ tự đó từ trên xuống nhằm tạo độ xốp tốt hơn. Kiểu dòng chảy của nước thải

có thể là hướng lên trên, hướng xuống dưới, ngang, kiểu dòng chảy ngang là phổ biến

nhất. Hầu hết các SSF được thiết kế với độ dốc 1 % hay hơn một chút.

Nước thải chảy qua các vùng lọc, sẽ được làm sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của

chất liệu lọc, rễ thực vật. Vùng ngầm thường thiếu oxy, nhưng thực vật có thể vận

chuyển lượng oxy dư thừa tới phần rễ, bằng cách đó tạo ra những tiểu vùng vi sinh vật

hiếu khí ngay cạnh các rễ và thực vật thân rễ. Còn có một lớp ôxy mỏng trong lớp đất

gần lớp tiếp xúc với không khí.

Thực vật trồng trong bãi lọc:

Có thể sử dụng các vật liệu lọc khác nhau trong bãi lọc trồng cây. Hiện nay,

Việt Nam có đến 34 loại cây có thể sử dụng để làm sạch môi trường nước. Các loài

cây này hoàn toàn dễ tìm kiếm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh

mẽ. Thực vật trồng trong bãi lọc thường là các loại thực vật thuỷ sinh lưu niên, thân

thảo, thân xốp, rễ chùm, nổi trên mặt nước, ngập hẳn trong nước, hay trồng trong nước

69

nhưng thân cây nhô lên trên mặt nước như: cỏ nến, sậy, thuỷ trúc, mai nước, phát lộc,

cói, bấc, lách....

Hình 3.4: Cỏ nến, thủy trúc, sậy

Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây cho 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....

3.2.2.3. Xử lý nước thải bằng thực vật nổi

Nguyên lý của xử lý nước thải bằng thực vật nổi là sử dụng khu hệ vi sinh vật

trong đất, trong nước kết hợp một số thực vật hạ đẳng sống nổi trên mặt nước như:

Bèo lục bình, bèo cái, bèo tấm, bèo hoa dâu và hoa súng….để chuyển hóa các chất bẩn

hữu cơ cũng như hấp thu các kim loại nặng. Qua sinh trưởng và phát triển của các thực

vật nổi môi trường nước sẽ được làm sạch.

Vai trò của thực vật nổi: Thu nhận các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần

thiết qua bộ rễ phát triển trong nước. Sinh khối của một số loài bèo như bèo lục bình

(Eichhornia reassipe), bèo cái (Postia straliotes), bèo tấm (Lemnaceae), bèo hoa dâu

(Azolla caroliniana), và các loài thực vật nổi khác phát triển rất mạnh trong môi trường

nước thải. Bộ rễ của bèo còn là nơi cư trú của vi khuẩn hấp thụ và phân hủy chất hữu

cơ. Trong các ao hồ nuôi thực vật nổi bậc cao, hiệu quả khử BOD có thể lên đến 95 %,

khử nitơ amoni và photpho lên đến 97 %. Hiệu quả thu hồi chất dinh dưỡng nitơ có thể

đạt từ 200 – 1500kgN/ha.ngày. Thực vật nổi còn cung cấp ôxy cho vi khuẩn để phân

hủy các chất hữu cơ. Tuy nhiên thực vật nổi phát triển sinh khối khá nhanh. Trong

điều kiện phát triển bình thường (sau khi nuôi cấy 1 tuần lễ), sinh khối của chúng có

thể đạt 250 kg chất khô/ha.ngày. Vì vậy, cần có định kỳ thu hồi thực vật nổi ra khỏi hồ

đề chống hiện tượng tái ô nhiễm nước hồ.

Một số công trình nghiên cứu khoa học đã chỉ ra khả năng xử lý nước thải của

các loài thực vật nổi:

70

- Trong nước thải có nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các chất lơ lửng đã làm ô nhiễm

môi trường. Dưới tác động của vi sinh vật, các chất hữu cơ bị phân giải thành chất vô

cơ làm cho nồng độ dung dịch trong nước càng tăng thêm, là nguồn thức ăn tốt cho các

coliform gây bệnh phát triển, đặc biệt là các vi khuẩn đường ruột. Các chất vô cơ trong

môi trường nước không những là thức ăn cho vi sinh vật mà còn là nguồn thức ăn cho

thực vật. Nuôi bèo trong môi trường nước thải để chúng hút thức ăn (chất bẩn) làm

sạch môi trường nước thải.

- Kết quả nghiên cứu nuôi bèo trong môi trường nước thải sinh hoạt, nước thải

lò mổ gia súc, nước thải làm bún... đối với cả 3 loại bèo trên đều thấy chúng sinh

trưởng phát triển nhanh. Nhanh nhất là bèo tấm, thứ đến là bèo cái và thấp hơn là bèo

Nhật Bản. Nước thải sẽ trong sạch hơn.

- Bèo có khả năng hấp thụ NH4+ khá cao từ 90 – 100 %, trong đó, bèo Nhật Bản

hấp thụ từ 93 – 100 %, bèo tấm hấp thụ 90 - 93,33 % và bèo cái hấp thụ 90 - 99,99 %.

Bèo cũng có khả năng hấp thụ PO43- cao từ 35 - 58,6 %, trong đó hấp thụ cao nhất là

bèo Nhật Bản từ 40 - 58,6 %, bèo tấm hấp thụ 42,22 -50 % và bèo cái hấp thụ từ 35 -

53,44 %.

