nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phíthấp bằng công trình đất ngập nước kiến taọ (constructed wetland) sử duṇ g cây thủy trúc (cyperus involucratus)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.12 MB, 92 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ III
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................IV
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... V
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1.
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................... 1
3.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 2
4.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................... 2
5.
ĐÓNG GÓP KHOA HỌC, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI CỦA NGHIÊN CỨU............... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN............................................................................................... 4
1.1. NƯỚC THẢI SINH HOẠT ............................................................................................. 4
1.1.1. Tổ ng quan về nước thải sinh hoạt ................................................................... 4
1.1.2. Các phương pháp và công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ............................. 8
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (DNNKT) ............................... 12
1.2.1. Đi ̣nh nghiã ..................................................................................................... 12
1.2.2. Phân loại ....................................................................................................... 13
1.2.3. Ưu và nhược điể m của đấ t ngập nước kiế n tạo trong xử lý nước thải.......... 18
1.2.4. Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong đấ t ngập nước kiế n tạo .......................... 20
1.3. TÌNH HÌNH ÁP DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ...... 28
1.3.1. Ngoài nước .................................................................................................... 28
1.3.2. Trong nước .................................................................................................... 32
1.4. VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT VÀ ĐẶC TÍNH CÂY THỦY TRÚC ......................... 36
1.4.1. Giới thiê ̣u ....................................................................................................... 36
1.4.2. Vai trò ............................................................................................................ 36
1.4.3. Một số thực vật được ứng dụng trong công trình đất ngập nước ................. 37
1.4.4. Đặc tính cây thủy trúc (Cyperus involucratus) ............................................. 39
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU .................................. 41
2.1. ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ................................................................. 41
2.2. SƠ ĐỒ PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................... 41
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
i
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
2.3. MÔ HÌNH THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU.......................................................................... 43
2.4. QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ......................................... 44
2.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .............................................. 49
2.5.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu .............................................................. 49
2.5.2. Phương pháp phân tích kết quả..................................................................... 49
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 51
3.1. KẾT QUẢ THEO DÕI GIÁ TRỊ PH............................................................................. 51
3.2. KẾT QUẢ LOẠI BỎ CHẤT HỮU CƠ – COD VÀ BOD5 ........................................ 51
3.3. KẾT QUẢ LOẠI BỎ NITƠ........................................................................................... 59
3.4. KẾT QUẢ LOẠI BỎ PHOTPHO ................................................................................. 65
3.5. KẾT QUẢ LOẠI BỎ TSS ............................................................................................. 71
3.6. KẾT QUẢ LOẠI BỎ TỔNG COLIFORM .................................................................. 72
3.7. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÍCH LŨY CHẤT DINH DƯỠNG CỦA THỰC VẬT74
3.7.1. Quá trình sinh trưởng của cây thủy trúc ....................................................... 74
3.7.2. Kế t quả phân tích sinh khố i thực vật ............................................................. 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 80
TÀ I LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 81
PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 83
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
ii
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
COD
Nhu cầ u oxy hóa ho ̣c (Chemical Oxygen Demand)
BOD
Nhu cầ u oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)
TKN
Tổ ng Nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl Nitrogen)
TN
Tổ ng nitơ (Total Nitrogen)
TP
Tổ ng photpho (Total Phosphorus)
