Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho thành phố Đông Hà bằng cánh đồng tưới và bãi lọc

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 mục tiêu đề tài
Xác định thành phần tính chất nước thải sinh hoạt
Làm sạch nước thải để cung cấp cho hệ thống nước ngầm
Thiết kế chi tiết hệ thống xử lý nước thải cho thị xã Quãng Trị với số dân là
22895 người
Nguồn nước thải đưa ra môi trường phải đạt tiêu chuẩn cho phép
1.2 nội dung thực hiện
Tính toán lưu lượng nước thải
Nêu các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
Tính toán diện tích cánh đồng tưới
Đề xuất phương án tối ưu, tính toán chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống
xử lý đó.
1.3 giới thiệu khu vực thiết kế
Khu vực thiết kế là phía đông thị xã Quãng trị ,địa phận giáp với huyện Triệu
Phong
Các đặc điểm tự nhiên của khu vực, là một bải đất rộng nước ngập cách mặt đất
10cm, loại đất cát pha sét ,hướng gió chủ yếu là tây nam và gió mùa đông bắc,
nhiệt độ trung bình năm là 23-25.5 độ C. lượng mưa trung bình năm
là1750mm/năm
Chương 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
2.1 Lý thuyết về phương pháp
Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc
Nguyên tắc hoạt động : Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc
dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua
lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí
hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít
và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu
ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải
chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường
được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất.

Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san
phẳng hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ
đất. Nước thải phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm : mương
chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô. Nếu khu đất chỉ dùng xử lý
nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc. Cánh đồng tưới, bãi lọc
thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối
hướng gió. Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng
với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp.
Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3 ha, đối với những cánh đồng công cộng diện
tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300-1500 m,
chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình. Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không
vượt quá 10 -200 m.
2.1.1 Bãi lọc trồng cây
Bãi lọc trồng cây được xây dựng để XLNT hoặc nước mưa trong điều kiện tự
nhiên. Nhờ quá trình sinh trưởng của hệ thực vật, vi sinh vật và các quá trình vật lý
như: lắng, lọc, bốc hơi mà các chất ô nhiễm trong nước thải được xử lý với hiệu
quả cao. Hệ thống bãi lọc trồng cây cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và
nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này còn có khả năng lưu giữ tốt một số kim loại nặng
trong giới hạn không gây độc cho hệ thực vật, vi sinh vật. Bãi lọc trồng cây có khả
năng khử vi trùng thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, bức xạ tử ngoại, thức
ăn của các loại động vật trong hệ thống Các virus, mầm bệnh được khử trong
công trình bãi lọc bằng các quá trình lắng lọc và tiêu hủy tự nhiên trong môi trường
không thuận lợi. Trồng cây trên các bãi lọc với các tác dụng là: Giảm vận tốc dòng
chảy, tăng khả năng lắng cặn trên bãi; Giảm xói mòn và sục cặn từ đáy; Ngăn gió
và tạo bóng, giảm sự phát triển của thực vật nổi; Góp phần biến đổi thế oxy hóa
khử trong bãi lọc và là nơi vi khuẩn sống bám ở gần mặt nước, tạo điều kiện phân
hủy các chất hữu cơ, loại bỏ N, P và diệt vi trùng gây bệnh. Thực vật trồng trong
bãi lọc thường là các loại thực vật thủy sinh lưu niên, thân thảo xốp, rễ chùm, nổi
trên mặt hoặc ngập hẳn trong nước, phổ biến nhất là cỏ nến, sậy, cói, bấc, lác
2.2 Đặc điểm của nước thải

2.2.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt
Nước thái sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ,tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường được
thaỉ ra từ các căn hộ, cơ quan,trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công
cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của mộtkhu dân cư phụ thuộc vào dân số,
vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước.
Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung
cấp nước của cácnhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô
thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông
thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt
giữa thành thị và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đôthị thường
thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành
vànông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu
thoát tự nhiên vào các ao hồhoặc thoát bằng biện pháp tự thấm.
2.2.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt
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: cặn bã từ nhà bếp, các chất
rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn
có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất
hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein(40-50%);hydrat
cacbon(40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong
khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô. Có khoảng 20- 40% chất hữu cơ khó bị
phân huỷ sinh học. Ơ những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém,
nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng.
2.2.3. Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong
nước thải gây ra.

COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây
thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường
nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình
phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4, làm cho nước có
mùi hôi thúi và làm giảm pH của môi trường.
SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống
của thuỷsinh vật nước.
Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy,
ngộ độc thức ăn, vàng da,…
Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
2.3 Thực trạng xử lý hiện nay :
Nước thải sinh hoạt đổ thẳng ra cống ngầm và chảy ra song Thạch Hản mà không
qua một quá trình xử lý nào
2.4 Phương pháp làm
Thực địa lấy mẫu đánh giá
1.1. đặc điểm nước thải :
Nước thái sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ,tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường được
thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công
cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số,
vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp
nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các
nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị thường có tiêu
chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng
nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và
nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống
thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành vànông thôn do không
có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao
hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm.

1.2. thành phần và đặc tính của nước thải :
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: cặn bã từ nhà bếp, các chất
rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn
có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất
hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein(40-50%);hydrat
cacbon(40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong
khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị
phân huỷ sinh học. Ơ những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém,
nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng.
1.3. tác hại đến môi trường :
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong
nước thải gây ra.
 COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và
gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái
môi trường nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình
thành. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H
2
S,
NH
3
, CH
4
, làm cho nước có mùi hôi thúi và làm giảm pH của môi trường.
 SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
 Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời
sống của thuỷ sinh vật nước.

 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu
chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…
 Ammonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ
trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá ( sự phát triển bùng
phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm
gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ
oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra ).
 Màu: mất mỹ quan.
 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
2. hiện trạng xử lý :
2.1. xử lý cơ học :
Xử lý cơ học là nhằm loại bỏ các tạp chất không hoà tan chứa trong nước thải và
được thực hiện ở các công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc
các loại.
Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại các chất bẩn kích thước lớn có
nguồn gốc hữu cơ.
Bể lắng cát được thiết kế trong công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp
chất vô cơ, chủ yếu là cát chứa trong nước thải.
Bể lắng làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong
nước thải. Khi cần xử lý ở mức độ cao(xử lý bổ sung) có thể sử dụng các bể lọc,
lọc cát,
Về nguyên tắc, xử lý cơ học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý tiếp theo.
2.2. xử lý sinh học :
Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hoá các
liên kết hữu cơ dạng hoà tan và không hoà tan của vi sinh vật – chúng sử dụng các
liên kết đó như là nguồn thức ăn của chúng.
Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên gồm có:
 Hồ sinh vật
 Hệ thống xử lý bằng thực vật nước(lục bình, lau, sậy, rong- tảo, )
 Cánh đồng tưới

 Cánh đồng lọc
 Đất ngập nước
Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo gồm có:
 Bể lọc sinh học các loại
 Quá trình bùn hoạt tính
 Lọc sinh học tiếp xúc dạng trống quay(RBC)
 Hồ sinh học thổi khí
 Mương oxy hoá,….
2.3. khử trùng nước thải :
Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùngcủa công nghệ xử lý nước thải mhằm
loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh trước khi xả vào nguồn nước.
Để khử trùng nước thải có thể sử dụng clo và các hợp chất chứa clo, có thể tiến
hành khử trùng bằng ozôn, tia hồng ngoại, ion bạc, nhưng cần phải cân nhắc kỹ
về mặt kinh tế.
2.4. xử lý cặn nước thải :
Nhiệm vụ của xử lý cặn ( cặn được tạo nên trong quá trình xử lý nước thải) là:
 Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn
 Ổn định cặn
 Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau
Rác( gồm các tạp chất không hoà tan kích thước lớn: cặn bã thực vật, giấy, giẻ
lau, ) được giữ lại ở song chắn rác có thể được chở đến bãi rác( nếu lượng rác
không lớn) hay nghiền rác và sau đó dẫn đến bể mêtan để tiếp tục xử lý.
Cát từ các bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và chở đi sử dụng
vào mục đích khác.
Cặn tươi từ bể lắng cát đợt một được dẫn đến bể mêtan để xử lý
Một phần bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt 2 được dẫn trở lại
aeroten để tiếp tục tham gia quá trình xử lý (gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn) , phần
còn lại ( gọi là bùn hoạt tính dư) được dẫn đến bể nén bùn để làm giảm độ ẩm và
thể tích, sau đó được dẫn vào bể mêtan để tiếp tục xử lý.
Đối với các trạm xử lý nước thải xử dụng bể biophin với sinh vật dính bám, thì