- Bèo cái có khả năng hấp thụ mạnh các ion kim loại nặng (Fe, Mn, Ni, Zn), khả

năng hấp thụ kim loại cao hơn gấp 1,5 lần so với bèo tây. Một số nghiên cứu đã cho

thấy với mẫu bùn, bèo cái hấp thụ kim loại Pb từ môi trường mạnh nhất (93,96 %) tiếp

theo là Ni (53,87 %), Cu (35,78 %), Cr (20,12 %); Mn (5,76 %); và Zn (5,2 %). Với

mẫu nước thải, bèo cũng hấp thụ Pb mạnh nhất (98,78 %) tiếp đến là Cu (95,50 %); Zn

(60,32 %); Cr (53,69 %); Ni (43,47 %); và cuối cùng là Mn (40,75%). Sở dĩ kim loại

có khả năng sống được trong môi trường có hàm lượng kim loại nặng cao và có khả

năng hấp thụ chúng là vì cây đã sản sinh ra các peptid liên kết giữ kim loại trong cây

đồng thời tăng sản xuất các emzyme chống oxy hóa để chống lại tác hại của kim loại

lượng kim loại tích tụ trong rễ cao hơn trong lá.

Hình 3.5: Bèo cái, bèo tây

- Một thử nghiệm với bèo tây tại thành phố Thái Nguyên cho thấy hàm lượng

các kim loại nặng (Pb, Cd, As) sau 10 ngày đã giảm rõ rệt so với bể không thả bèo.

Sau 20 ngày thả bèo tây hàm lượng Pb trong nước tưới là 0,078 mg/l (đạt TCVN 6773

- 2000) thấp hơn 6,5 lần so với bể không thả bèo (0,509 mgPb/l) và giảm 7,7 lần so với

71

hàm lượng lúc ban đầu (0,602 mg/l). Hàm lượng As 0,093 mg/l (đạt TCVN 6773 -

2000) giảm 2,2 lần so với ban đầu (0,217 mg As/l) và giảm 2 lần so với bể không thả

bèo. Riêng Cd, sau 30 ngày thả bèo hàm lượng Cd trong nước mới đạt TCVN 6773 -

2000 (0,006 mg/l), trong khi đó bể không thả bèo là 0,106 mg Cd/l.

Hình 3.6: Bèo hoa dâu, bèo tấm và hoa súng

Như vậy, trong trường hợp phải sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm Pb, Cd, As thì

có thể dùng bèo tây để xử lý bằng cách dẫn nước vào bể cách ly và thả bèo tây, sau 30

ngày mới được đưa nước vào hệ thống tưới.

Biện pháp xử lý ô nhiễm bằng bèo có ý nghĩa rất lớn về mặt môi trường, đây là

một giải pháp hữu hiệu góp phần xử lý ô nhiễm kim loại nặng với chi phí thấp và có

thể áp dụng rất dễ dàng trong điều kiện sản xuất của nông hộ.

3.3. THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM

3.3.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu

tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống

như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi

ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những

nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới

hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích,... Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp

thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta

đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công

nghệ môi trường đặc biệt. Khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết từ

thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl

Scheele và Jan Ingenhousz. Tuy nhiên, mãi đến những năm 1990 phương pháp này

mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất và nước

bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ.

Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng

thực vật để xử lý môi trường bởi nhiều lý do: diện tích đất bị ô nhiễm ngày càng tăng,

các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ sinh thái, áp lực của

cộng đồng, sự quan tâm về kinh tế và chính trị,... Hai mươi năm trước đây, các nghiên

cứu về lĩnh vực này còn rất ít, nhưng ngày nay, nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ

72

và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như

một công nghệ mang tính chất thương mại. Hạn chế của công nghệ này là ở chỗ không

thể xem như một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi. Tuy nhiên, chiến

lược phát triển các chương trình nghiên cứu cơ bản có thể cung cấp được các giải pháp

xử lý đất một cách thân thiện với môi trường và bền vững. Năm 1998, Cục môi trường

Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng

trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại

1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu, kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương

pháp truyền thống trên 1 hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp

sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần.

Như vậy, xử lý đất bị ô nhiễm bằng thực vật hiện nay đang là hướng giải pháp

ưu tiên.

Cơ sở khoa học của sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm đất:

- Một số loại thực vật có khả năng chống chịu và thích nghi với môi trường độc

hại của đất.

- Có một số ít thực vật có khả năng hấp thu một số chất độc hại như kim loại

nặng, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ… và chúng sinh trưởng

và phát triển tốt trong môi trường độc hại ấy.

Cơ sở của giải pháp công nghệ sử dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm bao

gồm các quá trình sau:

- Chuyển hóa chất ô nhiễm (Phyto-transformation):

Áp dụng cho đất bị ô nhiễm bởi các chất thải hữu cơ giàu amoni, phosphat,

thuốc trừ cỏ, perclorat…. Thực vật thực hiện quá trình cố định các chất ô nhiễm và

chuyển hóa chúng trong quá trình trao đổi chất của mình. Các loại thực vật điển hình

là cây dương, liễu, cỏ linh lăng….

- Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation):

Áp dụng cho đất hoặc bùn lắng bị ô nhiễm bởi các chất bẩn hữu cơ có khả năng

phân hủy sinh học như BTEX, TPH, PAHs, PCBs và thuốc bảo vệ thực vật. Thực vật

tiết ra các chất để kích thích vi sinh vật vùng rễ như nấm men, nấm mốc, vi khuẩn phát

triển và phân giải các chất ô nhiễm qua quá trình trao đổi chất của chúng. Các loại thực

vật điển hình là các loại cỏ có rễ sợi (như cỏ đuôi trâu), các cây sản xuất các hợp chất

phenol (dâu, táo…), thực vật thủy sinh.

- Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization):

Công nghệ này được áp dụng để xử lý đất bị ô nhiễm bởi kim loại nặng và các

chất hữu cơ kỵ nước bằng cách sử dụng các loài cỏ có rễ sợi, ưa nước ngầm, hấp thụ

hay hấp phụ các chất ô nhiễm vào rễ làm giảm khả năng di động của chúng trong môi

trường.

