NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÂN TÁN BẰNG CÔNG NGHỆ HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY CHO CÁC ĐÔ THỊ VÀ KHU DÂN CƯ TỈNH THÁI NGUYÊN
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.73 MB, 107 trang )
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
“NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC
THẢI PHÂN TÁN BẰNG CÔNG NGHỆ HỒ SINH
HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY CHO CÁC ĐÔ THỊ
VÀ KHU DÂN CƢ TỈNH THÁI NGUYÊN”.
MÃ SỐ: ĐH2014-TN02-01
ThS. Vi Thị Mai Hƣơng
Thái Nguyên, 3/2017
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
“NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC
THẢI PHÂN TÁN BẰNG CÔNG NGHỆ HỒ SINH
HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY CHO CÁC ĐÔ THỊ
VÀ KHU DÂN CƢ TỈNH THÁI NGUYÊN”.
MÃ SỐ: ĐH2014-TN02-01
Xác nhận của tổ chức chủ trì
KT. HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG
PGS.TS.Vũ Ngọc Pi
Thái Nguyên, 3/2017
Chủ nhiệm đề tài
ii
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
STT
Họ tên
Đơn vị
1
ThS. Vi Thị Mai Hương
Khoa Xây dựng & Môi trường- Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp
2
PGS.TS.Trần Đức Hạ
3
ThS. Nguyễn Việt Anh
Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường,
trường Đại học Xây dựng.
4
ThS. Hoàng Lê Phương
Khoa Xây dựng & Môi trường- Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp
Viện Nghiên cứu Cấp thoát nước và
Môi trường (IWASSE).
ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị trong và
Nội dung phối hợp
ngoài nƣớc
nghiên cứu
Tên ngƣời đại diện
Viện Khoa học và Kỹ
thuật môi trường, trường
Đại học Xây dựng.
Phân tích mẫu
PGS.TS. Nguyễn Việt Anh
iii
MỤC LỤC
NỘI DUNG
TRANG
MỞ ĐẦU……………………………………………………..……………………..i
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu .............................................................2
5. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN …………………………..…………..……………...5
1.1. Đặc điểm thành phần, tính chất và lưu lượng nước thải sinh hoạt ..................5
1.2. Hiện trạng thu gom và XLNT sinh hoạt tại các đô thị của Việt Nam ...........10
1.3. Hiện trạng thu gom và XLNT sinh hoạt tại các đô thị và khu dân cư tỉnh Thái
Nguyên ..................................................................................................................13
1.4. Tổng quan về ứng dụng công nghệ HSH trong XLNT trên thế giới và Việt
Nam .......................................................................................................................15
1.4.1. Khái niệm về HSH..................................................................................15
1.4.2. Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt bằng HSH ....16
1.4.3. Ưu điểm, nhược điểm của HSH .............................................................21
1.4.4. Ứng dụng công nghệ HSH trong XLNT sinh hoạt trên thế giới và Việt
Nam ..................................................................................................................22
1.5. Tổng quan về ứng dụng công nghệ BLTC trong XLNT trên thế giới và Việt
Nam .......................................................................................................................24
1.5.1. Khái niệm về BLTC ...............................................................................24
1.5.2. Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt bằng BLTC ..25
1.5.3. Ưu điểm, nhược điểm của BLTC ..........................................................27
1.5.4. Ứng dụng công nghệ BLTC trong XLNT trên thế giới và Việt Nam ....28
1.6. Tổng quan về ứng dụng công nghệ kết hợp HSH và BLTC trong XLNT sinh
hoạt trên thế giới và tại Việt Nam.........................................................................32
iv
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT KHU DÂN CƢ BẰNG CÔNG NGHỆ KẾT HỢP
HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY…………………….…………..40
2.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu .....................................................................40
2.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm ..........................................................................43
2.3. Tính toán thiết kế các mô hình thí nghiệm ....................................................44
2.4. Xây dựng mô hình thí nghiệm .......................................................................54
2.5. Vận hành mô hình thí nghiệm........................................................................54
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN……...………..…57
3.1. Kết quả theo dõi sự thay đổi pH của nước thải qua các công trình của mô
hình thí nghiệm .....................................................................................................57
3.2. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy của các mô hình thí nghiệm ..........59
3.3. Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng của các mô hình thí nghiệm ........................63
3.4. Hiệu quả xử lý các hợp chất nitơ của các mô hình thí nghiệm ......................66
3.5. Hiệu quả xử lý PO43- của các mô hình thí nghiệm.........................................71
3.6. Hiệu quả xử lý Coliform của mô hình thí nghiệm .........................................73
3.7. Kết quả theo dõi sự phát triển của cây trồng trong các BLTC ......................76
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………….……..81
4.1. Kết luận ..........................................................................................................81
4.2. Kiến nghị........................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tải trọng các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt ……………5
