Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ướt tại ký túc xá k – đại học thái nguyên

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
BOD Biochemical Oxygen
Demand
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
BOD
5
Nhu cầu oxy sinh học trong năm
ngày 20
o
C
COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học
CV Coefficient of variation Hệ số biến động
DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan
BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường
LSD Least Significant
Difference
Sai khác nhỏ nhất
QCVN Qui chuẩn Việt Nam
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng
HSSV Học sinh sinh viên
T-P Tổng lân
XLNT Xử lý nước thải
KTX Ký túc xá
VSV Vi sinh vật
UASB Upflow anaerobic sludge
blanket
Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược
qua tầng bùn kỵ khí
EGSB Expanded Granular Sludge

Bed
Hệ thống xử lý kỵ khí
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT i
MỤC LỤC i
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv
PHẦN I MỞ ĐẦU 1
i
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục đích nghiên cứu 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
1.4.1 Ý nghĩa khoa học 3
1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3
PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1 Cơ sở khoa học 4
2.1.1 Cơ sở lý luận 4
2.1.2 Cơ sở pháp lý 7
2.2 Cơ sở thực tiễn 8
2.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam 8
2.2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt 9
2.2.3 Một số nghiên cứu về ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý nước thải 15
2.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 17
2.3.1 Quá trình kỵ khí trong UASB 17
2.3.2 Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) 18
2.4 Tổng quan về mô hình đất ướt 19
2.4.1 Khái niệm 19
2.4.2 Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây 19
2.4.3 Các nguyên lý cơ bản để xây dựng mô hình đất ướt 23

2.4.4 Sơ lược về thực vật và vật liệu lọc trong mô hình 24
PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26
3.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 26
3.3 Nội dung nghiên cứu 26
3.4 Phương pháp nghiên cứu 26
3.4.1 Phương pháp thu nhập số liệu 26
3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 26
3.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu 28
3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 29
PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30
4.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K – Đại học Thái Nguyên 30
4.2 Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ướt 31
4.2.1 Kết quả xử lý BOD5 của mô hình đất ướt 31
4.2.2. Kết quả xử lý COD của mô hình đất ướt 34
4.2.3. Kết quả xử lý NO3- của mô hình đất ướt 35
4.2.4. Kết quả xử lý T – P của mô hình đất ướt 36
4.2.5 Kết quả xử lý TSS của mô hình đất ướt 37
PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39
5.1 Kết luận 39
5.2. Kiến nghị 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
ii
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người 5
Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp
APHA 5
Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho
phép trong nước thải sinh hoạt 8

Bảng 2.2 Vai trò của thực vật trong xử lý 13
Bảng 3.1 Công thức cây trong thí nghiệm 28
Bảng 4.1 Tổng lượng nước tiêu thụ và nước thải sinh hoạt cụ thể tại khu ký
túc xá K (1 năm học = 10 tháng) 30
Bảng 4.2 Các thành phần ô nhiễm chính có trong nước thải ký túc xá K 31
Bảng 4.3. Kết quả xử lý BOD5 của mô hình đất ướt 31
Bảng 4.4 Kết quả xử lý COD của mô hình đất ướt 34
Bảng 4.5 Kết quả xử lý NO3- của mô hình đất ướt 35
Bảng 4.6 Kết quả xử lý T – P của mô hình đất ướt 36
Bảng 4.7 Kết quả xử lý TSS của mô hình đất ướt 37
iv
PHẦN I
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường nước là vấn đề bất cập không chỉ
riêng quốc gia nào mà là vấn đề của toàn cầu. Trong những năm gần đây ô
nhiễm nước đang thu hút sự quan tâm của toàn nhân loại. Nguyên nhân chủ
yếu làm ô nhiễm nguồn nước đó là nước thải. Nước thải phát sinh từ mọi hoạt
động sống, hoạt động sản xuất của con người. Kinh tế phát triển, nhu cầu sử
dụng nước ngày một cao và nước thải là một hệ quả tất yếu. Nếu không có
biện pháp quản lý và xử lý kịp thời thì ô nhiễm môi trường nước do nước thải
chỉ còn là vấn đề thời gian. Một trong những nguồn nước thải có tải trọng lớn,
ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước là: nước thải sinh hoạt. Ô nhiễm môi
trường nước do nước thải sinh hoạt luôn là vấn đề nóng bỏng ở nhưng khu
vực tập trung đông dân cư như các khu đô thị. Tại các ký túc của các trường
đại học vấn đề ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt của một lượng lớn
sinh viên cũng là một vấn đề cần phải được quan tâm.
Đại học Thái Nguyên là Đại học vùng và là một trong những Đại học
trọng điểm của cả nước. Đại học Thái Nguyên có nhiệm vụ đào tạo nguồn
nhân lực có trình độ cao cho các tỉnh Trung du và miền núi phía Bắc nhằm