- Công nghệ chiết xuất bằng thực vật (Phytoextraction):

73

Là quá trình sử dụng thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại nặng ở

đất vào trong rễ và vận chuyển chúng lên các bộ phận khác của cây. Tại đó, chất ô

nhiễm được tích lũy và có thể được thu hồi lại sau khi xử lý sinh khối. Thực vật được

sử dụng cho công nghệ này hiện nay khá phổ biến như cải xanh, hướng dương, thơm

ổi, dương xỉ, lau, cỏ vetiver….

- Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto-volatilization):

Sử dụng một số thực vật như cải xanh, một số cây chịu nước để loại bỏ một số

kim loại nặng ra khỏi đất và bùn lắng. Thông qua hoạt động sống của thực vật, các

chất ô nhiễm được hấp thụ và biến đổi thành dạng dễ bay hơi thoát ra không khí.

3.3.2. Ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm

3.3.2.1. Xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim

loại trong môi trường. Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các

ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật

không chỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc

hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau

của chúng.

Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một

số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên

thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối

nhanh. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao là

những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối

nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao.

Xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều

phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các kim loại nặng như:

- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài

thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các loài thực vật này phải kết

hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao. Có rất

nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất, nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ

hai (bảng 3.1). Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao

cũng rất cần thiết (bảng 3.2). Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm

cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm như Ni, Ti, Au,... có thể được

chiết tách ra khỏi cây.

- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi sự

hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả năng linh động

của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch

tán vào trong các chuỗi thức ăn.

Có khá nhiều loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại. Đây là các loài thực

vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ kim loại trong thân cao hơn nhiều lần

so với các loài bình thường khác. Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt

74

với các điều kiện môi trường và khả năng tích luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp

phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm.

Bảng 3.1: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao

Tên loài

Kim loại tích luỹ

trong thân

(g/g P khô)Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Madico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983

Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983

Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978

Berkheya codii 11.600 Ni Brooks, 1998

Psychotria douarrei 47.500 Ni Baker et al., 1985

Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997

Melastomamalabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998

(Barcelo J, 2003)

Bảng 3.2: Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất

Tên loài Khả năng xử lý Tác giả và năm công bố

Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999

Populus Ni trong đất, nước ngầm Punshon và Adriano, 2003

Brassica napus, B.

Juncea, B. nigra

Chất phóng xạ, KLN, Se

trong đất

Brown, 1996 và Banuelos et al,

1997

Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000

Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000 và Elkatib et al., 2001

Typha sp. Mn, Cu, Se trong nước thải

mỏ khoáng sản

Horne, 2000

Phragmites australis KLN trong chất thải mỏ

khoáng sản

Massacci et al., 2001

Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ

khoáng sản

MacCabe và Otte, 2000

Lemna minor KLN trong nước Zayed et al., 1998

(Barcelo J, 2003)

75

Hiện nay người ta đã tìm ra được hơn 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật

được biết là có khả năng hấp thụ kim loại nặng Các loài này thuộc thực vật thân thảo

hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ kim loại nặng và không có biểu hiện về mặt hình

thái khi nồng độ kim loại nặng trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình

thường khác.

Có nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của loại

công nghệ này:

- Giả thuyết sự hình thành phức hợp: Cơ chế loại bỏ các kim loại độc của các

loài thực vật bằng cách hình thành một phức hợp. Phức hợp này có thể là chất hoà tan,

chất không độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận của

tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không bào), ở đây chúng được

tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững.

- Giả thuyết về sự lắng đọng: Các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất, tích

luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, rửa trôi qua biểu bì

hoặc bị đốt cháy.

- Giả thuyết hấp thụ thụ động: Sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ của cơ

chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại

đất secpentin).

- Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu

sinh: Hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và các loài sinh

vật ăn lá đã được nghiên cứu.

Các loài thực vật điển hình trong xử lý kim loại nặng trong đất:

Một số thực vật phổ biến được sử dụng trong xử lý đất bị ô nhiễm kim loại

nặng như sau:

- Cây dương xỉ:

Đã có khá nhiều nghiên cứu về sử dụng cây dương xỉ trong việc xử lý đất bị ô

nhiễm kim loại nặng. Các kết quả nghiên cứu đều đi đến kết luận:

+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều

kiện nồng độ Pb trong đất đến 1.000 mg/kg đất.

+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều

kiện nồng độ Zn trong đất đến 1.500 mg/kg đất.

+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều

kiện nồng độ Cd trong đất đến 150 mg/kg đất.

+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong môi

trường ô nhiễm thạch tín (As) và có thể hút đạt đến 0,8 % As trong cây, cao hơn hàng

trăm lần so với bình thường, mà cây vẫn tốt tươi. Thạch tín được cây dương xỉ lưu

trong lớp lông tơ trên thân cây. Cây càng phát triển thì “nhu cầu” thạch tín càng lớn,

và chúng còn di truyền khả năng “ăn” chất độc sang các thế hệ sau.

76

Cây dương xỉ rất phổ biến ở Việt Nam và thông thường chúng sinh trưởng và

phát triển tốt quanh năm.

- Cỏ vetiver:

Tại Việt Nam còn có tên là cây Hương Bài.

Ngoài tác dụng chống xói mòn và là nguyên liệu ép dầu, cỏ vetiver còn có khả

năng thu hút kim loại nặng trong đất. Vì vậy cỏ vetiver được sử dụng như là một loại

cây tiên phong trong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng, nhất là các vùng đất sau

khai thác khoáng sản.

