Tải bản đầy đủ (.pdf) (27 trang)

NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP đất NGẬP nước NHÂN tạo xử lý nước THẢI SINH HOẠT ở THÀNH PHỐ ĐÔNG hà, TỈNH QUẢNG TRỊ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (958.92 KB, 27 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN XUÂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐẤT NGẬP
NƯỚC NHÂN TẠO XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở
THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
Mã số: 62440303

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2017


Công trình được hoàn thành tại: Khoa Môi trường, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Loan

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia
chấm Luận án Tiến sĩ họp tại Trường ĐHKH Tự nhiên vào hồi … giờ
….. ngày ….. tháng năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận án tại:


- Thư viện Quốc gia Việt Nam;
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước thải sinh hoạt (NTSH) thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng
Trị có lưu lượng 6.248 m3/ngày và đang xả trực tiếp ra môi trường.
Là một đô thị nhỏ và có tiềm lực kinh tế hạn chế, Đông Hà cần
lựa chọn công nghệ xử lý nước thải (XLNT) có chi phí đầu tư thấp.
Đất ngập nước nhân tạo (CW) là một trong những phương phương
pháp XLNT linh động, chi phí thấp và thân thiện môi trường.
CW đã được nghiên cứu và áp dụng khá khá nhiều, tuy nhiên
việc ứng dụng cho một địa phương với điều kiện môi trường và quy
chuẩn xả thải cụ thể đòi hỏi có nghiên cứu chi tiết. Ngoài ra, sử dụng
vật liệu lọc và cây trồng địa phương (chưa được nghiên cứu) cũng mở
ra cơ hội để cải thiện, nâng cao hiệu quả và khả năng ứng dụng CW
cho một loại nước thải cụ thể.
Từ đó, tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương
pháp đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải sinh hoạt ở thành phố
Đông Hà, tỉnh Quảng Trị”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá được khả năng xử lý NTSH bằng phương pháp CW;
Đưa ra được mô hình CW, xử lý NTSH thành phố Đông Hà đạt
tiêu chuẩn (Cột B, QCVN 14: 2008/BTNMT)
3. Luận điểm khoa học
Còn nhiều “lỗ hổng” trong các nghiên cứu về CW:
Thứ nhất, cây trồng, vật liệu lọc và các thông số hoạt động chi
phối và ảnh hưởng lớn đến CW. Các nhân tố này luôn thay đổi, và các
kết quả công bố có mức độ biến động lớn.

Thứ hai, các quá trình loại bỏ chất ô nhiễm chịu ảnh hưởng trực
tiếp bởi yếu tố địa phương.
Thứ ba, sự khác nhau về yêu cầu xử lý dẫn đến các đòi hỏi khác
nhau về kiểu mô hình và yêu cầu thiết kế CW.

1


Đề tài giải quyết các câu hỏi: 1) Ứng dụng mô hình CW nào có
hiệu suất xử lý tốt hơn; 2) Cây trồng nào thích nghi và có hiệu quả
cao; 3) Thông số thiết kế và vận hành nào phù hợp với NTSH.
4. Nội dung nghiên cứu
Khảo sát hiện trạng NTSH thành phố Đông Hà;
Nghiên cứu khả năng loại bỏ ô nhiễm của các kiểu CW.
Đề xuất mô hình CW xử lý nước thải tp Đông Hà.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Luận án đưa ra dữ liệu nghiên cứu về CW xử lý
NTSH trong điều kiện khí hậu Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn: Luận án góp phần đưa ra phương án lựa chọn khả
thi và có thể ứng dụng cho việc XLNT tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.
6. Những đóng góp mới của đề tài
Xác định được khả năng xử lý và thích nghi của cây môn nước,
môn đốm và phát lộc trong môi trường CW. Đây là các loại cây chưa
được nghiên cứu và công bố nhiều trên thế giới và Việt Nam
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. Nước thải sinh hoạt và công nghệ xử lý
1.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt
NTSH Việt Nam rất khác nhau giữa các địa phương, hầu hết
vượt quá tiêu chuẩn. BOD5 và COD ở Đà Lạt và Buôn Ma Thuột (200
– 300 mg/L) cao hơn Hà Nội và tp Hồ Chí Minh từ 3 – 5 lần.

1.1.2. Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Trước đây (1980s): loại bỏ BOD5, TSS, và VSV với công nghệ
SH truyền thống như bùn hoạt tính. Gần đây: loại bỏ dinh dưỡng, vi
khuẩn, kim loại nặng… với công nghệ cao, hợp khối, UV, Nano…
Ở Việt Nam, các nhà máy xử lý NTSH tập trung của các đô thị
chủ yếu áp dụng bùn hoạt tính hoặc bùn hoạt tính kết hợp (WB, 2003).

