nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot công suất 3m3 ngày
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.51 MB, 118 trang )
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ v
TÓM TẮT......................................................................................................................vii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1
1.1
TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 1
1.2
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .............................................................................................. 2
1.3
PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ...................................................................... 2
1.4
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
2.1.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ................................................... 3
2.1.1
Định nghĩa nước thải sinh hoạt ....................................................................... 3
2.1.2
Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt .................................................. 3
2.1.3
Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải ............................................... 10
2.1.4
Vai trò và chức năng của từng phương pháp xử lý nước thải ...................... 11
2.1.5
Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt điển hình ............................................ 17
2.2.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC.................................... 29
2.2.1 Khái niệm công trình đất ngập nước ................................................................. 29
2.2.2 Phân loại công trình đất ngập nước................................................................... 30
2.2.3 Các loại thực vật thường được sử dụng trong công trình đất ngập nước .......... 34
2.2.4 Cơ chế chuyển hóa dòng vật chất trong công trình đất ngập nước ................... 39
2.2.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................ 45
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 59
3.1 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 58
3.2 MÔ HÌNH VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................................... 59
3.2.1 Cấu tạo mô hình nghiên cứu ............................................................................. 59
3.2.2 Nguyên tắc hoạt động ....................................................................................... 59
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
i
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
3.3 PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU ............................. 61
3.4 PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................... 63
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, NHẬN XÉT VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
ĐẤT NGẬP NƯỚC XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI
CÔNG SUẤT 3M3/NGÀY ............................................................................................ 65
4.1 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO ........... 64
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG
TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM SỬ
DỤNG CÂY LÁC NƯỚC (Cyperus malaccensis lamk) .............................................. 65
4.2.1 Hiệu quả loại bỏ TSS ........................................................................................ 65
4.2.2 Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ – COD và BOD5 ................................................ 68
4.2.3 Hiệu quả xử lý nitơ............................................................................................ 73
4.2.4 Hiệu quả xử lý phốt pho .................................................................................... 80
4.2.5 Hiệu quả xử lý Coliforms .................................................................................. 82
4.2.6 Sự chuyển hóa các dạng nitơ và nitơ mất đi ..................................................... 82
4.3 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG HỆ
THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO DÒNG CHẢY NGẦM THEO PHƯƠNG
NGANG SỬ DỤNG CÂY LÁC NƯỚC ....................................................................... 83
4.3.1 Lưới chắn rác .................................................................................................... 85
4.3.2 Bể lắng cát ......................................................................................................... 85
4.3.3 Bể điều hòa ........................................................................................................ 86
4.3.4 Công trình đất ngập nước .................................................................................. 87
4.3.5 Ước tính chi phí xây dựng............................................................................... 100
4.3.6 Ước tính chi phí vận hành ............................................................................... 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 103
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 106
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
ii
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người ............................................................. 4
Bảng 2.2 Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt ....................... 4
Bảng 2.3 Chất lượng nước thải đô thị Thành phố Hồ Chí Minh ...................................... 5
Bảng 2.4 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp Đất ngập nước nhân tạo .......... 33
Bảng 2.5 Những quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thống Đất ngập nước
nhân tạo........................................................................................................................... 40
Bảng 2.6 Khả năng hấp phụ photpho của một số vật liệu tự nhiên ................................ 43
Bảng 2.7 Tốc độ vận chuyển oxy trong thực vật: lau sậy và cỏ nến .............................. 45
Bảng 2.8 Các thông số thiết kế của mô hình .................................................................. 50
Bảng 2.9 Hiệu quả xử lý của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng,
thẳng ngang và lai hợp .................................................................................................... 51
Bảng 3.1 Các phương pháp phân tích mẫu ..................................................................... 62
Bảng 4.1 Tính chất nước thải sinh hoạt sau bể tử hoại sử dụng là nước thải đầu vào cho
mô hình đất ngập nước kiến tạo theo quy mô phòng thí nghiệm ................................... 64
Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng
cây lác nước quy mô phòng thí nghiệm ......................................................................... 66
Bảng4.3 Nồng độ TSS của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình
đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ..................................... 68
Bảng 4.4 Nồng độ COD của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình
đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ..................................... 72
Bảng 4.5 Nồng độ NH4+-N của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công
trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ............................. 74
Bảng 4.6 Nồng độ PO43--P của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công
trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ............................. 81
Bảng 4.7 Nồng độ TP của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất
ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ........................................... 82
Bảng 4.8 Hiệu quả loại bỏ Coliforms của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây
lác nước .......................................................................................................................... 82
Bảng 4.9 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (sau bể tự hoại)............ 84
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
iii
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Bảng 4.10 Các thông số thiết kế bể đất ngập nước kiến tạo .......................................... 87
Bảng 4.11 Đặc tính vật liệu cho hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm ..... 88
Bảng 4.12 Nhiệt độ không khí trung bình năm một số tỉnh thành ở Tây Nam Bộ ........ 88
Bảng 4.13 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo BOD5 ............................... 89
Bảng 4.14 Bảng hệ số nhiệt độ 20 và hằng số tốc độ phản ứng k20 ở 20oC ................... 90
Bảng 4.15 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo NH4+ ................................ 91
Bảng 4.16 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo Coliform .......................... 93
Bảng 4.17 Bảng ước tính chi phí xây dựng .................................................................. 100
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
iv