đáp ứng nhu cầu tại chỗ về nguồn nhân lực của địa phương trong khu vực,
đặc biệt là các tỉnh miền núi còn nhiều khó khăn về nguồn nhân lực và tạo cơ
hội và điều kiện thuận lợi cho người học, con em các dân tộc thiểu số. Các
trường thành viên của Đại học Thái Nguyên gồm nhiều trường đã thành lập
trên 40 năm, có bề dày truyền thống, có uy tín về chất lượng đào tạo.
Hàng năm, Đại học Thái Nguyên tuyển sinh hàng chục nghìn sinh viên
hệ chính quy và không chính quy. Đại học Thái Nguyên chủ yếu tập trung
phát triển các ngành nghề đào tạo các bậc học từ Đại học trở lên. Đến năm
2011, Đại học tổ chức tuyển sinh trên 150 chuyên ngành nghề đào tạo đại học
với tổng chỉ tiêu đại học chính quy là 12.420 và cao đẳng chính quy là 1.890
chỉ tiêu. Công tác đào tạo sau đại học không ngừng được nâng cao cả về số
lượng và chất lượng. Năm 2011, Đại học Thái Nguyên tuyển sinh cả ở 41
1
chuyên ngành với 1.570 chỉ tiêu, 19 chuyên ngành đào tạo trình độ tiến sĩ với
50 chỉ tiêu; 320 chỉ tiêu đào tạo bác sĩ chuyên khoa, bác sĩ nội trú.
Đại học Thái Nguyên đang đào tạo trên 95.000 HSSV (trong đó có trên
46.568 HSSV chính quy, 3.912 học viên cao học và chuyên khoa, 180 học
viên là nghiên cứu sinh). Trong đó có khoảng 6000 sinh viên được ở trong ký
túc xá thuộc trường thành viên. Khu ký túc xá Đại học Thái Nguyên hiện nay
đang có hơn 4000 sinh viên thuộc các trường thành viên: Đại học Nông Lâm,
Đại học Kinh tế và Quản trị Kinh doanh, Khoa Ngoại Ngữ
Với số lượng sinh viên lớn như vậy cùng với sự phát triển của các dịch
vụ ăn uống, giải trí nên dẫn đến lượng nước thải sinh hoạt ngày càng gia tăng
theo. Có thể ước tính bằng 80% lượng nước cấp.
Nước thải sinh hoạt có chứa các thành phần ô nhiễm chính như BOD
5
,
COD, Nito, Photpho. Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là
không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật
và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.

Vì vậy, lượng nước thải sinh hoạt khi xả ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng.
Hiện tại, khu ký túc xá chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Nước
thải sinh hoạt chưa qua xử lý xả thẳng ra ngoài môi trường làm ô nhiễm
nguồn nước mặt, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Mối nguy hại cho môi
trường, hệ sinh thái xung quanh và lưu vực chứa nước thải.
Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: cơ học, lý - hoá học,
Tuy nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ
sinh. Chính vì vậy việc nghiên cứu một phương pháp phù hợp với điều kiện
hiện nay của khu ký túc xá là hết sức cần thiết.
Chính vì lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh
hoạt bằng mô hình đất ướt tại ký túc xá K – Đại học Thái Nguyên” nhằm áp
dụng công nghệ sinh thái để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu ký túc xá.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ rẻ tiền, có
chi phí xây dựng cũng như vậy hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện
2
Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng
nước thải sau xử lý trong nông nghiệp.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng mô hình đất ướt xử lý hiện quả nước thải sinh
hoạt bằng các loài thực vật thủy sinh.
- Đánh giá hiện trạng, mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt khu ký
túc xá K- Đại học Thái Nguyên.
- Thành phần nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam
(QCVN) về nước thải sinh hoạt.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.4.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý của mô hình đất ướt
trồng cây đối với môi trường nước thải sinh hoạt.

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Mô hình đất ướt là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều
kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn
định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo môi trường
của ký túc xá.
3
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học
2.1.1 Cơ sở lý luận
2.1.1.1 Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt của
các cộng đồng dân cư: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui
chơi giải trí, cơ quan công sở,…Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng
thường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD
5
, COD, Nitơ và Photphat. Một yếu
tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh
được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh cho
người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và run sán.
Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
•Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh
•Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt
Lượng nước thải sinh hoạt dân cư phụ thuộc vào dân số và đặc điểm của hệ
thống thoát nước. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy
sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây
bệnh nguy hiểm. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn,
tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, có thể tính bằng 80%
lượng nước cấp.[5]
2.1.1.2 Tính chất nước thải sinh hoạt