TSS
Tổ ng chấ t rắ n lơ lửng (Total Suspended Solid)
WPCF
Liên bang kiểm soát ô nhiễm nước (Water Pollution Control Facility)
CW
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o – DNNKT (Constructed Wetland)
CSFS
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o dòng chảy ngầ m
(Constructed Subsurface Flow Wetland)
HSFS
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o dòng chảy ngầ m theo phương ngang
(Horizontal Subsurface flow Wetlands)
FWS
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o dòng chảy mă ̣t
(Free Water Surface Wetlands)
VSFS
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o dòng chảy ngầ m theo chiề u đứng
(Vertical Subsurface Flow Wetlands)
VF
OLR
Dòng chảy đứng (Vertical flow)
Tải tro ̣ng chấ t hữu cơ (Organic Loading Rate)
QCVN
Thời gian lưu nước thủy lực (Hydraulic Retention Time)
Quy chuẩ n Viê ̣t Nam
BTNMT
Bô ̣ Tài Nguyên và Môi Trường
PTN
NTSH
Phòng thí nghiê ̣m
Nước thải sinh hoa ̣t
TV
Thực vâ ̣t
HRT
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
iii
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tải trọng chất ô nhiễm tính theo đầu người ......................................................... 4
Bảng 1.2 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt ........................................... 5
Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp đất ngập nước kiến tạo ......... 17
Bảng 1.4 Mô ̣ số quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thống ĐNNKT .............. 21
Bảng 1.5 Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý nước thải........................... 37
Bảng 2.1 Thông số ô nhiễm của nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại ................................. 47
Bảng 2.2 Tổng hợp các thông số vận hành mô hình CW sử dụng cây thủy trúc quy mô
phòng thí nghiê ̣m ............................................................................................................... 48
Bảng 2.3 Các phương pháp phân tích mẫu nước ............................................................... 50
Bảng 3.1 Tổng hợp kết quả của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử du ̣ng cây thủy trúc quy
mô phòng thí nghiê ̣m ......................................................................................................... 52
Bảng 3.2 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 .............................................. 59
Bảng 3.3 Nồng độ NH4+-N của nước thải sinh hoạt trước và sau khi xử lý của các công
trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước ................................ 63
Bảng 3.4 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......................................... 70
Bảng 3.5 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 .............................................. 70
Bảng 3.6 Quá trình tăng trường về chiều cao của cây thủy trúc trong mô hin
̀ h CW ........ 76
Bảng 3.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu TN và TP trong mẫu sinh khối thực vật ................... 79
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
iv
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Phân loại các kiểu đất ngập nước kiến tạo.......................................................... 13
Hình 1.2 Sơ đồ mô hình DNNKT có dòng chảy bề mặt.................................................... 14
Hình 1.3 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang ........................... 15
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mô hình DNNKT có dòng chảy ngầm theo phương ngang ......... 16
Hình 1.5 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng .............................. 16
Hình 1.6 Các quá trình loa ̣i bỏ chấ t ô nhiễm trong công trình đấ t ngâ ̣p nước .................. 20
Hình 1.7 Đường đi của quá trình chuyể n hóa nitrogen từ rễ thực vâ ̣t trong DNN ............ 24
Hình 1.8 Cơ chế loa ̣i bỏ photpho trong đấ t ngâ ̣p nước ...................................................... 26
Hình 1.9 Mô hình xử lý nước thải tại làng nghề Phong Khê – Yên Phong – Bắc Ninh ... 35
Hình 2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu đề tài ....................................................................... 42
Hình 2.2 Bản vẽ mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang sử
dụng cây thủy trúc quy mô PTN ........................................................................................ 43
Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây thủy trúc quy mô PTN
sau khi lắp đặt .................................................................................................................... 44
Hình 2.4 Bản vẽ bố trí sơ đồ vận hành mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây thủy
trúc quy mô PTN................................................................................................................ 45
Hình 3.1 Biến thiên giá trị pH trong nước thải vào và sau xử lý của mô hình CW sử dụng
cây thủy trúc....................................................................................................................... 51
Hình 3.2 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc...... 54
Hình 3.3 Biến thiên và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc ..... 56
Hình 3.4 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý COD của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 57