2


1.2. Đất ngập nước nhân tạo
1.2.1. Giới thiệu
CW là một hệ thống, mô phỏng hệ sinh thái đất ngập nước tự
nhiên để cải thiện chất lượng nước và xử lý nước thải.
1.2.1.1. Mô hình dòng chảy tự do bề mặt (FWS)
FWS có dòng chảy trên mặt nhiều hơn dòng chảy dưới bề mặt.
FWS thường dùng xử lý hoàn thiện sau bậc 2, bậc 3 (Hình 1.1).

Hình 1.1: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy tự do bề mặt
1.2.1.2. Mô hình dòng chảy ngang (HF)
Trong HF, nước cấp chảy chủ yếu theo chiều ngang, song song
với mặt nước. HF xử lý tốt đối với với BOD5 và SS (Hình 1.2).

Hình 1.2: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngang
1.2.1.3. Mô hình dòng chảy thẳng đứng (VF)
VF cấp nước theo chiều thắng đứng. VF loại bỏ tốt chất hữu
cơvà TSS nhưng hạn chế quá trình phản nitrat (Hình 1.3).

3



Hình 1.3: Đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng
1.2.1.4. Mô hình tích hợp (ICW)
ICW là kết hợp HF, VF và FWS thành các kiểu bố trí khác nhau.
ICW tăng hiệu quả, cân bằng ưu điểm và nhược điểm các CW.
1.2.2. Thành phần
1.2.2.1. Nước
CW thiếu nước ảnh hưởng đến thực vật, VSV và hiệu quả. Nước
đi vào CW bằng nguồn cấp dòng vào (nước thải) và mưa.
1.2.2.2. Chất nền
Chất nền gồm: cát, sỏi, đất, đá và vật liệu nhân tạo (bùn phèn
nhôm, sét trương nở nhẹ…). Ngày nay, CW không dùng đất hoặc vật
liệu có kích thước nhỏ làm vật liệu nền.
1.2.2.3. Thực vật
Hiện nay, 150 loài đã dùng CW và phổ biến nhất là cây sậy
(Phragmites spp.), cỏ nến (Typha spp.), cói (Scirpus spp.). TV góp
phần giảm tốc độ dòng nước, tăng lắng, giảm tảo…
1.2.2.4. Vi sinh vật
Vi sinh vật (VSV) oxy hóa hợp chất hữu cơ, chuyển hóa N, P
và ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của cây. VSV trong trong CW bao
gồm các loài hiếu khí, yếm khí và tùy nghi.

4


1.2.3. Cơ chế xử lý
1.2.3.1. Giới thiệu
Quá trình loại bỏ chất ô nhiễm trong CW gồm: lắng; chuyển hóa
hóa học; lọc; kết tủa hóa học; phá hủy, chuyển hóa bởi VSV và TV.
1.2.3.2. Cơ chế loại bỏ chất rắn lơ lửng

Bằng quá trình lắng, hấp thụ vào màng sinh học và tái phân tán
trong CW. Quá trình phân tán có thể làm tăng SS trong nước đầu ra.
1.2.3.3. Cơ chế chuyển hóa hợp chất hữu cơ
- Quá trình tách vật lý: Hạt cỡ lớn/keo được tách như TSS. Bay hơi
cũng góp phần vào làm giảm hợp chất hữu cơ.
- Quá trình chuyển hóa sinh học: Đây là quá trình quan trọng nhất để
giảm BOD và nhân tố thúc đẩy là VSV.
1.2.3.4. Cơ chế chuyển hóa nitơ
Nitơ trong CW chủ yếu được xử lý bằng quá trình nitrat – phản
nitrat hóa. Ngoài ra, còn có hấp thụ, hấp phụ và bay hơi.
1.2.3.5. Cơ chế chuyển hóa phốt pho
Phốt phát hạt lắng xuống đáy hoặc kết dính vào thực vật hoặc
màng SH và dạng hòa tan hấp thụ vào màng SH.
1.2.3.6. Cơ chế loại bỏ mầm bệnh
Cơ chế gồm: hấp phụ VSV gây bệnh, tia UV khử mầm bệnh, vi
khuẩn đơn bào, thực khuẩn... ăn VSV gây bệnh.
1.2.4. Động học và mô hình loại bỏ ô nhiễm
1.2.4.1. Mô hình hằng số tốc độ phản ứng
Mô hình động học bậc Bậc 1 đã được ứng dụng khá phổ biến.
Tuy nhiên, điều kiện hoạt động và các yếu tố không được phản ánh
đầy đủ trong mô hình này. Do đó, mô hình kết hợp Bậc 1 với các giả
thiết kiểu dòng chảy đẩy (PFR/Plus Flow Reactor) và dòng chảy rối
liên tục (CSTR/Continuously Stirring Reactor Tank) có hiệu quả hơn.
Trong nghiên cứu ngày, tác giả đề cập đến 03 mô hình động học kết
hợp như sau:

