NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƯƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Thị Lan Hƣơng

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƢƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG
HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------Nguyễn Thị Lan Hƣơng

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN MÔNG DƢƠNG LÀM CHẤT NỀN TRONG
HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60520320
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Thị Loan

Hà Nội - 2015

2


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Lan Hương
Giới tính: Nữ
Ngày sinh: 20/09/1989
Nơi sinh: Tĩnh Gia, Thanh Hóa
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60520320
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thị Loan, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu sử dụng xỉ than nhà máy
nhiệt điện Mông Dƣơng làm chất nền trong hệ thống đất ngập
nƣớc nhân tạo để xử lý nƣớc thải sinh hoạt”

3


MỞ ĐẦU
Trong nhịp điệu phát triển chung của cả nước, các đô thị Việt
Nam không ngừng mở rộng và phát triển theo hướng công nghiệp
hóa, hiện đại hóa. Tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, đời sống của
người dân được cải thiện đã làm nảy sinh những vấn đề nghiêm
trọng về môi trường. Công tác bảo vệ môi trường chưa được đầu
tư đúng cách, các hoạt động thương mại, dịch vụ, sinh hoạt là
nguồn phát sinh ô nhiễm nghiêm trọng cũng chưa được quan tâm.

Trong đó ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề đáng báo
động. Đặc biệt, tình trạng nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô
thị, ven đô và nông thôn đều chưa được xử lý triệt để. Nước thải
từ các khu vệ sinh mới được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất
lượng chưa đạt yêu cầu xả ra môi trường, là nguyên nhân gây ô
nhiễm môi trường.
Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, phần lớn các dự án
thoát nước, xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, và nếu có
cũng mới hướng tới giải quyết vấn đề thoát nước mưa, khắc phục
tình trạng ngập úng, và còn rất khó có kinh phí để duy trì vận
hành, bảo dưỡng hệ thống vì vậy việc nghiên cứu làm sạch nước
thải tại chỗ cho các cụm dân cư bằng công nghệ vừa đơn giản, có
chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi
trường, là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi.

4


Mô hình đất ngập nước nhân tạo những năm gần đây đã được
biết đến như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải chi phí
thấp, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao. Đây là
công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với
môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định,
đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh
quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương.
Mặt khác, mỗi năm, các nhà máy nhiệt điện Việt Nam tiêu thụ
gần 14 triệu tấn than và thải ra khoảng 4,5 triệu tấn tro xỉ. Đến
năm 2020, lượng tro xỉ thải lên đến 16 triệu tấn/năm. Ngoài việc
gây tốn hàng nghìn ha đất để chứa và chôn lấp thì tro xỉ nhiệt điện
còn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng cho

đất, nước và không khí. Tìm kiếm giải pháp tận thu tro xỉ nhiệt
điện, biến loại phế thải này thành nguồn nguyên liệu có giá trị
đang được đặt ra cấp bách.
Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu sử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương
làm chất nền trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý
nước thải sinh hoạt ”.
Mục tiêu nghiên cứu: Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nói
chung và nước thải sinh hoạt nói riêng bằng việc sử dụng hệ thống
đất ngập nước nhân tạo với chất nền từ xỉ than, có chi phí xây dựng
cũng như vận hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt
Nam, tận dụng chất thải, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5


Nội dung nghiên cứu:


Tính chất lý hóa của xỉ than NMNĐ Mông Dương 1.



Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của xỉ than và các vật

liệu lọc khác.


Thử nghiệm trồng các loại cây thủy sinh khác nhau trên

môi trường nền của xỉ than để tìm ra loài cây có thể phát triển tốt.


Nghiên cứu khả năng xử lý của hệ thống đất ngập nước

với chất nền là xỉ than và loài thực vật được lựa chọn để xử lý
nước thải sinh hoạt.


Xác định tải lượng dòng thải đầu vào mô hình ĐNN nhân

tạo (nồng độ các chỉ tiêu pH, TSS, COD, NH4+, NO2-, NO3-, PO43của NTSH trước xử lý).


Xác định tải lượng dòng thải đầu ra như pH, TSS, COD,

NH4 , NO2-, NO3-, PO43- và hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt.
+

6


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
1.1.1.

Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt

1.1.2.

Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường

1.2. Nguyên lý công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
1.2.1.

Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm

1.2.2.

Một số phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

1.2.3.

Công nghệ xử lý nước thải bằng hệ thống đất ngập nước
nhân tạo

1.3. Tính chất hóa lý của xỉ than nhà máy nhiệt điện
1.4. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về đất ngập
nước nhân tạo
1.4.1.

Nghiên cứu trên thế giới

1.4.2.

Nghiên cứu tại Việt Nam

7

CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:


Nước thải sinh hoạt tại Xã Đông Dư, Huyện Gia Lâm, Hà
Nội



Xỉ than NMNĐ Mông Dương 1 làm chất nền



5 loại cây có khả năng xử lý nước thải sinh hoạt: Thủy
Trúc, Muống Nhật, Mon Nước, Dong Riềng, Phát Lộc.

Phạm vi nghiên cứu:


Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của xỉ than và một số

vật liệu lọc khác trong hệ thống ĐNN nhân tạo.


Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển của các loại

cây Thủy Trúc, Mon Nước, Phát Lộc, Dong Riềng, Muống Nhật

trên chất nền là xỉ than trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo,
chọn ra 2 loại cây phát triển tốt nhất.


Khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của 2 loại cây phát

triển tốt nhất trên chất nền là xỉ than trong mô hình hệ thống đất
ngập nước nhân tạo.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.1.

Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp

1.2.2.

Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu sơ cấp

8


CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả phân tích tính chất lý hóa của xỉ than Mông
Dƣơng 1
Xỉ than NMNĐ Mông Dương 1 có độ ẩm nhỏ 2,02%, là vật
liệu khô, tỉ trọng gần bằng tỉ trọng của đất cát 2,656 g/cm3,
pH=9,9 có tính kiềm cao, có thể cải thiện độ chua của đất; hàm
lượng KLN thuộc giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002,
thành phần khoáng chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3. Vậy xỉ than Mông
Dương 1 có những đặc tính thuận lợi cho việc tái sử dụng trong
các lĩnh vực xây dựng, nông nghiệp, và xử lý nước thải.

3.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc thải sinh hoạt
của các công thức vật liệu lọc
3.2.1. Hiệu suất xử lý COD
Sau 5 – 7 ngày xử lý thì hiệu quả của các công thức vật liệu tốt
hơn khá nhiều so với thời gian 3 ngày do có thời gian lưu nước
lâu hơn, trong đó hiệu suất xử lý COD cao nhất là vật liệu 4
(VL4) và vật liệu 5 (VL5), sau 3 ngày đầu đạt hiệu suất lần lượt là
32,18% và 31,52% thì 5 – 7 ngày sau hiệu suất đạt tới 45,58% và
44,15%.
3.2.2. Hiệu suất xử lý BOD5
Sau 5 – 7 ngày xử lý thì hiệu quả của các công thức vật liệu
tốt hơn nhiều so với thời gian 3 ngày và so với công thức đối
chứng. Trong đó hiệu suất xử lý BOD5 cao nhất là công thức 4

9


(VL4) và công thức 5 (VL5) đạt hiệu suất lần lượt là 48,79%% và
46,97%. Tuy nhiên với giá trị trên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn thải.
3.2.3. Khả năng xử lý NH4+
Giá trị amoni sau 5 ngày xử lý đã giảm xuống còn 11,12mg/l –
8,51 mg/l, ở công thức đối chứng giảm còn 14,86 mg/l, hiệu suất
9,88% thì ở các công thức vật liệu lọc giá trị amoni giảm tới
11,12 mg/l – 8,51 mg/l, hiệu suất từ 32,57% - 48,39%. Đến 7
ngày hiệu suất xử lý amoni tăng không đáng kể, hiệu suất từ
32,63% - 48,51%. Trong đó hiệu suất xử lý amoni cao nhất là
công thức 4 (VL4) đạt 48,51%. Với giá trị trên đã đạt tiêu chuẩn
thải theo QCVN 14:2011/BTNMT tuy nhiên hiệu suất chưa cao.
3.2.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các
công thức