Hình 3.5 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 58
Hình 3.6 Biến thiên và hiệu quả xử lý NH4+-N của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc . 60
Hình 3.7 Biến thiên và hiệu quả xử lý TN của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc ......... 61
Hình 3.8 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý NH4+ - N của mô hình CW sử dụng cây
thủy trúc ............................................................................................................................. 62
Hình 3.9 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý TKN của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 62
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
v
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
Hình 3.10 Trung bình nồng độ thành phần nitơ trong nước thải đầu vào mô hình CW sử
dụng cây thủy trúc.............................................................................................................. 64
Hình 3.11 Trung bình nồng độ thành phần nitơ trong nước thải sau xử lý mô hình CW sử
dụng cây thủy trúc.............................................................................................................. 64
Hình 3.12 So sánh các thành phần nitơ trong nước thải đầu vào và sau xử lý của mô hình
CW sử dụng cây thủy trúc ................................................................................................. 64
Hình 3.13 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc ....... 66
Hình 3.14 Biến thiên và hiệu quả xử lý PO43--P của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc 67
Hình 3.15 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý TP của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 69
Hình 3.16 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý PO43- - P của mô hình CW sử dụng cây
thủy trúc ............................................................................................................................. 69
Hình 3.17 Biến thiên và hiệu quả xử lý TSS của mô hình CW sử dụng cây thủy trúc ..... 71
Hình 3.18 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý TSS của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 72
Hình 3.19 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý Tổng coliform của mô hình CW sử dụng
cây thủy trúc....................................................................................................................... 73
Hình 3.20 Biến thiên và hiệu quả xử lý Tổng coliform của mô hình CW sử dụng cây thủy
trúc ..................................................................................................................................... 74
Hình 3.21 Biểu đồ tăng trưởng cây con trong mô hình CW qua từng tải trọng hữu cơ
nghiên cứu .......................................................................................................................... 75
Hình 3.22 Mẫu thủy trúc thu hoạch để xác định sinh khối ................................................ 78
Hình 3.22 Mẫu thủy trúc trước và sau khi sấy................................................................... 78
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
vi
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước rất quan trọng cho cuộc sống con người. Mọi lĩnh vực trong cuộc sống đều cần
tới nước. Nước góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội. Nhưng song song với sự phát
triển con người lại dần làm cạn kiệt nguồn nước, làm ô nhiễm nguồn nước rất nghiêm trọng.
Như chúng ta đã biết tỷ lệ nước ngọt có khả năng sử dụng được chiếm rất ít còn lại là
nước ở dạng băng, dạng hơi. Thế nhưng chúng ta không ý thức bảo vệ nguồn nước để sử
dung lâu dài mai sau mà đổ biết bao chất ô nhiễm vào nguồn nước làm cho nước càng ngày
càng khan hiếm.
Hiện nay, hầu hết các hệ thống sông, ao, hồ, kênh rạch đều ô nhiễm nghiêm trọng đặc
biệt là ô nhiễm do các chất hữu cơ từ các nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp sản xuất giấy,
công nghiệp thực phẩm, lò mổ, chăn nuôi... làm nước có màu đen, hủy hoại nhanh chóng
các hệ động thực vật thủy sinh, gây mùi hôi thối ảnh hưởng tới cảnh quan cũng như chất
lượng cuộc sống con người.
Nước ô nhiễm do các chất hữu cơ có khả năng tự làm sạch tuy nhiên là chỉ ở một mức
độ nhất định và sau một thời gian rất lâu nhờ các vi sinh vật tồn tại sẵn trong nước thải.
Trên thực tế môi trường nước của chúng ta đang bị ô nhiễm rất nghiêm trọng cần phải xử
lý chứ không thể để tự làm sạch được. Xử lý các chất ô nhiễm này có thể thực hiện theo
nhiều cách khác nhau như xử lý bằng các chất hoá học, làm lắng, đông keo tụ... Tuy nhiên,
các biện pháp trên đều rất tốn kém chi phí đầu tư, chi phí vận hành và tốn nhiều công.
Ngược lại, việc sử dụng các biện pháp sinh học đòi hỏi không nhiều kinh phí đầu tư, không
yêu cầu máy móc thiết bị hiện đại đắt tiền và nhiều công sức, đặc biệt là sử dụng các thực
vật thuỷ sinh.
Bên cạnh đó, công trình đất ngập nước kiến tạo hay bãi lọc ngập nước (Constructed
wetland – CW) còn được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lí nước thải
trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp
và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa da ̣ng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ
sinh thái của địa phương. Tuy nhiên ở Việt Nam công trình này mới biết đến và chỉ ở quy
mô tự phát.