Cỏ vetiver có khả năng hấp thụ các kim loại nặng và các chất dinh dưỡng khác

trong đất và có thể chịu được những chất này dù ở hàm lượng rất cao. Tuy hàm lượng

những chất này trong cỏ vetiver nhiều khi không cao như ở một số giống cây siêu tích

tụ khác, nhưng do nó phát triển rất nhanh và cho năng suất rất cao nên cỏ Vetiver có

thể hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng và kim loại nặng lớn hơn nhiều so với phần lớn

các giống cây siêu tích tụ khác. Sự phân bố kim loại nặng trong cỏ vetiver có thể chia

làm 3 nhóm: Rất ít As, Cd, Cr và Hg do rễ hấp thụ được chuyển lên thân lá (1 – 5 %);

Một lượng vừa phải Cu, Pb, Ni và Se do rễ hấp thụ được chuyển lên thân lá (16 – 33

%) và Zn được phân bố đồng đều ở thân lá và rễ (40 %). Như vậy, cỏ vetiver có khả

năng hút mạnh nhất là Zn, Pb và Ni, là những nguyên tố kim loại nặng độc trong môi

trường đất.

Hình 3.7: Cây dương xỉ, cỏ vetiver

- Cây thơm ổi:

Cây thơm ổi còn có tên là cây hoa ngũ sắc, cây bông ổi. Là cây bụi thân gỗ.

Cây thơm ổi có khả năng hấp thu lượng kim loại nặng cao gấp 100 lần bình

thường và sinh trưởng rất nhanh. Món khoái khẩu của loài cây này là chì. Chúng có

thể "ăn" lượng chì cao gấp 500 - 1.000 lần, thậm chí còn lên tới 5.000 lần so với các

loài cây bình thường mà không bị ảnh hưởng. Thơm ổi được xem là loài siêu hấp thu

chì và cadimi.

Một nghiên cứu của Trường Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh về cây

thơm ổi đã kết luận: Sau 105 ngày thí nghiệm, khả năng hấp thu Pb của cây thơm ổi

cao hơn 506 ppm (trong điều kiện môi trường ô nhiễm Pb ở nồng độ 1.000 ppm) so

77

với cây sống trong điều kiện bình thường và 1.037 ppm (trong điều kiện môi trường

nhiễm chì 2.000 ppm).

Ngoài ra, kết quả thí nghiệm cũng cho thấy cây thơm ổi hấp thu Pb rất nhanh:

Trong điều kiện môi trường chứa 1.000 ppm chì, sau 24 giờ (kể từ thời điểm tăng đột

ngột nồng độ chì) rễ cây thơm ổi đã tích lũy một lượng chì hơn 470 lần so với cây đối

chứng (sống trong điều kiện môi trường bình thường); trong môi trường chứa 2.000

ppm chì thì rễ thơm ổi tích lũy một lượng chì hơn 969 lần so với cây đối chứng; trong

môi trường chứa 4.000 ppm chì, rễ thơm ổi tích lũy một lượng chì hơn 4.908 lần so

với cây đối chứng.

Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, cây thơm ổi có khả năng tích lũy chì cao

hơn 1 % so với trọng lượng khô của rễ và bộ phận rễ cây được xem là “kho” chứa chì.

Tương tự, đối với chất cadmium, cây thơm ổi cũng có khả năng hấp thu chất này rất

tốt.

Đặc biệt, nhóm nghiên cứu còn thông báo đến nay vẫn còn hai cây thơm ổi

sống trong môi trường ô nhiễm chì cực kỳ cao, nồng độ lên đến 10.000 ppm và 20.000

ppm. Nhóm nghiên cứu cho rằng đây là hai nguồn gen quí được tìm thấy để phục vụ

nghiên cứu về cây siêu tích lũy sau này.

- Cây cải:

Người ta đã tìm ra hàng trăm loài cải có khả năng hấp thu kim loại nặng trong

đất. Điển hình là khả năng hấp thu Cd và Pb của cải xanh và cải xoong.

Tuy nhiên việc sử dụng các loại cây cải vào xử lý kim loại nặng trong đất còn là

vấn đề đang cần xem xét vì đa số các loài cải là rau xanh thông dụng.

Hình 3.8: Cây thơm ổi, cải xanh

- Ngoài các loài cây nêu trên, hiện nay người ta còn tìm thấy khá nhiều loài

thực vật có khả năng hút kim loại nặng trong đất như cỏ mần trầu, mua, đơn buốt, ngải

dại, rau muống…và cả một số cây gỗ lớn như keo lá chàm, keo tai tượng…. Đây là

một triển vọng lớn cho hướng giải pháp sử dụng sinh học trong bảo vệ môi trường.

3.3.2.2. Xử lý đất nhiễm bẩn ngoài kim loại nặng

78

Đất bị ô nhiễm bởi các chất thải hữu cơ giàu amoni, phosphat, thuốc trừ cỏ,

perclorat…có thể sử dụng các loài thực vật như cỏ vetiver, cỏ voi, cỏ singnal, cây cọc

rào, cây dương, liễu, cỏ linh lăng, các loại cỏ có rễ sợi (như cỏ đuôi trâu), các cây sản

xuất các hợp chất phenol (dâu, táo…)… để làm sạch môi trường thông qua khả năng

chống chịu và sinh trưởng, phát triển bình thường của chúng.

3.4. THỰC VẬT TRONG HẤP PHỤ BỤI, KHÍ ĐỘC

3.4.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc

Nguyên lý của việc sử dụng thực vật trong lọc bụi và hấp phụ khí độc là dựa

vào khả năng của cây để xử lý ô nhiễm. Có thể chia thực vật thành hai nhóm:

- Nhóm một là những loài cây có khả năng chống chịu với bụi và hoặc các khí ô

nhiễm trong không khí gọi là cây chống chịu (tolerant). Chúng có khả năng sinh

trưởng và phát triển bình thường trong môi trường bị ô nhiễm độc hại.

- Nhóm hai là các loài thực vật dễ bị tổn thương bởi bụi hoặc các khí gây ô

nhiễm. Chính các loài cây này là cây chỉ thị để phát hiện sự có mặt các khí ô nhiễm có

mặt trong môi trường không khí.