5


- Mô hình bậc 1 với C* và PFR (dòng chảy đẩy):



Ln



=

/

(1)

- Mô hình bậc 1 với CSTR (dòng chảy rối)
(C − C ) =

C /

(2)

- Mô hình Monod với CSTR
(



)(

+

)=


/

(3)

Trong đó:
k1 (m/ng), k2 (m/ng), k3 (g/m2.ngày) là hằng số loại bỏ bậc 1;
Ci là nồng độ đầu vào (mg/L); Co là nồng độ đầu ra (mg/L);
HLR là thời gian lưu. HLR = Q/A (ngày);
C* nồng độ nền; Ch là hằng số bán bão hòa giới hạn (mg/L).
1.2.4.2. Mô hình hồi quy tuyến tính
Mô hình hồi quy tuyến tính đa biến (MR/mutilple regression)
được biểu diễn bằng phương trình sau:
y = α + β1 x1 + β2 x2 + … + βp xp
Co hoặc Lr = f (Ci, HLR, Li…)
Trong đó:
y là biến phụ thuộc (giải thích) (Co and Lr);
xi,p là biến độc lập (được giải thích) (Ci, Li and q);
βi,p là hệ số tuyến tính; α là “chặn” (intercept);
Ci là nồng độ đầu vào (mg/L); Co là nồng độ đầu ra (mg/L);
HLR là tải trọng thủy lực (m/ngày);
Li là tải lượng vào (g/m2.ngày Lr là tải lượng loại bỏ (g/m2.ngày).
1.3. Cải thiện hiệu suất của đất ngập nước nhân tạo
1.3.1. Cấp khí chủ động và bị động
Tăng cường O2 cho hệ thống CW bằng các kĩ thuật như: hệ
thống “hút” khí chủ động tự nhiên, tháp “lai” và cấp khí nhân tạo.

6


1.3.2. Tuần hoàn nước thải

Tuần hoàn làm tăng thời gian tiếp xúc giữa nước thải và CW
và tăng hiệu quả, cần thiết đối với nước thải ô nhiễm cao. Ngoài ra,
hồi lưu còn làm gia tăng nồng độ oxy tự do trong CW.
1.3.3. Cấp nước gián đoạn
Cấp nước theo mẻ, chu kì tạo môi trường hiếu, thiếu và kị khí
trong CW, thúc đẩy loại bỏ hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng. Cấp nước
theo mẻ có thể cấp bảo hòa bề mặt hoặc làm đầy – khô.
1.3.4. Thiết kế tối ưu
Các nghiên cứu xếp chồng các đơn nguyên hoặc tháp “lai” đã
được thực hiện nhằm làm giảm diện tích bề mặt và tăng hiệu quả.
1.4. Nghiên cứu và ứng dụng đất ngập nước nhân tạo
1.4.1. Trên thế giới
CW bắt đầu nghiên cứu ứng dụng vào những năm 1980 và phát
triển mạnh vào đầu những năm 1990. Giai đoạn này chủ yếu là FWS
(Bắc Mỹ) và HF (Châu Âu) sử dụng chủ yếu cho sử lý nước thải đô
thi. Từ 1990s, CW mở rộng Châu Á, Úc và Phi. Giai đoạn này sử dụng
nhiều VF và ICW, và mở rộng với nhiều loại nước thải.
1.4.2. Ở Việt Nam
Nghiên cứu và ứng dụng CW chưa nhiều. Các nghiên cứu các
tác giả như Nguyễn Thị Loan (2005), Nguyễn Việt Anh và nnk (2010),
Ngô Thụy Diễm Trang và nnk (2010, 2012)... sử dụng CW xử lý
NTSH, nuôi trồng thủy sản và làng nghề.
Một số cơ sở sản xuất đã dùng CW vào XLNT: nhà máy chế
biến thủy sản – Cty cổ phần xuất khẩu thủy sản 2, tỉnh Quảng Ninh);
Công trình CW, kị khí và hồ SH, xử lý NTSH tại phường Bách Quang,
thị xã Sông Công (tỉnh Thái Nguyên); công trình CW hoàn thiện của
nhà máy Dệt may Hòa Thọ, Đà Nẵng...