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau,
trong đó khoảng 52 % là các chất hữu cơ, 48 % là các chất vô cơ và một số
lượng lớn vi sinh vật. Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải cũng chứa các
vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải. Bảng 1: Phân loại
mức độ ô nhiễm theo thành phần hóa học điển hình của nước thải sinh hoạt.
4
Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người
Các chất
Tổng chất
thải,g/người.ngày
Chất thải hữu
cơ,g/người.ngày
Chất thải vô
cơ,g/người.ngày
Tổng lượng chất thải 190 110 80
Các chất tan 100 50 50
Các chất không tan 90 60 30
Chất lắng 60 40 20
Chất không lắng 30 20 10
(Nguồn Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – Hà Nội 2009)
Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp
APHA
Các chất
Mức độ ô nhiễm
Nặng Trung bình Thấp
Tổng chất rắn, mg/l 1000 500 200
Chất rắn hòa tan, mg/l 700 350 120
Chất rắn không tan,mg/l 300 150 80
Tổng chất rắn lơ lửng, mg/l 600 350 120
Chất rắn lắng, mg/l 12 8 4

BOD
5
mg/l 300 200 100
Oxy hòa tan,mg/l 0 0 0
Tổng nito, mg/l 85 50 25
Nito hữu cơ, mg/l 35 20 10
Nito amoniac, mg/l 50 30 15
Nitrite, mg/l 0.1 0.05 0
Nitrate, mg/l 0.4 0.2 0.1
Clorua, mg/l 175 100 15
Độ kiềm, mgCaCO
3
/l 200 100 50
Chất béo, mg/l 40 20 0
Tổng photpho (theo P), mg/l - 8 -
(Nguồn Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – Hà Nội 2009)
Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau:
COD = 500 mg/l, BOD
5
= 250 mg/l, SS = 220 mg/l, Photpho = 8 mg/l, Nito
NH
3
và Nito hữu cơ = 40 mg/l, PH = 6,8, TS = 720 mg/l
- Thông số vật lý
* Hàm lượng chất rắn lơ lửng
5
Các chất rắn lơ lửng trong nước (Total) Suspended Solids – ( TSS – SS)
có thể có bản chất là:
- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);
- Các chất hữu cơ không tan;

- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm , động vật nguyên sinh).
Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa
chất trong quá trình xử lý.[3]
* Mùi
Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H
2
S mùi trứng thối. Các hợp chất
khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadavarin và cercaptan được tạo thành
dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H
2
S.[3]
* Độ màu
Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc
nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chất
hữu cơ. Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt – Co).
Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được
sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải.[3]
- Thông số hóa học
* Độ pH của nước
Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H
+
có trong dung dịch,
thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.
Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hòa tan
trong nước. Độ pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Do
vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường.[3]
* Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD)
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước
bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hóa
toàn bộ các chất hóa học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết

để oxy hóa một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật.
COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu
cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không
phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.
6
* Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD)
BOD (Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa) là lượng
oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các vi
sinh vật sử dụng oxy hòa tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hòa tan cần thiết
cho quá trình phân hủy sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng
của một dòng thải đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các
chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân hủy bằng các vi sinh vật.
* Nitơ và các hợp chất chứa nito
Trong nước mặt cũng như nước ngầm nito tồn tại ở 3 dạng chính là: ion
amoni (NH
4
+
), nitrit (NO
2
-
) và nitrat (NO
3
-). Dưới tác động của nhiều yếu tố
hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nito này chuyển hóa lẫn
nhau, tích tụ lại trong nước ăn và có độc tính đối với con người. Nếu sử dụng
nước có NO
2
- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em và phụ nữ có

thai có thể mắc bệnh xanh da vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy.
* Photpho và các hợp chất chứa photpho
Trong các loại nước thải, Photpho hiện diện chủ yếu dưới các dạng
phosphate. Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và
Phosphat hữu cơ.
Photpho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển
của sinh vật. Việc xác định Photpho tổng là một thông số đóng vai trò quan
trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong
các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học.
Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiện
tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích
thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.
2.1.2 Cơ sở pháp lý
7
- Luật bảo vệ môi trường số 52/2005 được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội
chủ nghĩa Việt Nam khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm
2005.
- Luật tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 21 tháng 6 năm 2012 của
Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam.
- Áp dụng QCVN 14 - 2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Môi trường và Vụ
Pháp chế trình duyệt và ban hành theo Quyết định 16/2008/QĐ-BTNMT ngày
31 tháng 12 năm 2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho
phép trong nước thải sinh hoạt
TT Thông số Đơn vị Cột B
1 pH - 5-9
2 BOD
5
(20