Sau 3 ngày xử lý, hiệu quả lọc của các công thức tốt hơn công
thức đối chứng, tuy nhiên hiệu quả vẫn còn thấp. Sau 5 ngày, màu
và mùi ban đầu gần như đã giảm gần hết, ở công thức đối chứng
không có sự thay đổi gì so với ban đầu. Chỉ tiêu pH vẫn nằm
trong giới hạn cho phép từ 6,73 – 7,98. Vì vậy, hiệu quả xử lý
một số chỉ tiêu vật lý bằng xỉ than rất khả quan.
Mặc dù đã giảm được một lượng lớn hàm lượng các chất ô
nhiễm, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng được tiêu chuẩn thải theo
QCVN 14:2011, bởi quá trình xử lý ở đây chủ yếu là quá trình
yếm khí, thiếu oxy trong điều kiện mô hình nhỏ hẹp. Do vậy nên

10


trồng thêm một số loại cây trong mô hình để có thể cung cấp oxy
tốt hơn cho quá trình xử lý nhằm đạt hiệu suất xử lý cao hơn.
Qua nghiên cứu, công thức có khả năng xử lý chất thải tốt
nhất là công thức vật liệu 4, đây là công thức tối ưu nhất. Công
thức vật liệu 4 (VL4) là công thức gồm sự kết hợp của các vật
liệu lọc cát to, cát mịn và 50% xỉ than làm chất nền. Thứ tự sắp
xếp của các vật liệu từ dưới lên trên là cát to, cát mịn, xỉ than với
chiều dày lớp vật liệu lần lượt là 4:4:10 cm. Tiến hành sử dụng
vật liệu 4 có chất nền là xỉ than cho các thử nghiệm tiếp theo.
3.3. Kết quả thử nghiệm trồng các loại thực vật thủy sinh
khác nhau trên môi trƣờng nền của xỉ than
Trên cơ sở chọn lựa những cây có khả năng sống ở những
vùng ẩm ướt, dễ tìm, có giá trị thẩm mĩ và có khả năng XLNT
sinh hoạt. Mỗi loài thực vật có khả năng chống chịu mức độ ô
nhiễm khác nhau có thể phát triển tốt, cũng có thể chậm sinh
trưởng, tỷ lệ cây chết cao. Vì vậy, các chỉ tiêu về sinh trưởng và

phát triển của cây như: chiều cao cây, số lá, số rễ… thể hiện sự
phản ứng của chúng đối với môi trường mà chúng đang sống.
Qua các chỉ tiêu về sinh trưởng và phát triển của 5 loại cây
trồng tham gia thí nghiệm như chiều cao cây, số lá, biểu hiện kiểu
hình của cây cũng như sự phát triển của bộ rễ, ta thấy được sự
thích nghi của từng loại cây đối với môi trường nền là xỉ than và
nồng độ của nước thải sinh hoạt đầu vào. Trong đó có hai loại cây

11


phát triển tốt nhất là Mon Nước và Thủy Trúc. Vì vậy, tiến hành
lựa chọn Mon Nước và Thủy Trúc cho thí nghiệm tiếp theo.
3.4. So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức với các chỉ tiêu
theo dõi
105
90

Amoni

75

Nitrit

60

BOD

45

COD

30

TSS

15

Phốtphát

0
CT1

CT2

CT3

CT4

Hình 3.1. Hiệu suất xử lý NH4+, NO2-, BOD5, COD,
TSS, PO43- sau 10 ngày trồng cây trên vật liệu 4
Từ hình 3.1 ta thấy điểm chung lớn nhất trong các công thức là
CT1 – đối chứng luôn có hiệu suất xử lý thấp hơn so với các công
thức có trồng cây và CT4_ Mon Nước + Thủy Trúc luôn có hiệu
suất xử lý tốt hơn về các chỉ tiêu. Sự khác nhau này là do có sự
cộng hưởng qua lại giữa các loại cây với nhau, cùng với sự hấp
phụ các chất ô nhiễm lên bề mặt của xỉ than và lớp vật liệu lọc
cũng như sự phân hủy của vi sinh vật trong lớp vật liệu lọc nên
cho kết quả tốt hơn so với chỉ có mình lớp nền là xỉ than và lớp
vật liệu lọc và trồng một loại cây riêng lẻ.

