Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè (Jatropha curcas L) trên mô hình bãi lọc thực vật

giảm nghèo, tạo việc làm, tăng thu nhập và cải thiện điều kiện sống cho người nông dân. Tuy nhiên từ việc phát triển cao độ này, đã làm phát sinh một vấn đề nan giải, thu hút sự quan tâm sâu sắc của xã hội đó là sự ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam nói chung và khu vực phía Nam nói riêng, khía cạnh môi trường của ngành chăn nuôi chưa được quan tâm đúng mức. Trong quá trình phát triển sản xuất chăn nuôi với qui mô ngày càng lớn như hiện nay, một lượng chất thải sinh ra gây tác hại xấu đến môi trường. Theo tính toán của V. Klooster, 1996, thì lượng NH3 phát sinh từ chăn nuôi vào khí quyển vào khoảng 45 ´ 1012 gT N/năm, nhiều hơn bất kỳ từ nguồn nào khác. Để sản xuất 1000 kg thịt heo thì đồng thời hàng ngày sản sinh ra 84 kg nước tiểu, 39 kg phân, 11 kg TS, 3,1 kg BOD5, 0,24 NH4-N, chưa kể ô nhiễm từ nước tắm và rửa chuồng. Theo số liệu thống kê 01/10/2008, Việt Nam có gần 2,90 triệu con trâu; 6,34 triệu con bò; 26,701 triệu con lợn; 247,320 triệu con gia cầm; 1,48 triệu con dê, cừu; 121 ngàn con ngựa. Với lượng gia súc này ước tính chất thải rắn của đàn vật nuôi nước ta khoảng 80-90 triệu tấn, chất thải lỏng ước tính vài chục tỷ m3; chất thải khí khoảng vài trăm triệu tấn. Đây là một trong nguồn thải gây ô nhiễm nguồn nước và không khí và đang trở thành một vấn đề quan tâm của công chúng và các cơ quan quản lý môi trường. Để giải quyết bài toán về môi trường, các nhà quản lý môi trên thế giới cũng như Việt Nam ta thường áp dụng các biện pháp kỹ thuật, đưa các trang thiết bị vào quá trình xử lý nhằm giữ lại các chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng từ dạng độc sang dạng không độc, thải ra môi trường. Nhưng với giải pháp này, lại tạo ra sản phẩm vô cơ và chất độc hại, và đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành lớn mà không phải cơ sở sản xuất nào cũng thực hiện được, đặc biệt là những hộ kinh tế chăn nuôi nhỏ lẻ ở nông thôn Việt Nam. Trước tình hình đó, việc tìm ra những phương pháp xử lý mà ít tốn kém và ít sử dụng hoá chất là vấn đề đang được các nhà nghiên cứu tìm hiểu. Trước yêu cầu đó phương pháp phytoremediation sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ chất ô nhiễm trong môi trường nước hay đất để xử lý, cải tạo môi trường bị ô nhiễm đã được tìm ra và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Phương pháp sử dụng thực vật xử lý chất ô nhiễm là một phương pháp đơn giản, vốn đầu tư thấp, không tạo ra các sản phẩm vô cơ và chất độc hại, thích hợp cho hộ chăn nuôi nhỏ lẻ ở những vùng nông thôn, những vùng chưa có hoặc thiếu điện. Hơn thế nữa sử dụng thực vật còn mang lại vẻ đẹp về mặt cảnh quanvà tạo ra một nguồn năng lượng sạch đáp ứng được nhu cầu về năng lượng đang thiếu thốn của thế giới. Vì vậy sử dụng thực vật để xử lý nước thải chăn nuôi nhằm góp phần tìm ra một giải pháp thích hợp cho công tác giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ hệ thống sản xuất ngành chăn nuôi và giải quyết vấn đề năng lượng cho xã hội. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè (Jatropha curcas L.) trên mô hình bãi lọc thực vật. Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra các thông số: - Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc thực vật trồng cây dầu mè, thể hiện qua việc khảo sát về lượng nước tưới, nồng độ nước thải chăn nuôi thích hợp, thời gian lưu nước. - Nghiên cứu khả năng sử dụng nước thải chăn nuôi như một nguồn dinh dưỡng thông qua các khảo sát: phát triển chiều cao, tích lũy sinh khối của cây dầu mè. Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu về thành phần, tính chất của nước thải, đời sống và khả năng phát triên của cây dầu mè (Jatropha curcas L.), khả năng lọc nước của đất và các đề tài nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật tương tự khác. - Chuẩn bị mô hình thí nghiệm: dựng mô hình và đo đạc các thông số vật lý, hóa học của mô hình; tạo điều kiện thích nghi cho cây dầu mè, đo đạc các thông số đầu vào của nước thải chăn nuôi. - Vận hành mô hình: Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng xử lý nước của cây dầu mè thông qua các khảo sát ngưỡng chịu đựng của cây, lượng nước tưới, nồng độ thích hợp và thời gian lưu nước tối ưu , được kiểm tra qua: tốc độ bay hơi nước bề mặt,các biểu hiện của cây trong môi trường nước thải, các chỉ tiêu tăng trưởng, phát triển của thực vật, các chỉ tiêu COD, BOD5, SS, N, P. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu khả năng sử dụng nước thải chăn nuôi làm nguồn dinh dưỡng thông qua các khảo sát các chỉ tiêu tăng trưởng của cây, phát triển chiều cao, tốc độ phát triển lá, tăng trưởng sinh khối của cây, khả năng tích lũy đạm trong cơ thể của cây cũng như các thành phần của cây. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu, thu thập tài liệu liên quan đến đề tài như thành phần tính chất nước nước thải chăn nuôi, phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật. - Phương pháp lấy mẫu. - Phương pháp nghiên cứu trên mô hình. - Phương pháp phân tích để đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của cây dầu mè thông qua sự biến thiên đầu vào và đầu ra của các chỉ tiêu COD, BOD5, SS, N, P. - Phương pháp quan sát, ghi hình, đo đạc những thay đổi của thực vật khi thích nghi với môi trường nước thải, và các chỉ tiêu sinh trưởng của cây như chiều cao, số lượng lá… Giới hạn đề tài Thực hiện trên mô hình đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bên dưới. Chỉ kiểm tra các thông số BOD5, COD, tổng N,P và SS. Đề tài nghiên cứu chỉ mới thực hiện trong phạm vi mô hình, chưa thực hiện ra ngoài môi trường. Thực vật sử dụng là cây dầu mè 2 tháng tuổi, chưa khảo xác được khả năng xử lý nước của thực vật qua các giai đoạn phát triển của cây. Chỉ mới khảo xác trên loại nước thải chăn nuôi . Thời gian địa điểm Thời gian: đồ án được thực hiện trong thời gian 3 tháng từ ngày 01/4/2010 đến ngày 01/07/2010. Địa điểm: Mô hình được đặt tại nhà 155/13 Cao Đạt Phường 1 Quận 5. Các chỉ tiêu được phân tích tại : phòng thí nghiệm khoa môi trường và công nghệ sinh học của trường đại học kỹ thuật công nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu sẽ xác đinh được khả năng xử lý của cây Jatropha đối với môi trường nước thải chăn nuôi, các thông số này rất cần thiết để tính toán ra một bãi lọc thực vật hoàn thiện để xử lý nước thải chăn nuôi. Ý nghĩa thực tiễn Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ ngành chăn nuôi, giúp ngành chăn nuôi ngày càng phát triển hơn.Ngoài ra bãi lọc thực vật sẽ tạo ra một nguồn lợi lớn từ việc thu hoạch hạt cây Jaropha, tạo thêm việc làm cho người dân, cải tạo vi khi hậu xung quanh bãi lọc thực vật. Tính mới của đề tài Việc sử dụng thực vật để xử lý, loại bỏ chất ô nhiễm đã được áp dụng rộng rãi từ lâu, đây là một phương pháp, một công nghệ thân thiện với môi trường, không hoặc ít dùng hóa chất, chi phí xử dụng thấp hơn rất nhiều so với các công nghệ truyền thống. Tuy nhiên đề tài đưa ra một hướng mới là sử dụng cây Jatropha để xử lý chất thải, cây có ưu điểm là có khẳng chịu hạn cao, thích nghi với môi trường nước thải tốt và hơn hết là có tuổi thọ cao hơn các loài cây thủy sinh, cây thủy sinh có tuổi thọ thấp nên khi chết đi sẽ tạo ra một nguồn ô nhiễm khác. Ngoài các tính năng đó, cây Jatropha cung cấp một nguồn lợi lớn, cũng như cung cấp một nguồn nguyên liệu sạch, hạn chế được việc khai thác dâu mỏ dưới lòng đất, gây ô nhiễm cho môi trường. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA ĐỀ BÀI Tổng quan về chất thải chăn nuôi và tác động môi trường của chất thải chăn nuôi Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi Nguồn phát thải ô nhiễm Chất thải sinh ra do hoạt động chăn nuôi bao gồm chất thải ở dạng lỏng như phân, thức ăn, ổ lót, xác gia súc, gia cầm chết, vỏ bao bì thuốc thú y, nước tiểu, nước rửa chuồng…và khí thải chăn nuôi. Khối lượng chất thải sinh ra từ vật nuôi phụ thuộc vào chủng loại, giống, giai đoạn sinh trưởng, chế độ dinh dưỡng và phương thức vệ sinh chuồng trại. Số lượng gia súc, gia cầm như hiện nay thì khối lượng chất thải hàng ngày do ngành chăn nuôi tại Thành Phố Hồ Chí Minh thải ra đến vài trăm ngàn tấn dưới nhiều dạng rắn, lỏng, khí. Thành phần chất thải rắn Xác gia súc Chúng có đặc tính phân huỷ sinh học, bốc mùi hôi thối lan nhanh trong không khí và cũng như tác nhân truyền cho người và vật nuôi.Thường heo chết sau 2 ngày là mùi sinh rất khó chịu, nếu xử lý không kịp để lâu sẽ gây tác hại rất nghiêm trọng đến môi trường. Thức ăn thừa, ổ lót chuồng và các chất thải khác Chăn nuôi dùng ổ lót như rơm rạ, vải,…sau một thời gian sử dụng thì phải thải bỏ, những chất thải này có thể mang theo phân, nước tiểu và vi sinh vật gây bệnh nên cần phải xử lý không được để ngoài môi trường. Thức ăn thừa, thức ăn bị rơi vãi từ chăn nuôi cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường. Thành phần của chúng hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân huỷ như cám, ngũ cốc, bột cá, tôm, vỏ sò, khoáng chất,… Trong tự nhiên chất thải này bị phân huỷ sinh ra mùi khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Phân Phân là phần thức ăn không được gia súc hấp thu, bị bài tiết ra ngoài bao gồm: các thức ăn mà cơ thể vật nuôi không thể không hấp thu được hay các chất không được các men tiêu hoá hay các vi sinh tiêu hoá (như chất xơ, prôtêin, chất béo…), các thức ăn bổ sung (thuốc kích thích tăng trưởng, dư lượng kháng sinh,…), các men tiêu hoá sau khi sử dụng bị mất hoạt tính, các mô tróc ra từ niêm mạc ống tiêu hoá và chất nhờn,.…Ngoài ra thành phần của phân còn phụ thuộc vào chế độ dinh dưỡng và tuỳ từng giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm mà nhu cầu dinh dưỡng có sự khác nhau, vì vậy thành phần và khối lượng của phân cũng khác nhau. Do đó, phân là chất thải rắn thường xuyên sinh ra trong trại chăn nuôi heo. Trong phân gia súc, gia cầm chứa các chất dinh dưỡng có thể hỗ trợ cho trồng trọt và làm tăng độ màu mỡ của đất. Bảng 2.1. Lượng phân thải ra hằng ngày Trọng lượng gia súc Lượng phân (kg/ngày) Dưới 10 kg 0,5 – 1,0 Từ 15 đến 45 k g 1,0 – 3.0 Từ 45 đến 100 kg 3,0 – 5,0 Từ 100 trở lên 5,0 – 7,0 Nguồn: Hill và Toller, 1974 Bảng 2.2. Thành phần hóa học của phân gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị pH 6,47 – 6,95 Vật chất khô 213 – 342 g/kg NH4-N 0,66 – 0,76 g/kg N 7,99 – 9,32 g/kg Tro 32,5 – 93,3 g/kg Chất xơ 151 – 261 g/kg Carbonates 0,23 – 2,11 g/kg Các axit béo mạch ngắn 3,83 – 4,47 g/kg Nguồn: Trương Thanh Cảnh & cộng tác viên, 1997-1998 Ngoài ra trong phân gia súc còn chứa rất nhiều virus, vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán … có hại cho sức khỏe của con người và gia súc. Các loại này có thể tồn tại từ vài ngày đến vài tháng trong phân, trong nước thải và trong đất. Vật dụng chăn nuôi, bệnh phẩm thú y Các vật dụng chăn nuôi hay thú y bị bỏ lại như bao bì, kim tiêm, chai lọ đựng thức ăn, thuốc thú y,…cũng là một nguồn quan trọng dễ gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt các bệnh phẩm thú y, thuốc khử trùng, bao bì đựng thuốc có thể xếp vào loại các chất thải nguy hại, cần phải có biện pháp xử lý như chất thải nguy hại. Thành phần chất thải lỏng Nước tiểu Số lượng và thành phần nước tiểu thay đổi tuỳ thuộc loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu. Bảng 2.3. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày. Trọng lượng gia súc Lượng nước tiểu (kg/ngày) Dưới 10 kg 0,3 – 0,7 Từ 15 đến 45 kg 0,7 – 2,0 Từ 45 đến 100 kg 2,0 – 4,0 Từ 100 trở lên 4,0 – 5,0 Nguồn: Hill và Toller, 1974 Thành phần nước tiểu chủ yếu là nước (chiếm trên 90% tổng khối lượng nước tiểu). Ngoài ra, nước tiểu còn chứa một lượng lớn nitơ (phần lớn dưới dạng urê) và phốtpho. Urê trong nước tiểu dễ phân huỷ trong điều kiện có oxy tạo thành khí ammoniac. Do đó, khi động vật bài tiết ra bên ngoài chúng dễ dàng phân huỷ tạo thành amoniac gây mùi hôi. Nhưng nếu sử dụng bón cho cây trồng thì đây là nguồn phân bón giàu nitơ, phốt pho và kali. Bảng 2.4. Thành phần hóa học của nước tiểu gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị Vật chất khô 30,9 – 35,9 g/kg NH4-N 0,13 – 0,40 g/kg N 4,90 – 6,63 g/kg Tro 8,5 – 16,3 g/kg Urê 123 –196 mol/l Carbonates 0,11 – 0,19 g/kg pH 6,77 – 8,19 Nguồn: Trương Thanh Cảnh & cộng tác viên, 1997-1998 Nước thải Nước thải từ hoạt động chăn nuôi có nguồn gốc từ việc tắm rửa gia súc, vệ sinh chuồng trại, máng ăn uống … và nước thải do vật nuôi bài tiết. Thành phần nước thải có chứa các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, nitơ, phốt pho và các thành phần khác, đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh. Thành phần hoá học của nước thải thay đổi một cách nhanh chóng trong quá trình dự trữ. Trong quá trình đó, một lượng lớn các chất khí được tạo ra bởi hoạt động của các vi sinh vật như là SO2, NH3, CO2, H2S, CH4 … và các vi sinh vật có hại như Enterobacteriacea, Ecoli, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella,…có thể làm nhiễm độc không khí và nguồn nước ngầm. Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải công nghiệp (acid, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa…) nhưng chứa rất nhiều loại ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán có trong phân. Có thể nói đặc trưng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi là hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan và vi sinh vật gây bệnh. Bảng 2.5. Tính chất nước thải chăn nuôi gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị Độ đục 420 – 550 mg/l Nhiệt độ 26 – 30 0 C pH 6,1 – 7,9 mg/l Độ mặn 200 – 500 mg/l COD 5000 – 12000 mg/l DO 0 – 0,3 mg/l Tổng P 36 –72 mg/l Tổng N 220 - 460 mg/l Dầu mỡ 5 - 58 mg/l SS 180 – 450 mg/l NH4+ 15 – 28,4 mg/l E.coli 12,6.106– 68,3.103 MPN/100ml Trứng giun sán 28 - 280 Trứng/l Hầu hết các cơ sở chăn nuôi chưa có hệ thống xử lý nước thải, nước thải được thải bỏ trực tiếp ra sông rạch, ao, hồ …Hầu hết dễ phân huỷ thành acid amin, acid béo, CO2, H2O, NH3, H2S… Sự phân hủy sinh học này chính là nguyên nhân gây ô nhiễm mùi hôi tại các nông hộ chăn nuôivà cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm các nguồn nước mặt, nước ngầm trong khu vực. Thành phần chất thải khí Theo Trương Thanh Cảnh (1999), quá trình phân giải chất khí thải gia súc, gia cầm do vi sinh vật như sau: NH3 Indol, Schatol, Phenol Protêin H2S Andehyde và Ketone Alcohol Axit hữu cơ mạch ngắn H2O, CO2, hydrocacbon mạch ngắn Cacbohydrat Các Axit hữu cơ H2O, CO2 và CH4 Axit béo Andehyde và Ketone Alcohol Lipit Hình 2.1. Các sản phẩm từ quá trình phân huỷ kỵ khí các chất thải chăn nuôi Trong hoạt động chăn nuôi, khí thải sinh ra bao gồm bụi lơ lửng và các hợp chất hữu cơ gây mùi. Các hợp chất hữu cơ này là sản phẩm của quá trình phân giải chất thải gia súc như đạm, hydrocacbon và các khoáng vi lượng khác nhau có tác hại kích thích mạnh lên cơ thể vật nuôi và con người. Các sản phẩm khí như NH3, H2S, Indol, Phenol, Schatole…sinh ra có thể gây kích thích mạnh hệ hô hấp và ô nhiễm môi trường. Theo tác giả Trương