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt. ........................................... 6
Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. ......................... 18
Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng quá trình bùn hoạt
tính. ................................................................................................................................. 19
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của song chắn rác. .................................................... 20
Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát ngang. ..................................................................... 21
Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát thổi khí. ..................... 22
Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát chuyển động vòng. .... 22
Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của thiết bị tháo cát bằng thủy lực. ...................................... 23
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ngang............................... 25
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng đứng. ............................. 26
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ly tâm. ........................... 27
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng trong với tầng cặn lơ lửng.28
Hình 2.13 Sơ đồ mô hình Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bề mặt. ........................... 31
Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo mô hình Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm theo
phương ngang (M.L. và cộng sự, 2004). ........................................................................ 32
Hình 2.15 Sơ đồ đất ngập nước dòng chảy đứng (Cooper,1996). ........................................ 33
Hình 2.16 Cây sậy. ............................................................................................................... 36
Hình 2.17 Bồn bồn................................................................................................................ 37
Hình 2.18 Cây lác. ................................................................................................................ 38
Hình 2.19 Ruộng lác mọc ở khu vực ranh giới Long An-Thành phố Hồ Chí Minh. ........... 38
Hình 2.20 Cây thủy trúc. ................................................................................................ 39
Hình 2.21 Mô hình đất ngập nước kiến tạo thử nghiệm xử lý nước thải ao nuôi cá basa.55
Hình 2.22 Mô hình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải ao nuôi cá tra. ................... 56
Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu. ............................................................................................ 58
Hình 3.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang
(HFCW) quy mô phòng thí nghiệm LxWxH = 1,2mx0,3mx0,7m. ................................ 59
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
v
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Hình 3.3 Sơ đồ các bước thực hiện nghiên cứu.............................................................. 61
Hình 4.1 Biến thiên pH nước thải vào và sau xử lý của mô hình đất ngập nước kiến tạo
dòng chảy ngầm theo phương ngang sử dụng cây lác nước........................................... 65
Hình 4.2 Biến thiên và hiệu quả xử lý TSS của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm ....................................................................................................................... 67
Hình 4.3 Biến thiên và hiệu quả xử lý BOD5. ................................................................ 68
Hình 4.4 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD. ................................................................. 69
Hình 4.5 Nồng độ trung bình BOD5 qua các tải trọng. .................................................. 70
Hình 4.6 Nồng độ trung bình COD qua các tải trọng..................................................... 70
Hình 4.7 Biến thiên và hiệu quả xử lý NH4+-N của mô hình đất ngập nước quy mô
phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ........................................................................ 73
Hình 4.8 Biến thiên và hiệu quả xử lý NO2- của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ................................................................................... 76
Hình 4.9 Biến thiên và hiệu quả xử lý NO3- của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ................................................................................... 77
Hình 4.10 Biến thiên và hiệu quả xử lý TKN của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ................................................................................... 78
Hình 4.11 Biến thiên và hiệu quả xử lý TN của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ................................................................................... 79
Hình 4.12 Biến thiên và hiệu quả xử lý PO43--P của mô hình đất ngập nước quy mô
phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ........................................................................ 80
Hình 4.13 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình đất ngập nước quy mô phòng
thí nghiệm sử dụng cây lác nước. ................................................................................... 81
Hình 4.14 So sánh các thành phần nitơ trong nước thải đầu vào và nước thải sau xử lý
của mô hình nghiên cứu này ở các tải trọng hữu cơ khác nhau. .................................... 83
Hình 4.15 Quy trình công nghệ xử lý áp dụng đất ngập nước kiến tạo. ........................ 84
Hình 4.16 Thùng rác inox dạng lưới. ............................................................................. 85
Hình 4.17 Thiết kế độ dốc taluy ..................................................................................... 98
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
vi
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
TÓM TẮT
Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được chứng minh là hiệu quả khi xử lý
nước thải sinh hoạt tại nhiều quốc gia trên thế giới. Trong nghiên cứu này, một mô
hình hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang sử dụng cây
lác nước (Cyperus malaccensis lamk) được xây dựng để tiến hành khảo sát, nghiên
cứu, đánh giá hiệu quả xử lý qua 4 tải trọng hữu cơ 20, 40, 60 và 80
kgCOD/m3.ha.ngày. Nước thải đầu vào được pha loãng từ nước thải sau bể tự hoại của
khách sạn NewWorld, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả quan trắc chất lượng
nước trước và sau xử lý qua mô hình đất ngập nước kiến tạo với cây lác nước trong
khoảng thời gian gần 6 tháng vận hành cho thấy hiệu quả xử lý của mô hình đối với SS
đạt trung bình 89,2%, BOD5 đạt 91,13%, COD đạt 81,3%, NH4-N đạt 94,6%, PO43—P
đạt 98,2%. Khi vận hành ở tải trọng hữu cơ thích hợp thì nồng độ của SS, BOD5, NO3—
N, PO43—P và tổng coliforms của nước sau xử lý đạt yêu cầu cho phép của quy chuẩn
QCVN 14:2008/BTNMT. Dựa trên kết quả nghiên cứu này để thiết kế mô hình đất
ngập nước kiến tạo quy mô pilot công suất 3m3/ngày với cây thực vật nước được sử
dụng là cây lác nước. Với tính năng sinh trưởng mạnh, khả năng chịu mặn tốt, thích
ứng với quá trình biến đổi khí hậu. Thiết kế này sẽ phù hợp với điều kiện kinh tế xã
hội, môi trường khí hậu của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, nhằm giúp các cụm
dân cư bảo đảm môi trường sống xanh, sạch, đẹp, tăng một phần thu nhập và không
phải lo lắng về chi phí xây dựng và vận hành quá nhiều.
There are grounds for the system of artificial wetlands have been shown to be
effective in treatment of domestic wastewater in many countries around the world. In
this study, a model of horizontal subsurface flow (SSF) wetland using Cyperus
malaccensis Lamk. It was built to conduct surveys, research, evaluate the effectiveness
of treatment through 4 organic material loading of 20, 40, 60 and 80 kgCOD /
m3.ha.day. Input wastewater before and after the treatment which was taken from
septic tanks of NewWorld hotel, situated in District 1, Ho Chi Minh City was diluted.
It was operated 6 months and all of the results showed that the horizontal subsurface
flow wetland which using Cyperrus malaccensis Lamk can remove 89, 2% of SS,
91,13% of BOD5, 81,3% of COD, 94,6% of NH4-N, 98,2% of PO43--P. When it was
operated at the appropriate organic material loading, the effluent will qualified the
official requirements of QCVN 14:2008/BTNMT. Based on the results of this study to
design pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetland which using Cyperus
malaccensis Lamk. As well, it was operated with a capacity of 3 m3/day. Additionally,
this potential plant is capable of growing strongly, ability to adapt to the climate
change, but more specifically on good salt tolerance. This technology designed to suit
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
vii
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
the socio-economic conditions, environment and climate of the region Mekong Delta.