bùn lắng được gọi là màng vi sinh và được dẫn đến bể mêtan.
Cặn ra khỏi bể mêtan có độ ẩm 96-97%. Để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có
thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: sân phơi bùn, hồ
chứa bùn, hoặc trong điều kiện nhân tạo: thết bị lọc chân không, thết bị lọc ép, thiết
bị li tâmcặn,… Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55-75%.
Để tiếp tục xử lý cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng thiết bị khác
nhau: thiết bị sấy dạng ống, dạng khí nén, dạng băng tải,…Sau khi sấy độ ẩm còn
25-30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển.
Đối với các trạm xử lý công suất nh, việc xử lý cặn có thể tiến hành đơn giản
hơn: nén và sau đó làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nền cát.
III. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ :
1. lựa chọn công nghệ xử lý nước thải :
Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý dựa vào các yếu tố cơ bản sau:
* Thành phần và đặc tính của nước thải
* Mức độ cần thiết xử lý nước thải
* Tiêu chuẩn xả thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng
* Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng trạm xử lý
nước thải
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác.
Dựa vào các chỉ tiêu trên thì nên chọn các công nghệ xử lý nước thải tự nhiên :
1.1. Công nghệ xử lý nước thải bằng hồ sinh học :
Hồ sinh học là các hồ thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo mà trong đó xảy ra các
quá trình phân hủy chất thải bởi các vi sinh vật (VSV) hoặc các loại sinh vật khác.
Các hồ sinh học được sử dụng với các mục đích xử lý sinh học bậc 2 hay xử lý
nước thải đã qua hệ thống xử lý sinh học bậc 2 khác như bùn hoạt tính, lọc sinh
học, Hồ sinh học cũng được sử dụng để xử lý bùn. Hồ sinh học thường đóng vai
trò bể õy hóa sinh học vừa là bể lắng.
Ưu điểm của hô sinh học :
- chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì thấp
- dễ vận hành

- cho phép sử dụng các hồ hặc khu ruộng trũng tự nhiên có sẵn
- có thể kết hợp các mục đích khác như nuôi trồng thủy sản, điều hòa nước
mưa,…
Nhược điểm của hồ sinh học :
- yêu cầu mặt bằng lớn
- thời gian lưu nước thải dài
- dễ dàng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của thời tiết
- khó kiểm soát
1.1.1. Hồ xử lý sinh học kỵ khí :
Trong hồ xử lý kị khí sinh học thì chất thải được loại trừ bởi sự phân hủy kị khí
và lắng
Áp dụng cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ và chất rắn cao (như nước lò
mổ gia cầm, chế biến thực phẩm,…) và xử lý bùn.
Trong dây chuyền xử lý nước thải thì hồ sinh học kỵ khí thường được bố trí đầu
tiên và tiếp theo sau là các hồ xử lý hiếu khí và tùy nghi.
Để duy trì sự hoạt động của bể kỵ khí thì phải thiết kế sao cho hồ phải sâu và bề
mặt tiếp xúc khí phải nhỏ. Hồ kị khí có thể thu hồi khí bằng cách lớp 1 lớp phủ bề
mặt. chế độ lưu nước và hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ của tự
nhiên.
1.1.2. Hồ sinh học hiếu khí :
Hồ hiếu khí thường được sử dụng cho công đoạn xử lý triệt để nguồn nước thải
đã qua xử lý bậc 2 để xử lý các chất hữu cơ cũng như các tác nhân gây bệnh nhờ
các vi sinh vật hiếu khí.
Trong hồ xử lý sinh học hiếu khí có sự kết hợp giữa tảo và VSV hiếu khí : oxy từ
tảo cũng cấp cho VSV và các sản phẩm phân hủy vi sinh vật sẽ được tảo sử dụng,
như vậy, hiệu suất của quá trình cũng như việc cung cấp oxy cho VSV hiếu khí
được tăng lên rất nhiều so với các bể lọc hiếu khí.
Cơ chế diệt vi khuẩn của hồ hiếu khí là thời gian lưu nước và nhiệt độ và độ pH
cao (>9), cường độ chiếu sáng lớn với hàm lượng oxy cao
Khi thiết kế hồ phải cạn và có mặt thoáng (diện tích tiếp xúc không khí) phải

