Cơ chế xử lý ô nhiễm của đất ngập nước

Đất ngập nước đóng vai trò rất quan trong trong hệ sinh thái thực vật môi trường tự nhiên cũng như mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống hằng ngày của con người. Đất ngập nước được phân ra hai loại: đất ngập nước tự nhiên và đất ngập nước nhân tạo.

Trong quá trình phát triển chịu ảnh hưởng từ thiên nhiên cũng như cong người dẫn đến nhiều vùng đất ngập nước bị ô nhiễm và cần được xử lý khắc phục để trả lại sự trong sạch. Vậy cơ chế xử lý ô nhiễm của đất ngập nước cần làm những gì, thực hiện ra sao. Mời bạn đọc tìm hiểu rõ hơn trong bìa viết này.

Xử lý các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học

Trong các bãi lọc đất ngập nước, phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) có trong nước thải, BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng.

Bãi lọc đất ngập nước về cơ bản hoạt động như bể lọc sinh học. Tuy nhiên, đối với bãi lọc đất ngập nước, vai trò của vi sinh vật lơ lửng dọc theo chiều sâu cột nước của bãi lọc đối với việc loại bỏ BOD cũng rất quan trọng.

Cơ chế loại bỏ BOD trong các màng vi sinh vật bao bọc xung quanh lớp vật liệu lọc tương tự như trong bể lọc sinh học nhỏ giọt. Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuếch tán.

Nước thải sinh hoạt là gì? Nguồn gốc, tính chất nước thải sinh hoạt

Vai trò của thực vật trong đất ngập nước là:

Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học hiếu khí cư trú.
Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ.

Quá trình loại bỏ các chất rắn

Các chất rắn lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống bãi lọc trồng cây có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua cơ chế lọc (nếu có sử dụng cát lọc).

Các cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng. Thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong việc loại bỏ các chất rắn.

Quá trình khử nitơ

Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau:

Nitrat hóa/khử nitơ.
Sự bay hơi của ammoniac (NH3).
Sự hấp thụ của thực vật.

Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hóa và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất. phần ngập nước của thực vật có than nhô lên khỏi mặt nước.

Nitơ hữu cơ bị oxy hóa thành NH4+ trong cả hai lớp đất oxy hóa và khử. Lớp oxy hóa và phần ngập nước của thực vật là nơi chủ yếu xảy ra quá trình nitrat hóa, tại đây NH4+ chuyển hóa thành NO2- bởi vi khuẩn nitrosomonat và cuối cùng thành NO3- bởi vi khuẩn nitrobacter.

Ở môi trường nhiệt độ cao hơn, một số NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí. Nitrat trong tầng khử sẽ bị hụt đi nhờ quá trình khử nitrat, lọc hay do thực vật hấp thụ. Tuy nhiên, nitrat được cấp vào từ vùng oxy hóa nhờ hiện tượng khuếch tán.

Đối với bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng lá, than, rễ của các cây trồng trong bãi lọc và tạo nên một lớp giàu oxy tương tự như lớp bề mặt chung giữa đất và nước.

Nhờ quá trình nitrat hóa diễn ra ở vùng hiếu khí, tại đây NH4+ bị oxy hóa thành NO3-. Phần NO3- không bị cây trồng hấp thụ sẽ bị khuếch tán vào vùng thiếu khí, và bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử nitrat. Lượng NH4+ trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4+ từ vùng thiếu khí khuếch tán vào.

Quá trình khử photpho

Cơ chế loại bỏ photpho trong bãi lọc đất ngập nước gồm có:

Sự hấp thụ của thực vật.
Các quá trình đồng hóa của vi khuẩn.
Sự hấp phụ lên đất, vật liệu lọc (chủ yếu là lên đất sét) và các chất hữu cơ.
Kết tủa và lắng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+ và Mn2+.

Khi thời gian lưu nước dài và đất sử dụng có cấu trúc mịn thì các quá trình loại bỏ photpho chủ yếu là sự hấp phụ và kết tủa, do điều kiện này tạo cơ hội cho quá trình hấp phụ photpho và các phản ứng trong đất xảy ra.

Vai trò của thực vật trong vấn đề loại bỏ photpho vẫn còn là vấn đề tranh cãi.

Dù sao, đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn photpho ra khỏi hệ thống bãi lọc. Các quá trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưa được photpho vào đất hay vật liệu lọc. Khi lượng photpho trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì vật liệu lọc hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ.

Đất ngập nước nhân tạo là gì? phân loại đất ngập nước nhân tạo

Quá trình xử lý kim loại nặng

Các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại mạnh rất khác nhau. Thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, cơ chế hóa học lớp trầm tích bà hoạt động của vi sinh vật. các vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu các kim loại nặng.

Cơ chế loại bỏ chúng gồm có:

Kết tủa và lắng ở dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfit, kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu.
Hấp thụ lên các kết tủa oxy hydroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí.
Kết hợp lẫn thực vật và đất – Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc cây trồng.

Quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các hệ thống chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) và hấp phụ của thực vật.Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm.

Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lí lên bề mặt các chất lắng được và sau đó là quá trình lắng. Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu bãi lọc. Các chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ.

Quá trình xử lý vi khuẩn, virut

Về bản chất cũng giống như quá trình loại bỏ các vi sinh trong hồ sinh học. Vi khuẩn và virut có trong nước thải được loại bỏ nhờ:

Các quá trình vật lí như lắng, dính kết, lọc, hấp phụ.
Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài.

Cơ chế xử lý ô nhiễm của đất ngập nước