Bảng 1.2. Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt …………………………..7
Bảng 1.3. Thành phần tích chất nước xám và nước đen ……………………………8
Bảng 1.4. Một số chủng loại vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt………………….9
Bảng 1.5. Nồng độ một số mầm bệnh thường có trong phân……………………….9
Bảng 2.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt của phường Bách Quang……………. 42
Bảng 2.2. Kết quả tính toán mô hình thí nghiệm…………………..………………53
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp kết quả phân tích các thông số pH của các mẫu nước thải
vào và ra của các công trình trong mô hình thí nghiệm……………………………57
Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả phân tích các thông số COD, BOD 5 của nước thải vào
và ra của các công trình trong mô hình thí nghiệm……………………………….. 59
Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng TSS của các mẫu nước thải vào ra của các
công trình trong mô hình thí nghiệm………………………………………………63
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp kết quả phân tích các thông số TN, NH4+ và NO3- của các
mẫu nước thải vào và ra của các công trình trong mô hình thí nghiệm……………66
Bảng 3.5. Bảng tổng hợp kết quả phân tích các thông số PO43- của các mẫu nước
thải vào và ra của các công trình trong mô hình thí nghiệm……………………….71
Bảng 3.6. Bảng tổng hợp kết quả phân tích thông số Coliform của các mẫu nước
thải vào và ra của các công trình trong mô hình thí nghiệm……………………….73
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ cơ chế xử lý các chất ô nhiễm trong hồ sinh học……….………16
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải DEWATS ……………………………..34
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bãi lọc trồng cây kết hợp
hồ sinh học tái sử dụng cho nông nghiệp tại Thôn Đào Xá-Phong Khê- Bắc
Ninh………………………………………………………………………………...37
Hình 1.4. Nhà máy xử lý nước thải thị trấn Me……………………………………38
Hình 2.1. Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp hồ sinh học với bãi
lọc trồng cây………………………………………………………………………. 43
Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp bãi lọc bãi lọc trồng
cây với hồ sinh học ………………………………………………………………..43
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình thí nghiệm………………………..…….53
Hình 2.4. Vật liệu lọc sử dụng trong mô hình thí nghiệm…………………….…...54
Hình 2.5. Cây dong giềng trước khi trồng vào các bãi lọc………………………...54
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý BOD5 trung bình của các công trình trong
mô hình thí nghiệm …………………………………………………………….….60
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý SS trung bình qua các công trình của mô
hình thí nghiệm………………………………………………………………….....64
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý TN, NH4+, NO3- trung bình qua các công
trình của mô hình thí nghiệm………………………………………………………67
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý PO43- trung bình qua các công trình của
mô hình thí nghiệm………………………………………………………………...72
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý Coliform trung bình qua các công trình
của mô hình thí nghiệm…………………………………………………………….74
Hình 3.6. Sinh khối thu hoạch theo thời gian tại các bãi lọc trồng cây trong thời gian
nghiên cứu………………………………………………………………………….77
Hình 3.7. Sinh khối trung bình/cây theo thời gian thu hoạch tại các bãi lọc trồng cây
trong thời gian nghiên cứu…………………………………………………............77
Hình 3.8. Chiều cao trung bình/cây theo thời gian thu hoạch tại các bãi lọc trồng cây
trong thời gian nghiên cứu…………………………………………………………78
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BLTC:
Bãi lọc trồng cây
BOD:
Nhu cầu ô xi hóa sinh hóa (Biochemical oxygen demand)
BORDA:
Hiệp hội Nghiên cứu và phát triển Bremen – Công hoà Liên bang
Đức (Bremen Overseas Reasearch and Development Association)
COD:
Nhu cầu ô xi hóa hóa học (Chemical oxygen demand)
DEWATS: hệ thống xử lý nước thải phân tán (Decentralized Wastewater
Treatment Systems)
FWS:
Bãi lọc trồng cây ngập nước (free water surface constructed
wetlands)
HF:
Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang (Horizontal sub-surface
flow constructed wetland)
HSH:
Hồ sinh học
ISO:
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (International Organization for
Standardization)
MPN:
Most probable number
QCVN:
Quy chuẩn Việt Nam
SSF:
Bãi lọc ngầm trồng cây (sub-surface flow constructed wetland)
TCVN:
Tiêu chuẩn Việt Nam
TN
Tổng Nitơ
VF:
Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface Flow Constructed wetland)
XLNT:
Xử lý nước thải
viii
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Đơn vị: TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: “Nghiên cứu đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải phân tán bằng
công nghệ hồ sinh học và bãi lọc trồng cây cho các đô thị và khu dân cƣ tỉnh
Thái Nguyên”.
- Mã số: ĐH2014-TN02-01
- Chủ nhiệm đề tài: ThS. Vi Thị Mai Hương
- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 12 năm 2015
2. Mục tiêu
Đề xuất được mô hình xử lý nước thải phân tán bằng công nghệ hồ sinh học
và bãi lọc trồng cây thích hợp cho xử lý nước thải sinh hoạt của các đô thị và khu
dân cư tỉnh Thái Nguyên, góp phần xử lý nước thải sinh hoạt đạt tiêu chuẩn môi
trường trước khi xả vào các nguồn nước tiếp nhận.
3. Tính mới và sáng tạo
Đề tài đã đề xuất 2 mô hình công nghệ kết hợp hồ sinh học và bãi lọc trồng
cây trên quy mô pilot trong điều kiện tự nhiên để xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu
quả cao, nước thải sau xử lý đạt theo giá trị giới hạn cột A trong QCVN 14:2008 và
được phép thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt.