rộng.
1.1.3. Hồ sinh học tùy nghi :
Hồ sinh học tùy nghi là loại hồ xử lý nước thải phổ biến nhất, cấu trúc của hồ tùy
nghi gồm 3 phần phân tầng từ dưới đáy lên mặt nước : kỵ khí – tùy nghi – hiếu khí.
Trong mỗi vùng hiếu khí và kị khí, các quá trình xảy ra tương tự như từng loại hồ
riêng lẻ
Trong vùng tùy nghi thì các quá trình chuyển hóa chất thải được thực hiện bởi
các VSV tùy nghi, chiều sâu của vùng tùy nghi biến động phụ thuộc vào điều kiện
ngoài tác động.
Vùng kỵ khí và các lớp bùn đáy tạo ra bởi các chất rắn từ nguồn thải và xác các
loại VSV và tảo. chất thải được chuyển hóa bởi các quá trình phân hủy kỵ khí
1.2. xử lý nước thải bằng bãi lọc ngập nước :
Bãi lọc ngập nước là hệ thống xử lý trên đất bão hòa nước (mực nước ngang hoặc
cao hơn bề mặt đất), có thực vật thích hợp sống và các chất thải được loại trừ bởi
tổ hợp các quá trình vật lý, hóa học, sinh học.
Bãi lọc ngập nước được chia làm 2 loại : bãi lọc ngập nước tự nhiên và bãi lọc
ngập nước nhân tạo.
- bãi lọc ngập nước tự nhiên :
+ tận dụng các điều kiện tự nhiên (đất, địa hình, hệ thực vật và động vật) chỉ
xây dựng hệ thống phân phối và thu nước thải.
+ giá thành xây dựng rẻ, quản lý đơn giản, hiệu quả kinh tế.
+ khó điều khiển và kiểm soát do phụ thuộc nhiều vào các yếu tố ngoại cảnh
- bãi lọc ngập nước nhân tạo :
+ các bãi lọc được quy hoạch sẵn, phân thành từng ô thửa
+ có có thể thay đất bằng các vật liệu có khả năng lọc cao (sỏi, đá ,…)
+ hệ thống phân phối và thu nước bố trí phù hợp với khả năng thấm lọc của vật
liệu lọc và diện tích của ô lọc
+ hiệu quả xử lý ổn định do có thể kiểm soát được quá trình làm việc.
+ theo đặc điểm làm việc có thể phân thành : bãi lọc ngập nước bề mặt và bãi
lọc ngập nước dòng chảy ngầm

Trong hệ xử lý nước thải này, thực vật có vai trò là vận chuyển oxy vào đất nhờ
bộ rễ, đồng hóa và hấp thu chất ô nhiễm vào sinh khối, tiết các kháng sinh tiêu diệt
vi khuẩn gây bệnh, và phần chìm trong nước của thực vật sẽ làm giá thể cho VSV
bám vào, các loại cây được sử dụng trong công nghệ này chủ yếu là cây sậy, cỏ
nến, bấc, cói.
1.2.1. bãi lọc dòng chảy bề mặt :
Một bãi lọc dòng chảy bề mặt cần có lớp nước mặt là 0.1 – 0.6 m, có 1 phần ngập
trong nước, 1 phần trên mặt nước, thu nước thải ở bề mặt, vật liệu lọc là đất tự
nhiên
Sự phân hủy chất thải xảy ra chủ yếu ở trong nước, do các VSV dính bám trên
giá thể của cây và trong các lớp mục rỗng ở đáy, sự phân hủy đó phụ thuộc vào
điều kiện tự nhiên cũng như thời kỳ sinh trưởng của cây.
Bãi lọc chảy bề mặt có nhược điểm là điều kiện tốt cho các sinh vật truyền bệnh
phát triển vì dòng chảy mang theo nhiều chất dinh dưỡng và môi trường thuận lợi
cho các sinh vật này.
1.2.2. bãi lọc dòng chảy ngầm :
Vật liệu dùng để lọc trong bãi lọc dòng chảy ngầm là đá dăm, sỏi,…, cây cắm rễ
trên vật liệu lọc và thân ở trên mặt đất, nước thải được cho chảy ngầm qua lớp vật
liệu và thu nước ở đáy (có lớp sét không thấm nước)
Sự phân hủy các chất xảy ra ở trong nước trong các lớp vật liệu lọc, ở đó, giá thể
của VSV là các lớp vật liệu lọc và rễ cây
Công nghệ này có ưu điểm là quá trình xử lý khá ổn định và hạn chế được việc
phát triển của các sinh vật truyền bệnh do lớp nước bị vật liệu lọc che phủ.
1.3. Công nghệ cánh đồng tưới và cánh đồng lọc :
1.3.1. Cánh đồng tưới :
Cánh đồng tưới là công nghệ dung bãi đất được trồng một số loài thực vật thích
hợp để xử lý nước thải (tưới nước thải lên thảm thực vật đó).
Cánh đồng tưới sử dụng thực vật là các loại cây có khả năng xử lý được các chất
gây ô nhiễm có trong nước thải như cỏ vertive, cỏ voi, cây dầu mè.
Đối với hệ thống xử lý nước thải cánh đồng tưới, khi kết hợp trồng cỏ vertive vừa