To be precice, it assist household to ensure a green environment, increase incomes and
not to worry about the high cost of construction and operation.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
viii
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên vô cùng quan trọng
khi mà hàng loạt các sai phạm liên tục được phát hiện, đằng sau các vụ bê bối về môi
trường ở nước ta. Giống như trường hợp của công ty Formosa ở Hà Tĩnh, hay công ty
Vedan,…nó thu hút được quan tâm đông đảo của quần chúng nhân dân, cũng như
Đảng và Nhà nước ta. Nhưng chúng ta chỉ đang thực sự chú ý đến những vụ ô nhiễm
đã gây ra tác hại lớn đối với môi trường mà bỏ sót đi muôn vàn những trường hợp xả
thải một cách bất chấp với quy mô nhỏ hơn. Chính những ô nhiễm nhỏ nhoi này nếu
cùng tác động lên một khu vực, một đối tượng thì lúc đó, sự ô nhiễm sẽ chẳng khác gì
Formosa hay Vedan.
Một trong số đó chính là xử lý nước thải sinh hoạt. Khi mà việc xử lý còn chưa
đúng quy cách, nhiều nơi nước thải sinh hoạt từ các khu vệ sinh được xử lý sơ bộ tại
các bể tự hoại, chưa đạt chất lượng yêu cầu theo quy chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi
trường đã xả ra ngoài môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, tiềm ẩn nguy cơ lây lan
dịch bệnh, gây bức xúc trong cuộc sống sinh hoạt của những người bị ảnh hưởng. Chưa
kể đến nhiều trường hợp, nước thải và chất thải sinh hoạt được thải trực tiếp ra môi
trường mà không qua bất kỳ phương pháp xử lý nào. Để giải quyết vấn đề, chúng ta
cần những phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả, thân thiện với môi trường
và với mức chi phí đầu tư, xây dựng thấp hết mức có thể, để bất kỳ nơi đâu, bất kỳ ai
cũng có thể áp dụng nhằm đảm bảo một môi trường không ô nhiễm.
Các công nghệ xử lý nước thải truyền thống sử dụng trạm xử lý nước thải tập trung
như công nghệ bùn hoạt tính sử dụng nhiều năng lượng, chi phí đầu tư và vận hành
cao, đặc biệt là chi phí xử lý bùn. Trong khi đó, công trình đất ngập nước kiến tạo hay
bãi lọc ngập nước (constructed wetland - CW) được biết đến trên thế giới như một giải
pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt
hiệu suất cao, chi phí xử lý thấp được áp dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 1950
để xử lý nhiểu nước thải khác nhau bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp, nước thải nông nghiệp, nước mưa. Nước thải sau xử lý từ công trình đất ngập
nước kiến tạo có thể sử dụng vào các mục đích tưới tiêu, nuôi trồng thuỷ sản và sinh
khối thực vật có giá trị kinh tế làm biogas, thức ăn gia súc, phân bón, làm tấm lợp, làm
chiếu thảm. Với những ưu điểm trên, đất ngập nước kiến tạo đã được ứng dụng rộng
rãi để xử lý nước thải ở các quốc gia như: Đức, Mỹ, Braxin, Mexico, Ai Cập, Iran, Ấn
Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Uganda, Ma rốc, Nepal, Tanzania, Nicaragua, Kenya.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
1
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Mặc dù công trình đất ngập nước kiến tạo đã được sử dụng nhiều trên thế giới
nhưng hiện nay ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu và triển khai áp dụng công trình đất
ngập nước kiến tạo xử lý nước thải phân tán hoặc xử lý nước thải tại chỗ cho các hộ gia
đình hay các cụm dân cư còn hạn chế. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả
xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước
và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot công suất 3m3/ngày” được
thực hiện để góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế và triển khai áp dụng
công trình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chi phí thấp cho các hộ gia đình hay
các cụm dân cư ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long trong khu vực Tây Nam Bộ để
giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững kinh tế xã hội.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập
nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang với cây lác nước để xây dựng cơ sở
khoa học cho việc thiết kế và triển khai áp dụng công trình đất ngập nước kiến tạo xử
lý nước thải sinh hoạt.
1.3 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Nghiên cứu thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình đất ngập nước kiến
tạo dòng chạy ngầm theo phương ngang.
Nước thải thí nghiệm là nước thải sinh hoạt lấy sau bể tự hoại từ cụm nhà hàngkhách sạn NewWorld, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh.
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập
nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang ở các tải trọng hữu cơ: 20, 40, 60 và
80 kgCOD/m3.ha.ngày.
Thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang quy
mô pilot Q = 3m3/ngày.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
2
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
2.1.1 Định nghĩa nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt của cộng đồng: tắm, rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân,… và 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 được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn
ở các vùng ngoại thành và nông thôn, do không có hệ thống thoát nước, nên nước thải
thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc bằng biện pháp tự thấm.
2.1.2 Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn
có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh. Chất hữu cơ chứa trong
nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydratcarbon (4050%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5-10%). Nồng độ chất hữu cơ
trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/L theo trọng lượng khô.
Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Ở 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 tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với môi
trường nước (sông, hồ, kênh rạch,…).
Mức ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: tải trọng
chất bẩn và định mức sử dụng nước (hay lưu lượng nước thải) tính trên mỗi đầu
người.
Tải trọng chất bẩn phụ thuộc vào chế độ sinh hoạt (cách ăn, uống, mức sống
v.v…) và tập quán của người dân (ví dụ như tính tiết kiệm làm giảm khối lượng các
chất dư thừa thải bỏ). Theo tính toán của nhiều quốc gia đang phát triển và của Việt
Nam, tải trọng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt do mỗi người hàng ngày đưa vào môi
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
3
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
trường (nếu không xử lý) được giới thiệu ở Bảng 2.1. (Giá trị lớn hơn trong bảng tương
ứng với khi các điều kiện kinh tế xã hội được phát triển hoàn thiện và mức sống được
nâng cao).
Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt được giới thiệu ở
Bảng 2.2. Bảng 2.3 giới thiệu chất lượng nước thải đô thị ở Thành phố Hồ Chí Minh.
Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người
Tải trọng chất bẩn (g/người.ngày đêm)
Các quốc gia đang phát
triển gần gũi với Việt
Nam
Theo Tiêu chuẩn TCXD51-84 của Việt Nam
Chất rắn lơ lửng (SS)
70 - 145
50 - 55
BOD5
45 - 54
25 - 30
COD (Bicromate)
72 - 102
-
Nito ammonia (N-NH4+)
2,4 - 4,8
7
6 - 12
7
Photpho tổng cộng (P)
0,8 - 4,0
1,7
Chất hoạt động bề mặt
-
2,0 - 2,5
10 - 30
-
Chỉ tiêu
Nito tổng cộng (N)
Dầu mỡ phi khoáng
Nguồn: Sách kỹ thuật môi trường- GS.TS.Lâm Minh Triết
Bảng 2.2 Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt
Đơn vị
Nồng độ
Chỉ tiêu
Độ kiềm
BOD5
Nhẹ
Trung bình
Mạnh
mg CaCO3/L
50
100
200
mg O2/L
100
200
300
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
4
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Chloride
mg/L
30
50
100
mg O2/L
250
500
1.000
Chất rắn lơ lửng (SS)
mg/L
100
200
350
Chất rắn có thể lắng
mL/L
5
10
20
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
mg/L
200
500
1.000
mg N/L
20
40
80
Tổng carbon hữu cơ (TOC)
mg/L
75
150
300
Tổng photpho
mg/L
5
10
20
COD
Tổng nito Kjendahl
Nguồn: Davis.Cornwell, “Introduction to environmental Engineering”, 1998.
Bảng 2.3 Chất lượng nước thải đô thị Thành phố Hồ Chí Minh
Số mẫu
phân
tích
Nhỏ nhất
Trung bình
Lớn nhất
-
704
2,31
6,45-6,86
11,21
mg/L
704
7
67-130
1316
BOD5
mg O2/L
704
4
86-379
1984
COD
mg O2/L
704
22
130-687
4285
Tổng nito
Kjendahl
mg/L
704
1,21
17,9-49,8
376
Tổng photpho
mg/L
704
0,1
2,29-7,35
1,0
MPN/100mL
704
105
9,84x10636,67x106
5x108
Chỉ tiêu
pH
Chất rắn lơ
lửng (SS)
Coliform
Đơn vị
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
Giá trị phát hiện
5
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Nguồn: Lâm Minh Triết, Báo cáo tổng hợp Đề tài “Nghiên cứu thành phần và tính chất
nước thải đô thị phục vụ thoát nước và xử lý nước thải bảo vệ môi trường TP.Hồ Chí
Minh”, 2000.
a. Thành phần nước thải
Các thành phần của nước thải (các vật chất có trong nước thải) thường được chia thành
ba nhóm chính: (1) Thành phần vật lý; (2) Thành phần hóa học; và (3) Thành phần sinh
học.
Thành phần vật lý: biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước
khác nhau, được chia thành ba nhóm:
Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nước thải ở dạng thô (vải, giấy, càng lá
cây, sạn, sỏi, cát, da, lông…); ở
dạng lơ lửng ( > 10-1mm) và ở
dạng huyền phù, nhũ tương, bọt
( = 10-1 – 10-4mm);
Nhóm 2: gồm các chất bẩn dạng
keo ( = 10-4 – 10-6mm);
Nhóm 3: gồm các chất bẩn ở
dạng hòa tan có < 10-6 mm;
chúng có thể ở dạng ion hoặc
phân tử: hệ một pha – dung dịch
thật.
Hình 2.1 Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt.
Thành phần hóa học: biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa
học khác nhau, được chia thành hai nhóm:
Thành phần vô cơ: gồm cát, sét, xỉ, axit vô cơ, kiềm vô cơ, các ion của các muối
phân ly…(khoảng 42% đối với nước thải sinh hoạt);
Thành phần hữu cơ: gồm các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã bài
tiết… (chiếm khoảng 58% đối với nước thải sinh hoạt):
Các hợp chất chứa nito: ure, protein, amin, axit amin…
Các hợp chất nhóm hydratcarbon: mỡ, xà phòng, xellulose…
Các hợp chất có chứa photpho, lưu huỳnh.
Thành phần sinh học: bao gồm các dạng nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn…
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
6
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Các thành phần vật lý và hóa học tiêu biểu của nước thải sinh hoạt được thể hiện trên
hình 2.1.
b. Chất rắn tổng cộng (TS) và chất rắn lơ lửng (SS)
Chất rắn tổng cộng trong nước thải bao gồm các chất rắn không tan hoặc lơ lửng
và các hợp chất tan đã được hòa tan vào trong nước.
Chất rắng lơ lửng (SS) là chất không tan trong nước thải và được giữ lại trên bề
mặt giấy lọc. Hàm lượng SS được xác định bằng cách lọc một thể tích xác định mẫu
nước thải qua giấy lọc và sấy khô giấy lọc ở 105oC đến trọng lượng không đổi và được
tính bằng mg/L. Độ chênh lệch khối lượng giữa giấy lọc trước khi lọc mẫu và sau khi
lọc mẫu trong cùng một điều kiện cân chính là lượng chất rắn lơ lửng có trong một thể
tích mẫu đã được xác định.
Đối với nước thải sinh hoạt, hàm lượng SS phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào tiêu chuẩn
thoát nước qo, vào kích thước hạt, và vào trọng lượng riêng của chúng. Các chất lơ
lửng có thể:
Lắng xuống đáy
Nổi lên trên bề mặt
Hoặc ở trạng thái lơ lửng bền
Khi phần cặn trên giấy lọc được đốt cháy thì các chất rắn dễ bay hơi bị cháy hoàn
toàn. Các chất rắn dễ bay hơi được xem như là phần vật chất hữu cơ, cho dù một vài
chất hữu cơ không bị cháy và một vài chất rắn vô cơ bị phân ly ở nhiệt độ cao. Vật chất
hữu cơ bao gồm các protein, các carbohydrate và các chất béo. Sự hiện diện các chất
béo và dầu mỡ trong nước thải ở những lượng quá mức có thể gây trở ngại cho quá
trình xử lý.
Lượng chất béo hoặc dầu mỡ trong một mẫu được xác định bằng cách cho thêm
hexane vào một mẫu chất rắn thu được nhờ sự bay hơi. Bởi vì các chất béo và dầu mỡ
hòa tan trong hexane, cho nên khối lượng của chúng được xác định bằng cách làm bay
hơi dung dịch sau khi đã được gạn lọc hoàn tất.