4. Kết quả nghiên cứu
Đề tài đã đề xuất và đánh giá được khả năng XLNT sinh hoạt khu dân cư
tỉnh Thái Nguyên của hai mô hình công nghệ kết hợp hồ sinh học và bãi lọc trồng
cây trên quy mô pilot trong điều kiện tự nhiên. Nước thải sau xử lý có giá trị trung
bình của các thông số này đều thấp hơn so với giá trị giới hạn tương ứng của cột A
trong QCVN 14:2008 và được phép thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích
sinh hoạt.
ix
Mô hình 1: Nước thải sinh hoạt xử lý sơ bộ Hồ tùy tiện Bãi lọc trồng
cây ngập nước. Giá trị trung bình của các thông số BOD5, SS, TN, NH4+, NO3-,
PO43- và Coliform trong nước thải sau xử lý là 8,43 mg/l; 4,46 mg/l; 2 mg/l; 0,81
mg/l; 1,35 mg/l; 0,116 mg/l; 1750 MPN/100 ml, với hiệu suất xử lý trung bình
tương ứng đạt 89,90%; 93,65%; 94,23%; 96,56%; 46,43%, 67,13% và 98,10%.
Mô hình 2: Nước thải sinh hoạt xử lý sơ bộ Bãi lọc ngầm trồng cây
dòng chảy ngang Hồ hiếu khí. Giá trị trung bình của các thông số BOD5, SS, TN,
NH4+, NO3-, PO43- và Coliform trong nước thải sau xử lý là 19,24 mg/l; 15,42 mg/l;
5,25 mg/l; 0,40 mg/l; 2,71 mg/l; 0,122 mg/l và 2125 MPN/100 ml với hiệu suất xử
lý trung bình tương ứng đạt 87,72%; 78,04%; 91,35%; 98,28%; -7,79%; 65,54% và
79,69%.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
1.Vi Thị Mai Hương, Trần Đức Hạ (2015), “Công nghệ kết hợp hồ sinh học
và bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải sinh hoạt”, Tạp chí Môi trường Đô thị Việt
Nam, 1+2 (96+97), tr. 53-57.
2. Vi Thị Mai Hương, Vũ Thị Thao, Nguyễn Thị Hường, Nguyễn Vân Anh
(2016), “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp bằng mô hình công nghệ kết hợp hồ sinh học và bãi lọc trồng
cây”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, 154 (09), tr. 91-96.
5.2. Sản phẩm đào tạo
1.Vũ Thị Thao, Nguyễn Thị Hường, Nguyễn Vân Anh (2016), Nghiên cứu
thiết kế mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ kết hợp hồ sinh học và
bãi lọc trồng cây, Đề tài NCKH sinh viên, Mã số: SV2014-23, Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
2. Vũ Thị Thao (2016), Đánh giá vai trò của cây thủy trúc trong xử lý chất ô
nhiễm trong nước thải sinh hoạt của mô hình kết hợp hồ sinh học và bãi lọc trồng
cây, Đồ án tốt nghiệp sinh viên, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học
Thái Nguyên.
3. Vi Thị Mai Hương (2016), Cơ sở khoa học và thực tiễn của công nghệ tích
hợp bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư ven
đô, Chuyên đề tiến sĩ số 1, Trường Đại học Xây dựng.
x
5.3. Sản phẩm ứng dụng
Hai mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư tỉnh Thái Nguyên bằng
công nghệ kết hợp hồ sinh học và bãi lọc trồng cây trong điều kiện tự nhiên.
Mô hình 1: Nước thải sinh hoạt xử lý sơ bộ Hồ tùy tiện Bãi lọc trồng
cây ngập nước.
Mô hình 2: Nước thải sinh hoạt xử lý sơ bộ Bãi lọc ngầm trồng cây
dòng chảy ngang Hồ hiếu khí.
6. Phƣơng thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang
lại của kết quả nghiên cứu:
Mô hình có thể ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt cho các đô thị và khu
dân cư tỉnh Thái Nguyên đạt hiệu quả cao về kinh tế và kỹ thuật do áp dụng công
nghệ xử lý có chi phí thấp. Mặt khác kết quả của đề tài cũng góp phần nâng cao khả
năng xử lý nước thải sinh hoạt tại các đô thị, khu dân cư tỉnh Thái Nguyên đạt tiêu
chuẩn môi trường trước khi thải vào nguồn tiếp nhận, đảm bảo vệ sinh môi trường,
bảo vệ môi trường sinh thái, cảnh quan và chất lượng các nguồn nước đặc biệt là
nước sông Cầu.
Ngày
Tổ chức chủ trì
KT.HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG
PGS.TS.Vũ Ngọc Pi
tháng
năm
Chủ nhiệm đề tài
xi
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Researching to propose the models decentralized wastewater
treatment technologies by combining stabilization ponds with constructed wetlands
to treat wastewater from urban and residential areas in Thai Nguyen.
Code number: DH2014-TN02-01
Coordinator: TNU - Thai Nguyen University of Technology
Implementing institution:
Duration: from 1/2014 to 12/2015.