Thực vật có một vai trò cực kỳ quan trọng trong cân bằng sinh thái của sinh vật

trên trái đất. Thực vật hút CO2 để tiến hành quang hợp và nhả ra O2 cho hoạt động

sống của vi sinh vật, động vật và con người. Vì vậy chức năng quan trọng số một của

thực vật là làm sạch môi trường không khí nhờ quá trình quang hợp.

3.4.2. Một số ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc

- Rừng:

Cây cối thông qua quá trình quang hợp đã hút lượng khí cacbonic và thải ra môi

trường lượng khí oxy. Nhờ đó mà con người và sinh vật mới có thể duy trì được sự

sống của mình, khí hậu mới được ổn định. Có người làm một phép tính, cây dẻ cao

33m có khoảng 110 nghìn lá thì diện tích lá là 340 m2. Một khu rừng có khoảng hơn

10 triệu cây thì diện tích lá cây che phủ là rất lớn, khả năng quang hợp cao. Mỗi một

năm, hệ thực vật trên Trái đất nhận 400 tỷ tấn cacbonic và thải ra 200 tỷ tấn oxy. Như

vậy cho thấy nếu không có rừng, con người cũng như hệ sinh vật sẽ chẳng thể tồn tại

được.

Rừng giữ vai trò lớn trong việc làm sạch hoá bầu không khí. Những thực vật

rừng có khả năng loại trừ toàn bộ những khí thải độc hại như: SO2, HF, Cl… SO2 là

loại khí rất độc, có mặt ở nhiều nơi. Khi nồng độ SO2 trong không khí lên tới 10 ppm

sẽ dẫn đến một số chứng bệnh như tim đập mạnh, loạn nhịp khó thở… Rừng có thể

hấp thụ khí SO2 đó và chuyển chúng thành những thành phần cấu tạo nên các axit gốc

amin trong các thân cây v.v… F cũng là một loại khí có hại với cơ thể con người. Nếu

chúng ta ăn phải hoa quả, thực phẩm, rau có hàm lượng F cao sẽ bị nhiễm độc, sinh

bệnh. Trong rừng có rất nhiều loại cây có thể hấp thụ thể khí này. Trung bình cứ một 1

ha cây ngân hoa có thể hấp thụ 11,8 kg F, 1 ha cây dâu tây là 4,3 kg F và 1 ha cây liễu

thì hấp thụ 3,9 kg F.

79

Rừng cũng là máy hút bụi khổng lồ của con người. Do trên mỗi phiến lá có một

lớp lông dày nên nó có thể chặn lại những chất gây ô nhiễm, lọc và hấp thụ lại chúng

làm trong sạch môi trường. Các nhà khoa học đưa ra số liệu: Trung bình 1 năm, cứ 15

mẫu đất trồng cây tùng có thể loại trừ được 36 tấn khói bụi trong không khí, 1 m 2 cây

phù du có thể ngăn được 3,39 tấn bụi thải. Trong rừng cành và lá cây tương đối rậm

rạp um tùm nên làm giảm sức gió. Do vậy nên số bụi thải công nghiệp trong không khí

đã bị giữ lại gần hết, sau một trận mưa lớn, số bụi còn lại được trở về với đất, nhờ vậy

mà không khí được trong lành và mát mẻ hơn. Lá cây sau khi được sạch bụi lại tiếp tục

quá trình giữ bụi và chu trình làm sạch không khí mới được bắt đầu.

Rừng quả thật là “Lá phổi của Trái đất”, không có rừng, tất cả mọi sinh vật trên

Trái đất này kể cả con người sẽ không thể hô hấp, khó có thể sinh tồn và phát triển.

- Cây xanh trong nhà:

Cây xanh trong nhà ở, văn phòng không chỉ là cây cảnh, vật trang trí mà còn có

tác dụng tuyệt vời trong làm sạch môi trường không khí trong nhà và văn phòng.

Hầu hết các loại cây xanh trồng trong chậu đặt trong nhà ở, văn phòng có khả

năng làm sạch không khí trong nhà. Như: Thường xuân Anh quốc, lục trảo trổ, ráy leo

lá xẻ, bạch diệp, vạn niên thanh, cau tre, lưỡi cọp sọc hoặc lưỡi cọp mép lá vàng, ái

mộc lá hình tim, ái mộc selloum, ái mộc tai voi, huyết giác Madagascar, thiết mộc lan,

phất dụ Janet Craig, phất dụ to, sanh, cúc đồng tiền, cúc hoa trắng, đa cao su,  cốt cắn

Boston, cốt cắn nữ hoàng Kimberly, chà là cảnh, cau vàng, hoàng thảo, hồ điệp ….

Đã có nhiều nghiên cứu trên những loại cây dùng làm cảnh trong các phòng làm

việc và nhà ở. Mỗi loài cây có khả năng hấp thu được một số hóa chất gây ô nhiễm.

Như sau 24 giờ trong điều kiện luôn luôn có ánh sáng, một cây lô hội khử được đến 90

% formaldehyd trong 1m3 không khí. Cũng trong điều kiện đó dây thường xuân hấp

thu 90 % và cây bồng bồng hấp thu 79 % benzen. Ước tính cứ 9 m 2 mặt bằng trong

nhà cần có một cây xanh để duy trì chất lượng không khí có lợi cho sức khoẻ.

Theo tài liệu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khẳng định các chất gây ô

nhiễm trong nhà có thể gây nên nhiều vấn đề sức khỏe. Mỗi năm có hơn 1,6 triệu

người chết vì ô nhiễm trong nhà. Tại nhiều khu vực trên thế giới, mức độ ô nhiễm

không khí trong nhà cao gấp 12 lần so với không khí ngoài trời. Nguyên nhân là không

khí trong nhà chứa những hóa chất độc hại từ sơn tường, vec ni, chất dính, đồ đạc,

quần áo, những chất hòa tan, vật liệu xây dựng và thậm chí vòi nước. Đó là những hợp

chất hữu cơ dễ bay hơi có khả năng gây nên nhiều bệnh cho người (như viêm, sưng và

xuất huyết ở phổi). Ngoài ra, các thiết bị văn phòng (như máy điều hòa, máy

photocopy, máy in) cũng thải ra chất độc hại trong quá trình hoạt động.