0
C) mg/l 30
3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50
4 Nitrat (NO
3
-
) mg/l 30
5 Photphat (PO
4
3-
) mg/l 6
2.2 Cơ sở thực tiễn
2.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam
Quá trình đô thị hóa tại Việt Nam diễn ra rất nhanh. Những đô thị lớn tại
Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề.
Đô thị ngày càng phình ra tại Việt nam, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triển
không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam
vô cùng thô sơ. Vì hệ thống cống rãnh thoát nước còn trong tình trạng thô sơ,
không hợp lý cũng như không theo kịp đà phát triển dân số nhanh như trường
hợp ở các thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Sài Gòn, Hải Phòng, Nha
Trang, Đà Nẵng, Cần Thơ…, việc giải quyết và xử lý nước thải này hầu như
không thực hiện được. Nước thải sau khi qua mạng lưới cống rãnh được chảy
thẳng vào sông rạch và sau cùng đổ ra biển cả mà không qua giai đoạn xử lý,
độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn cho
phép, các thông số chất lơ lửng (SS), BOD; COD; ôxy hòa tan (DO) đều vượt
8
từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP. Có thể nói rằng người Việt Nam đang làm
ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hằng ngày.[1]
Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE), nước
thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một

nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu
hướng càng ngày càng xấu đi. Ước tính hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước
được xử lý.
Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa khiến luồng di cư về đô thị.
Song việc thu gom xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt lại không được để ý.
Trong vòng ít nhất là 10-15 năm nữa Việt Nam sẽ phải hứng chịu các tác
động nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử lý. Vì vậy ô nhiễm nước
thải sinh hoạt đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt.
Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WTO) công bố
hồi đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong
do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê
của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn
nước. Người dân ở cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ
mắc bệnh do môi trường nước đang ngày càng một ô nhiễm trầm trọng.
Từ hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt trên, chúng tôi đi đến nghiên
cứu đề tài này để xử lý nước thải sinh hoạt từ nguồn, góp phần giảm ô nhiễm.
2.2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt
* Phương pháp xử lý cơ học
Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách
các chất này ra khỏi nước thải. Thường sử dụng các phương pháp cơ học như
lọc qua song chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc.
Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng lưu lượng nước
thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp.
Song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải
9
Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước thải trước hết phải qua song chắn
rác. Tại đây các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp,
rác cây, bao nilon… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc
kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm
việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác phân thành loại thô, trung
bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100
mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm.
Theo hình dạng có thể phân song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác có
thể đặt cố định hay di động.
Lắng cát trong xử lý nước thải
Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích
thước từ 0,2 mm đến 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm
khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tánh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các
công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: bể lắng
ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi
khí cũng được sử dụng rộng rãi.
Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt qua 0,3 m/s.
Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắng
xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý công
trình tiếp theo.
Bể lắng xử lý nước thải
Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể
lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử
lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng
ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận
tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5h. Các bể lắng
ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m3/ngày.
10
Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ
dưới lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước
trong bể dao động khoảng 45 -120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng
thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20 %.
Tuyển nổi trong hệ thống xử lý nước thải.

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở
dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. trong một
số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các
chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường
được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản
của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm
trong thời gian ngắn.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha
lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập
hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo nổi lên bề mặt.
Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí,
hàm lượng chất rắn. Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30
micromet (bình thường từ 50 – 120 micromet). Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác xuất
va chạm và kết dính giữa các hạt sẽ tăng lên, do đó, lượng khí tiêu tón sẽ giảm.
Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng.
* Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý trong hệ thống xử lý nước thải
Trung hòa
Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về
khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ
xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:
- Trộn lẫn nước thải acid và nước kiềm.
- Bổ sung các tác nhân hóa học.
- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa.
- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid.
11
Keo tụ - tạo bông xử lý nước thải
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo
mịn phân tán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các
hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích
thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện

tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ
trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waaks giữa các hạt.
Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa
chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brow và do
tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt
duy trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích
điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc
các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ
lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính
bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được
gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết
với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và
lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.
* Phương pháp sinh học
Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn
của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khử
các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.
Phương pháp này dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có khả năng
phân hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất
khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo từng nhóm vi
khuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình
khác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có
thể sử dụng hồ sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý.
12
* Vai trò của thực vật trong xử lý nước thải sinh hoạt
Bảng 2.2 Vai trò của thực vật trong xử lý
Các bộ phận của
thực vật
Vai trò trong xử lý
Những mô nổi trên

