Hệ đất ngập nước nổi (FCW - Floating Constructed Wetland) được hiểu theo nghĩa rộng là hệ nhân tạo có thực vật tồn tại ở dạng nổi nhờ hệ thống bè, cho phép bộ rễ phát triển trong nước phía dưới. FCW được bắt đầu quan tâm ở đầu thế kỉ XX và được sử dụng lần đầu tiên bởi người dân ven biển Thổ Nhĩ Kì nhằm trồng cây thuỷ canh (cải, dưa chuột, hoa,…). Khả năng hấp thụ dinh dưỡng tốt và khả năng tăng cường xử lý chất ô nhiễm của thực vật và màng sinh học phát triển cùng bộ rễ của chúng đã khiến cho loại hệ đất ngập nước này được sử dụng làm công nghệ xử lý nước. Năm 1979, người Đức đã chính thức chế tạo FCW để xử lý nước. Tiếp đến, các nước phát triển khác như Anh, Mĩ, Nhật và Canada đã áp dụng thành công FCW để xử lý thuỷ vực nước ô nhiễm như sông, hồ với hiệu quả tốt. Từ năm 1980, công nghệ này được sử dụng để phục hồi các thuỷ vực ô nhiễm tại Trung Quốc. Hệ đất ngập nước nổi đặc biệt ưu việt đối với xử lý nước mặt do chúng không cần thêm diện tích như các hệ đất ngập nước khác và linh hoạt với sự thay đổi mực nước do khả năng nổi.

Cây phát lộc (Dracaena sanderiana) thuộc họ Agavaceae, là loài cây nhiệt đới, thân thảo, thường xanh được trồng làm cảnh trong nhà và ngoài trời. Các cây cảnh nói chung thể hiện tiềm năng trong xử lý ô nhiễm và có chu kì sinh trưởng rất ngắn. Bên cạnh đó, chúng lại có giá trị thẩm mĩ và kinh tế cao. Dracaena đã được nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm, đặc biệt các chất hữu cơ bay hơi. Nó cũng được nghiên cứu trong xử lý nước với vai trò cây nửa chìm nửa nổi trong hệ đất ngập nước dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm.

Nghiên cứu này đánh giá khả năng xử lý nước mặt bị ô nhiễm của cây phát lộc trong hệ đất ngập nước nổi quy mô phòng thí nghiệm nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng loại cây này trong thực tiễn.

1. Nguyên liệu

Cây phát lộc (Dracaena sanderiana) được mua tại chợ dân sinh thuộc quận Thanh Xuân, Hà Nội. Tại phòng thí nghiệm, cây được rửa sạch, trồng trong nước máy 1 tuần sau đó trồng thích nghi trong nước mặt ô nhiễm 3 tuần trước khi cho vào hệ đất ngập nước nổi quy mô phòng thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm.

Cây thuỷ trúc (Cyperus alterfonius) được lựa chọn làm thực vật so sánh, được ươm trồng từ lá thuỷ trúc và nuôi trong nước mặt bị ô nhiễm tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Nước mặt bị ô nhiễm được pha chế nhân tạo, mô phỏng đặc tính ô nhiễm của một số sông hồ tại Hà Nội từ nước máy, hoá chất Xylong Trung Quốc (KH₂PO₄, KNO₃, NH₄Cl, sucrose, pepton) và huyền phù đất đồi (5 g/L, để lắng 2 giờ).

2. Phương pháp đánh giá khả năng xử lý nước mặt bị ô nhiễm của cây phát lộc trong hệ đất ngập nước nổi quy mô phòng thí nghiệm

Hệ đất ngập nước nổi được cấu tạo bằng giá nhựa để nâng đỡ cây ở trên bề mặt của thùng nhựa thí nghiệm có thể tích hiệu dụng 22 L (chiều cao 375 mm, đường kính đáy 268 mm và đường kính miệng 300 mm). Một van lấy mẫu được đặt tại vị trí cách đáy thùng 10 cm, cách đều vị trí đáy của giá nhựa và đáy thùng. Cây phát lộc và thuỷ trúc được trồng với diện tích che phủ lá như nhau và tương đương 30% diện tích bề mặt thùng. 22 L nước mặt nhân tạo được cho vào hệ để mô phỏng nước tại thuỷ vực. Ngoài 2 hệ trồng cây, một hệ không trồng cây được sử dụng để làm mẫu đối chứng về khả năng xử lý nước mặt bị ô nhiễm của các thực vật.

Nước trong hệ được lấy tại các thời điểm cách nhau 1-4 ngày trong 13-17 ngày để phân tích các chỉ tiêu về chất lượng như pH, COD, TSS, NH₄⁺, PO₄^3-, NO₃^- nhằm đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm của thực vật trong hệ đất ngập nước nổi. Các chỉ tiêu chất lượng nước được phân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam và Hiệp hội Sức khoẻ Cộng đồng Mĩ.

Thí nghiệm được tiến hành theo 2 pha với chất lượng nước mặt bị ô nhiễm khác biệt (COD, TSS, NH₄⁺, NO₃^-).

3. Kết luận

Đánh giá khả năng xử lý nước mặt bị ô nhiễm của cây phát lộc trong hệ đất ngập nước nổi quy mô phòng thí nghiệm cho thấy cây này có hiệu quả xử lý thấp hơn hẳn so với cây thuỷ trúc. Hiệu quả xử lý NH₄⁺, NO₃^- hầu như không khác biệt so với mẫu đối chứng không trồng cây, trong khi sự khác biệt này là 10-23% đối với PO₄^3- Tuy cây phát lộc là cây cảnh đẹp được nghiên cứu ứng dụng xử lý nước và khí ô nhiễm nhưng không ưu việt khi áp dụng trong hệ đất ngập nước nổi.