Một nghiên cứu mới của Đại học Georgia (Mỹ) chứng minh rằng nhiều loại cây

cảnh có thể làm giảm đáng kể mức độ căng thẳng và nhiều loại bệnh, đồng thời làm

tăng hiệu suất lao động vì chúng “hút” những hóa chất độc hại trong phòng. Thậm chí

các nhà khoa học còn tìm ra một số loại cây cảnh mà mọi công ty nên trồng trong văn

phòng, xưởng sản xuất, chẳng hạn như dương xỉ rêu, thường xuân.

80

Cải thiện chất lượng không khí: Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng chất

lượng không khí trong nhà tăng lên khi có cây xanh. Một số người cho rằng chúng làm

tăng lượng O2 trong nhà, nhưng thực tế không hoàn toàn đúng như vậy. Thực vật còn

có thể hấp thụ những độc tố như carbon monoxide (CO), một số hợp chất hữu cơ dễ

bay hơi và thậm chí các nhóm xyanua và chuyển hóa chúng. Cây cối cũng có thể hấp

thụ các phân tử kim loại nặng và giữ chúng bên trong thân. Trước khi sơn tường, bạn

nên trồng một số cây trong nhà để chúng "hút" các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thoát ra

từ sơn, nhờ đó mọi người sẽ không hít phải chúng.

Ngăn chặn dị ứng: Cây cối góp phần làm tăng độ ẩm không khí, bởi khi một

giọt nước xâm nhập vào rễ cây, nó sẽ di chuyển lên thân qua hệ thống mao mạch rồi

hòa lẫn vào không khí. Khi độ ẩm không khí tăng, các chất có hại cho sức khỏe như

bụi và phấn hoa sẽ giảm vì hơi ẩm khiến những hạt nhỏ li ti nặng hơn và rơi xuống

dưới. Một điều nghịch lý là thực vật ngoài trời là một trong những tác nhân gây dị ứng

cho con người, trong khi cây cối trong nhà giúp chúng ta ngăn chặn hiện tượng dị ứng.

Nhà ở của người Việt thường gắn liền và hòa hợp với thiên nhiên. Một không

gian xanh trong nhà không chỉ là mang ý nghĩa đó mà còn có ý nghĩa về mặt tâm linh.

Chọn lựa cây xanh trong nhà ở không những đem lại vẻ tươi mát mà còn đem lại sinh

khí cho nơi ở.

Hình 3.9: Lan ý, cây phát tài (thiết mộc lan)

Lan ý (Spathiphyllum sp) : lọc được nhiều độc tố như aceton, benzene,

formaldehyde và trichloroethylene. Cây phát tài (thiết mộc lan) (dracaena janet

Craig) : hút được khí trichloroethylene….

3.5. VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT TRONG VIỆC GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG ỒN

Cây xanh còn có tác dụng giảm tiếng ồn. Sóng âm truyền qua các dải cây xanh

sẽ bị suy giảm năng lượng, mức cường độ âm thanh giảm đi nhiều hay ít phụ thuộc

vào mật độ lá cây, kiểu lá và kích thước của cây xanh và chiều rộng của dải đất trồng

81

cây. Các dải cây xanh sẽ có tác dụng làm phản xạ âm, do đó làm giảm mức ồn trong

đô thị.

Âm thanh phản xạ qua lại

nhiều lần qua các tán cây sẽ

giảm lượng âm thanh đáng kể.

Vì vậy, thiết kế các lớp cây

trồng xen kẽ cây bụi, cây thấp

tầng và cây cao để giảm bớt âm

thanh thành phố đến các công

trình, nhà ở là một giải pháp vừa

làm đẹp cảnh quan vừa làm sạch

ô nhiễm tiếng ồn.

Hình 3.10: Cây xanh đô thị làm giảm tiếng ồn

Câu hỏi ôn tập:

1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải?

2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải?

3. Trình bày nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải?

4. Trình bày phương pháp “cánh đồng tưới”?

5. Trình bày phương pháp “bãi lọc trồng cây”?

6. Trình bày xử lý nước thải bằng thực vật nổi?

7. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm?

8. Trình bày ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng?

9. Xử lý đất nhiễm bẩn ngoài kim loại nặng?

10. Một số ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc?

11. Trình bày vai trò của thực vật trong giảm ô nhiễm tiếng ồn?

82

CHƯƠNG 4

ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

4.1. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI

4.1.1. Nguyên lý của ứng dụng động vật trong xử lý rác thải

Hiện nay, ứng dụng động vật trong xử lý rác thải ở quy mô lớn chưa thật sự phổ

biến, vì hiệu quả xử lý không bằng sử dụng vi sinh vật. Tuy nhiên, ở quy mô nhỏ động

vật thật sự đóng góp quan trọng trong phân hủy rác thải, nhất là ở vùng nông thôn.

Nguyên lý chung là:

- Sử dụng động vật phân hủy rác thải do hoạt động đồng hóa dinh dưỡng của

chúng.

- Sử dụng rác thải như là nguồn thức ăn để sản xuất một số động vật có lợi.

Ðộng vật đất gồm giun đất, tiểu túc, nhuyễn thể và động vật có xương… tham

gia tích cực vào quá trình phân huỷ xác động thực vật, đào xới đất, tạo điều kiện cho

không khí, nước và vi sinh vật thực hiện quá trình phân huỷ chất hữu cơ, giúp cho thực

vật bậc cao dễ dàng lấy được chất dinh dưỡng từ đất.

4.1.2. Một số ứng dụng động vật trong xử lý rác thải

Giun xử lý rác thải:

- Các nhà khoa học Việt Nam đã thử nghiệm thành công phương pháp nuôi

giun bằng rác thải, nhằm giải quyết nạn ô nhiễm môi trường do rác gây ra, đồng thời

cung cấp thức ăn cho gia súc. Loài giun này được nhập từ Philippines, có ưu điểm là

dễ nhân nuôi, sinh sản nhanh, thích nghi tốt với khí hậu nước ta.

Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật đã nghiên cứu kinh nghiệm dân gian, kết

hợp với các kiến thức khoa học hiện đại để cho ra đời một quy trình xử lý rác thải nhờ

giun đất Phillipinnes. Loài giun này có tên khoa học là perionyx excavalus, có thể tiêu

hoá chất thải rất tốt. Theo tính toán, để phân hủy 1 tấn rác hữu cơ trong một năm,

nguời ta cần khoảng 1.000 con giun giống và các thế hệ con cháu của chúng.

Trên thực tế, việc nuôi giun đất để xử lý ô nhiễm môi trường đã được nhân dân

ta áp dụng từ lâu. Kinh nghiệm này đã được phổ biến rộng rãi nhất ở Hà Đông. Nhân

dân ở đây thường làm chuồng gà phía trên và nuôi giun đất phía dưới, vì phân do gà

thải ra là nguồn thức ăn tốt cho giun đất. Mặt khác nhờ giun đùn đất, tiêu hoá và thải ra

chất hữu cơ, mà sau một thời gian, đất ở phía dưới chuồng gà sẽ tơi xốp, rất tốt cho

cây trồng. Khi đó, người ta lại chuyển chuồng gà ra chỗ khác, cứ như vậy... Chu trình

khép kín này khiến cho việc nuôi gia cầm không gây ô nhiễm môi trường.

- Wormtech Limited là một công ty tư nhân tại Anh đang áp dụng phương pháp

sử dụng giun đất để làm phân rã rác thải, từ đấy sản xuất phân bón và các loại sản

phẩm khác. Theo dự tính, công việc biến rác thải thành sản phẩm hữu cơ đòi hỏi phải

có khoảng 30.000 tấn giun đất, nhờ đó tạo được công ăn việc làm cho khoảng 20 lao

động địa phương. Graham Owen, thành viên của Wormtech, cho biết: "Chúng tôi bắt

83

đầu thu thập rác thải từ tháng 6 năm ngoái. Trong địa phận hạt Monmouthshire có

khoảng 30.000 hộ gia đình, và cho đến nay chúng tôi đã thu thập đủ rác để phục vụ

mục đích tái chế thành phân bón. Mặc dù vậy, chúng tôi vẫn quyết định thử cho giun

đất "tham gia" sản xuất phân bón hữu cơ và các sản phẩm khác. Công việc chuẩn bị

cho nhà xưởng sẽ mất khoảng ba tháng, sau đó chúng tôi sẽ mang giun tới để chúng tự

hoàn tất nốt phần việc còn lại. Lũ giun cần khoảng một tháng để làm phân rã toàn bộ

chỗ rác, cung cấp nguyên liệu cho chúng tôi sản xuất khoảng 12 loại sản phẩm hữu

cơ".

- Theo GS.TS. Bùi Công Hiển - Giám đốc Trung tâm Ứng dụng Côn trùng

học, Đại học Quốc gia Hà Nội, việc nuôi giun xử lý rác thải không có gì mới đối với

một số nước tiên tiến, nhưng còn mới ở Việt Nam vì quan niệm giun là bẩn. Nhưng

một ngày, 1kg giun có thể xử lý được 4 – 6 kg rác thải hữu cơ trong gia đình, rất phù

hợp với điều kiện nông thôn như ở nước ta, bởi nó sẽ kết hợp được cả hai việc là xử lý

rác thải và chăn nuôi. Có thể dùng các thùng to hai lớp, một lớp đựng giun và thức ăn

là rác thải, phía trên có lớp vải đay ngăn không cho giun bò ra ngoài, lớp còn lại đựng

phân giun. Hàng ngày có thể tận dụng phân đó để bón rau hoặc nuôi gà, lợn.

Hình 4.1: Giun đất xử lý rác thải

Nhộng ruồi xử lý rác thải:

Thế giới cũng như tại Việt Nam hiện nay người ta sử dụng nhộng ruồi để xử lý

các loại phân gia súc, gia cầm, các dư thừa thực vật từ trang trại, sản phẩm tồn trữ bị

thải loại, sản phẩm dư thừa từ quá trình chế biến thực phẩm, chất thải từ nhà hàng, nhà

bếp.

Một kết quả nghiên cứu từ Trường Đại học Nông Lâm TPHCM cho thấy khi sử

dụng nhộng ruồi để phân hủy rác thải rất có hiệu quả. Nhộng ruồi là một loại côn trùng

có khả năng xử lý rác thải, phát triển nhanh trên môi trường có nguồn dinh dưỡng cao

như các loại xác động vật phân hủy, thức ăn thừa. Ấu trùng có màu sáng trong môi

trường chứa một lượng nước thích hợp và có màu xám đen trên môi trường có nguồn

thức ăn khô hơn.

Sau một tháng nuôi nhộng ruồi, thể tích chất thải giảm xuống 75 %, số nhộng

ruồi thu được lên tới 1kg/4,5kg thức ăn. Như vậy có thể ứng dụng rộng rãi vào thực tế

84

bằng cách xây dựng các khu xử lý chất rác thải tập trung để nuôi nhộng ruồi. Sau đó sẽ

tiến hành phân loại kết quả thu được, biến nhộng ruồi làm thức ăn chăn nuôi, rác thải

bị phân hủy nhưng vẫn bảo vệ môi trường. Đó là đầu ra tốt cho nguồn chất thải sinh

h

oạt.