Có khoảng 40-65% chất rắn nằm ở trạng thái lơ lửng. Các chất rắn này có thể nổi
lên trên mặt nước hay lắng xuống dưới đáy và có thể hình thành nên các bãi bùn không
mong muốn khi thải nước thải có chứa nhiều chất rắn vào một con sông. Một số chất
rắn lơ lửng có khả năng lắng rất nhanh, tuy nhiên các chất lơ lửng ở kích thước hạt keo
thì lắng rất chậm chạp hoặc hoàn toàn không thể lắng được. Các chất rắn có thể lắng
được là những chất rắn mà chúng dễ dàng lắng xuống đáy sau 2h để lắng, có thể được
loại bỏ bởi quá trình lắng và thường được biểu diễn bằng đơn vị ml/L. Việc xác định
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
7
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
chúng thường được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng nón
Imhoff. Thông thường, khoảng 60% chất rắn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt là chất
rắn có thể lắng được.
c. Độ ẩm của cặn
Cặn của nước thải sinh hoạt bao gồm các chất không tan trong nước. Tỷ lệ giữa
trọng nước trong cặn và trọng lượng tổng cộng của cặn được gọi là độ ẩm của cặn. Độ
ẩm của cặn được tính bằng % và được xác định bằng cách cân cặn tươi và cặn đã sấy
khô ở 105oC.
Cặn lắng của nước thải sinh hoạt sau 2h để lắng có độ ẩm P = 97-98%. Khi để
lắng tiếp tục (nén cặn), độ ẩm có thể giảm xuống còn P = 93-95%.
d. Các chất tro, không tro
Các chất không tan trong nước thải sinh hoạt gồm các chất vô cơ và hữu cơ. Để
xác định chúng, người ta thường tiến hành sấy cặn ở 105oC (để xác định trọng lượng
chất khô tuyệt đối), sau đó nung ở t = 600oC để xác định chất tro còn lại. Khi nung, các
chất hữu cơ cháy hết, còn lại các chất vô cơ ở dạng tro.
Độ tro của cặn là tỷ lệ giữa trọng lượng chất tro còn lại và trọng lượng tổng cộng
chất khô tuyệt đối của cặn và được tính bằng %. Trong nước thải sinh hoạt: hàm lượng
chất tro của cặn chiếm 20-30% và hàm lượng chất không tro của cặn chiếm 70-80%.
e. Các chất keo và các chất tan trong nước thải
Thành phần hóa học của keo và các chất tan chịu ảnh hưởng lớn của: protit, chất
béo, hydratcarbon, thực phẩm, và cả của thành phần nước cấp vốn thường có chứa
hydrocacbonat, sulfat, clorua…
Trong quá trình trao đổi chất, các chất protit trong cơ thể sống chuyển thành ure
{CO(NH2)2} và dưới ảnh hưởng của các vi khuẩn thối rửa trong nước thải sẽ thủy phân
thành nito của muối amoni:
CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3
Sau đó phân giải tạo thành amoniac: (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O
Cần phân biệt nito ở dạng khí amoniac hòa tan và nito ở dạng ion amoni (NH4+)
trong nước: hàm lượng khí amoniac (NH3) > 4mg/L gây độc hại đối với cá, trong khi
đó NH4+ thì không có tính độc.
Các dạng tồn tại của nito trên phụ thuộc vào pH và nhiệt độ của nước:
Khi pH =7 chỉ có ion NH4+
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
8
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Khi pH = 12 chỉ có khí amoniac hòa tan
Khi 7
Na, Cl ở dạng muối.
f. Độ màu
Độ màu của nước thải là một thông số thường mang tính chất định tính, có thể
được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải. Nước thải sinh hoạt để chứa
quá 6 giờ thường có màu nâu nhạt. Màu xám nhạt đến trung bình là đặc trưng của các
loại nước thải đã bị phân hủy một phần. Nếu xuất hiện màu xám sẫm hoặc đen, nước
thải coi như đã bị phân hủy hoàn toàn bởi các vi khuẩn trong điều kiện yếm khí (không
có oxy). Hiện tượng nước thải ngã màu đen thường là do sự tạo thành các sulfide khác
nhau, đặc biệt là sulfide sắt. Điều này xảy ra khi hydro sulfua được sản sinh ra dưới các
điều kiện yếm khí kết hợp với một kim loại hóa trị hai có trong nước thải, chẳng hạn
như sắt.
g. Mùi của nước thải
Việc xác định mùi của nước thải ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt là các
phản ứng gay gắt của dân chúng đối với các công trình xử lý nước thải không được vận
hành tốt. Mùi của nước thải còn mới thường không gây ra các cảm giác khó chịu,
nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ được tỏa ra khi nước thải bị phân hủy
sinh học dưới các điều kiện yếm khí. Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là hydrosulfua
(H2S – mùi trứng thối). Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và
mercaptan, được tạo thành dưới các điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó
chịu hơn cả H2S. Điều đặc biệt quan tâm đối với việc thiết kế các công trình xử lý nước
thải là tránh các điều kiện mà ở đó sẽ tạo ra các mùi khó chịu.
Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn nhiệt độ của nước cấp do việc xả các dòng
nước nóng hoặc ấm từ các hoạt động sinh hoạt, thương mại hay công nghiệp. Nhiệt độ
của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì phần lớn các sơ đồ công
nghệ xử lý nước thải đêu ứng dụng các quá trình xử lý sinh học mà các quá trình đó
thường bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ. Nhiệt độ của nước thải thường thay đổi theo
mùa và vị trí địa lý. Ở những vùng khí hậu lạnh, nhiệt độ của nước thải có thể thay đổi
từ 7-18oC, trong khi đó ở những vùng có khí hậu ấm áp hơn, nhiệt độ của nước thải có
thể thay đổi trong khoảng từ 13 đến 24oC. Ở Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía
Nam, nhiệt độ của nước thải đô thị thường dao động ở mức 24-29oC, đôi khi lên đến
trên 30oC.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
9
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
h. Các tính chất nước thải
Nước thải được thể hiện qua ba tính chất cơ bản sau đây:
Tính chất vật lý:
Khả năng lắng động/nổi lên của chất bẩn;
Khả năng tạo mùi và các ảnh hưởng của mùi;
Khả năng tạo màu và các ảnh hưởng của màu;
Khả năng biến đổi nhiệt độ của nước thải;
Khả năng giữ ấm của bùn/cặn;
Tính chất hóa học:
Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn sẵn có trong nước thải;
Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn sẵn có trong nước thải và các hòa
chất thêm vào;
Khả năng phân hủy hóa học nhờ các lực cơ học và vật lý;
Tính chất sinh học: khả năng phân hủy sinh học các chất bẩn trong điều kiện hiếu
khí và kỵ khí, tự nhiên và nhân tạo.