7



CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là NTSH ở tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị
và mô hình CW. NTSH được hiểu là nước thu gom từ các hộ gia đình,
văn phòng và hoạt động thương mại, không bao gồm nước thải sản
xuất. Phạm vi của nghiên cứu này là tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị. Cụ
thể là nước thải tại cống thải phường 1 (16°49'30.4" Vĩ độ Bắc
107°05'38.5" Kinh độ Đông) và phường Đông Lễ (thuộc đường Lê
Lợi, 16°48'27.3" Vĩ độ Bắc và 107°06'40.4" Kinh độ Đông).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp lấy, xử lý và phân tích mẫu
Trong nghiên cứu thí nghiệm: Mẫu 3 ngày 1 lần, 12 tuần.
Thông số: pH, BOD5, TSS, NH4-N, NO3-N, PO4-P, Tcol.
Mô hình ở thực địa: Mẫu 1 lần/tuần, 06 tháng. Thông số: pH,
BOD5, TSS, NH4-N, TN, NO3-N, COD, PO4-P, Tcol.
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm
2.2.2.1. Nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm
a. Bố trí thí nghiệm:
Nghiên cứu quy mô thí nghiệm gồm 4 hệ thống: 2 hệ thống
chính gồm: Hệ thống I gồm 03 bể theo thứ tự HF (03 bể), VF và FWS
và hệ thống II gồm 03 bể, thứ tự VF, HF (03 bể) và FWS. 2 hệ thống
bể đối chứng gồm: III (bể không trồng cây) và IV (bể không trồng cây
và không có lớp vật liệu lọc) (Hình 2.1). Chi tiết cấu tạo các bể được
thể hiện ở Hình 2.2.

8



Hình 2.1: Sơ đồ bố trí nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

Hình 2.2: Chi tiết các bể thí nghiệm
b. Kích thước và vật liệu:
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) (cm): VF (70 x 50 x 40); HF
(70 x 50 x 60). FWS thể tích 80L, D 48,5 cm, cao 54,5 cm (Hình 2.2).
Vật liệu lọc gồm đá, sỏi được sắp xếp thành 3 lớp:
+ Lớp dưới: cỡ hạt 3 – 8 cm. Chiều cao trong HF là 20; VF là 30 cm
+ Lớp giữa: cỡ hạt 1 – 3 cm. Chiều cao trong HF là 15, VF là 20 cm.
+ Lớp trên: cỡ hạt 0,1 – 0,9 cm. Chiều cao HF là 15, VF là 20 cm.
c. Cây trồng:
9


+ Cây chuối hoa (Canna indica) trong VF;
+ Cây môn nước (Colocasia esculenta) trong bể HF1;
+ Cây môn đốm (Caladium bicolor) trong bể HF2;
+ Cây phát lộc (Dracaena sanderiana) trong HF3;
+ Cây hoa súng (Nymphaea pubescens) được trồng FWS.
d. Thông số vận hành:
Thông số vận hành gồm tải trọng thủy lực (HLR), thời gian lưu
(HRT) và lưu lượng (Q), được thể hiện trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Tổng hợp thông số vận hành mô hình thí nghiệm
Thông số vận hành
Giai đoạn vận hành
1
2
Q (Lít/ngày) (L/ng)
80
160

HLR (mét/ngày) (m/ng)
0,05
0,1
HRT (ngày)
3,65
1,82
2.2.2.2. Nghiên cứu ở quy mô thực địa
a. Sơ đồ và vị trí bố trí thí nghiệm:
Nghiên cứu quy mô thực địa là hệ thống 2 giai đoạn, gồm: bể
VF và HF (Hình 2.3). Mô hình đặt tại cống thải chính, giao cắt tại
đường Lê Lợi, phường Đông Lễ, thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực địa
b. Kích thước và vật liệu:
10


- Kích thước:
+ Bể VF có kích thước: 1,2/1,2/1,2 (Dài/rộng/cao);
+ Bể HF: 3,0/1,0/1,0 (m) (Dài/rộng/cao)
- Vật liệu lọc: như trong mô hình thí nghiệm (Mục 2.2.2.1,b).
c. Các loại cây trồng:
Chuối hoa trồng trong bể VF và cây môn nước ở bể HF.
d. Thông số vận hành của mô hình:
Bảng 2.2: Tổng hợp các thông số vận hành
Thông số vận hành
Q (m3/ng)
HLR (m/ng)
HRT (ngày)


Giai đoạn vận hành
1
2
3
0,444
0,888
0,666
0,1
0,2
0,15
2,65
1,32
1,76

2.2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Phân tích thống kê mô tả, phương sai và vẽ biểu đồ dùng phần
mềm R (version 3.2.2). Sử dụng t test và phân tích ANOVA (Tukey
HSD) để kiểm định thống kê, độ tin cậy 95%. Phương pháp LMG
(Lindeman, Merenda and Gold) sử dụng để xác định mức độ quan
trọng của các biến và phương pháp Bayes (BMA) được sử dụng để
đánh giá và lựa chọn mô hình MR tối ưu. Phương trình tối ưu là
phương trình có R2 (hệ số xác định) cao, BIC (tiêu chuẩn thông tin
Bayes) thấp và PP (xác suất hậu định) cao).
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng và tính chất nước thải thành phố Đông Hà
3.1.1. Thành phần và tính chất
Kết quả phân tích mẫu NT qua các đợt khảo sát có khoảng giá
trị: BOD5 103 - 289; TSS 131 - 460; NH4-N 4,83 - 35,1 (mg/L).
Thông số TSS, BOD5, NH4-N và Tcol cao hơn QCVN
14/2008/BTNMT và đạt mức trên trung bình so với nước thải đầu vào

các nhà máy XLNT tập trung ở các thành phố Việt Nam.