2. Objective(s)
Proposing the model decentralized wastewater treatment technologies by
combining stabilisation ponds with constructed wetlands to treat wastewater from
urban and residential areas in Thai Nguyen province, contributing to treat domestic
wastewater as the requirements of environmental standards before discharged into
the receiving water.
3. Creativeness and innovativeness
Proposing the field-scale pilot model decentralized wastewater treatment
technologies by combining stabilization ponds with constructed wetlands to treat
domestic wastewater in natural conditions with high efficiency and treated
wastewater meets the requirements of A column QCVN 14:2008 and can be
discharged into the receiving water used for domestic purposes.
4. Research results
The project was proposed and evaluated the domestic wastewater treatment
possibilities of Thai Nguyen residential area of the two technological models
combining stabilization pond and constructed wetland on pilot scale in natural
conditions. After treatment, the values of these parameters were lower than the
limited values in column A of QCVN 14:2008 and could be discharged into the
receiving water used for domestic purposes.
Model 1: Domestic wastewater Pretreatment Facultative pond Free
water surface constructed wetlands. The average values of BOD5, SS, TN and NH4+,
NO3-, PO43- and Coliform of treated wastewater were 8.43 mg/l; 4.46 mg/l; 2 mg/l;
xii
0.81 mg/l; 1.35 mg/l; 0.116 mg/l; 1750 MPN/100 ml respectively and average
removals were 89.90%; 93.65%; 94.23%; 96.56%; 46.43%, 67.13% and 98.10%
respectively.
Model 2: Domestic wastewater Pretreatment Horizontal sub-surface
flow constructed wetland Manufaction pond. The average values of BOD5, SS,
TN, NH4+, NO3-, PO43- and Coliform of treated wastewater were 19.24 mg/l; 15.42
mg/l; 5.25 mg/l; 0.40 mg/l; 2.71 mg/l; 0.122 mg/l and 2125 MPN/100 ml,
respectively and average removal were 87.72%; 78.04%; 91.35%; 98.28%; -7.79%;
65.54% and 79. 69% respectively.
5. Products
5.1. Scientific products:
1.Vi Thi Mai Huong, Tran Duc Ha (2015), “Technology combines
Stabilisation pond and constructed wetlands to treat domestic wastewater”, Journal
of Urban Environment Vietnam, 1+2 (96+97), pp. 53-57.
2. Vi Thi Mai Huong, Vu Thi Thao, Nguyen Thi Huong, Nguyen Van Anh
(2016), “Researching the treatment ability to dormitory wastewater at College of
technology by combinated model between pond and constructed wetland”, Journal
of Science and Technology, Thai Nguyen University, 154 (09), pp. 91-96.
5.2. Training products
1. Vu Thi Thao, Nguyen Thi Huong, Nguyen Van Anh (2016), Research to
design the domestic wastewater treatment model by combinated technology between
pond and constructed wetland, Subject Research Students, Code number: SV 201423, College of Technology, Thai Nguyen University.
2. Vu Thi Thao (2016), Assess the role of Cyperus involucratus in removal
pollutants in domestic wastewater by the model combinated between stabilisation
pond and constructed wetland, Student graduation project, College of Technology,
Thai Nguyen University.
3. Vi Thi Mai Huong (2016), The scientific and practical basis of the
integrated technology of stabilisation pond and constructed wetland to treat
wastewater from peri-urban residential area, PhD thesis No. 1, National University
of Civil Engineering.
xiii
5.3. Applied products
Two model decentralized wastewater treatment technologies by combining
stabilization ponds with constructed wetlands to treat domestic wastewater in
natural conditions.
- Model 1: Domestic wastewater Pretreatment Facultative pond
Free water surface constructed wetlands.
- Model 2: Domestic wastewater Pretreatment Horizontal sub-surface
flow constructed wetland Manufaction pond.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of
research results:
The model can be applied to treat wastewater for urban and residential areas
in Thai Nguyen effective economic and engineering by applying low-cost
technologies. On the other hand, the results of the research also contributes to
improve wastewater treatment in cities and residential areas in Thai Nguyen
province to meet environmental standards before being discharged into the
receiving water, environmental hygiene and protecting the ecological environment,
landscape and quality of water resources especially water in Cau River.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quá trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thái Nguyên đã thúc đẩy nền kinh
tế phát triển ngày càng nhanh và mức sống của người dân cũng ngày càng được
nâng cao. Nhưng bên cạnh đó, Thái Nguyên cũng phải đối mặt với những vấn đề về
suy giảm chất lượng môi trường không nhỏ và đặc biệt là chất lượng nước sông
Cầu. Việc phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực sông Cầu, sự ra đời của hàng loạt
các nhà máy, các khu công nghiệp, khu dân cư ... đã và đang làm nảy sinh hàng loạt
các vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh
hoạt và công nghiệp. Hiện nay vấn đề tổ chức thu gom và XLNT tại các đô thị, khu
dân cư và công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên chưa hợp lý. Tại các đô thị và
khu dân cư, hầu hết nước thải sinh hoạt và dịch vụ xử lý trong các bể tự hoại truyền
thống sau đó thoát ra cống thoát nước chung của đô thị hoặc thải trực tiếp vào sông,
suối, ao, hồ,… gây ô nhiễm các nguồn nước tiếp nhận.