2.1.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải
Tủy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải, loại nước thải cần xử lý (nước
thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp, nước thải bệnh viện, nước thải
rỉ rác từ các bãi chôn lấp rác,…), lưu lượng nước thải, điều kiện mặt bằng,… mà có thể
ứng dụng các phương pháp xử lý khác nhau.
Đối với nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị có thể áp dụng các phương pháp
xử lý như sau:
Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học/vật lý);
Xử lý bậc 2 (xử lý sinh học);
Xử lý bậc cao (xử lý triệt để nhằm mục đích tái sử dụng nước thải);
Xử lý bùn (cặn lắng);
Khử trùng nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận (sông, hồ,…).
Xử lý bậc một nhằm tách loại ra khỏi nước thải các tạp chất nổi, các chất có kích
thước lớn và chất rắc dễ lắng. Thường áp dụng các công trình xử lý đơn vị như: song
chắn rác – Thiết bị nghiền rác; Bể lắng cát – Sân phơi cát; Bể lắng đợt I;
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
10
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Xử lý bậc hai nhằm loại bỏ khỏi nước thải các chất hữu cơ dạng hòa tan, dạng keo
và phân tán nhỏ. Thực chất của xử lý bậc hai là áp dụng các quá trình xử lý sinh họcĐó là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các vi sinh vật.
Ngoài ra còn có thể áp dụng các phương pháp xử lý nước thải qua đất cho các
cụm dân cư - nơi không có điều kiện thoát nước tốt.
2.1.4 Vai trò và chức năng của từng phương pháp xử lý nước thải
a. Xử lý cơ học
Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý vật lý – xử lý bậc một) là một trong những
phương pháp xử lý nước thải khá phổ biến đối với hầu hết các loại nước thải. Thực
chất của phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học là nhằm loại bỏ khỏi nước thải các
chất phân tán khô, các chất vô cơ (cát, sạn, sỏi,…), các chất lơ lửng có thể lắng được
bằng cách gạn lọc, để lắng, lọc,… và được thực hiện qua các công trình xử lý đơn vị
tương ứng như: song chắn rác (hoặc lưới lược rác), bể lắng cát, bể tách dầu mỡ và các
dạng chất nổi khác, bể điều hòa, bể làm thoáng sơ bộ (preaeration), bể lắng, bể lọc.
Song chắn rác được ứng dụng để loại bỏ khỏi nước thải các loại rác và các tạp
chất có kích thước lớn hơn 5mm. Đối với các tạp chất nhỏ hơn thường sử
dụng các loại lưới lược rác với nhiều cỡ mắt lưới khác nhau.
Bể lắng cát được thiết kế nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ mà chủ yếu là cát
có trong các dòng nước thải.
Bể tách dầu mỡ: thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp có
chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác. Đối với nước
thải sinh hoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn nên có thể
thực hiện việc tách chúng ngay ở bể lắng đợt I nhờ các thanh gạt thu hồi dầu
mỡ, chất nổi trên bề mặt bể lắng.
Bể điều hòa thường được ứng dụng để điều hòa lưu lượng và nồng độ các
chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp.
Bể lắng làm nhiệm vụ tách các chất lơ lửng còn lại trong nước thải (sau khi
qua bể lắng cát) có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước dưới
dạng lắng xuống đáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước. Thông thường bể lắng có
ba loại chủ yếu: bể lắng ngang (nước chuyển động theo phương ngang), bể
lắng đứng (nước chuyển động theo phương thẳng đứng), và bể lắng lý tâm
(nước chuyển động từ tâm ra xung quanh) thường có dạng hình tròn trên mặt
bằng. Ngoài ra, còn một số dạng bể lắng khác như bể lắng nghiên, bể lắng
xoáy được thiết kế nhằm tăng cường hiệu quả lắng.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
11
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Bể lọc được ứng dụng để loại bỏ các chất lơ lửng có kích thước nhỏ và được
lọc qua lớp vật liệu lọc hoặc lưới lọc, màng lọc chuyên dụng. Thường bể lọc
được ứng dụng trong xử lý nước thải của một số ngành công nghiệp hoặc xử
lý bổ sung sau giai đoạn xử lý sinh học.
Chức năng, nhiệm vụ cụ thể của từng công trình đơn vị này sẽ được đề cập chi tiết
hơn ở những phần tiếp theo.
Đối với nước thải đô thị, nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công nghiệp
khác nhau, xử lý cơ học là một quá trình hầu như không thể thiếu trong các hệ thống
xử lý nước thải. Nó là bước ban đầu nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sau đó
(nhất là xử lý sinh học, xử lý hóa lý) diễn ra thuận lợi và ổn định hơn. Giai đoạn xử lý
cơ học có thể loại bỏ đến 60% các chất không tan và hàm lượng NOS (BOD) có thể
giảm 20-30%.
Để tăng nhanh hiệu suất công tác của giai đoạn xử lý cơ học (kết thúc giai đoạn
xử lý cơ học thường là bể lắng đợt I) có thể ứng dụng các biện pháp kích thích quá
trình lắng như làm thoáng và đông tụ sinh học. Quá trình làm thoáng (sục không khí)
thường được thực hiện ở mương, máng dẫn nước thải vào bể lắng đợt I hoặc ở trong
công trình riêng biệt. Bể làm thoáng được đặt trước bể lắng. Hiệu suất lắng đạt đến
60% so với 40-50% khi không có làm thoáng.