12


Nếu xét riêng từng cây ta thấy, CT2_Mon Nước có hiệu suất
xử lý tốt hơn về các chỉ tiêu như Amoni, BOD5, COD so với
CT3_Thủy Trúc. Tùy thuộc vào mỗi loại cây trồng mà chúng có
khả năng xử lý các chỉ tiêu ở các mức độ khác nhau.


Cây Mon Nước có khả năng xử lý Amoni, Phốtphát là tốt
nhất.



Cây Thủy trúc có khả năng xử lý Nitrit là tốt nhất.



Các công thức đều cho hiệu quả xử lý các chỉ tiêu BOD,
COD, TSS gần như là tương đương nhau.

13


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận


Qua phân tích các tính chất lý hóa của xỉ than NMNĐ

Mông Dương 1, ta thấy, xỉ than có độ ẩm nhỏ (2,02%), tỉ trọng
2,656 g/cm3, pH=9,9 có tính kiềm cao; hàm lượng KLN thuộc
giới hạn cho phép theo TCVN 7209:2002, thành phần khoáng
chính là SiO2, Al2O3, Fe2O3. Xỉ than Mông Dương 1 có những
đặc tính thuận lợi cho việc tái sử dụng trong xử lý nước thải.


Công thức có khả năng xử lý chất thải tốt nhất là công

thức vật liệu 4, VL4 = Cát to + Cát mịn + 50% Xỉ than. Với thứ
tự sắp xếp và chiều dày lớp vật liệu theo thứ tự từ dưới lên trên là
cát to:cát mịn:xỉ than=4:4:10 cm.


Qua thí nghiệm xác định khả năng sinh trưởng, phát triển

cũng như khả năng chịu tải lượng ô nhiễm của các cây trồng trên
chất nền là xỉ than và môi trường nước thải sinh hoạt cho thấy:
Cây Dong Riềng thích hợp với ngưỡng nồng độ 50%; còn Mon
Nước, Thủy Trúc, Muống Nhật, Phát Lộc thích hợp với ngưỡng
nồng độ 75% - 100%. Hai loại cây phát triển tốt nhất trên chất
nền xỉ than là Thủy Trúc và Mon Nước.


Sau khi nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của các

công thức cây trồng trên vật liệu 4 (xỉ than, cát to, cát mịn) cho
thấy:

14




Công thức có khả năng xử lý tốt nhất là công thức 4 gồm 2

loại cây Thủy Trúc và Mon Nước trồng trên vật liệu 4 (50% xỉ
than, cát to, cát mịn).


Nếu xét riêng từng cây với từng chỉ tiêu cụ thể thì:

CT2_Mon Nước cho hiệu quả xử lý Amoni, Phốt phát là tốt
nhất. Ngoài ra hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD5 cũng cao
hơn so với CT3_Thủy Trúc.
CT3_Thủy Trúc cho hiệu quả xử lý Nitrit là tốt nhất so với
CT2_Mon Nước.
Các công thức đều cho hiệu quả xử lý TSS là gần tương đương
nhau.
2. Kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo


Khi xây dựng mô hình ngoài thực tế cần biết cách sử

dụng và kết hợp được các vật liệu lọc như xỉ than, cát, sỏi, đá hợp
lý để sử dụng trong mô hình ĐNN nhân tạo nhằm mang lại hiệu
quả xử lý cao nhất.


Tiếp tục thử nghiệm phân tích một số các chỉ tiêu:

coliform, sunphua, kim loại nặng, dầu mỡ… để đánh giá toàn
diện hơn về khả năng lọc của xỉ than và các vật liệu lọc, đồng thời
tiếp tục thử nghiệm khả năng lọc, kết hợp xỉ than với một số vật
liệu khác như đá to, sỏi to, mùn bán phân hủy, sét hạt mịn... thay
đổi chiều dày lớp vật liệu để tìm ra công thức vật liệu tối ưu nhất.


Nghiên cứu thêm về khả năng xử lý của các cây trồng với

một số chỉ tiêu khác như sunfua, nitrat, KLN, coliform...

15