Thanh Cảnh (1999), các khí sinh ra từ chăn nuôi được chia ra các nhóm sau : Nhóm 1: Các khí kích thích Những khí này có tác dụng gây tổn thương đường hô hấp và phổi, đặc biệt là gây tổn thương niêm mạc của đường hô hấp. Nhất là NH3 gây nên hiện tượng kích thích thị giác, làm giảm thị lực. Nhóm 2 : Các khí gây ngạt Các chất khí gây ngạt đơn giản (CO2 và CH4): những khí này trơ về mặt sinh lý. Đối với thực vật, CO2 có ảnh hưởng tốt, tăng cường khả năng quang hợp. Nồng độ CH4 trong không khí từ 45% trở lên gây ngạt thở do thiếu oxi. Khi hít phải khí này có thể gặp các triệu chứng nhiễm độc như say, co giật, ngạt và viêm phổi. Các chất gây ngạt hóa học (CO): là những chất khí gây ngạt bởi chúng liên kết với Hemoglobin của hồng cầu máu làm ngăn cản quá trình thu nhận hoặc quá trình sử dụng oxy của các mô bào. Nhóm 3: Các khí gây mê Những chất khí (Hydrocacbon) có ảnh hưởng nhỏ hoặc không gây ảnh hưởng tới phổi nhưng khi được hấp thu vào máu thì có tác dụng như dược phẩm gây mê. Nhóm 4 : Các chất khác Những chất khí này bao gồm các nguyên tố và chất độc dễ bay hơi. Chúng có nhiều tác dụng gây độc khác nhau khi hấp thụ vào cơ thể chẳng hạn như khí phenol ở nồng độ cấp tính. Tác động môi trường của chất thải chăn nuôi Đặc thù của ngành chăn nuôi là hàm lượng chất thải sinh ra nhiều, thành phần chất hữu cơ cao dễ phân huỷ sinh học, khả năng lan truyền ô nhiễm cao. Việc kiểm soát chất thải của con vật là rất khó khăn, ảnh huởng lớn đến các thành phần môi trường như đất, nước, không khí. Cho nên hoạt động chăn nuôi luôn mang mầm bệnh nguy hiểm cho cây trồng, vật nuôi và con người trong khu vực chăn nuôi nếu không có giải pháp xử lý hoàn chỉnh. Môi trường nước Chất thải chăn nuôi không được xử lý hợp lý, lại thải trực tiếp vào môi trường nước sẽ làm suy giảm lượng oxy hoà tan trong nước. Thêm vào đó, chất thải có chứa hàm lượng nitơ, phosphor cao nên dễ dàng tạo điều kiện cho tảo phát triển, gây hiện tượng phú dưỡng hoá nguồn nước mặt. Hơn thế nữa, nước thải thấm vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm trầm trọng . Ảnh hưởng của một số chất ô nhiễm chính đến môi trường nước Chất hữu cơ: Trong thức ăn, một số chất chưa được đồng hóa và hấp thụ bài tiết ra ngoài theo phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất. Ngoài ra, các chất hữu cơ từ nguồn khác như thức ăn thừa, ổ lót, xác chết gia súc không được xử lý. Sự phân huỷ này trải qua nhiều giai đoạn, tạo ra các hợp chất như axitamin, axit béo, các khí gây mùi hôi khó chịu và độc hại. Ngoài ra, sự phân huỷ các chất béo trong nước còn làm thay đổi pH của nước, gây điều kiện bất lợi cho hoạt động phân huỷ các chất ô nhiễm. Một số hợp chất cacbohydrat, chất béo trong nước thải có phân tử lớn nên không thể thấm qua màng vi sinh vật. Để chuyển hóa các phân tử này, trước tiên phải có quá trình thuỷ phân các chất phức tạp thành các chất đơn giản (đường đơn, axit amin, axit béo mạch ngắn). Quá trình này tạo các sản phẩm trung gian gây độc cho thuỷ sinh vật. Nitơ, Phosphor Khả năng hấp thụ nitơ, phosphor của gia súc tương đối thấp nên phần lớn bài tiết ra ngoài. Do đó, hàm lượng nitơ, phosphor trong chất thải chăn nuôi tương đối cao, nếu không xử lý sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước, tuỳ theo thời gian và sự có mặt của oxy mà nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau : NH4+, NO2-, NO3-.NH3 là sản phẩm của sự chuyển hoá urê trong nước tiểu gia súc, gây mùi hôi khó chịu. Hàm lượng nitrat cao trong nước sẽ gây độc hại cho con người. Do trong hệ tiêu hoá, ở điều kiện thích hợp, nitrat sẽ chuyển thành nitrit, có thể hấp thụ vào máu kết hợp với hồng cầu, ức chế khả năng vận chuyển oxi của hồng cầu. Vi sinh vật Trong phân chứa nhiều loại vi trùng, virus, trứng giun sán gây bệnh. Chúng lan truyền qua nguồn nước mặt, nước ngầm, đất hay rau quả nếu sử dụng nước ô nhiễm vi sinh vật để tưới tiêu. Vi sinh vật từ chăn nuôi cũng có thể thấm vào đất ảnh hưởng đến mạch nước ngầm nông. Môi trường không khí Môi trường không khí xung quanh khu vực chăn nuôi có đặc trưng là mùi hôi thối của phân và nước tiểu phát tán nhanh, rộng theo gió. Vấn đề ô nhiễm môi trường không khí gây khó khăn không kém gì ô nhiễm môi trường nước, bởi khả năng tác động đến sức khoẻ con người và vật nuôi một cách nhanh chóng nhất, dễ dàng nhất. Các chất khí thường gặp trong chăn nuôi là CO2, CH4, H2S, NH3,…Những khí này có tính chất gây mùi và ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, kháng bệnh của cơ thể. Những khí này có thể được tạo ra với số lượng tương đối lớn và có độc hại đặc biệt là ở những cơ sở chuồng trại kín hoặc là thiếu thông thoáng. Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm không khí Ảnh hưởng của H2S Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ chất hữu cơ có mùi rất khó chịu, gây độc rất cao. Chúng có thể gây cho cơ thể ức chế toàn thân, tăng vận động của đường hô hấp. Do dễ hoà tan trong nước nên H2S có thể thấm vào niêm mạc mắt mũi, niêm mạc đường hô hấp gây kích thích và dị ứng. Bảng 2.6. Ảnh hưởng của H2S đến sức khoẻ người Đối tượng Nồng độ tiếp xúc Tác hại hay triệu chứng Với người 10 ppm Ngứa mắt. 20 ppm trở lên trong hơn 20 phút Ngứa mắt, mũi, họng. 50-100 ppm Nôn mửa, ỉa chảy. 200 ppm/giờ Chóng váng thần kinh suy nhược, dễ gây viêm phổi. 300 ppm/30phút Nôn mửa trong trạng thái hưng phấn bất tỉnh. Trên 600 ppm Mau chóng tử vong. Nguồn : Barker và cộng tác viên, 1996 Theo đường hô hấp vào máu, H2S được giải phóng lên não gây phù hoặc phá hoại các tế bào thần kinh, làm tê liệt trung khu hô hấp, trung khu vận mạch, tác động đến vùng cảm giác, vùng sinh phản xạ của các thần kinh, làm suy sụp hệ thần kinh trung ương. Ngoài ra nó còn rối loạn hoạt động một số men vận chuyển điện tử trong chuỗi hô hấp mô bào gây rối loạn hô hấp mô bào. H2S còn chuyển hoá Hemoglobin làm mất khả năng vận chuyển oxy của nó. Tiếp xúc với H2S ở nồng độ 500 ppm trong khoảng 15-20 phút sẽ sinh bệnh tiêu chảy và viêm cuống phổi. Ảnh hưởng của CH4 Khí mêtan cũng là sản phẩm của quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong quá trình phân huỷ sinh học. Có ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ con người và vật nuôi. Nồng độ khí CH4 trong không khí từ 45% trở lên gây ngạt thở do thiếu oxy. Khi hít phải khí này có thể gặp những triệu chứng nhiễm độc như say, co giật, ngạt, viêm phổi. Khi hít thở không khí có nồng độ CH4 cao sẽ dẫn đến tai biến cấp tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần nhứt đầu, buồn nôn, say sẫm. Khi hít thở nồng độ CH4 lên đến 60 000 mg/m3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong. Ảnh hưởng của khí NH3 Trong chăn nuôi heo, lượng nước tiểu sinh ra hằng ngày rất nhiều với thành phần khí NH3 là chủ yếu. Chất khí này có nồng độ cao kích thích mạnh niêm mạc, mắt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng tăng tiết dịch, hay gây bỏng do phản ứng kiểm hoá kèm theo toả nhiệt, gây co thắt khí quản và gây ho. Nếu nồng độ khí NH3 cao gây huỷ hoại đường hô hấp, NH3 từ phổi vào máu, lên não gây nhứt đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu NH3 bị oxy hoá thành tạo thành NO2- làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận chuyển oxy đến các cơ quan của hồng cầu và gây bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ, trường hợp nặng có thể gây thiếu oxy ở não dẫn đến nhứt đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể gây tử vong. Bảng 2.7. Ảnh hưởng của NH3 lên người Đối Tượng Nồng Độ Tiếp Xúc Tác Hại Hay Triệu Chứng Với người 6ppm đến 20 ppm