mặt nước
• Giảm ánh sáng giảm sự phát triển của các
phiêu sinh vật ;
• Tạo cảnh quan đẹp ;
• Tích tụ chất dinh dưỡng.
Những mô chìm
dưới nước
• Có tác dụng lọc lọc các vật thể trong dòng
nước thải.
• Giảm tốc độ dòng thải tăng tốc độ lắng đọng,
giảm nguy cơ xáo trộn ;
• Cung cấp bề mặt dính bám cho các màng sinh học ;
• Nhả khí oxy thông qua quá trình quang hợp
tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí ;
• Tiêu thụ chất dinh dưỡng.
Rễ và thân cây trong
lớp bùn
• Gia cố bề mặt lớp bùn lắng đọng ít xói mòn ;
• Chống tắc nghẽn trong hệ thống dòng chảy đứng ;
• Nhả khí oxy làm tăng cường quá trình phân hủy
hiếu khí và nitrat ;
• Tiêu thụ chất dinh dưỡng ;
• Làm phát sinh các chất kháng sinh.
Vai trò quan trọng nhất của thực vật trong chức năng xử lý nước thải là
dựa trên các đặc tính vật lý của các mô thực vật như kiểm soát sói mòn, lọc
nước, tạo nơi sống và hoạt động cho các VSV. Sự trao đổi của thực vật (sự
hấp thụ, thải khí oxy, vv ) ảnh hưởng đến việc xử lý nước thải theo những
cấp độ khác nhau tùy theo thiết kế. Thực vật còn có vai trò đáng quý khác như
tạo cảnh quan, môi trường sống cho các loài thú hoang dã.[8]
13

* Đặc tính vật lý
Sự có mặt của thực vật trong các bãi lọc làm giảm tốc độ dòng chảy tạo
ra điều kiện tốt hơn cho quá trình lắng đọng các chất rắn, giảm nguy cơ sói
mòn và xáo trộn, tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và thực vật. Trong Mô
hình đất ướt (hệ thống dòng chảy đứng), thực vật với các chức năng hoạt
động của hệ rễ làm giảm nguy cơ tắc nghẽn dòng chảy trong lớp vật liệu lọc.
Thực vật bao phủ bãi lọc giống như màng sinh học ngăn giữa không khí
ẩm và đất ẩm hoặc bề mặt nước tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa của nhiều thông
số môi trường. Giảm tốc độ gió gần mặt đất hoặc mặt nước làm giảm sự xáo
trộn của các chất lắng. Vì vậy có thể loại bỏ các chất rắn khỏi nước thải bởi
quá trình lắng đọng. Tuy nhiên nhược điểm của việc giảm tốc độ gió gần bề
mặt nước giảm khả năng làm thoáng trong nước.
Các tán lá thực vật ngăn khả năng truyền ánh sáng mặt trời, làm cho quá
trình sinh sôi của tảo dưới tán cây bị chậm lại. Đối với các vùng khí hậu ôn đới
cây có thể giữ cho đất khỏi bị đóng băng khi có tuyết bao phủ vào mùa đông.
* Tạo bề mặt cho các vi sinh vật phát triển
Thân và lá cây cũng như rễ cây và thân rễ của thực vật đóng vai trò như
vật liệu lưu giữ tạo bề mặt dính bám cho sự phát triển của màng sinh học cấu
thành từ các loại tảo quang hợp và các VSV. Những màng sinh học này và các
màng sinh học bám trên bề mặt các vật liệu khác trong hồ bao gồm cả mô thực
vật đã chết, là nơi diễn hầu hết các quá trình xử lý sinh học trong bãi lọc.[9]
* Cung cấp oxy qua rễ cây
Thực vật trong hồ thải oxy qua bộ rễ. Các loài thực vật thân rỗng với hệ
thống khí đối lưu bên trong có nồng độ oxy tích tụ bên trong thân và rễ cây
cao hơn các loài chỉ dựa vào sự trao đổi oxy khuếch tán. Dòng khí đối lưu làm
tăng đáng kể độ dài có khả năng làm thoáng của rễ so với độ dài làm thoáng
theo cơ chế khuếch tán. Vì vậy thực vật thân rỗng với cơ chế dòng khí đối lưu
có tiềm năng giải phóng ra nhiều oxy từ rễ hơn là các loài không có cơ chế
này. Oxy được giải phóng ra từ đầu rễ có tác dụng oxy hóa và khử độc các
chất có hại có trong hệ thân rễ. Ngoài oxy ra, rễ cây cũng thải ra các chất khác