Xuất phát từ tính ưu việt trong việc xử lý ô nhiễm, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh
hoạt chi phí thấ p bằ ng công trình đất ngập nước (Constructed Wetland) sử du ̣ng cây thủy
trúc (Cyperus involucratus)” được thực hiện.
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
1
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấ p bằ ng mô hin
̀ h đất ngập nước kiế n ta ̣o
(Constructed Wetland) dòng chảy ngầ m theo phương ngang sử du ̣ng cây thủy trúc (Cyperus
involucratus).
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-
Chế ta ̣o và lắ p đă ̣t mô hình đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o (Constructed wetland) dòng chảy
ngầ m theo phương ngang quy mô phòng thí nghiê ̣m (lab-scale) xử lý nước thải sinh
hoa ̣t sử du ̣ng cây thủy trúc (Cyperus involucratus).
-
Vận hành nghiên cứu thực nghiê ̣m mô hình đất ngập nước trên với các tải trọng
khác nhau và đánh giá hiê ̣u quả xử lý nước thải sinh hoa ̣t thông qua các chỉ tiêu :
pH, COD, BOD5, TKN, NH4+ -N, NO3- -N, TP, tổ ng chấ t rắ n lơ lửng (TSS), tổ ng
Coliform.
-
So sánh và đánh giá chấ t lươ ̣ng nước thải sau xử lý của mô hin
̀ h với Quy chuẩ n Viê ̣t
Nam và các kế t quả nghiên cứu tương tự khác trên thế giới.
-
Đề xuấ t thông số vâ ̣n hành thić h hơ ̣p cho viê ̣c áp du ̣ng mô hin
̀ h công trin
̀ h đấ t ngâ ̣p
nước kiế n ta ̣o vào thực tế xử lý nước thải sinh hoa ̣t chi phí thấ p.
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-
Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm với 01 mô hình đất ngập nước
kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang cùng loa ̣i thủy sinh thực vâ ̣t đươ ̣c lựa
cho ̣n là cây thủy trúc và vâ ̣t liê ̣u lo ̣c bao gồ m đá sỏi, cát xây dựng.
-
Nước thải được sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ khu dân cư 1050 Chu
Văn An, Quâ ̣n Bình Tha ̣nh và khách sa ̣n New World, Quâ ̣n 1, TPHCM.
-
Tải tro ̣ng hữu cơ trong quá trình nghiên cứu là 20; 40; 60; 80; 100 và 120
kgCOD/ha.ngày.
5. ĐÓNG GÓP KHOA HỌC, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI CỦ A NGHIÊN CỨU
Ý nghĩa khoa học
Thành quả của quá trình nghiên cứu công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm
theo phương ngang sẽ là cơ sở đáng tin cậy về mặt khoa học và có thể được triển khai áp
dụng vào thực tế.
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
2
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
Ý nghiã thực tiễn
Kết quả thực nghiệm thu được sẽ là những thông số tham khảo để tối ưu hóa trong việc
thiết kế, cũng như kiểm soát quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng
phương pháp đất ngập nước nhân tạo, nhằm áp dụng cho các đố i tươ ̣ng xả thải như hộ gia
đình, trang tra ̣i, trường ho ̣c,…
Phương pháp đất ngập nước kiế n ta ̣o là một trong những kỹ thuật sinh thái điển hình, vừa
giúp giảm chi phí vừa mang lại hiệu quả xử lý cao, giúp điều hòa không khí và làm đa dạng
sinh học. Vì vậy, với đặc thù điều kiện tự nhiên ở Việt Nam, ứng dụng đất ngập nước nhân
tạo trong xử lý nước thải là rất tiềm năng.
Ý nghĩa kinh tế
Giảm chi phí xử lý, vận hành so với các quá trình xử lý nước thải sinh hoạt khác.
Nâng cao hiệu quả xử lý của nước thải sinh hoạt.
Tái sử dụng nước thải sau xử lý cho trang tra ̣i chăn nuôi hay sử du ̣ng tưới tố t cho cây trồ ng,
tiế t kiê ̣m nguồ n tài chính.