Một trong những nguyên nhân khiến cho tình trạng các nguồn nước thải chưa
được thu gom xử lý tốt ở Việt Nam nói chung và tại Thái Nguyên nói riêng là kinh
phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành các hệ thống XLNT thường rất tốn kém. Vì
vậy việc nghiên cứu áp dụng những phương pháp XLNT có chi phí đầu tư và vận
hành thấp, đạt hiệu quả xử lý cao là rất cần thiết. Điều này sẽ tăng khả năng XLNT
sinh hoạt góp phần đảm bảo vệ sinh môi trường tại các đô thị cũng như giảm thiểu ô
nhiễm các nguồn nước tiếp nhận.
Tại Việt Nam hiện nay, một trong những giải pháp nhằm giảm kinh phí đầu tư
XLNT sinh hoạt đang được áp dụng là tổ chức xử lý phân tán bằng những công
nghệ thích hợp có kinh phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản và thân thiện với môi
trường, phù hợp với điều kiện kinh tế địa phương. Khi chia các lưu vực thoát nước
thải nhỏ, kích thước, chiều dài và độ sâu các tuyến cống chính thoát nước thải giảm.
Nước thải có thể được xử lý tại chỗ hoặc tận dụng được khả năng tự làm sạch của
các kênh, sông, hồ tiếp nhận để tham gia vào quá trình xử lý tiếp tục. Mặt khác tổ
chức thoát nước và XLNT phân tán phù hợp với điều kiện kinh tế và sự phân đợt
xây dựng các đô thị.
2
Các công trình thích hợp cho hình thức XLNT phân tán đối với nước thải sinh
hoạt hiện nay là HSH và BLTC. Các công nghệ này đã được áp dụng phổ biến trên
thế giới và hiện đang được nghiên cứu áp dụng tại Việt Nam. Đây là các công trình
XLNT trong điều kiện tự nhiên có chi phí xây dựng (không tính đến chi phí đất xây
dựng) và vận hành thấp, đạt hiệu quả xử lý cao với các dòng thải chứa hàm lượng
cao các chất hữu cơ, N, P và các vi sinh vật gây bệnh. Nước thải sau xử lý có thể tái
sử dụng cho các mục đích khác nhau như tưới cây, rửa đường, vệ sinh... Vì vậy,
việc tìm hiểu khả năng ứng dụng giải pháp xử lý này cho XLNT sinh hoạt các khu
dân cư và đô thị tại tỉnh Thái Nguyên là rất cần thiết nhằm góp phần giảm thiểu ô
nhiễm cho các nguồn nước tiếp nhận đặc biệt là lưu vực sông Cầu. Vì vậy, tác giả
đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đề xuất mô hình XLNT phân tán bằng công nghệ
HSH và BLTC cho các đô thị và khu dân cư tỉnh Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của đề tài
Đề xuất được mô hình XLNT phân tán bằng công nghệ HSH và BLTC thích
hợp cho XLNT sinh hoạt của các đô thị và khu dân cư tỉnh Thái Nguyên, góp phần
XLNT sinh hoạt đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi xả vào các nguồn nước tiếp
nhận.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư tập
trung, các khu đô thị. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các đô thị và khu dân cư tỉnh
Thái Nguyên.
4. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu
* Cách tiếp cận
Trên cơ sở nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực tiễn đã áp dụng công nghệ HSH
và BLTC trong XLNT sinh hoạt trên thế giới, cũng như những nghiên cứu và thực
tiễn áp dụng các công nghệ này trong XLNT tại Việt Nam hiện nay, tác giả tiến
hành nghiên cứu khả năng kết hợp công nghệ HSH và BLTC trong XLNT sinh hoạt
nhằm nâng cao hiệu quả XLNT và giải quyết những nhược điểm phát sinh khi sử
dụng riêng rẽ từng công nghệ trong XLNT tại Việt Nam.
3
* Phương pháp nghiên cứu
Để có thể thực hiện đề tài, tác giả sẽ sử dụng các phương pháp nghiên cứu như
sau:
- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Đề tài tiến hành thu thập và tổng
hợp các tài liệu trong và ngoài nước về đặc trưng tính chất của nước thải sinh hoạt,
cơ chế xử lý và ứng dụng công nghệ HSH và BLTC trong XLNT sinh hoạt. Tổng
hợp các kết quả nghiên cứu về hiện trạng thoát nước và XLNT tại các đô thị của
Việt Nam và của các đô thị, khu dân cư thuộc lưu vực sông Cầu.
-Phương pháp khảo sát hiện trường: Tiến hành khảo sát thực tế hiện trạng thu
gom và XLNT sinh hoạt tại phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên và một
số khu đô thị và khu dân cư tỉnh Thái Nguyên nhằm thu thập thông tin dữ liệu thực
tế về vấn đề này.