Quá trình đông tụ sinh học được thực hiện ở bể đông tụ sinh học (làm thoáng có
bổ sung bùn hoạt tính) đặt trước bể lắng đợt I và hiệu suất lắng có thể đạt đến 70-75%.
b. Xử lý sinh học
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phân hủy
các chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nước thải nhờ
vào sự hoạt động của các vi sinh vật. Môi trường phân hủy các chất hữu cơ trong nước
thải có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí tương ứng với hai tên gọi thông
dụng: quá trình xử lý sinh học hiếu khí và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí).
Quá trình xử lý sinh học kị khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại
nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mg/L), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạo
điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả. Xử lý sinh học
kỵ khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt I, bùn hoạt
tính dư sau khi nén,..) trong trạm xử lý nước thải đô thị và một số ngành công nghiệp.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước
thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải
của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000 mg/L).
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
12
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Tùy theo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia làm hai
loại:
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ không
khí tự nhiên, do quang hợp của tảo và thực vật nước) với các công trình tương
ứng như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật, đất ngập nước,…
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo (oxy được cung cấp bởi các
thiết bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuất trộn cơ giới,…) với các quá trình và
công trình tương ứng như sau:
Quá trình vi sinh vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính):
Bể bùn hoạt tính thổi khí (aeroten)
Mương oxy hóa
Hồ sinh học
Quá trình vi sinh vật dính bám (quá trình màng vi sinh vật):
Bể lọc sinh học nhỏ giọt (biophin)
Bể lọc sinh học cao tải
Tháp lọc sinh học
Bể lọc sinh học tiếp xúc dạng đĩa quay (RBC): công trình này còn
cho phép kết hợp xử lý nito và photpho trong nước thải (xử lý bậc
cao)
Quá trình vi sinh vật kết hợp: bể sinh học hiếu khí tiếp xúc (có cấu tạo và
nguyên tắc hoạt động tương tự như aeroten nhưng bên trong bể có trang bị
thêm các vật liệu tiếp xúc để làm giá thể cho các vi sinh vật dính bám).
Hiệu quả xử lý của quá trình xử lý sinh học nhân tạo có thể đạt 90-95% theo NOS
(BOD).
Trong kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị và nước thải của một số
ngành công nghiệp, xử lý sinh học (xử lý bậc hai) thường được tiến hành sau giai đoạn
xử lý cơ học (xử lý bậc một).
Trong giai đoạn xử lý sinh học (xử lý bậc hai), sinh khối bùn hoạt tính tăng lên
liên tục và đồng thời các màng VSV già cỗi luôn được tách ra khỏi các vật liệu lọc, do
đó cần phải loại bỏ chúng ra khỏi nước thải ở bể lắng đợt II.
Bùn lắng ở bể lắng đợt II (bùn hoạt tính) một phần được đưa trở lại bể aeroten để
tăng nhanh quá trình oxy hóa sinh hóc – gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn (thường chiếm
40-50% thể tích bùn); Phần còn lại là bùn hoạt tính dư và được dẫn đến các công trình
xử lý cặn/bùn.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
13
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Tuy giai đoạn xử lý sinh học nhân tạo thường đạt hiệu quả xử lý khá cao nhưng
cũng không loại bỏ hết các vi trùng trong nước thải, do vậy cần thực hiện giai đoạn khử
trùng trước khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận. Việc khử trùng thường được thực
hiện bằng clo và các hợp chất của clo ở bể tiếp xúc với thời gian tiếp xúc là 30 phút.
c. Xử lý hóa học
Xử lý hóa học thường được ứng dụng để xử lý nước thải một số ngành công
nghiệp, nhất là trong trường hợp nước thải công nghiệp có chứa các chất ô nhiễm thuộc
nhóm acid, bazo, các kim loại nặng và các hợp chất hóa học đặc biệt khác. Các phương
pháp xử lý hóa học gồm có: trung hòa, oxy hóa và điện hóa. Phương pháp hóa học và
hóa lý còn sử dụng để thu hồi các chất quí có trong nước thải của một số ngành công
nghiệp, hoặc để khử các chất độc hoặc các chất gây ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn
xử lý sinh học.
Cơ sở của các phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô
nhiễm trong nước thải với tác chất được cho thêm vào. Các phản ứng diễn ra có thể là:
Phản ứng trung hòa;
Phản ứng oxy hóa – khử;
Phản ứng phân hủy chất độc hại,…
Xử lý hóa học có thể là giải pháp độc lập để xử lý nước thải công nghiệp trước
khi xả vào cống thoát nước chung của đô thị, hay trước khi xả vào nguồn tiếp nhận nếu
chất lượng nước thải sau xử lý đạt yêu cầu quy định.
Trong nhiều trường hợp, xử lý hóa học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi tiến
hành xử lý sinh học hoặc hóa lý. Trong một số trường hợp khác, xử lý hóa học có thể
tiến hành sau xử lý sinh học nhằm mục đích xử lý triệt để nước thải (xử lý bậc cao).
d. Xử lý hóa lý
Phương pháp xử lý hóa lý là một trong những phương pháp thông dụng trong xử
lý nước thải công nghiệp. Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc
xử lý kết hợp với xử lý cơ học, sinh học, hóa học trong dây chuyền công nghệ xử lý
nước thải đầy đủ.
Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng để xử lý nước thải gồm có: keo
tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trích ly, trao đổi ion.
Keo tụ là quá trình kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động
nhiệt, do xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo
nên tổ hợp có kích thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy. Các chất keo
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
14
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
tụ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải là phèn nhôm
(Al2(SO4)3.18H2O) và phèn sắt (FeSO4.7H2O).