như các chất kháng sinh, các hợp chất làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của
các loài khác, các hợp chất hữu cơ như cacbon hữu cơ.
14
* Sự hấp thụ chất dinh dưỡng
Thực vật trong bãi lọc cần có chất dinh dưỡng để sống và phát triển và
chúng hấp thụ các chất dinh dưỡng chủ yếu qua bộ rễ. Một vài loài hấp thụ
qua thân cây mọc dưới nước và lá từ môi trường xung quanh. Vì các thực vật
trong hồ thường phát triển rất tốt nên có một lượng đáng kể các chất dinh
dưỡng trong phần sinh khối mới tạo thành. Khả năng hấp thụ dinh dưỡng của
thực vật lớn do đó có khả năng loại bỏ, làm giảm nồng độ N, P và hợp chất
hữu cơ trong nước thải.
* Đặc tính sinh học của một số loài thực vật thủy sinh
Các thực vật loại này bao gồm các loài như : Phát Lộc (Dracaena
Sanderia) Thủy trúc (Cyperus involucratus Poire), Cỏ Vetiver (Vetiverri
zizanioides),Sậy (Phramites), Cói nước (Cypeus), Cỏ nến (Typha), bấc
(Juncus), cói giài (Scirpus), rau mác (Sagittaria) Các cây này do sống trong
môi trường nước nên không cần ăn sâu vào trong đất để tìm nước nên rễ của
chúng phát triển nông rộng để có thể hấp thu được dinh dưỡng, lượng khí O2
có trong lớp đất và giữ cho cây đứng được.
Cơ chế loại bỏ các chất thải cơ bản như sau :
+ Lắng, lọc, hấp thụ chất rắn lơ lửng, photspho, nito, kim loại nặng và
chất hữu cơ đã bị hấp thụ.
+ Màng vi sinh vật trong vùng rễ, lọc : phân hủy dị dưỡng các chất hữu cơ.
+ Trong vùng hiếu khí: Phân hủy sinh học chất hữu cơ, Nito hóa, 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 mô hình giúp tạo vùng rễ, lỗ xốp,
vận chuyển oxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại nặng,
2.2.3 Một số nghiên cứu về ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý nước thải

- Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý
nước thải sinh hoạt vào năm 1991. Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở Na
Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ
các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và với chi
phí thấp.
15
- Ở miền bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để
xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị. Nhìn chung, khử nito là
mục đích chính, mặc dù hiệu quả xử lý TSS và BOD cũng khá cao. Nghiên
cứu của J.L.Andersson, S.Kallner Bastviken và K.S.Tonderski đã đánh giá
hoạt động trong 3 – 8 năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn (diện tích 20
– 28 ha)[2]
- Tại Đan Mạch, hướng dẫn chính thức mới về xử lý nước thải tại chỗ
nước thải sinh hoạt gần đây đã được Bộ Môi Trường Đan Mạch công bố, áp
dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này người
ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho
phép đạt hiệu suất khử BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này có
thể bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách photpho bằng PAC trong bể
phản ứng lắng, cho phép loại bỏ 90% Photpho.
• Nghiên cứu về loại bỏ vi sinh vật trong nước thải
Ở Đức, một chương trình nghiên cứu về mặt vi sinh vật - sự tồn tại và
chết của các mầm bệnh trong nước thải được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu
Hagendorf Ulrich, Diehl Klaus và nhiều người khác trong nhiều năm, trên các
mẫu nước lấy từ ba bãi lọc trồng cây xử lý nước thải đã qua xử lý sơ bộ (bể tự
hoại nhiều ngăn, hồ) và từ nước thải sinh hoạt đã qua xử lý sơ bộ. Nồng độ của
các vi sinh vật chỉ thị hay các mầm bệnh được xác định ở nhiều vị trí và các bậc
của hệ thống xử lý. Với số liệu từ hơn 3600 phân tích vi sinh, so sánh với các số
liệu từ một hệ thống đã vận hành được 18 năm cho phép đưa được cả các yếu tố
vận hành vào trong đánh giá.
Các nghiên cứu cho thấy rằng hiệu suất loại bỏ trung bình của các vi

sinh vật chỉ thị và các mầm bệnh nằm trong khoảng 1,5 - 2,5 đơn vị log với hệ
thống xử lý một bậc và 3 - 5 đơn vị log đối với hệ thống xử lý nhiều bậc.
Không có sự khác nhau đáng kể giữa bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang
và dòng chảy đứng. Hiệu suất loại bỏ vi sinh vật trong các bãi lọc trồng cây rõ
ràng là hơn hẳn so với hệ thống bùn hoạt tính truyền thống.
• Nghiên cứu xử lý bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây
Viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan, kết hợp với Viện Khoa học
và Công nghệ Môi Trường liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG đã tiến
16
hành nghiên cứu thực nghiệm xử lý phân bùn bể phốt lấy từ Bangkok bằng hệ
thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng với cây cỏ nến (Typha)
tại AIT liên tục từ năm 1997 tới nay. Tải trọng TS bằng 250 kg/m
2
.năm được
coi là tải trọng tối ưu để xử lý phân bùn. Cần ngăn cản sự héo rủ của cỏ nến
vào mùa khô bằng cách tưới nước bãi lọc bằng nước sau xử lý. 65% nước từ
phân bùn được thu qua hệ thống thu nước và 35% bay hơi. Bãi lọc được vận
hành gần 4 năm, không phải sửa chữa hệ thống thấm. Chất rắn tích lũy chứa
hàm lượng trứng giun thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng trong nông nghiệp
đối với bùn cặn. So sánh với sân phơi bùn truyền thống, bãi lọc ngầm trồng
cây cho phép thời gian lưu giữ bùn khô lớn hơn nhiều (5 - 6 năm). Ưu điểm
của phương pháp xử lý phân bùn bằng bãi lọc trồng cây là bộ rễ tạo ra cấu
trúc xốp, với hệ thống mao mạch nhỏ li ti trong bãi lọc, giúp cho quá trình
khử nước của hệ thống được duy trì trong nhiều năm mà không bị tắc.
• Nghiên cứu tại Việt Nam
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng
chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS. Nguyễn Việt Anh và
nhóm nghiên cứu thực hiện. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiện quả
loại bỏ các chất ô nhiễm như : với sơ đồ bậc 1, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc
trồng cây cho phép đạt tiêu chuẩn nước loại B đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP.