- Phương pháp thực nghiệm: Đề tài tiến hành nghiên cứu xây dựng mô hình
thí nghiệm nhằm nghiên cứu quá trình XLNT bằng công nghệ HSH kết hợp BLTC
quy mô pilot trong điều kiện tự nhiên. Trên cơ sở đó có được các số liệu thực
nghiệm về mô hình đề xuất để đánh giá được hiệu quả xử lý của mô hình đã đề
xuất.
- Phương pháp lấy mẫu hiện trường: Tiến hành lấy mẫu nước thải vào và ra
khỏi các công trình trong mô hình thí nghiệm và bảo quản, vận chuyển về phòng thí
nghiệm phân tích theo Tiêu chuẩn Việt Nam về hướng dẫn lấy mẫu và bảo quản
mẫu nước với các thông số phân tích tương ứng.
- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Tiến hành phân tích trong
phòng thí nghiệm các thông số đánh giá đặc trưng của nước thải trước và sau xử lý
của các công trình trong mô hình thí nghiệm.
- Phương pháp xử lý số liệu: Áp dụng phần mềm xử lý số liệu excel để xử lý
số liệu có được từ mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình,
đưa ra được mối quan hệ động học giữa các đại lượng hoạt động của mô hình với
hiệu quả XLNT.
4
5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm có:
- Tìm hiểu tổng quan về nước thải sinh hoạt và tổng quan về ứng dụng các
công nghệ HSH và BLTC trong XLNT sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam.
- Đề xuất sơ đồ mô hình thí nghiệm XLNT sinh hoạt bằng công nghệ kết hợp
HSH và BLTC; thiết kế và xây dựng mô hình thí nghiệm đã đề xuất.
- Vận hành mô hình thí nghiệm, lấy mẫu nước thải và phân tích các thông số
đặc trưng nước thải.
- Tổng hợp kết quả và thảo luận.
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm thành phần, tính chất và lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt
* Đặc điểm thành phần, tính chất nƣớc thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải được tạo ra từ các hoạt động thường ngày ở
nơi cư trú của con người bao gồm: sản phẩm bài tiết, nước thải ra từ quá trình sửa
soạn bữa ăn, làm vệ sinh sân bãi và nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi [10]
Nước thải sinh hoạt là nước đã qua sử dụng bởi một cộng đồng và có chứa tất
cả những vật chất được thêm vào trong suốt quá trình sử dụng. Do đó, nước thải
sinh hoạt bao gồm các chất thải từ cơ thể người (phân và nước tiểu) cùng với nước
xả nhà vệ sinh và nước cống tạo ra từ hoạt động tắm rửa cá nhân, giặt giũ, chuẩn bị
thức ăn và đồ dùng nấu ăn. Nước thải sinh hoạt ban đầu là chất lỏng màu xám đục,
chứa các chất lơ lửng và trôi nổi lớn (như phân, giẻ, vỏ chai/đồ hộp bằng nhựa, lõi
ngô), các chất rắn lơ lửng nhỏ hơn (phân đã bị phân rã, giấy, vỏ rau quả và các chất
rắn rất nhỏ dạng hạt keo lơ lửng cũng như các chất ô nhiễm hòa tan. Ngoài ra nước
thải sinh hoạt còn chứa một lượng lớn của các vi sinh vật gây bệnh nguy hại. Ở
vùng khí hậu ấm, nước thải có thể giảm lượng Oxi hòa tan nhanh chóng và do đó
trở nên hôi thối. Nước thải từ bể tự hoại có mùi hôi thối thường là mùi của H 2S
[22].
Nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình gồm hai loại chính: nước đen và nước
xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh (có phân và nước tiểu), còn nước xám là
nước rửa, giặt, tắm, nước từ khu nhà bếp [2]. Thành phần phân và nước tiểu của
người được thể hiện trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tải trọng các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt [2]
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị
SS
g/người.ngày
60÷65
SS trong phân và nước tiểu
g/người.ngày
20÷25
BOD5 của nước thải chưa lắng
g/người.ngày
50÷65
6
BOD5 của nước thải chưa lắng
g/người.ngày
30 ÷35
-Hố xí dội nước
Lít/người.ngày
5÷15
-Xí bệt, bồn tiết kiệm nước
Lít/người.ngày
15÷30
-Xí bệt, loại bồn thường
Lít/người.ngày
30÷60
-Nước đen từ nhà bếp
Lít/người.ngày
5÷35
-Khối lượng ướt
Kg/người.ngày
0,1÷0,4
-Khối lượng khô
g/người.ngày
30÷60
%
70÷85
% trọng lượng khô
88÷97
g/người.ngày
15÷18
+ Ni tơ (N)
% trọng lượng khô
5,0÷7,0
+ Phốt pho (P2O5)
% trọng lượng khô
3,0÷5,4
+ Kali (K2O)
% trọng lượng khô
1,0÷2,5
+ Cacbon (C)
% trọng lượng khô
44÷55
+ Canxi (CaO)
% trọng lượng khô
4,5
+ Tỷ lệ C:N
% trọng lượng khô
6÷10
-Khối lượng ướt
Kg/người.ngày
1,0 ÷ 1,31
-Khối lượng khô
g/người.ngày
50÷70
%
93÷96
Lƣợng nƣớc đen từ khu nhà vệ sinh
Phân người
-Độ ẩm
-Thành phần:
+Chất hữu cơ
+BOD5
Nƣớc tiểu
-Độ ẩm
7
-Thành phần:
+Chất hữu cơ
% trọng lượng khô
65÷85
g/người.ngày
10
+ Ni tơ (N)
% trọng lượng khô
15÷19
+ Phốt pho (P2O5)
% trọng lượng khô
2,5÷5,0
+ Kali (K2O)
% trọng lượng khô
3,0 ÷ 4,5
+ Cacbon (C)
% trọng lượng khô
11÷17
+ Canxi (CaO)
% trọng lượng khô
4,5÷6,0
+ Tỷ lệ C:N
% trọng lượng khô
1
+BOD5
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như các chất
protein(chiếm 40-60%), hydrat cacbon (25-50% và các chất béo (10%) [9]. Trong
nước xám có chứa một lượng lớn các chất hóa học bao gồm: chất tẩy rửa, xà phòng,
chất béo và dầu mỡ các loại, thuốc trừ sâu, bất cứ thứ gì đi ra từ bồn rửa nhà bếp và
có thể bao gồm những thứ phân tán như sữa chua, vỏ rau quả, lá chè, hạt đất và cát.