Hình 4.2: Nhộng ruồi

4.2. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM

Động vật có ý nghĩa không nhiều trong xử lý nước bị ô nhiễm. Tuy vậy, hiện

nay xử lý các ao hồ tại các đô thị bị ô nhiễm bởi phú dưỡng hoặc nhiễm bẩn kim loại

nặng đang đòi hỏi phải tìm ra biện pháp hữu hiệu và ít tốn kém.

Ngoài việc sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm nước ao hồ, hiện nay người ta

còn sử dụng động vật thủy sinh.

Trong các động vật thủy sinh có thể sử dụng cho làm sạch môi trường nước

phải kể đến các loài cá. Có thể áp dụng cá trong bảo vệ môi trường nước như sau:

- Cá làm chỉ thị để xác định xem nước có ô nhiễm hay không (đọc chương 1).

- Cá làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm: Người ta lựa chọn một số loại cá có

khả năng chống chịu và có khả năng ăn các chất ô nhiễm và tảo độc trong nước để làm

sạch môi trường nước.

Ví dụ ở Trung Quốc: Trong những năm gần đây Thái Hồ của Trung Quốc bị ô

nhiễm nặng nề bởi chất thải công nghiệp và nông nghiệp. Nước bẩn trong hồ tạo điều

kiện thuận lợi cho sự phát triển của tảo độc. Sự hiện diện của tảo khiến cản trở khả

năng tiếp nhận ánh sáng mặt trời của nước và hoạt động hô hấp của sinh vật trong hồ.

Theo AFP, giới chức tỉnh Chiết Giang và Giang Tô từng thả 10 triệu cá chép

xanh và cá mè trắng để làm sạch hồ vào tháng 2 năm ngoái, sau khi tảo làm bẩn nguồn

cung cấp nước cho hàng triệu người dân.

85

Hiện nay người ta đã thả tiếp khoảng 20 triệu con cá ăn tảo xuống hồ. Chi phí

cho chiến dịch thả cá lên tới 1,3 triệu USD. Chính phủ và người dân đã quyên tiền cho

chiến dịch này. Mỗi con cá mè trắng có thể ăn 50 kg tảo và các loại sinh vật phù du

khác trong suốt cuộc đời. Tuy nhiên, trọng

lượng của nó chỉ tăng thêm 1 kg trong suốt

quá trình đó.

Hình 4.3: Thái Hồ và sự phát triển

của tảo độc

4.3. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG CẢI TẠO ĐẤT

Đã từ lâu người ta biết đến vai trò cải tạo đất của hệ động vật đất, trong đó đáng

lưu ý là giun đất. Đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về vai trò của giun đất trong

cải tạo đất và có thể thấy chúng có vai trò như sau:

- Cày xới đất làm cho đất tơi xốp.

- Khi tiến hành đồng hóa dinh dưỡng sẽ tạo ra phân giun, đó là những kết cấu

viên bền vững cho đất.

- Tiêu thụ các chất bẩn ô nhiễm môi trường đất.

Ngoài giun đất, hiện nay người ta còn quan tâm đến kiến, mối và các loại động

vật thân mềm khác sống trong đất. Chúng cũng có vai trò trong cải tạo đất và xử lý ô

nhiễm đất.

Câu hỏi ôn tập:

1. Nguyên lý của ứng dụng động vật trong xử lý rác thải?

2. Một số ứng dụng động vật trong xử lý rác thải?

3. Trình bày ứng dụng động vật trong xử lý ô nhiễm nướ?

4. Trình bày ứng dụng động vật trong cải tạo đất?

86

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

Tiếng Việt:

Nguyễn Thế Đặng, Đào Châu Thu và Đặng Văn Minh, 2003

Đất đồi núi Việt Nam. NXB Nông nghiệp, Hà Nội

Nguyễn Thế Đặng, Đặng Văn Minh, Nguyễn Thế Hùng, Hoàng Hải, Đỗ Thị Lan, 2008

Giáo trình Đất trồng trọt. NXB Nông nghiệp, Hà Nội

Nguyễn Đường và Nguyễn Xuân Thành, 1999

Giáo trình Sinh học đất. NXB Nông nghiệp, Hà Nội

Lê Văn Khoa, 2004

Sinh thái và môi trường đất. NXB Đại học quốc gia Hà Nội

Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Quýnh và Nguyễn Quốc Việt, 2007

Chỉ thị sinh học môi trường. NXB Giáo dục, Hà Nội

Đặng Đình Kim, 2010

Báo cáo đề tài KC 08.04/06-10: Nghiên cứu ứng dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản.

Hoàng Hải và Dư Ngọc Thành, 2008

Giáo trình Vi sinh vật đại cương. NXB Nông nghiệp, Hà Nội

Trần Thị Thanh, 2007

Công nghệ vi sinh. NXB giáo dục, Hà Nội.

Trần Cẩm Vân, 2005

Giáo trình vi sinh vật học môi trường. NXB ĐHQG, Hà Nội

Tiếng Anh:

Edward J. Plaster. 1992

Soil science and management. The third edition. Delmar Publisher. ITP

Malcolm E.S, 2000

Handbook of Soil Science. CRS Press LLC

Nguyen The Dang and C. Klinnert, 2001

Problems and solutions for organic management in Vietnam. Proceedings of International workshop on tropical organic management: Opportunities and limitation, Bonn (Germany); 7-10 June 1999. Kluwer Express, Holland

Nyle C. Brady and Ray R. Weil, 1999

The Nature and Properties of Soils. Prentice Hall, INC. USA

Scheffer und Schachtschabel, 1998

Lehrbuch der Bodenkunde. Enke Verlag Stuttgart, Germany

Schnitzer M. and S.U. Khan, 1978

Soil organic matter. Elsevier, Amsterdam

Stevenson F.J., 1986

Cycle of soil. CRS Press LLC

87