trở lên Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp. 100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc. 400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi và cổ họng. 1720 ppm (dưới 30 phút) Ho, co giật dẫn đến tử vong. 700 ppm (dưới 60 phút) Lập tức ngứa ở mắt, mũi và cổ họng. 5000 ppm-10 000 ppm (vài phút) Gây khó thở và mau chóng ngẹt thở. Co thắt do phản xạ họng, xuất huyết phổi, ngất do ngạt, có thể tử vong. 10 000 ppm trở lên Tử vong Nguồn : Baker và Ctv ,1996 Ảnh hưởng của CO2 Khí CO2 không gây độc mạnh bằng hai khí trên nhưng ảnh hưởng cũng lớn đến sức khỏe con người và vật nuôi. Khi con người tiếp xúc lâu với khí này cũng có những biểu hiện như nôn, chóng mặt. Nếu tiếp xúc với nồng độ cao thì hô hấp và nhịp tim chậm lại do tác dụng của CO2 thấp gây ra trầm uất, tức giận, ù tai, có thể ngất, da xanh tím. Ảnh hưởng mùi: Mùi hôi thối sinh ra trong hoạt động chăn nuôi heo là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất thải. Mùi phụ thuộc vào khẩu phần thức ăn và quá trình lưu trữ hay xử lý chất thải. Tuy nhiên sự thối rữa của phân không phải là nguồn gốc duy nhất của mùi, thức ăn thừa thối rữa, phụ phẩm của chế biến thực phẩm dùng cho gia súc ăn cũng gây mùi khó chịu. Ngoài ra, mùi còn phát sinh từ xác động vật chết không chôn ngay hoặc mùi do phun thuốc khử trùng chuồng trại hay nơi chứa phân. Các sản phẩm tạo mùi là do quá trình lên men chiếm số lượng lớn, một số sản phẩm ở dạng vết. Có nhiều sản phẩm tạo mùi, trong số đó khí ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và động vật các khí cacbonic, monocacbon oxit, metan, ammoniac, hydrosulfual, indol, Schatole và phenol. Các chất khí này thường là sản phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí phân, đã qua phân huỷ bởi vi sinh vật không sử dụng oxy. Cho nên chúng ảnh hưởng rất mạnh đến khứu giác của con người. Những người dân đã sống xung quanh có khả năng mắc các chứng bệnh về đường hô hấp rất cao. Ảnh hưởng của bụi Bụi từ thức ăn, lông thú hay phân là những hạt mang vi sinh vật gây bệnh, hấp phụ các khí độc, các chất hoá học đi vào đường hô hấp và gây dị ứng, gây xáo trộn hô hấp. Môi trường đất Trong chất thải gia súc, gia cầm có rất nhiều chất dinh dưỡng nếu bón vào đất sẽ làm tăng độ phì nhiêu cho đất. Tuy nhiên do chứa nhiều chất hữu cơ, hợp chất nitơ, phosphor. Nếu thải vào đất không hợp lý hoặc sử dụng phân tươi để bón cho cây trồng, cây sử dụng không hết sẽ có tác dụng ngược lại. Lượng lớn nito, phospho sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hoá thành nitrat làm cho cây trồng. Lượng vi sinh vật chuyển hoá nito và phosphor sẽ làm hạn chế số chủng loại vi sinh vật khác trong đất, gây mất cân bằng hệ sinh thái đất hiện tại trong trung tâm. Thêm vào đó, trong đất có nitrat cao khi trời mưa xuống sẽ thấm theo mạch nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm. Tổng quan về cây dầu mè (Jatropha curcas.L) Vị trí phân loại Giới: Plantae Ngành : Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Euphorbiale Họ: Euphorbiacea Chi : Jatropha Loài : J. Curcas Hình 2.2. Cây Jatropha Jatropha là tên bắt nguồn từ tiếng hi lạp: iatros (bác sĩ) và trophe (thực vật) ngụ ý dược tính của cây. Theo như Corell và Corell (1982) curcas là tên của cây dầu mè tại vùng Malabar, Ấn Độ. Ở Việt Nam cây được gọi là cây dầu mè hay cây cọc rào. Nguồn gốc Jatropha là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này) và Trung Mỹ, được người Bồ Đào Nha đưa qua Cape Verde, rồi lan truyền sang châu Phi, châu Á, sau đó được trồng ở nhiều nước, trở thành cây bản địa ở khắp các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới. Từ năm 1991, Giáo sư người Đức là Klause Becker của Trường Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của Tập đoàn Daimler Chrysler hợp tác với hãng tư vấn của Áo tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragua để làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học, từ đó dấy lên cơn sốt Jatropha trên phạm vi toàn cầu. Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang chạy đua phát triển cây này, nhất là các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Malaixia, Indonexia, Philippin, Mianma và nhiều nước Châu Phi, nhằm phục vụ nhu cầu năng lượng tại chỗ và xuất khẩu.  Đặc điểm sinh học (Jatropha curcas L.) Mô tả và đặc tính thực vật Cây Dầu mè là cây bụi gỗ mềm, thân thẳng cao trung bình 6 m với tán rộng. Cành non mập và mọng nước, nhựa cây có màu trắng sữa hay màu vàng nhạt, lá rụng sớm, mọc dày ở phần ngọn. Lá có hình ovan, hoặc hình trái tim, có lá chẻ thùy 3 đến 5 thùy. Lá dài 6 - 40 cm, rộng 6 – 35 cm, cuống dài 2,5 – 7,5 cm. Hoa thường nở vào tháng 4 - 5 tạo thành nhiều chùm có màu vàng nhạt, hình chuông. Hoa đực có 10 nhị trong đó 5 nhị dính vào phần chân đế, 5 nhị kết lại thành bó. Hoa cái rời rạc với bầu nhụy hình elip, chia làm 3 ô, với 3 núm nhụy phân nhánh. Quả có dạng nang, kích thước 2,5 -4 cm về chiều ngang và đường kính. Quả chia thành 3 ngăn, hạt nằm trong các ngăn này. Hạt cây thuôn màu đen kích thước 2x1 cm. Hình 2.3. Quả và hạt của cây Jatropha Dầu mè thụ phấn nhờ côn trùng. Dehgan và Webster (1979) cho rằng, Dầu mè được thụ phấn nhờ vào bướm ban đêm và “cây ngọt, rất thơm về ban đêm, hoa có màu lục nhạt, bao phấn có thể lắc lư, bộ phận sinh thực nhô ra, rất nhiều mật hoa và không có bộ phận chứa mật thu hút có thể nhìn thấy”. Nếu trồng trong nhà kính, không có côn trùng, hạt khó đậu quả, nếu không thụ phấn nhân tạo. Rất hiếm có trường hợp hoa lưỡng tính có thể tự thụ phấn. Heller (1999) đã quan sát nhiều lần sâu bọ tới và thụ phấn cho hoa. Ở Senegal, Heller cũng đã phát hiện, nhị hoa mở muộn hơn nhụy hoa trên cùng một nhóm hoa, nhờ cơ chế này đã thúc đẩy quá trình thụ phấn chéo. Sau khi thụ phấn, một quả hình bầu dục có 3 ô được hình thành. Vỏ quả màu xanh cho tới khi hạt chín ở bên trong. Hạt thường có chiều dài 2 cm, rộng 1cm, có màu rất nhỏ. Wiehr (1930) và Droit (1932) đã mô tả chi tiết vi phẩu hạt. Singh (1970) đã mô tả vi phẩu của quả. Gupta (1985) đã nghiên cứu tỉ mỉ về giải phẩu các bộ phận của cây. Dầu mè là một loài lưỡng bội với công thức bộ gene là 2n=22 nhiễm sắc thể. Sinh thái Cây dầu mè có thể phát triển trong các điều kiện khí hậu khô cằn. Điều kiện thích hợp nhất cho cây phát triển là mưa ít (200mm) nhưng cây có thể sống được ở nơi có lượng mưa từ 520 - 2000mm. Khi gặp hạn hán, cây thích ứng bằng cách rụng hầu hết lá để làm giảm sự thoát hơi nước. Nhiệt độ thích hợp cho cây là 18-28,5 0C .Ngoài ra, cây còn chịu được đất sỏi sạn, đất nghèo kiệt, độ dốc tới 30 - 400, chịu hạn, chịu đất xấu, không cháy, không bị gia súc ăn, rất ít sâu bệnh. Điều kiện để hạt nẩy mầm là khí hậu nóng ẩm. Hoa nở trong mùa mưa và tạo quả trong mùa đông. Có nhiều bằng chứng cho thấy cây dầu mè có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mĩ, nhưng hiện nay cây được tìm thấy ở hầu hết các nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới như Brazil, Honduras, Fiji, Ấn Độ, Jamaica, Panama, Puerto Rico và Salvador Cây dầu mè có mặt ở Việt Nam từ trước thế kỷ XIV, cho tới nay cây đã được trồng rải rác ở nhiều địa phương: Đức Trọng, Bắc Bình, Lạng Sơn, Hàm Thuận Bắc, Hàm Thuận Nam, Ninh Sơn, Thanh Hóa, Lào Cai, Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh… Độc tố trong cây dầu mè Dầu mè là cây có chứa nhiều độc tố và các chấy kháng dinh dưỡng gây độc hại cho người và vật nuôi, nhất là trong khô dầu sau khi ép dầu. Thành phần độc tính trong cây dầu mè chủ yếu là phorbol este, là một hợp chất có trong thiên nhiên, phân