có khả năng xử lý nước thải tốt vừa tiết kiệm được chi phí đầu tư, vừa thu được sản
phẩm phụ, vừa có thể cải thiện đất xấu, cải thiện đất cằn cỗi.
a. Cỏ vetiver
- Nguồn gốc:
Có hai loài cỏ Vetiver phổ biến đã được trồng để bảo vệ đất là V. zizanioides và
Vetiveria nigritana. Tuy nhiên, loài V. zizanioides phân bố trong vùng ẩm, trong
khi loài V. nigritana hiện diện ở những vùng khô hơn. Có hai kiểu gen của loài
Vetiveria zizanioides đã và đang được sử dụng:
+ Kiểu gen Bắc Ấn Độ: Là loại cỏ hoang dại và được gieo trồng bằng hạt.
+ Kiểu gen Nam Ấn Độ: Là loại cỏ có khả năng tạo màu cho đất thấp và là loài
bất thụ.
- Đặc điểm hình thái:
Cỏ Vetiver không có thân ngầm, nhưng bộ rễ đồ sộ của nó phát triển rất
nhanh,không bò lan, trong một số điều kiện, ngay trong năm đầu tiên rễ đã ăn sâu
tới 3-4m. Nhờ đó nó có khả năng chịu hạn đặc biệt và giúp hạn chế xói mòn đất
ngay cả khi có dòng nước xiết chảy qua.
Phần thân trên mặt đất của cỏ Vetiver mọc thẳng đứng, rất cứng và chắc.
Khi trồng đủ dày, cỏ sẽ mọc sát với nhau tạo thành một hàng rào kín, giúpnó chịu
được dòng nước chảy xiết, hạn chế xói mòn đất và phân tán nước mặt chảy tràn rất
hiệu quả.
Cỏ vetiver không lây lan như cỏ dại, trồng trọt bằng hình thức tách cây con.
- Đặc điểm sinh lý :
+ Cỏ Vetiver chịu được những biến đổi lớn về khí hậu như hạn hán, ngập úng
và khoảng dao động nhiệt độ rất rộng, từ -220C đến 550C.
+ Cỏ Vetiver có khả năng phục hồi rất nhanh sau khi bị tác hại bởi khô hạn,
sương giá,ngập mặn và những điều kiện bất lợi khác .
+ Cỏ Vetiver có thể thích nghi được với rất nhiều loại đất có độ pH dao động
từ 3,3 đến 12,5 mà không cần đến biện pháp cải tạo đất nào.
+ Cỏ Vetiver có khả năng chống chịu rất cao đối với các loại thuốc trừ sâu,
thuốc diệt cỏ v.v.

+ Cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như Nitơ
(N), Phốtpho (P) và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm. Nó có
thể mọc tốt trên nhiều loại đất như đất chua, đất kiềm, đất mặn và đất chứa nhiều
Na, Mg, Al, Mn hoặc các kim loại nặng như As, Cd, Cr, Ni, Pb, Hg, Se và Zn.
- Những đặc tính đặc biệt giúp cỏ Vetiver có khả năng kiểm soát ô nhiễm
+ Dễ dàng hấp thu những dưỡng chất hòa tan và kim loại nặng trong nguồn nước
ô nhiễm.
+ Chịu được mức độ ô nhiễm cao.
+ Chịu được hóa chất diệt cây cỏ và côn trùng.
+ Khi được trồng gần nhau, những lá cỏ vetiver sẽ tạo thành luống dày đặc, ở
những vùng nước sâu và dòng chảy mạnh, chúng tạo sức cản, làm giảm vận tốc
chảy, chống được hiện tượng xói mòn, rửa trôi.
+ Chống lại côn trùng, dịch bệnh và hỏa hoạn. Cỏ vetiver không làm ổ cho côn
trùng và dịch bệnh, cũng không làm nơi cư trú cho những loài côn trùng có thể tấn
công hệ thực vật lân cận.
Những nghiên cứu về cặn lắng đọng và dòng chảy ở khu vực nhiệt đới
Queensland chỉ ra rằng, nhìn chung, hơn 95% lượng ni-tơ và phốt-pho dần mất đi
trong các dòng chảy qua từng giai đoạn. Do đó, chìa khóa trong việc kiểm soát ô
nhiễm bởi hóa chất nông nghiệp là giữ chúng lại ở đầu nguồn. Cỏ Vetiver được
đánh giá là giải pháp hiệu quả với chi phí thấp trong việc giữ lại và loại bỏ những
tạp chất, đặc biệt là thuốc trừ sâu (chứa 90% Chlopyrifos). Thí dụ như ở Trung
Quốc, những hàng rào cỏ Vetiver là công cụ hữu hiệu để kiểm soát hiện tượng tập
trung dưỡng chất cho đất nông nghiệp, đặc biệt là về ni-tơ và phốt-pho, khi chúng
được cuốn đi theo các dòng chảy.
Cỏ vetiver được áp dụng thành công trên hơn 100 quốc gia nhằm mục đích bảo
vệ môi trường, đặc biệt là trong vấn đề giải quyết tình trạng ô nhiễm nguồn nước.
Theo giáo sư Paul Trương, Giám đốc và đại diện khu vực châu Á - Thái Bình
Dương thuộc Trung tâm Nghiên cứu cỏ vetiver quốc tế, nhờ có bộ rễ phát triển sâu
và dày đặc, hệ cỏ vetiver có khả năng hấp thu các độc tố trong nước và đất như
kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật Do vậy, có thể sử dụng hệ cỏ vetiver để