Ý nghĩa môi trường
Hạn chế, ngăn ngừa tình trạng ô nhiễm môi trường.
Đạt được mối quan hệ hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường, sử dụng hợp
lý tài nguyên thiên nhiên.
Không sử du ̣ng hóa chấ t, không sử du ̣ng năng lươ ̣ng, xây dựng đơn giản.
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
3
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.1.1. Tổ ng quan về nước thải sinh hoa ̣t
Tấ t cả mo ̣i cô ̣ng đồ ng đề u sản sinh ra nước thải. Theo đinh
̣ nghiã đơn giản nhấ t, nước
thải chin
́ h là nước cấ p cho cô ̣ng đồ ng sau khi sử du ̣ng cho nhiề u mu ̣c đić h khác nhau đã bi ̣
nhiễm bẩ n và thải ra môi trường.
Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ,
các chất hữu cơ hoà tan (thông qua các chỉ tiêu BOD5/COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ,
phospho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, coliform…).
Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào: lưu lượng nước thải; tải trọng
chất bẩn tính theo đầu người.
Tải trọng chất bẩn của nước thải sinh hoạt tính theo đầu người phụ thuộc vào: mức
sống, điều kiện sống, tập quán sống và các điều kiện địa phương.
Tải trọng chất bẩn được xác định trong bảng sau :
Bảng 1.1 Tải trọng chất ô nhiễm tính theo đầu người
Chỉ tiêu ô nhiễm
Khối lượng (g/người.ngày)
Chất rắn lơ lửng (SS)
60-65
BOD5 nước thải đã lắng
30-35
BOD5 nước thải chưa lắng
65
Nitơ của các muối Amoni (N-NH4)
8
Phosphat (P2O5)
3,3
Clorua (Cl-)
10
Các chất hoạt động bề mặt
2-2,5
(Nguồn: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 51-2008)
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
4
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
1.1.1.1.
Các thành phầ n chính của nước thải sinh hoạt
Dựa vào thành phần các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt, ta chia làm 3 loại :
-
Hàm lượng Nitơ (N) và Phốt pho (P) cao : nước thải do chất bài tiết của con người
từ các phòng vệ sinh.
-
Hàm lượng dầu mỡ vô cùng cao cũng như lượng cặn và rác lớn : cặn bã từ nhà bếp.
-
Hàm lượng các chất ô nhiễm không đáng kể : các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh
sàn nhà.
Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn có
các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa
trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như:
Protein (40 – 50%)
Hydrat cacbon (40 - 50%) gồm : tinh bột, đường và xenlulo
Các chất béo (5 -10%).
Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l
theo trọng lượng khô. Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Nồ ng đô ̣
các chấ t ô nhiễm trong nước thải sinh hoa ̣t đươ ̣c nêu trong bảng sau :
Bảng 1.2 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt
Các chỉ tiêu
Nồ ng đô ̣
Đơn vị
Nặng
Trung bình
Nhe ̣
TSS
mg/l
350
220
100
BOD5
mg/l
400
220
110
COD
mg/l
>1000
500
<250
Tổ ng cacbon hữu cơ
mg/l
210
60
80
Tổ ng nitơ
mg/l
85
40
20
Tổ ng photpho
mg/l
15
8
4
MPN/100mL
108 – 109
107 – 108
106 – 107
Coliform
(Nguồn : Lâm Minh Triế t, 2008)
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
5
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
1.1.1.2. Vai trò của nước
Nước trong sinh hoa ̣t : trong cuô ̣c số ng của loài người, nước là mô ̣t nhu cầ u số ng không
thay thế đươ ̣c. Như cầ u cuô ̣c số ng càng cao, mức dô ̣ sử du ̣ng nước trong sinh hoa ̣t càng
cao. Nước cung cấ p cho hoa ̣t đô ̣ng của tế bào, mô bào và cơ thể , cũng như cho các nhu cầ u
về tắ m, giă ̣t, vê ̣ sinh nhà cửa,… đề u phải đươ ̣c xử lý để đa ̣t đươ ̣c mức đô ̣ sa ̣ch nhấ t đinh
̣
([5]).