11


3.1.2. Hiện trạng thu gom và xử lý
NTSH tp Đông Hà vẫn chưa được xử lý và thoát bằng cống hỗn
hợp. Hệ thống thoát nước chia làm 14 lưu vực và khá tách biệt. Nước
thải của thành phố chủ yếu là các hộ gia đình, công sở hoặc cơ sở kinh
doanh, dịch vụ. NT công nghiệp và y tế được xử lý riêng.
3.2. Kết quả nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm
3.2.1. Đặc trưng nước thải đầu vào
Nồng độ nước thải đầu vào khá cao: BOD5 = 209, TSS = 192,
NH4-N = 35,1 (mg/L) và Tcol = 103.000 MPN/100mL.
3.2.2. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm
3.2.2.1. Chất rắn lơ lửng
Loại bỏ TSS của I là 70,9 ± 13% và II là 71,2 ± 11,1%. Hệ
thống đối chứng thấp hơn, với III 65 ± 8% và IV là 7 ± 8,5% (Hình
3.1). Vai trò của lớp lọc được ghi nhận trong loại bỏ TSS giữa hệ
thống IV (không có lớp lọc) và I, II (hệ thống đầy đủ).
Khi tăng HLR, loại bỏ TSS giảm. Sự khác biệt nồng độ TSS đầu
ra giữa các HLR có ý nghĩa thống kê (P <0,05).

Hình 3.1: Hiệu quả loại bỏ và nồng độ TSS đầu ra

12


3.2.2.2. Hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học
Loại bỏ BOD5 của I và II khá cao (I là 82 ± 7%, II là 84 ±

5,2%). Hệ thống III thấp hơn, đạt 63 ± 12%, trong khi đó hệ thống
IV chỉ đạt đạt 10,6 ± 16,4% (Hình 3.2). Điều này là do thời gian lưu
ngắn và thiếu giá thể để VSV bám dính trong rễ cây và lớp lọc, nên
quá trình phân hủy sinh học diễn ra chậm. Loại bỏ BOD5 ở VF và
HF 40% - 60%, FWS là 22 - 26%.
90

280
260

80

240
70

Loại bỏ BOD5 (%)

Giá trị BOD5 (mg/L)

220
200
180
160
140
120
100
80

60
50

40
30
20

60
10

40
20

0

I

BL
I
II
III
IV
Mô hình thí nghiệm

II
III
IV
Mô hình thí nghiệm

Hình 3.2: Đầu ra và hiệu quả loại bỏ BOD5 của các mô hình
Tải lượng loại bỏ BOD5 (Lrb) của I là 11,6 và II là 11,9
g/m .ngày. Loại bỏ BOD5 giữa các bể HF không có sự khác biệt mang
ý nghĩa thống kê (P >0,05). Hiệu quả loại bỏ trung bình (%) của HF1

cao hơn các bể còn lại.
2

Khi tăng HLR, loại bỏ BOD5 giảm. Không có sự khác biệt đáng
kể BOD5 ra giữa các HLR (P >0,05), ngoại trừ hệ thống III.
3.2.2.3. Chất dinh dưỡng
Nồng độ NH4-N trong nước thải đầu vào có giá trị trung bình là
34 mg/L, cao hơn nhiều so với QCVN 14:2004/BTNMT (10 mg/L).
NH4-N giảm nhanh trong bể VF so với bể HF và FWS.

13


Hình 3.3: Giá trị và loại bỏ NH4-N và PO4-P trong các hệ thống
Loại bỏ NH4-N khá cao, hệ thống I là 87 ± 6%, II là 91 ± 5,6%,
III là 84,5 ± 6% và IV là 87,7 ± 3,6% (Hình 3.3). Như vậy, sự khác
nhau giữa các hệ thống không ảnh hưởng nhiều đến NH4-N. Bể đối
chứng không trồng cây và lớp lọc có hiệu quả loại bỏ NH4-N khá cao
là do dòng chảy tự do, tái xâm nhập oxy từ không khí thuận lợi bởi
khuếch tán và quang hợp của tảo. Đầu ra NH4-N thấp, 2 – 7 mg/L.
Hiệu quả PO4-P không ổn định và thấp: I là 13,7 ± 21%, II
28,2 ± 19,4%, III 4 ± 28% và IV 2,2 ± 0,2%. Tải trọng NH4-N: I 2,2,
II 2,5, III 2,19 và IV 2,16 (g/m2.ng). Khi tăng HLR: loại bỏ NH4-N
của I không biến đổi (87%), II, III và IV giảm.
3.2.2.4. Coliform
Nồng độ Tcol đầu vào khá cao, trung bình 146.000
MPN/100mL (5,11 đơn vị log). Đầu ra Tcol luôn đạt yêu cầu xả thải.
Loại bỏ Tcol đạt cao, trên 90%, cụ thể I đạt 98,7 ± 1,4%, II 99 ± 0,8%,
III 98,4 ± 1,8% và IV 95,4 ± 6,6%. Khả năng loại bỏ Tcol của 2 hệ
thống chính (I, II) đạt xấp xỉ 2,0 (đơn vị log). Các kết quả trước đây