xử lý các vùng đất và nước bị ô nhiễm.
b.Thiết kế cánh đồng tưới :
Khi thiết kế cánh đồng tưới thì phải lưu ý là cánh đồng tưới chỉ phụ giúp cho hiệu
quả của cánh đồng lọc nên diện tích thiết kế của cánh đồng tưới bằng với diện tích
của cánh đồng lọc
1.3.2. cánh đồng lọc :
Cánh đồng lọc là công nghệ xử lý nước thải sử dụng khả năng lọc tự nhiên của
đất để lọc nước thải
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một
cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức xử lý nào đó thông qua
quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất - nước - thực vật của hệ thống. Ở
các nước đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ do đó việc xử lý
nước thải bằng cánh đồng lọc được coi như là một biện pháp rẻ tiền.
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu:
 Xử lý nước thải
 Tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất
 Nạp lại nước cho các túi nước ngầm
So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít
năng lượng hơn. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận
chuyển và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp
nhân tạo cần năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước
thải và bùn Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống
xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, việc xử
lý nước thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích đất
lớn, phụ thuộc vào cấu trúc đất và điều kiện khí hậu.
Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia
cánh đồng lọc ra làm 3 loại:
 Cánh đồng lọc chậm (SR)
 Cánh đồng lọc nhanh (RI)
 Cánh đồng chảy tràn (OF)

Các cơ chế xử lý nước thải trong cánh đồng lọc
- Các cơ chế lý học:
Khi nước thải ngấm qua các lổ rỗng của đất, các chất rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại do
quá trình lọc. Độ dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thước
của các chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất và vận tốc của nước thải. Lưu lượng nước
thải càng cao, các hạt đất càng lớn thì bề dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc
càng lớn. Đối với cánh đồng lọc chậm do lưu lượng nước thải áp dụng cho hệ
thống thấp nên các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn sẽ bị giữ lại ngay trên bề mặt
đất, các chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở vài centimet đất
mặt. Các chất hòa tan trong nước thải có thể bị pha loãng do nước mưa, các quá
trình chuyển hóa hóa học và sinh học có thể loại bỏ được các chất này. Tuy nhiên ở
những vùng khô hạn có tốc độ bốc hơi nước cao, các chất này có thể bị tích tụ lại
(ví dụ các muối khoáng). Một điều khác cần chú ý là nếu hàm lượng chất lơ lửng
quá cao nó sẽ lắp đầy các lổ rỗng của đất làm giảm khả năng thấm lọc của đất,
cũng như làm nghẹt các hệ thống tưới. Trong trường hợp này ta nên cho cánh đồng
lọc "nghỉ" một thời gian để các quá trình tự nhiên phân hủy các chất rắn lơ lửng
tích tụ này, phục hồi lại khả năng thấm lọc của đất.



- Các cơ chế hóa học:
Hấp phụ và kết tủa là hai cơ chế xử lý hóa học quan trọng nhất trong quá trình.
Quá trình trao đổi cation chịu ảnh hưởng bởi khả năng trao đổi cation của đất
(CEC), thường khả năng trao đổi cation của đất biến thiên từ 2  60meq/100g.
Hầu hết các loại đất có CEC nằm trong khoảng 10  30. Quá trình trao đổi cation
quan trọng trong việc khử nitogen của amonium. Phospho được khử bằng cách tạo
thành các dạng không hoặc ít hòa tan. Ở các vùng khô hạn khó tránh khỏi việc tích
tụ của các ion Natri làm phá hủy cấu trúc đất và giảm khả năng thấm lọc của đất.
Để đánh giá mức độ nguy hại của quá trình này người ta thường dùng tỉ lệ hấp phụ
natri (SAR)