- 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 do GS.TSKH
Dương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện. Kết quả cho thấy chất lượng nước
thải đầu ra sau khi đã được xử lý bằng các biện pháp sinh học mang lại kết
quả tương đối tốt, nước không có mùi hôi, số lượng vi khuẩn coliform giảm đi
rõ rệt, các chỉ số ô nhiễm COD, BOD5 ở dưới ngưỡng cho phép, các chỉ số
NH4+, NO3- rất thấp.
2.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt.
2.3.1 Quá trình kỵ khí trong UASB
Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi Gatze Lettinga và các
cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những năm 1970, nó
thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới cao
tại các vùng nhiệt đới. Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng
chất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể [27].
17
Nc thi c a t di lờn qua lp bựn k khớ l lng dng ht.
Quỏ trỡnh sinh húa din ra khi nc thi tip xỳc vi lp ht bựn ny. Khớ sinh
ra s kộo cỏc bụng bựn lờn l lng trong b to ra s khuy trn u gia bựn
v nc. Khi lờn n nh cỏc bt khớ s va chm vi cỏc tm chn nghiờng,
cỏc bt khớ c giỏi phúng t do cũn bựn c ri xung theo trng lc.
Tm chn c t nghiờng trong vựng tỏch pha tng tit din, tit din
dũng chy tng do ú lm gim tc lng ca pha rn ti vựng ny, bựn
c tớch t trờn b mt tm chn nghiờng khi ln tỏch ra v ri xung
vựng lng.
Ngun: Nguyn Vit Anh, 2007
Hỡnh 1.4. S cu to b UASB
So sỏnh vi cỏc k thut x lý ym khớ khỏc, trờn nhiu phng din cho
thy k thut UASB l phng ỏn tt nht. Thụng thng thi gian lu l 6
ngy cho vựng khớ hu nhit i, chiu cao b 4-6m, vn tc nc dõng v

=
0,6-0,9 m/h [4].
2.3.2 B EGSB (Expanded Granular Slugde Bed)
Mt trong nhng yu t quan trng ca h UASB l dng tp hp sinh
khi, sinh khi keo t thnh ht bựn: kớch thc 1-5mm, khi lng riờng ln,
bn c hc cao, tc sa lng ln v hot tớnh methane húa cao. Mt h
UASB thụng thng khụng cú kh nng to ra cỏc ht bựn cú tớnh cht nh
18








Nớcthảivào
Hệthốngphân
phốinớc
Tầngbùnlơ
lửng
Nớcthảisaubể
UASB
KhíBiogas
Mángthunớc
quanhbể
Tầngphanớc,
phakhí
Váchngăntáchkhí
trên mặc dù có hiệu quả xử lý cao, chứng tỏ chúng không phải là điều kiện