bố rộng rãi trong các loài thuộc họ Thầu dầu và họ Đay. Những chất này là este của các ditecpen tiglian (evans 1986). Chất gốc, bán ancol của hợp chất này là tigliane, một tetratecpen. Hydro hóa chất gốc ở các vị trí khác nhau và lien kết với các phân tử axit bằng các lien kết este của các chất được gọi là phorbol este. Các tác dụng sinh học của các hợp chất này bao gồm thúc đẩy khối u, tăng sinh tế bào, hoạt chất các tiểu cầu, gián phân tế bào lympho, chứng viêm (ban đỏ trên da), sản sinh prostaglandin và kích thích chống kết dính trong các bạch cầu trung tính (Aiken, 1986). Các tác dụng này liên quan mật thiết tới cấu trúc của các phorbol, este, bán alcol, là bất hoạt (Evans, 1986 b) và có liên quan tới sự hoạt hóa proteinkinase C dẫn tới các đáp ứng khác nhau ở cấp dộ tế bào do sự phosphoryl hóa các protein đích trên phần còn lại của ser._.in hoặc threorin (Azzi và các cộng sự, 1992). Nhân của hạt dầu mè chứa ít nhất 4 phorbol este. Cấu trúc của hợp chất chính là 12- deoxy- 16- hydroxyphorbol-4’-[12’,14’ –butadienyl]-6’-[16’,18’,20’-nonatrienyl] – bicyclo[ 3.1.0] hexane – (13-O) – 2’- [carboxylate]-(16-O)-3’-[8’ butenoic-10’] ate (DPHB) (Hirota và các cộng sự, 1988). Phần bán alcol của hợp chất khác được tìm thấy là 12 –deoxy- 16- hydroxylphorbol (Adolf và cộng sự, 1984; Biehl, 1987). Phần axit được dự kiến là một axits dicacboxylic không no bao gồm một vòng epoxit (Biehl, 1987). Cấu trúc của hai hợp chất chính vẫn chưa hoàn toàn sáng tỏ. Glaser (1991) tập trung phân tích định lượng của phorbo este trong nhân Dầu mè giống như các nghiên cứu của Wink và các cộng sự (1997) và Makkar và các cộng sự (1997). Các phorboleste trong dầu là chất độc có thể kích thích u bướu và gây viêm, đòi hỏi phải được khử độc dầu khi được sử dụng trong công nghiệp và ngay cả khi có khả năng có sự tiếp xúc trực tiếp của con người với dầu. Gross và các cộng sự (1997) đưa ra một phương pháp khử độc dầu bằng cách sử dụng etanol để chiết các phorbol este. Phương pháp này tiêu tốn lượng dung môi lớn, đòi hỏi hoàn thiện về quy trình kỹ thuật để hạ giá thành khi khử độc trên quy mô lớn. Thành phần gây độc trong khô dầu là curcin. Curcin là độc tố thực vật (toxalbumin –albumin độc) được tìm thấy chủ yếu trong hạt, cũng có trong quả và nhựa. Bản chất hóa học của curcin là các protein tạp có độc tính cao, tương tự độc tố vi khuẩn về cấu trúc và các chức năng sinh lý. Độc tố thực vật bền với nhiệt và có thể nhận biết bằng phản ứng tạo kết tủa với kháng thể có trong huyết thanh (Kingsbery, 1984). Curcin không thể xâm nhập qua thành tế bào. Curcin tìm thấy trong cây dầu mè giống như ricin là độc tố thực vật được tìm thấy trong hạt thầu dầu. Nghiên cứu về liều gây độc của curcin đưa vào cơ thể, các triệu chứng nhiễm bắt đầu xuất hiện, nhanh hơn nhiều so với crotin (chất phân lập từ hạt cây Ba đậu (Croton tiglium) cũng thuộc học thầu dầu). Đối với các động vật nhai lại còn nhỏ, khi cho ăn với liều 0,5 -10/kg/ngày, con vật sẽ chết sau 1 ngày hoặc cho tới 2 tuần. Một nghiên cứu về đánh giá ngộ độc cấp tính của Dầu mè qua đường miệng cho thấy các động vật nhai lại khác nhau có độ nhạy cảm khác nhau đối với độc tố này. Những con bê bị nhiễm độc tố với liều lượng 0,2g hoặc 1g/kg sẽ chết trong vòng 19 giờ sau khi ăn, trong khi cũng với liều lượng trên, dê sẽ chết trong vòng 7-21 ngày. Gà ăn hạt sẽ làm chậm quá trình tăng trưởng, xuất hiện các bệnh gan, thận và xuất huyết (Micromedex 1974 -1994). Trong thí nghiệm, độc tố thực vật gây nên sự dính kết của các hồng cầu (Joubert và các cộng sự, 1984). Các protein chứa trong hạt Dầu mè có độc tính với động vật và ức chế quá trình hợp protein trong hỗn hợp của tế bào chất với các thành phần nhân tế bào, nhưng không có trong toàn bộ các tế bào (Stirpe và cộng sự, 1976). Trong hạt dầu mè có chứa các thành phần kháng dinh dưỡng. Các yếu tố ức chế trypsin cản trở quá trình tiêu hóa thông quá sự cản trở chức năng bình thường của các enzyme thủy phân protein của tụy động vật nhai lại, ngăn cản nghiêm trọng quá trình tăng trưởng (White, Campell và Combs, 1989) Hàm lượng phytat cao trong khô dầu Dầu mè có thể làn giảm giá trị sinh học của khoáng chất, nhất là Ca và Fe. Các Phytat cũng góp phần làm giảm khả năng tiêu hóa của protein thông qua việc tạo phức cũng tương tác với các enzyme như trypsin và pepsin. Hàm lượng phytat trong khô dầu Dầu mè cao hơn nhiều trong khô dầu lạc. Khô dầu Dầu mè có hàm lượng protein cao. Trừ lysine, còn các acid amino cơ bản khác đều có trong khô dầu Dầu mè với hàm lượng cao hơn cả mức mà FAO khuyến cáo dung cho trẻ em trước tuổi đến trường (Makkan, Becker và Schmool, 1998). Nếu khử hết các độc tố, khô dầu Dầu mè sạch được sử dụng làm nguyên liệu giàu protein để sản xuất thức ăn giàu đạm cho gia súc, gia cầm, thủy sản, trở thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Một số ứng dụng cây dầu mè trong kinh tế và môi trường Trong kinh tế Tạo ra nguồn nguyên liệu sản xuất dầu diesel sinh hoc. Phát hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất dầu diesel sinh học. Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầu thô, từ dầu thô tinh luyện được diesel sinh học và glyxerin. Mặc dầu diesel sinh học được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương đương với dầu diesel hóa thạch truyền thống. Nếu 1 ha Jatropha đạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất được 3 tấn diesel sinh học. Loại dầu này sẽ thay thế được 1 phần dầu diesel truyền thống đang cạn kiệt, giảm thiểu được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường. Bã làm phân hữu cơ và thức ăn chăn nuôi Sau khi ép dầu, bã khô có thể được sử dụng làm phân hữu cơ rất tốt để bón cho các loại cây trồng, nhất là cho vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất. Trong thành phần hạt Jatropha có độc tố curcin, có thể gây tử vong cho người và gây hại cho vật nuôi.Nếu khử hết độc tố thì bã khô dầu Jatropha trở thành một loại thức ăn giàu đạm cho các loài gia súc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ăn chăn nuôi quý, góp phần giải quyết nhu cầu thức ăn công nghiệp sẽ thiếu hụt trầm trọng đối với ngành chăn nuôi nước nhà trong tương lai gần. Là nguồn dược liệu Trong thành phần cây Jatropha, đã chiết xuất được những hợp chất chủ yếu như tecpen, flavon, coumarin, lipit, sterol và alkaloit. Nhiều bộ phận của cây này có thể chữa bệnh như lá, vỏ cây, hạt và rễ. Rễ trị tiêu viêm, cầm máu, trị ngứa; dầu của hạt có thể nhuận tràng; dịch nhựa trắng tiết ra từ vết thương của cành có thể trị viêm lợi, làm lành vết thương, chữa trị bệnh trĩ và mụn cơm; nước sắc từ lá dùng để chữa trị bệnh phong thấp, đau răng… Trong cây Jatropha có nhiều thành phần độc tố, nhất là phytotoxin (curcin) trong hạt, nếu được nghiên cứu sâu hơn rất có thể tạo ra hợp chất mới về nguồn dược, từ đó độc tố thực vật có thể trở thành một loại tài nguyên về nguồn dược liệu mới. Jatropha còn thêm việc làm cho xã hội ,đặc biệt là các vùng nông thôn, ven biển, miền núi. Do trồng ở các vùng miền núi nghèo, cây Jatropha sẽ tạo nhiều việc làm và thu nhập khả quan cho đồng bào các dân tộc, trong khi cho đến nay, trên đất dốc còn lại của các vùng này vẫn chưa tìm kiếm được bất cứ cây gì khả dĩ trồng được trên diện tích lớn, có thu nhập cao, lại có thị trường ổn định. Trong môi trường Jatropha là cây lâu năm, phủ đất cực kỳ tốt, tuổi thọ 50 năm, sinh trưởng phát triển được ở hầu hết các loại đất xấu, nghèo kiệt, đất dốc, đất trơ sỏi đá, không cháy, gia súc không ăn. Bởi vậy cây Jatropha trồng trên các vùng đất dốc sẽ được coi là cây "lấp