cho thấy, loại bỏ Tcol đối với NTSH từ 0,8 – 2,7.
14


3.3. Kết quả nghiên cứu quy mô thực địa
3.3.1. Đặc trưng nước thải đầu vào
Nồng độ nước thải đầu vào thấp so với nước thải vận hành mô
hình quy mô thí nghiệm (ví dụ Tcol chỉ bằng 1/18 lần, BOD5 bằng 2/3
lần). So với QCVN 14:2008/BTNMT, NO3-N và PO4-P thấp hơn, TSS
và Tcol vượt không đáng kể, khoảng 1,2 – 1,7 lần. Nồng độ BOD5 và
NH4-N có giá trị cao hơn, vượt từ 2,3 – 2,6 lần (Bảng 3.1).
Bảng 3.1: Thông số nước thải đầu vào nghiên cứu thực địa (n = 23 mẫu)
Thông
số

Giai đoạn 1

Giai đoạn 2

Giai đoạn 3

QCVN
Trung bình 14:2008/
BTNMT

pH

7,4

7,5


7,4

7,4

TSS
(mg/L)

114,8 ± 13,8

117,3
11,8

±

141,7 ± 26,1

123,8
20,5

±

100

BOD5
(mg/L)

133,6 ± 11,6

118,1

11,5

±

132 ± 6,8

127,7
11,6

±

50

COD
(mg/L)

187,3 ± 14,1

178,0
13,8

±

196,4 ± 7

186,8
12,3

±


-

NO3-N
(mg/L)

1,3 ± 0,5

1,7 ± 14,6

1,6 ± 0,2

1,5 ± 0,5

50

NH4-N
(mg/L)

21,7 ± 0,5

22,6 ± 14,6

25,1 ± 8,4

23,1 ± 5,8

10

TN (mg/L)


32,6 ± 4,4

34,1 ± 5,1

34,4 ± 8,1

33,6 ± 6

-

PO4-P
(mg/L)

1,0 ± 0,4

1,1 ± 23,0

1,1 ± 0,4

1,05 ± 0,4

10

Tcol
(MPN/100
mL)

10.437
5.955


7.825 ± 24

6.914
1.715

8.456
4.022

5.000

Trung bình ± SD

±

±

5-9

±

3.3.2. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm
3.3.2.1. Chất rắn lơ lửng
TSS ra của VF xấp xỉ TSS vào và có 4 lần TSS vượt 100mg/L
(QCVN 14:2008/BTNMT). Loại bỏ TSS của VF khá thấp, chỉ đạt
3±10%. Cấp nước gián đoạn có thể là nguyên nhân dẫn đến TSS đầu

15


ra của bể VF tăng. Hiệu quả HF đạt 26±8% và tổng VF – HF đạt 28,4%

(Hình 3.4 và Hình 3.5).

Hình 3.4: Biến động giá trị TSS vào – ra các bể thí nghiệm

Hình 3.5: Nồng độ và loại bỏ TSS qua các bể thí nghiệm
Đầu ra TSS giữa các tải trọng khác nhau có sự phân hóa (theo
chỉ số P. Có sự khác biệt giữa HLR1 - HLR2 và HLR1 - HLR3 (P
<0,05), trong khi đó HLR2 - HLR3 không có sự khác biệt (P >0,05).

16


3.3.2.2. Hợp chất hữu cơ
Nhìn chung, COD có cùng xu hướng diễn biến so với BOD5.
BOD5 biến động đáng kể theo từng giai đoạn nghiên cứu (Hình 3.7)

Hình 3.6: Biến động nồng độ BOD5 dòng vào – ra

Loại bỏ COD (%)

60

50

40

30

VF
HF

Bể xử lý

Hình 3.7: Nồng độ và loại bỏ BOD5 và COD qua các bể
Hình 3.7 cho thấy, loại bỏ BOD5 và COD tương ứng 74,9% ±
11,5% và 68,2 ± 10,3%. Loại bỏ BOD5 VF là 50,5% và HF là 50,9%.
Kết quả này thấp hơn một số nghiên cứu tương đương.
Tải lượng loại bỏ BOD5 (Lrb) của VF là 30 g/m2.ngày, HF là 6,9
và cả mô hình là 14,5 (g/m2.ngày). Nồng độ BOD5 ra giữa HLR1 và
17


HLR2, HLR2 và HLR3 (P <0,05) có sự khác biệt đáng kể, ngược lại
giữa HLR1 và HLR3 không có sự khác biệt (P > 0,05).
Sau 6 tháng hoạt động, cây môn nước đạt được độ cao trung
bình 1,0m với 220 nhánh/m2 và chuối hoa cao 0,7m với 50 nhánh/m2.
3.3.2.3. Chất dinh dưỡng
NH4-N đầu vào cao hơn 10mg/L và ra (tại HF) ổn định, chiếm
8,6%, vượt QCVN 14/2008/BTNMT. NO3-N đầu vào thấp, 2 – 3
mg/L, tại VF nồng độ NO3-N biến động mạnh và khá cao (Hình 3.8).