Một số hóa chất khác có thể tìm thấy trong nước thải sinh hoạt nhưng không đáng
kể để liệt kê chúng [21]. Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt thể hiện
trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt [10]
Nồng độ (mg/l)
Chất ô nhiễm
Mạnh
Trung bình
Yếu
Chất rắn tổng số
1.200
700
350
Chất rắn hòa tan
850
500
250
Chất lơ lửng
350
200
100
Chất rắn có thể lắng
20
10
5
BOD5
300
200
100
8
COD
1.000
500
250
Nitơ tổng
85
40
20
NH4+
50
25
12
NO2-
0
0
0
NO3-
0
0
0
Photpho tổng
20
10
6
Clorua
100
50
30
200
100
50
150
100
50
Chất
kiềm
theo
CaCO3
Dầu, mỡ
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất dinh dưỡng N, P là nguyên nhân gây hiện
tượng phú dưỡng các nguồn nước. Các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt có sự
dao động lớn về nồng độ [2]. Giá trị đặc trưng của các chất ô nhiễm chính (BOD5,
COD, N, P, K) trong các dòng nước thải sinh hoạt đen và xám thể hiện trong Bảng
1.3.
Bảng 1.3. Thành phần tích chất nước xám và nước đen [2]
Nƣớc xám
Chỉ tiêu
Nƣớc đen
Cao(a)
Thấp(b)
Cao(a)
Thấp(b)
BOD5, mg/l
400
10
600
300
COD, mg/l
700
200
1500
900
Tổng N, mg/l
30
8
300
100
Tổng P, mg/l
7
2
40
20
Tổng K, mg/l
6
2
90
40
Chú thích:(a): Giá trị cao ứng với tiêu chuẩn dùng nước thấp và có tính cả tải
lượng từ nhà bếp.(b): giá trị thấp ứng với tiêu chuẩn dùng nước cao
9
Nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi rút, nguyên sinh bào và
giun sán là mầm gây ra các bệnh như tả, lỵ, thương hàn, bại liệt, giun, sán các
loại… [2]. Một số chủng loại vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt thể hiện trong
Bảng 1.4 và nồng độ một số mầm bệnh thường có trong phân thể hiện trong Bảng
1.5.
Bảng 1.4. Một số chủng loại vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt [10]
TT
Chủng loại
Số lƣợng (MPN/100 ml)
1
Tổng vi sinh
106 - 1010
2
Coliforms
106-109
3
Streptococi phân
105 – 106
4
Trứng giun sán
103
Bảng 1.5. Nồng độ một số mầm bệnh thường có trong phân [2]
Nồng độ trong phân
Vi sinh vật
Ví dụ
Trứng giun
Ascaris
<104
Đơn bào
Amoeba
<105
Vi khuẩn
Salmonella typhi
<108
Vi rút
Enteric viruses
<1011
(con/g)
Mức độ ô nhiễm về mặt vi sinh của nước thải thường được đánh giá thông qua
các chỉ tiêu vi khuẩn đại diện: Escherichia coli và Enterococci (thuộc nhóm liên cầu
phân Faecal Streptococci), Coliform chịu nhiệt và Coliform tổng số, tính bằng cách
đếm trực tiếp số lượng vi khuẩn hoặc xác định theo phương pháp MPN (Most
probable number) [2].
10
* Lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt
Lưu lượng nước thải sinh hoạt thường được xác định phổ biến thông qua công
thức sau: 𝑄𝑤𝑤 = 10−3 𝑘𝑞𝑃 [24]
Trong đó: Qww: lưu lượng nước thải sinh hoạt, m3/ngày
q: lượng nước sử dụng, lít/người.ngày
k: hệ số phần lượng nước sử dụng trở thành nước thải, k
thường bằng 0,8-0,9.
P: số dân, người.