đầy" lỗ hổng sinh thái ở các vùng sinh thái xung yếu miền núi, sớm tạo ra thảm thực bì dày đặc chống xói mòn, chống cháy, nâng cao độ phì của đất. Không những vậy, Jatropha còn có thể trồng ở các vùng đất sa mạc hóa, bãi thải khai thác khoáng sản, góp phần phục hồi hệ sinh thái các vùng này. Tuy vậy trong cây Jatropha có nhiều thành phần độc tố vì vậy khi triển khai trồng trên một vùng nào đó cần đánh giá kỹ về những tác động tới môi trường, nhất là đối với các loài côn trùng hữu ích. Có thể tận dụng rất nhiều loại đất khác nhau như đất ven đường, mương máng, bờ vùng, bờ thửa, vườn tược, quanh nhà... (1 km cho năng suất hạt bằng 1 ha) vừa chống gia súc phá, tạo vi khí hậu, hạn chế tác hại gió bão, sạt lở, lũ lụt, vừa tạo năng lượng tại chỗ; có thể làm hàng rào cản lửa, hạn chế sâu bệnh, đuổi chuột phá hại. Xử lý 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. Ngoài ra, qua bộ lá, thực vật còn có thể xử lý được khí thải, mùi hôi và khí CO2 có trong nước thải. Thử nghiệm cải tạo môi trường ở: nước rò rỉ rác bãi rác Đông Thạnh Tổng quan đất ngập nước Khái niệm đất ngập nước Đất ngập nước là hệ sinh thái quan trọng trên Trái Đất. Hệ sinh thái này từ kỉ cacbon là môi trường đầm lầy đã sản sinh và dự trữ nhiều nhiên liệu hóa thạch mà hiện loài người đang sử dụng. Đất ngập nước rất quý, nó là nguồn tài nguyên có giá trị kinh tế cao, là bồn chứa cacbon, nơi bảo tồn gen và chuyển hóa các vật liệu hóa học, sinh học. Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy về giá trị kinh tế của các hệ sinh thái đất ngập nước ước tính lên tới 14,9 nghìn tỷ đô la Mỹ (USD), chiếm 45% tổng giá trị của tất cả các hệ sinh thái tự nhiên trên toàn cầu. Con số này phản ánh các giá trị và chức năng lớn lao của đất ngập nước. Đất ngập nước đôi khi còn được mô tả như “những quả thận của sinh cảnh” do chúng thực hiện các chu trình thủy văn và hóa học, là những nơi thu nhận ở hạ nguồn các chất thải có nguồn gốc tự nhiên và nhân sinh. Chúng làm sạch nước ô nhiễm, ngăn ngừa nhập lụt, bảo vệ bờ biển và tái nạp tầng chứa nước ngầm Các định nghĩa về đất ngập nước Thuật ngữ “ đất ngập nước” được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tùy theo quan điểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau. Hiện nay có khoảng trên 50 định nghĩa về đất ngập nước đang được sue dụng ( theo Dugan, năm 1990). Các định nghĩa về đất ngập nước có thể chia thành hai nhóm chính. Một nhóm theo định nghĩa rộng, nhóm thứ hai theo định nghĩa hẹp. Các định nghĩa về đất ngâp nước theo nghĩa rộng như định nghĩa của Công ước Ramsar, định nghĩa theo các chương trình điều tra đất ngập nước của Mỹ, Canada, New Zealand và Ôxtrâylia Theo công ước Ramsar( năm 1971) đất ngập nước được định nghĩa như sau: “Đất ngập nước được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủy triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m”. Theo chương trình quốc gia về điều tra đất ngập nước của Mỹ: “Về vị trí phân bố, đất ngập nước là những vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và những hệ sinh thái thuỷ vực. Những nơi này mực nước ngầm thường nằm sát mặt đất hoặc thường xuyên được bao phủ bởi lớp nước nông. Đất ngập nước phải có một trong ba thuộc tính sau (theo Cowardin và cộng sự, năm 1979): + Có thời kỳ nào đó, đất thích hợp cho phần lớn các loài thực vật thủy sinh. + Nền đất hầu như không bị khô. + Nền đất không có cấu trúc rõ rệt hoặc bảo hòa nước, bị ngập nước ở mức cạn tại một số thời điểm nào đó trong mùa sinh trưởng hàng năm. Theo các nhà khoa học Canada: “ Đất ngập nước là đất bão hòa nước trong thời gian dài đủ để hổ trợ các quá trình thủy sinh. Đó là những nơi khó tiêu thoát nước, có thực vật thuỷ sinh và các hoạt đông sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt. Theo các nhà khoa học New Zealand: “Đất ngập nước là một khái niệm chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên. Những vùng đất ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất và nước. Nước có thể là nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn. Đất ngập nước ở trạng thái tự nhiên hoặc đặc trưng bởi các loại thực vật và động vật thích hợp với điều kiện sống ẩm ướt”. Theo các nhà khoa học Ôxtrâylia: “Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm những bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thuỷ triều xuống thấp”. Định nghĩa do các kỹ sư quân đội Mỹ đề xuất và là định nghĩa chính thức tại Mỹ: “Đất ngập nước là những vùng đất bị ngập hoặc bão hoà bởi nước bề mặt hoặc nước ngầm một cách thường xuyên và thời gian ngập đủ để hỗ trợ cho tính ưu việt của thảm thực vật thích nghi điển hình trong điều kiện đất bão hoà nước. Đất ngập nước nhìn chung gồm: đầm lầy, đầm phá, đầm lầy cây bụi và những vùng đất tương tự”. Những định nghĩa trên theo nghĩa hẹp, nhìn chung đều xem đất ngập nước như đới chuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi trường trên cạn và ngập nước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự phát triển của một hệ thực vật đặc trưng ( theo Coward và cộng sự, năm 1979; Enny, năm 1985). Hiện nay, định nghĩa theo công ước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng. Chức năng Đất ngập nước Chức năng đất ngập nước là khả năng hệ sinh thái đất ngập nước thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Đất ngập nước là một hệ sinh thái bao gồm nhiều hợp phần (đất, nước, thực vật, chất dinh dưỡng, khí hậu...), các thành phần này tác động qua lại với nhau bởi các quá trình lý, hóa, sinh. Các quá trình xảy ra trong các thành phần này cho phép đất ngập nước duy trì, thực hiện một số chức năng. Khả năng thực hiện chức năng của đất ngập nước thường được xác định bằng các đặc điểm sinh thái của chúng (sinh học, lý học, hoá học), vì đặc điểm sinh thái ở các hệ sinh thái khác nhau là khác nhau, do đó mức độ thực hiện chức năng ở từng vị trí cụ thể của đất ngập nước sẽ khác nhau. Trong thực tế kiểm soát đầu vào, đầu ra của một hệ thống cho việc đánh giá chức năng là công việc đòi hỏi thời gian và kinh phí. Chức năng sinh thái của đất ngập nước -Nạp nước ngầm: Nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngập nước trong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng. -Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: Bằng cách giữ và điều hoà lượng nước mưa như “bồn chứa” tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế lũ ở vùng hạ lưu. -Ổn định vi khí hậu: Do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái, nhờ lớp phủ thực vật của đất ngập nước, sự cân bằng giữa O2 và CO2 trong khí quyển làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định. -Chống sống, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn: Nhờ lớp phủ thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ… có tác dụng làm giảm sức gió của bão và bào mòn đất của dòng chảy bề mặt. -Xử lý nước, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm…. : vùng đất ngập nước được coi như là bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc( chất thải sinh hoạt và công nghiệp). -Giữ lại chất dinh dưỡng: Làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó. -Sản xuất sinh khối: Rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi sản xuất và xuất khẩu sinh khối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũng như vật nuôi. -Giao thông thủy: Hầu hết sông, kênh, rạch, các vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng dân cư địa phương. -Giải trí, du lich: Các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm Chim ( Tam Nông, Đồng Tháp), và Xuân Thuỷ (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung… thu hút nhiều du khách đến tham quan, giải trí. Chức năng kinh tế -Tài nguyên rừng: Các loài động vật thường rất phong phú ở các vùng đất ngập nước, tạo nên nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, có thể khai thác để phục vụ lợi ích kinh tế. Tài nguyên rừng cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như gỗ, than, củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, tanin, dược liệu. Nhiều vùng đất ngập nước rất giàu động vật hoang dã đặc biệt là các loài chim nước, cung cấp nhiều loại sản phẩm, trong đó có nhiều loại có giá trị thương mại cao( da cá sấu, đồi mồi…). -Thuỷ sản: Các vùng đất ngập nước là môi trường sống và là nơi cung cấp thức ăn cho các loài thủy sinh có giá trị kinh tế cao như cá, tôm, cua, động vật thân mềm… -Tài nguyên cỏ và tảo biển: Nhiều diện tích đất ngập nước ven biển có những loại tảo, cỏ biển là nguồn thức ăn của nhiều loài thủy sinh vật và còn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc, làm phân bón và dược liệu… -Sản phẩm nông nghiệp: Các ruộng lúa nước chuyên canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác đã tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng khác của vùng đất ngập nước. -Cung cấp nước ngọt: Nhiều vùng đất ngập nước là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, cho tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc và sản xuất công nghiệp. -Tiềm năng năng lượng: Than bùn là một nguồn nhiên liệu quan trọng, các đập, thác nước cũng là nguồn cung cấp năng lượng. Rừng tràm Việt Nam có khoảng 305 triệu tấn than bùn cung cấp nguồn năng lượng lớn. Lớp than bùn này được dùng làm phân bón và ngăn cản quá trình xì phèn. Giá trị đa dạng sinh học Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của đất ngập nước. Cách xa những cánh đồng lúa là những bãi lau sậy của bán cầu Bắc, có chức năng lọc và làm sạch khi nước chảy qua. Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh thái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái có năng suất cao, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học. Đó là nơi cung cấp các lâm sản, nông sản và hải sản có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh vai trò điều hoà khí hậu, hạn chế xói lở, ổn định và mở rộng bãi bồi. Giá trị đa dạng sinh học của đất ngập nước bao gồm cả giá trị văn hóa, nó liên quan tới cuộc sống tâm linh, các lễ hội truyền thống phản ánh ước vọng của người dân địa phương sống trong đó và các hoạt động du lịch sinh thái… giá trị văn hoá bao gồm cả tri thức bản địa của người dân trong nuôi trồng, khai thác và sử dụng các tài nguyên thiên nhiên và cách thích ứng của con người với môi trường tự nhiên( lũ lụt, hiện tượng ngập nước theo mùa hoặc đột biến của thiên nhiên…). Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh mối quan hệ giữa tự nhiên, xã hội, ngôn ngữ và văn hoá là không thể tách rời, nó thể hiện lòng tin của con người. Thông thường nơi nào có giá trị ĐDSH cao thì cũng là nơi cư trú của người dân bản địa. Người ta chưa thống kê được bao nhiêu xã hội truyền thống nhưng loại trừ các cư dân thành thị còn khoảng 85% dân số thế giới sống ở các vùng địa lý khác nhau : vùng địa cực, vùng sa mạc, vùng savan, các vùng rừng nhiệt đới và vùng đất ngập nước… tất cả các yếu tố tự nhiên này góp phần không nhỏ tạo nên văn hoá truyền thống của người dân địa phương. Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên trong đó có các hệ sinh thái đất ngập nứơc cũng là bảo vệ cái nôi văn hoá truyền thống Hệ thống đất ngập nước như là công cụ xử lý nước thải Tổng quan về đất ngập nước xử lý nước thải Từ lâu đất ngập nước đã được biết là có giá trị đa dạng sinh học rất cao, giúp điều hoà chế độ thuỷ văn nước mặt và nước ngầm thậm chí còn có khả năng cải tạo chất lượng nước, đặc biệt là giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, chất rắn lơ lửng và vi khuẩn gây bệnh. Tuy nhiên đất ngập nước đều là những khu vực sinh thái nhạy cảm cần được bảo vệ nên không thể lạm dụng cho mục đích xử lý nước thải. Vì vậy trong khoảng một thập kỷ trở lại đây nhiều công trình nghiên cứu tiến hành ở nhiều quốc gia như: Mỹ, Úc, Châu âu, Châu Phi và Châu Á…về phương pháp xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo được thiết kế và xây dựng mô phỏng theo các điều kiện sinh thái, thuỷ văn của đất ngập nước tự nhiên. Hệ thống xử lý đất ngập nước nhân tạo thường bao gồm một hoặc một vài hố nước nông (<1m), có trồng thực vật thuỷ sinh trôi nổi như: bèo tây, bèo ta, hoa súng, tảo, sậy, đước…. Với các đặc điểm này, hệ thống xử lý nước thải bằng sự kết hợp các quá trình vi sinh, sinh hoá, hoá học hoàn toàn tự nhiên. Về mặt thuỷ văn, các thông số thiết kế chính của từng hố của hệ thống đất ngập nước nhân tạo bao gồm hướng dòng chảy, thời gian lưu giữ, độ sâu…. Ngoài ra còn có lớp không thấm trải trên nền đất gốc để tránh không cho nước nước thải thấm sâu xuống phía dưới và xung quanh, gây ô nhiễm nước ngầm và ô nhiễm đất trong vùng. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy đất ngập nước nhân tạo là phương pháp xử lý nước thải có chi phí xây dựng và bảo dưỡng thấp, không yêu cầu kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả xử lý rất cao, đặc biệt là cho những nguồn nước thải không điểm như nước mưa đô thị, nước thải sinh hoạt từ các cụm dân cư nông thôn, nước thải nông nghiệp, thuỷ sản… Ở Việt nam, nước thải nông nghiệp là một trong những nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường và suy giảm chất lượng nước ở các vùng nông thôn. Nước thải nông nghiệp bao gồm: Nước xả ra từ các chăn nuôi nông hộ, từ trang trại tập trung, từ các đầm nuôi tôm và nước hồi quy từ đồng ruộng. Những nguồn xả thải này thưòng có lượng rất lớn và chứa rất nhiều chất hữu cơ, vi rút, vi khuẩn gây bệnh và nhiều thành phần độc hại khác. Quản lý và xử lý những nguồn nước thải nông nghiệp ở Việt nam vẫn luôn là một thách thức do các địa phương thưòng rất nhiều kinh phí, công nghệ và cán bộ kỹ thuật. Các vấn đề này hoàn toàn có thể giải quyết được bằng cách áp dụng đất ngập nước nhân tạo. Phân loại đất ngập nước nhân tạo xử lý nước Có thể phân loại đất ngập nước xử lý nước thải thành hai loại: - Loại 1: Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy mặt (Free water surface – FWS) Đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây ngập nước) được thiết kế xử lý theo dòng chảy mặt hoàn toàn giống đầm lầy tự nhiên. Nước chảy tràn qua lớp giá thể Mực nước nông <45cm Thực vật được sử dụng trồng: lau, sậy, cói. Các thực vật này có khả năng hấp thụ khối lượng lớn nitơ và phốtpho Nước thải chăn nuôi chảy tràn qua bãi lọc với tỉ lệ chiều dài L, chiều rộng W nhất định (10:1) Có lớp đất sét hoặc lớp vải địa kỹ thuật chống thấm Nước thải chảy từ một phía của bãi lọc ngấm qua lớp đất mặt đến các đường ống góp. Nước trong ống góp trong và không còn chất dinh dưỡng. Hình 2.4. Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy mặt Fedaration 1990 - Loại 2: Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm (Subsurface flow Constructed Wetland – SSF) Nước thải chảy bên dưới lớp giá thể Nước chảy ngầm trong lớp lọc. Lớp lọc là nơi thực vật phát triển trên đó gồm có cát, sỏi, đá nhằm giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang và được thiết kế với độ dốc ≤ 1%. Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải chăn nuôi được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. vùng ngập nước thường thiếu ôxy nhưng thực vật của bãi lọc có khả năng vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ. Ngoài các yếu tố thiết kế dòng vào, dòng ra, thực vật như đối với đầm lầy dòng chảy mặt, cần phải nghiên cứu kỹ nền đá sỏi: kích thước nền, kích thước đá sỏi. Hình 2.5. Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm Nguồn: Koottatep và Panuvatvanich, 2005 Khả năng xử lý chất ô nhiễm của đất ngập nước nhân tạo Đất ngập nước hoạt động như một vật liệu thấm, lọc nước thải bẩn, sau khi qua khu vực đất ngập nước, nước thải bẩn sẽ được lọc, khử các chất nitrogen, phosphorus hay chất độc thông qua chức năng thấm lọc, lắng, hấp thu của bộ rễ, các hạt trầm tích trong nước, hạt đất và các vi sinh vật hoạt động trong nền đất. Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Phân hủy sinh học đóng vai trò quan trọng nhất trong việc loại bỏ chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Vật chất còn lại sẽ được loại bỏ qua quá trình lắng. Đối với đất ngập nước vai trò vi sinh vật hiếu khí, tuỳ tiện & kị khí đối với việc loại bỏ BOD là quan trọng. Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những vùng vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuếch tán. 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 và bộ rễ. Loại bỏ các chất rắn ( lọc) Nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, keo thì được loại bỏ qua cơ chế lọc (lớp vật liệu lọc), lắng, phân hủy sinh học, dính bám, hấp phụ nhờ lực Var der Waals. Loại bỏ nitơ Nitơ loại bỏ nhờ 3 cơ chế chủ yếu: nitrat hóa/khử nitrat; bay hơi ammoniac và hấp thụ của thực vật. Sự chuyển hóa Nitơ xảy ra ở tầng oxy hóa và khử của đất và nước; bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất. Bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng rễ qua thân, lá của cây trồng trong bãi lọc tạo nên lớp màng giàu oxy. Quá trình nitrat hóa diễn ra ở vùng rễ hiếu khí, NH4+ chuyển thành NO3-. Phần NO3- không được cây trồng hấp thụ sẽ khuếch tán vào vùng thiếu khí, bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử Nitrat. Lượng ammoniac trong vùng rễ được bổ sung nhờ nguồn NH4- từ vùng thiếu khí khuếch tán vào. Loại bỏ Photpho Cơ chế loại bỏ gồm có sự hấp thụ của thực vật, quá trình đồng hóa của vi khuẩn, sự hấp phụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ, kết tủa và lắng cùng Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+. Khi thời gian lưu nước dài, đất sử dụng có cấu trúc mịn thì cơ chế loại bỏ là hấp phụ và kết tủa. Sự hấp thu của thực vật: vô cơ phosphorus, chủ yếu Orthophotphat (HPO42- và H2PO4-) được lấy đi bởi những cây được bén rễ trong đất hay nổi trong nước (bao gồm nhành tảo) Kết tủa: hạt vật chất (các chất vô cơ hoặc hữu cơ) chúng kết tủa vì vận tốc nước giảm, chiều sâu nước sông và hoạt động lọc của cây và tập hợp trên bề mặt đất. Sự phân hủy: chất hữu cơ của phosphorus bị phân hủy thành những hợp chất phân tử hữu cơ nhỏ hơn vừa gián đoạn lại vừa hòa tan, và cuối cùng tới orthophotphat bởi những vi sinh vật mà chúng dung cacbon hữu cơ như một nguồn năng lượng hay chúng khuyết tán ngược lại vào trong đất hay nước. Sự hút thấm bề mặt: gồm ba quá trình là sự hấp thụ của ion orthophotphat bởi những đất sét và sắt hay những nhôm oxit (chemisorptions) trong đất, và sự kết tủa của PO43- với sắt và những nhôm oxit hoặc canxi bị nóng chảy Loại bỏ kim loại nặng Lọc qua lớp vật liệu lọc Kết tủa và lắng dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, dạng sunfit kim loại trong vùng kỵ khí của lớp vật liệu. Hấp phụ lên các kết tủa oxyhydroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí. Kết hợp, lẫn với thực vật chết và đất. Hấp thụ vào rễ, thân và lá của thực vật. Loại bỏ vi khuẩn và virus Chúng được loại bỏ nhờ: Sự bài tiết các chất kháng sinh từ rễ thực vật, quá trình vật lý như kết dính, lắng, lọc, hấp phụ; bị tiêu diệt trong điều kiện môi trường không thuận lợi trong thời gian dài. Cụ thể như: nhiệt độ, pH, bức xạ mặt trời, thiếu chất dinh dưỡng do các sinh vật khác ăn. Một số nghiên cứu về ứng dụng đất ngập nước nhân tạo trên thế giới và Việt Nam Đất ngập nước xử lý nước thải trên thế giới. Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp, nước rỉ bãi rác bằng bãi lọc trồng cây. Nghiên cứu xử lý bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây. Nghiên cứu về loại bỏ vi sinh vật trong nước thải. Bãi lọc trồng cây ở Bắc Âu. Đất ngập nước xử lý nước thải ở Việt Nam Công nghệ xử lý phân bùn bể photphat bằng bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng - Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp - trường Đại học Xây dựng phối hợp với Viện KH & CN Môi trường Liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG Công trình nghiên cứu làm sạch nước Hồ Tây bằng cây thủy sinh Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam - PGS.TS. Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên cứu thực hiện Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Thành Phố Việt Trì - GS.TSKH Dương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện Nghiên cứu xử lý ô nhiễm N, P trong nước sông Tô Lịch bằng Bèo Tây - Th.S Đào Văn Bảy và GS.TSKH Lâm Ngọc Thụ thực hiện Nghiên cứu sử dụng một số thực vật nước để làm sạch kim loại nặng trong nước hồ Bảy Mẫu - PGS.TS Lê Thị Hiền Thảo – Trường Đại Học Xây Dựng Xử lý kim loại nặng (Cr, Pb2+ và Ni2+) trong nước thải công nghiệp bằng Bèo Tây - Nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Môi Trường , Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Ưu nhược – điểm khi sử dụng thực vật làm sạch môi trường nước Ưu điểm: Hiệu quả xử lý chậm nhưng ổn định đối với các loại nước có BOD, COD thấp, không có độc tố. Chi phí xử lý không cao. Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp. Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau: Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ. Làm thực phẩm cho người và gia súc. Làm phân bón cải tạo đất: Sinh khối có thể thu hoạch, chế biến thành phân hữu cơ, phụ gia cải tạo đất, bón trên rễ cây mới trồng, đốt thành tro hay làm phân Compost. Tái tạo năng lượng: Sinh khối sử dung sản xuất Ethanol, đốt trực tiếp thành củi. Nguyên liệu sản xuất bột giấy, giấy và sợi. Làm dược phẩm. Bộ rễ thân cây ngập nước là giá thể rất tốt đối với vi sinh vật, sự vận chuyển của cây đưa VSV đi theo. Chúng dịch chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước, quan hệ giữa VSV và thực vật thủy sinh là quan hệ cộng sinh. Sử dụng thực vật xử lý nước trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng. do vậy có thể ứng dụng ở những vùng hạn chế việc cung cấp năng lượng. Nhược điểm: Diện tích cần dùng để xử lý chất thải lớn, chúng luôn đòi hỏi phải có đủ ánh sáng. Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển quá càng tốt. Do vậy diện tích bề mặt càng nhiều càng tốt. Nó rất thích hợp cho những vùng nông thôn, những vùng không được cấp điện. Trong trường hợp không có thực vật thủy sinh, VSV không có nơi bám vào. Chúng dễ dàng trôi theo dòng nước hoặc lắng xuống đáy. Rễ thực vật có thể là nơi các VSV gây hại định cư, chúng là tác nhân sinh học gây ô nhiễm môi trường mạnh. Ngoài ra, thực vật chiếm không gian lớn, ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào nước. Thảm thực vật thủy sinh phủ kín bề mặt, tác dụng này tạo điều kiện cho các VSV phát triển bao gồm có ích và có hại. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Nghiên cứu tài liệu Điều tra về thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi. Nghiên cứu các tài liệu có sẵn về cây Dầu mè (Jatropha curcas L.) ở Việt Nam. Nghiên cứu thu hoạch các hình ảnh của thực vật. ._.