Hình 3.8: Hiệu quả loại bỏ và nồng độ NH4-N và TN
Loại bỏ NH4-N đạt 76,2 ± 12,9% với VF 58,4 ± 17,4% và HF
45 ± 13,4%. Loại bỏ TN trong VF là 63 ± 7% và HF là 44 ± 12% và
tổng cộng là 79 ± 7%. Tải lượng loại bỏ NH4-N (Lrn) là 2,7 g/m2.ngày,
trong đó Lrn của VF là 6,3 và của HF là (0,9 g/m2.ngày). Tải lượng loại
bỏ TN là 4,0 g/m2.ngày, trong đó VF là 9,7 g/m2.ngày và của HF là
1,2 g/m2.ngày. PO4-P biến động mạnh và thấp, loại bỏ đạt 3,6 ± 43,7%.
3.3.2.4. Coliform
Tcol trung bình là 8.456 MPN/100mL và giá trị cao nhất gấp
hơn 4 lần quy định. Tại HF, Tcol thấp hơn quy chuẩn xả thải, với giá

trị trung bình là 1.485 MPN/100mL (Hình 3.9).

18


90

Hiệu quả loại bỏ Tcol (%)

80
70
60
50
40
30
20
VF
HF
Bể xử lý

Hình 3.9: Giá trị và hiệu quả xử lý Tcol qua các bể thí nghiệm
Loại bỏ Tcol đạt 82 ± 11,3%, VF là 61 ± 9,6% và HF là 57 ±
20,3%. Loại bỏ Tcol tính theo log là 0,8.
3.3.3. Hằng số tốc độ phản ứng và tương quan tuyến tính
3.3.3.1. Hằng số tốc độ phản ứng
Kết quả tính từ (1), (2) và (3) (mục 1.2.4.1) thể hiện Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hằng số tốc độ phản ứng của hợp chất hữu cơ và nitơ
Stt

NH4-N


TN

k1 = 0,42±0,11
R2 = 0,28
P < 0,05

k1 = 0,3±0,08
R2 = 0,17
P >0,05

Bậc 1 – k2 = 0,51±0.2 k2 = 0,34±0,1
CSTR R2 = 0,04
R2 = 0,03
P >0,05
P >0,05

k2 = 0,65±0,43
R2 = 0,04
P >0,05

k2 = 0,62±0,24
R2 = 0,12
P >0,05

Monod k3 = 44,4±13,6 k3 = 25,2±5,1

R2 = 0,30
R2 = 0,6
CSTR

P <0,05
P <0,05

k3 = 2,63±1,0
R2 = 0,68
P <0,05

Bậc 1 –
PFR

BOD5

COD

k1 = 0,24±0.06 k1 = 0,19±0,04
R2 = 0,49
R2 = 0,51
P <0,05
P <0,05

19


Bảng 3.2 cho thấy, phương trình Bậc 1 – CSRT (k2) không phản
ánh tốt dữ liệu thực tế (P>0,05). Phương trình Bậc 1 – PFR (k1) và
Monod – CSTR (k3) phù hợp tương đối với BOD5, COD và NH4-N
với R2 dao động 0,3 – 0,68. R2 của k3 cho COD và NH4-N cao nhất,
đạt 0,60 và 0,68.
3.3.3.2. Mô hình tương quan tuyến tính
a. Mô hình tuyến tính đơn biến

Quan hệ tuyến tính cao giữa COD, PO4-P và TSS ra với HLR
có R2 tương ứng 0,61, 0,58 và 0,55. Tương quan BOD5, NH4-N đầu
ra, đầu vào và HLR thấp. Nhìn chung, mô hình đơn biến không phản
ảnh tốt dữ liệu thực tế của mô hình.
b. Mô hình tuyến tính đa biến (MR)
* Thông số BOD5:
Kết quả phân tích mức độ quan trọng của các biến bằng phương
pháp LMG được thể hiện ở Bảng 3.3 và phương trình MR tối ưu ở
Bảng 3.4. Trong đó, r là hệ số tương quan, các biến phụ thuộc của MR
gồm có nồng độ BOD5 ra (Cob) và tải lượng loại bỏ BOD5 (Lrb), và các
biến độc lập (dự báo) bao gồm: nồng độ BOD5 vào (Cib), nồng độ TSS
vào (Cits), nồng độ TN vào (Cit), nồng độ PO4-P vào (Cip), nồng độ
NH4-N (Cin) và HLR.
Bảng 3.3 cho thấy, HLR có tương quan tuyến tính khá cao với
Cob (r = 0,7) và Lrb (r = 0,56). Cib và Cits có tương quan âm với Cob,
tương ứng r = - 0,37 và - 0,31.
Bảng 3.3. Hệ số tương quan và mức độ quan trọng các biến với Cob và Lrb.