tiên quyết cho hiệu quả xử lý của hệ, chính từ quan điểm trên người ta đã biến
thể hệ UASB thành hệ EGSB. Năm 1983 Lettinga và cs, đã phát minh ra hệ
thống EGSB - Expanded Granular Sludge Bed (lớp bùn hạt mở rộng).
Dòng nước thải đi vào hệ thống theo chiều từ dưới lên, qua một lớp bùn
hạt mở rộng, chứa những vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất hữu cơ chứa
trong bùn thải. Vận tốc dòng lên của hệ thống có thể đạt trên 9 m/h, cao hơn
nhiều hệ thống UASB (0,6 - 0,9m/h). Nước thải ra khỏi hệ thống có thể được
tuần hoàn trở lại một phần, do tải lượng của bể EGSB (2-4kgCOD/m
3
.ngày
[13] thấp hơn so với bể UASB.
2.4 Tổng quan về mô hình đất ướt
2.4.1 Khái niệm
Mô hình đất ướt là mô hình dùng vật liệu lọc kết hợp thực vật có khả
năng xử lý, làm sạch nước thải trong đó có mức nước cao hơn hoặc ngang
bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì trạng bão hòa của đất và
sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó.
2.4.2 Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây
Để thiết kế, xây dựng, vận hành bãi lọc trồng cây chính xác, đạt hiệu quả
cao, việc nắm rõ cơ chế xử lý nước thải của bãi lọc là hết sức cần thiết. Các
cơ chế đó bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hoá học, trao đổi chất của vi sinh vật
và sự hấp thụ của thực vật. Các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ nhờ nhiều cơ
chế đồng thời trong bãi lọc.
2.4.2.1 Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
Trong các bãi lọc, phân huỷ sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc
loại bỏ các chất hữu cơ dạng hoà tan hay dạng keo có khả năng phân huỷ sinh
học (BOD) có trong nước thải. BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị
loại bỏ nhờ quá trình lắng. Cả bãi lọc ngầm trồng cây và bãi lọc trồng cây
ngập nước về cơ bản hoạt động như bể lọc sinh học. Tuy nhiên, đối với bãi
lọc trồng cây ngập nước, vai trò của các 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 hoà tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân
19
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 bãi lọc 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.
2.4.2.2 Loại bỏ chất rắn
- Các chất 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), lắng
và phân hủy sinh học (do sự phát triển của vi sinh vật), hút bám, hấp phụ lên
các chất rắn khác (thực vật, đất, cát, sỏi…) nhờ lực hấp dẫn Van De Waals,
chuyển động Brown. Đối với sự hút bám trên lớp nền, một thành phần quan
trọng của bãi lọc ngầm, Sapkota và Bavor (1994) cho rằng, chất rắn lơ lửng
được loại bỏ trước tiên nhờ quá trình lắng và phân hủy sinh học, tương tự như
các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt [12].
- 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. Trong môi trường hợp, thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò
đáng kể trong việc loại bỏ các chất rắn.
2.4.2.3 Loại bỏ Nitơ
Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau:
+ Nitrat hoá/khử nitơ
+ Sự bay hơi của amoniăc(NH
3

)
+ Sự hấp thụ của thực vật
- Hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thống nhất về tầm quan trọng của
các cơ chế khử nitơ như đặc biệt với hai cơ chế nitrat hoá/khử nitrat và sự hấp
thụ của thực vật.
- Trong các bãi lọc, sự chuyển hoá của nitơ xảy ra trong các tầng oxy
hoá và khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có
thân nhô lên khỏi mặt nước. Nitơ hữu cơ bị oxy hoá thành NH
4
+
trong cả hai
lớp đất oxy hoá và khử. Lớp oxy hoá và phần ngập của thực vật là những nơi
20
chủ yếu xảy ra quá trình nitrat hóa, tại đây NH
4
+
chuyển hoá thành NO
2
-
bởi vi
khuẩn Nitrosomonas và cuối cùng thành NO
3
-
bởi vi khuẩn Nitrobacter. Ở
môi trường nhiệt độ cao hơn, một số NH
4
+
chuyển sang dạng NH
3
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 hoá nhờ
hiện tượng khuếch tán.
- Đối với bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào
vùng lá, thân, 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 hoá
diễn ra ở vùng hiếu khí, tại đây NH
4
+
bị oxy hoá thành NO
3
-
. Phần NO
3
-
không
bị cây trồng hấp thụ sẽ bị khuếch tán vào vùng thiếu khí, và bị khử thành N
2
và N
2
O do quá trình khử nitrat. Lượng NH
4
+
trong vùng rễ được bổ sung nhờ
nguồn NH
4
+
từ vùng thiếu khí khuếch tán vào.
2.4.2.4 Loại bỏ Phốtpho
- Cơ chế loại bỏ phốtpho trong bãi lọc trồng cây gồm có sự hấp thụ của

thực vật, các quá trình đồng hoá 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 Ca
2+
, Mg
2+
,
Fe
3+
, và Mn
2+
. Khi thời gian lưu nước dài và đất sử dụng có cấu trúc mịn thì
các quá trình loại bỏ phốtpho chủ yếu là sự hấp phụ và kết tủa, do điều kiện
này tạo cơ hội tốt cho quá trình hấp phụ phốtpho và các phản ứng trong đất
xảy ra (Reed và Brown, 1992; Reed và nnk, 1998).
- Tương tự như quá trình loại bỏ nitơ, vai trò của thực vật trong vấn đề
loại bỏ phốtpho vẫn còn là vấn đề tranh cãi. Dù sao, đây cũng là cơ chế duy
nhất đưa hẳn phốtpho ra khỏi hệ thống bãi lọc. Các quá trình hấp phụ, kết tủa
và lắng chỉ đưa được phốtpho vào đất hay vật liệu lọc. Khi lượng phốtpho
trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì vật liệu phần vật liệu hay lớp
trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ.
2.4.2.5 Loại bỏ kim loại nặng
- Khi các kim loại nặng hoà tan trong nước thải chảy vào bãi lọc trồng
cây, các cơ chế loại bỏ chúng gồm có:
+ Kết tủa và lắng ở dạng hydrôxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng
sunfit kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu.
21