* Cánh đồng lọc nhanh
xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc nhanh là việc đưa nước thải vào các kênh đào
ở khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với một lưu lượng nạp lớn.
Các điều kiện địa lý như độ thấm lọc của đất, mực thủy cấp rất quan trọng đối với
việc ứng dụng phương pháp này. Nước thải sau khi thấm lọc qua đất được thu lại
bằng các ống thu nước đặt ngầm trong đất hoặc các giếng khoan. Mục tiêu của
phương pháp xử lý này là:
 Nạp lại nước cho các túi nước ngầm, hoặc nước mặt
 Tái sử dụng các chất dinh dưỡng và trử nước thải lại để sử dụng cho các vụ
mùa
Phương pháp này giúp xử lý triệt để các loại nước thải và ngăn chặn sự xâm nhập
mặn của nước biển vào các túi nước ngầm. Tuy nhiên các dạng đạm hữu cơ có thể
chuyển hóa thành đạm nitrát và đi vào nước ngầm, nếu vượt quá tiêu chuẩn
10mg/L khi sử dụng chúng làm nước sinh hoạt sẽ gây bệnh methemoglobinenia ở
trẻ em. nếu khu vực xử lý nằm trong tình trạng yếm khí H
2
S sẽ sinh ra làm nước
ngầm có mùi hôi.
Hiệu suất xử lý SS, BOD
5
, coliform trong phân của hệ thống gần như triệt để,
hiệu suất khử nitơ khoảng 50%, phospho khoả 95%. Các điểm cần lưu ý
cho quá trình thiết kế là lưu lượng nạp nước thải 10 250 cm/tuần. Thời gian nạp
kéo dài 0,5 3 ngày sau đó cho đất nghỉ 1 5 ngày. Độ sâu của mực nước ngầm
từ 3 2 m. Độ dốc thường nhỏ hơn 5%.
Để xác định khả năng thấm lọc của đất người ta thường khoan các lổ đường kính
100 300 cm. Đáy của lổ nằm ngang mực với tầng đất cần cho thiết kế, đổ đầy
nước, độ thấm lọc được xác định theo hai cách: độ sâu của lớp nước rút đi trong

một khoảng thời gian nhất định hay là thời gian cần thiết để nước trong lổ rút
xuống một mức nào đó.
Để xác định lượng nitơ bị khử đi người ta dùng công thức:

trong đó:
N
t
: tổng lượng nitrogen bị khử đi mg/L
TOC: tổng lượng carbon hữu cơ trong nước thải ban đầu mg/L
-5 do lượng TOC còn lại sau khi nước thải thấm qua lớp đất dày 1,5 m còn 5
mg/L
/2 do các thực nghiệm cho thấy cần 2 gcarbon hữu cơ để khoáng hóa 1g nitơ
Lưu lượng nạp nước thải:
Lw = (IR in/h) (1 ft/12 in) (24 h/d) (OD d/yr) (F)
trong đó
Lw: lưu lượng nước thải nạp hàng năm; ft/yr
IR: tốc độ thấm lọc của đất; in/h
OD: số ngày vận hành trong năm; d
F: hệ số thấm lọc cho từng loại hình xác định độ thấm lọc
F: 10 15% giá trị thấm lọc nhỏ nhất khi thử nghiệm bằng kênh đào
F: 4 10% giá trị thấm lọc khi đo độ dẫn nước của đất theo chiều đứng
Diện tích cần sử dụng:

Ghi chú: nên cộng thêm diện tích cho đường đi nội bộ, khu vực trữ, khu vực đệm
và dự trù mở rộng trong tương lai.
Ưu điểm:
- Xử lý nước thải với lưu lượng lớn
- Ngăn chặn sự xâm nhập mặn của nước biển vào nguồn nước ngầm
- Nạp lại nước cho các túi nước ngầm, hoặc nước mặt
- Hiệu suất xử lý SS, BOD, coliform của hệ thống gần như triệt để.

Nhược điểm:
- Các dạng hữu cơ có thể chuyển hóa thành đạm nitrat và đi vào nước ngầm
nếu vượt quá tiêu chuẩn 10mg/l
- Nếu khu vực xử lý nằm trong tình trạng yếm khí , H2S sẽ sinh ra làm nước
ngầm có mùi hôi.
* Cánh đồng lọc chậm
Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở
lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần. Các cơ chế xử lý diễn ra
khi nước thải di chuyển trong đất và thực vật, một phần nước thải có thể đi vào
nước ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình
bốc hơi nước và hô hấp của thực vật. Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống được khống
chế hoàn toàn nếu có thiết kế chính xác.

Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chậm
Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 10 cm/tuần tùy theo loại đất
và thực vật. Trong trường hợp cây trồng được sử dụng làm thực phẩm cho con
người nên khử trùng nước thải trước khi đưa vào hệ thống hoặc ngừng tưới nước
thải 1 tuần trước khi thu hoạch để bảo đảm an toàn cho sản phẩm.
Để thiết kế hệ thống này ta cần các công thức tính toán sau:
Lh + Pp = ET + W + R (7.1)
trong đó
Lh: lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống (cm/tuần)
Pp: lượng nước mưa (cm/tuần)
ET: lượng hơi nước bay hơi do quá trình bốc hơi nước và hô hấp của thực vật
(cm/tuần)
W: lượng nước thấm qua đất (cm/tuần)
R: lượng nước chảy tràn (cm/tuần) (= 0 nếu thiết kế chính xác)