Lưu lượng và tải lượng nước thải sinh hoạt thay đổi trong ngày cũng như trong
tuần và trong năm. Lưu lượng thấp vào ban đêm và tăng nhanh chóng vào thời gian
xung quanh bữa sáng và lặp lại sự tăng nhanh vào bữa trưa và bữa tối. Các hoạt
động bình thường của một hộ gia đình trong tuần diễn ra phổ biến hơn những ngày
cuối tuần.Trong mùa nóng, con người sử dụng nhiều nước hơn mùa lạnh nên lưu
lượng nước thải sinh hoạt cũng có sự thay đổi theo mùa trong năm. [22]
1.2. Hiện trạng thu gom và XLNT sinh hoạt tại các đô thị của Việt Nam
Vấn đề thu gom và XLNT sinh hoạt tại các đô thị của Việt Nam hiện nay trở
thành một trong những vấn đề bức thiết tại hầu hết các đô thị. Do quá trình đô thị
hóa phát triển nhanh chóng trong khi hệ thống cơ sở hạ tầng không phát triển tương
xứng dẫn đến tình trạng xuống cấp, quá tải và không đáp ứng kịp nhu cầu của người
dân đặc biệt là hệ thống thu gom và XLNT sinh hoạt. Điều đó dẫn đến tình trạng
mất vệ sinh, ô nhiễm các nguồn nước mặt gia tăng, lũ lụt, ngập úng vào mùa mưa
xảy ra thường xuyên tại hầu hết các đô thị trên cả nước.
Hệ thống thoát nước tại các đô thị của Việt Nam hiện nay gồm hai loại là hệ
thống thoát nước chung và hệ thống thoát nước riêng. Trong đó chủ yếu là hệ thống
thoát nước chung thu gom cả nước mưa và nước thải. Hệ thống thoát nước riêng
mới chỉ được xây dựng ở một số nơi của Việt Nam, thu gom riêng lượng nước thải
và loại bỏ nước mưa và nước chảy tràn bề mặt; tuy nhiên số lượng hệ thống thoát
nước riêng còn rất hạn chế.
11
Hệ thống thoát nước chung ban đầu là hệ thống thoát nước được xây dựng
nhằm thu gom nước mưa và chống úng ngập. Do mật độ dân số tại các đô thị ngày
càng tăng, các gia đình cần thoát nước thải ra khỏi phạm vi nhà mình đã tự xây
dựng hệ thống thu nước thải của gia đình và thải vào hệ thống thoát nước mưa
chung của đô thị. Dòng nước thải từ các hộ gia đình gồm 2 dòng là nước đen và
nước xám. Đấu nối hộ gia đình vào hệ thống thoát nước thường không được thiết kế
và thực hiện đúng kỹ thuật. Việc các hộ gia đình tự đấu nối để thoát nước thải vào
hệ thống cống công cộng xảy ra phổ biến ở Việt Nam, dẫn đến tình trạng ô nhiễm ở
nhiều khu vực xung quanh nhà. Trong khi đó, tỷ lệ đấu nối hộ gia đình vào hệ thống
thoát nước công cộng ở các thị trấn nhỏ vùng sâu vùng xa, khu vực ven đô và trong
các đô thị miền Trung lại rất thấp do nền đất chủ yếu là cát cho phép nước thấm
nước tốt. Khảo sát của Ngân hàng Thế giới ở Đà Nẵng năm 2012 cho thấy nhiều
khu vực có tỷ lệ đấu nối vào hệ thống thoát nước dưới 10%, hầu hết các bể tự hoại
đều có giếng thấm để tiêu nước [12].
Ở Việt Nam, hệ thống thoát nước riêng ít phổ biến hơn nhưng hiện đang được
quan tâm và sử dụng ở các khu vực ven đô mới xây dựng, do hệ thống này chỉ thu
gom nước thải vào mạng lưới ống cống kín, nên không gây ô nhiễm mùi. Hệ thống
thoát nước riêng chỉ đấu nối với các hộ gia đình nên rác thải và nước mưa không thể
chảy vào mạng lưới. Việt Nam có hai hệ thống thoát nước riêng đang hoạt động ở
thành phố Đà Lạt và Buôn Ma Thuột, bắt đầu vận hành trong năm 2006. Một hệ
thống thoát nước riêng quy mô nhỏ hơn ở Châu Đốc thuộc đồng bằng sông Cửu
Long hoạt động năm 2011 [12].
Hệ thống thoát nước riêng là hệ thống kín hoàn toàn bao gồm các đường ống
kích thước khác nhau được lắp đặt có độ dốc để đảm bảo nước tự chảy và hạn chế
lắng bùn cặn. Hệ thống này có thể hoạt động tốt ngay cả khi có chất rắn trong nước
đầu vào, cho phép hộ gia đình xả nước thải vào mà không cần xử lý trước. Do vậy,
hộ gia đình đấu nối vào hệ thống này không cần xây dựng bể tự hoại. Đây là thuận
lợi lớn cho các hộ gia đình vì họ không phải quản lý bùn thải nhà vệ sinh và xử lý
các vấn đề bơm hút, thông tắc và tràn ứ bể tự hoại. Toàn bộ chất bẩn trong nước
thải hộ gia đình được vận chuyển đến nhà máy XLNT tập trung.