Tuyển nổi là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề
mặt phân chia của hai pha: khí – nước và hình thành hỗn hợp “hạt rắn – bọt
khí” nổi lên trên mặt nước và sau đó được loại bỏ đi
Hấp phụ là quá trình thu hút hay tập trung các chất bẩn trong nước thải lên
bề mặt của chất hấp phụ. Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý
nước thải bao gồm: than hoạt tính hạt, than hoạt tính bột, than xương, đất
hoạt tính (bentonit), silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, tro
bếp,…
Trao đổi ion thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong
nước thải bằng cách cho nước thải chứa kim loại nặng đi qua cột nhựa trao
đổi cation, khi đó các cation kim loại nặng được thay thế bằng các ion
hydro (hoặc Na+) của nhựa trao đổi. Khử kim loại nặng trong nước thải
bằng phương pháp trao đổi ion cho ta nước thải đầu ra có chất lượng rất
cao. Đáng tiếc là một số hợp chất hữu cơ trong nước thải có thể làm bẩn
nhựa cũng như các vi sinh vật phát triển trên bề mặt hạt nhựa làm giảm
hiệu quả của chúng. Thêm vào đó, việc tái sinh nhựa thường tốn kém và
chất thải đậm đặc từ quá trình tái sinh nhựa đòi hỏi phải có biện pháp xử lý
và thải bỏ hợp lý để không gây ô nhiễm môi trường.
e. Xử lý bậc cao
Xử lý bậc cao nhằm loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải để tránh
xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa các nguồn tiếp nhận nước thải; cũng như khi có yêu
cầu xử lý cao để tái sử dụng nước thải. Các phương pháp xử lý bậc cao thường được áp
dụng để xử lý nước thải bao gồm:
Quá trình sinh học từng mẻ (A/O)
RBC (Rotating Biological Contactors)
Hấp phụ
Làm trong và khử màu (keo tụ - lắng)
Lọc
f. Khử trùng
Khử trùng nhằm mục đích loại bỏ các vi sinh vật và vi trùng gây bệnh có trong
nước thải. Các phương pháp khử trùng thông dụng là:
Khử trùng bằng hóa chất (chlorine): bể tiếp xúc
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
15
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Khử trùng bằng nhiệt
Khử trùng bằng tia bức xạ
Khử trùng bằng ozon
g. Xử lý bùn
Trong các quá trình xử lý nước thải nói chung thường tạo ra một lượng đáng kể
bùn hay cặn lắng:
Cặn tươi ở bể lắng đợt I
Màng vi sinh vật/Bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt II
Rác đã được nghiền nhỏ ở song chắn rác
Cặn lắng ở bể tiếp xúc
Cặn lắng từ quá trình keo tụ - khử màu,…
Cặn bùn nói chung có mùi hôi khó chịu, nguy hiểm về mặt vệ sinh môi trường:
ruồi, muỗi, gặm nhấm, côn trùng. Xử lý bùn cặn nhằm mục đích ổn định cặn hữu cơ
tránh tạo ra các mùi hôi khó chịu và giảm độ ẩm của cặn để thuận lợi cho việc vận
chuyển và sử dụng/thải bỏ bùn cặn.
Để xử lý ổn định cặn tươi (phần lớn là các chất cặn bã hữu cơ) thường áp dụng
phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí (lên men cặn) trong các công trình tương ứng:
Bể tự hoại
Bể lắng hai vỏ
Bể metan
UASB (bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược)
Hồ sinh vật kỵ khí
Túi ủ khí sinh học
Để làm giảm độ ẩm của cặn/bùn đã được xử lý ổn định, có thể áp dụng các
phương pháp sau đây:
Phương pháp cơ học:
Bể nén bùn trọng lực
Bể tuyển nổi bùn
Thiết bị ly tâm bùn
Thiết bị lọc ép bùn (dạng băng tải, dạng tấm)
Thiết bị lọc chân không
Phương pháp nhiệt:
Sân phơi bùn
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
16
Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot
công suất 3m3/ngày
Thiết bị sấy khô bùn
Thiêu đốt bùn
2.1.5 Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt điển hình
a. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị hay khu dân cư tập trung thường được xử lý
qua hai giai đoạn cơ bản: Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học hoặc lý học) và xử lý bậc 2 (xử lý
sinh học). Sau đó nước thải được khử trùng trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Trong
nhiều trường hợp, khi yêu cầu xử lý ở mức độ cao hơn như cần loại bỏ các hợp chất
của nito, photpho,… ra khỏi nước thải để tránh xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa
nguồn nước, hay khi có yêu cầu về tái sử dụng nước thải cho các mục địch khác
nhau,… thì có thể bổ sung thêm giai đoạn xử lý bậc cao (xử lý triệt để).
Trong quá trình xử lý nước thải thường sản sinh ra các loại bùn/cặn: cặn tươi từ
bể lắng đợt I ở giai đoạn xử lý sơ cấp (xử lý bậc I), bùn hoạt tính hoặc màng vi sinh vật
dư từ bể lắng đợt II của giai đoạn xử lý sinh học (xử lý bậc II). Các loại bùn/cặn này
cần phải được xử lý thích đáng để tránh gây ô nhiễm môi trường. Ở hình 2.2 giới thiệu
sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng quá trình bùn hoạt tính.
b. Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học/vật lý)
Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học/vật lý) là giai đoạn xử lý ban đầu đối với nước thải sinh
hoạt nhằm chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn xử lý tiếp theo (xử lý
bậc 2 và xử lý bậc cao, nếu cần). Nhiệm vụ của giai đoạn này là loại bỏ ra khỏi nước
thải các chất phân tán thô, có kích thước lớn (chủ yếu là rác), các chất vô cơ (cát, sạn,
sỏi,…), các chất lơ lửng có thể lắng được (chủ yếu là các thành phần hữu cơ).
Trong giai đoạn xử lý bậc 1 thường bao gồm các công trình xử lý đơn vị như:
song chắn rác (hoặc lưới lược rác), bể lắng cát, bể điều hòa, bể làm thoáng sơ bộ
(preparation) hay đông tụ sinh học (áp dụng khi nồng độ chất lơ lửng sau bể lắng I còn
cao hơn 150 mg/L) và bể lắng đợt I.
c. Song chắn rác
Song chắn rác được thiết kế nhằm mục đích tách loại rác rưởi và các tạp chất
không tan có kích thước lớn ra khỏi nước thải. Song chắn rác thường có khoảng cách
giữa các khe hở 15mm, có thể giữ lại các tạp chất thô như các loại rác, nhánh cây,
thanh gỗ, lá cây, giấy, rễ cây, nilong, vải vụn rách,…trong đó vải vụn thông thường
chiếm 60-70% lượng rác tổng cộng.
SVTH: Trần Gia Huy
GVHD: PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm
17