20


Bảng 3.4 cho thấy: có 04 phương án tối ưu (M1-M4) với R2 =
0,6 – 0,7. MR tối ưu bao gồm các biến độc lập: HLR, Cits và Cib.
Bảng 3.4: Kết quả phân tích tuyến tính đa biến của BOD5

* Thông số NH4-N:
Bảng 3.5 cho thấy, NH4-N đầu vào (Cin) có tương quan cao nhất
với Lrn (r = 0,83). HLR cũng có tương quan khá cao với Con và Lrn, r
tương ứng 0,64 và 0,46. Cits và Con có tương quan âm, với r = - 0,46,
trong khi đó tương quan các biến còn lại với Con và Lrn là khá thấp

Bảng 3.5: Hệ số tương quan và mức độ quan trọng các biến với Con và Lrn

Kết quả phân tích bằng phương pháp Bayes đưa ra kết quả 5
phương trình MR tối ưu và thể hiện trong Bảng 3.6. Hệ số xác định R2
các phương trình khá cao, trong đó phương trình M9 có R2 cao nhất,
đạt 0,9. Điều này có nghĩa rằng, MR với các biến dự báo lựa chọn có
thể giải thích được 90% sự biến thiên của Lrn.

21


Bảng 3.6. Kết quả phân tích tuyến tính đa biến của NH4-N

3.4. Đề xuất mô hình xử lý nước thải thành phố Đông Hà
3.4.1. Cơ sở đề xuất
- Điều kiện, tự nhiên và kinh tế - xã hội tp Đông Hà
- Kết quả nghiên cứu lý thuyết:
- Kết quả nghiên cứu thí nghiệm và thực địa:
3.4.2. Tính toán đề xuất mô hình xử lý
3.4.2.1. Tính toán mô hình xử lý
Từ kết quả nghiên cứu ở mô hình quy mô thí nghiệm (lựa chọn
hệ thống: VF-HF-FWS) và quy mô thực địa (hoạt động của hệ thống
VF-HF), tác giả đề xuất mô hình CW để XLNT thành phố Đông Hà
gồm như sau (Hình 3.10).

Hình 3.10: Đề xuất hệ thống xử lý nước thải tp Đông Hà
Sử dụng HLR = 0,15 m/ngày để tính toán và thiết kế, diện tích
CW yêu cầu xử lý toàn bộ NTSH là 63.780 m2 (6,378 ha)

22



3.4.2.2. Đề xuất khu vực xử lý
Địa hình tp Đông Hà tương đối chia cắt, các hệ thống thoát nước
khá riêng biệt, do đó nếu xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung
thì cần đến số lượng trạm bơm khá lớn. Nếu tận dụng địa hình dốc có
thể tạo ra các khu vực thu gom nước thải cục bộ và tự chảy theo độ
cao. Do đó, bố trí các hệ thống XLNT theo các vùng và khu vực nhỏ
dựa trên 14 lưu vực thoát nước sẽ hiệu quả hơn. Trên cơ sở nghiên cứu
về quỹ đất (diện tích đất chưa sử dụng, khả năng chuyển đổi mục đích
sử dụng đất và đất dự trữ cho cơ sở hạ tầng), nhu cầu diện tích cho hệ
thống CW, lưu vực thoát nước, khả năng ngập lụt và cơ sở hạ tầng
thoát nước thải, tác giả đề xuất 6 khu vực xây dựng hệ thống CW xử
lý NTSH thành phố Đông Hà như sau (Bảng 3.7):
Bảng 3.7: Tổng hợp thông số các khu vực xử lý nước thải
Diện tích
Lưu lượng NT
lưu vực (ha) (m3/ng)

Diện tích (m2)

1

1.000

1.423

9.487

2


957

1.362

9.080

3

99

141

940

4

934

1.329

8.860

5

2811

4.000

26.667


6

923

1.313

8.753

Khu vực

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. NTSH ở tp Đông Hà chưa được xử lý, lưu lượng 6.248 m3/ng và
có 14 khu vực thoát nước (cống hỗn hợp). Nồng độ: TSS 131 – 460
mg/L BOD5 103 – 289 mg/L, COD 157 – 436 mg/L, NH4-N 4,83
– 35,1, Tcol từ 4.022 – 335.000 MNP/100mL.

23


×