trong đó

I: khả năng thấm lọc của đất, mm
P": ẩm độ cuối cùng của đất, % trọng lượng
P': ẩm độ ban đầu của đất, % trọng lượng
S: tỉ trọng của đất
D: bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải
Ví dụ: ẩm độ của đất trước khi tưới nước thải là 19%
khả năng thấm lọc của đất là 1.000 m
3
/ha
tỉ trọng của đất là 1,5
bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải là 90 cm
Lượng nước mất đi do bay hơi và hô hấp của thực vật là 250mm/tháng
Xác định chu kỳ tưới nước thải, ẩm độ của đất sau khi tưới nước thải?
Giải:
Ta có: I = 1.000m
3
/10.000m
2
= 0,1 m = 100 mm

P" = 27,3%
Chu kỳ tưới nước thải:

= 12 ngày
Như vậy ta có thể dùng 5 ngày cho việc tưới tiêu và 7 ngày đất nghỉ để quá trình
phân hủy các chất rắn lơ lửng xảy ra hồi phục khả năng tưới tiêu của đất. Ngoài ra
trong quá trình tưới tiêu vào mùa mưa cũng nên tính đến lượng nước mưa trong
tuần theo phương trình 7.1. Mực thủy cấp phải thấp hơn mặt đất 0,6 1,0 m để
tránh vấn đề ô nhiễm nước ngầm. Độ dốc của cánh đồng có trồng trọt không lớn
hơn 20%, của cánh đồng không trồng trọt và sườn đồi không lớn hơn 40%. Khả

năng khử BOD
5
, SS và coliform trong khoảng 99%. Nitơ bị hấp thu bởi thảm thực
vật và nếu các thực vật này được thu hoạch và chuyển đi nơi khác thì hiệu suất có
thể đạt đến 90%.

Ưu điểm:
- Khả năng khử BOD, SS và coliform khoảng 99%, nito bị hấp thu bởi thảm
thực vật có thể đạt đến 90%
- Mang lại lợi ích về kinh tế từ việc tái sử dụng nước và chất dinh dưỡng để
cung cấp cho mùa vụ
- Tránh bạc màu
Nhược điểm:
- Không áp dụng những nơi có mạch nước ngầm cao
- Hiệu quả xử lý ko cao đối với nước thải có nhiễm kim loại nặng và dầu mỡ
- Xói mòn đất
* Cánh đồng chảy tràn :
Là phương pháp xử lý nước thải trong đó nước thải được cho chảy tràn lên bề
mặt cánh đồng có độ dốc nhất định xuyên qua các cây trồng sau đó tập trung lại
trong các kênh thu nước.

Mục đích:
- Xử lý nước thải đến mức của các quá trình xử lý cấp II, cấp III
- Tái sử dụng chất dinh dưỡng để trồng các thảm cỏ hoặc tạo các vành đai xanh.
Hiệu suất xử lý SS, BOD
5
của hệ thống từ 99%, hiệu suất khử nitơ
khoả 90%, phospho khoả 60%.
Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế:
 Đất ít thấm nước sét hoặc sét pha cát

 Lưu lượng nạp nước thải thô là 10 cm/tuần
 Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp I là 15 20 cm/tuần
 Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp II là 25 40 cm/tuần.
Độ sâu của mực nước ngầm không cần thiết. Độ dốc khoả 4%, chiều dài
đường đi của nước thải không nhỏ hơn 36 m. Thời gian nạp kéo dài 6 8 giờ sau
đó cho đất nghỉ 16 18 giờ, vận hành 5 6 ngày/tuần.
Tính lượng BOD
5
và TOC bị khử theo công thức:

BOD
5

TOC


Trong đó :
C: BOD hoặc TOC của nước thải đầu ra
C
0
: BOD
5
hoaëc TOC của nước thải đầu vào
A và A': hệ số thực nghiệm và khả năng khử BOD
5
hoặc TOC của hệ thống
K và k': hằng số thực nghiệm và tức đã khử BOD
5
hoặc TOC của hệ thống
K hoặc k' = k/qn

k và n:hệ số thục nghiệm
q:lưu lượng nạp nước cho hệ thống 0,1 ¸ 0,37 m
3
/hr.m (theo chiều dài)
các giá trị k và n
Loại nước thải
Các hệ số
k
n
Nước thải sau xử lý cấp 1


BOD
5

0,043
0,136
TOC
0,038
0,170
Nước thải sau xử lý cấp 2


BOD
5

0,030
0,402
TOC
0,032

0,350
Các giá trị A và A' biến số liền theo q đó đã áp dụng cách tính toán này ra dùng
phương pháp quy chiêu các tọa độ sau