Nước trong sản xuấ t : nước là mô ̣t nguyên liê ̣u rấ t đă ̣c biê ̣t, mô ̣t loa ̣i nguyên liê ̣u không
thể thay thế . Nước dùng trong sản xuấ t chủ yêu là dùng vào các hoa ̣t đô ̣ng sản xuấ t nông
nghiê ̣p và sản xuấ t công nghiê ̣p, trong đó nước sử du ̣ng cho nông nghiê ̣p chiế m trên 70%.
Nước dùng trong nông nghiê ̣p chủ yế u dùng để tưới cây và trồ ng lúa nước. Nước dùng
trong sản xuấ t công nghiê ̣p bao gồ m nước rửa nguyên liê ̣u, nước vê ̣ sinh xí nghiê ̣p, nhà
máy, máy móc thiế t bi,̣ nước dùng để làm sa ̣ch, làm mát.
Nước sau khi dùng trong các hoa ̣t đô ̣ng nông nghiê ̣p và công nghiê ̣p trên đề u là nước
bi ̣ô nhiể m, cầ n phải đươ ̣c làm sa ̣ch để tái sử du ̣ng ([5]).
1.1.1.3. Sự ô nhiễm nước
Luâ ̣t bảo vê ̣ môi trường nước 2005, ô nhiêm môi trường là sự biế n đổ i của các thành
phầ n môi trường không phù hơ ̣p với tiêu chuẩ n môi trường, gây ảnh hưởng xấ u đế n con
người và sinh vâ ̣t.
Toàn bô ̣ nước cấ p cho sinh hoa ̣t, nông nghiê ̣p và công nghiê ̣p sau khi sử du ̣ng đề u trở
thành chấ t thải và đã bi ̣ô nhiễm ởcác mức đô ̣ khác nhau ([4]).
Tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO) đinh
̣ nghiã sự ô nhiễm : “là viê ̣c đưa các chấ t thải hoă ̣c
năng lươ ̣ng vào môi trường đế n mứuc có khả năng gây tác ha ̣i đế n sức khỏe con người, sự
phát triể n của sinh vâ ̣t hoă ̣c làm suy giảm chấ t lươ ̣ng môi trường”. Theo đinh
̣ nghiã này,
các tác nhân gây ô nhiễm bao gồ m các chấ t ở da ̣ng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắ n (chấ t
thải rắ n).
Để bảo vê ̣ môi trường trong lành, mô ̣t số tổ chức quố c tế và nhiề u quố c gia đã xây dưng
dựng tiêu chuẩn chất lượng môi trường. “Tiêu chuẩn chất lượng môi trường là giới hạn cho
phép tối đa về liều lượng hoặc nồng độ của các tác nhân gây ô nhiễm trong từng vùng cụ
thể hoặc cho từng mục đích sử dụng cụ thể đối với từng thành phần môi trường”. Khi nồng
độ hoặc giới hạn của các tác nhân gây ô nhiễm vượt quá tiêu chuẩn môi trường tại đó thì
có thể xem là bị ô nhiễm ([4]).
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
6
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
Các tác nhân gây ô nhiễm :
Theo Lê Trình (1997) có 10 nhóm tác nhân cơ bản:
- Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học hoặc các chất tiêu thụ oxy;
- Các chất hữu cơ bền vững;
- Các kim loại nặng;
- Các ion vô cơ;
- Các khí hòa tan;
- Dầu mỡ;
- Các chất phóng xạ;
- Vi trùng;
- Các chất có mùi;
- Các chất rắn.
1.1.1.4. Tác hại của nước thải sinh hoạt đến môi trường và sức khỏe con người
Theo Trịnh Xuân Lai (2009) các tác hại đến môi trường và sức khỏe con người do nước
thải sinh hoạt gây ra qua các yếu tố sau:
a. Màu và mùi hôi
Nước thải sinh hoạt khi chưa bị phân hủy có màu xám nhạt, chứa nhiều cặn lơ lửng và
chưa bốc mùi khó chịu. Dưới điều kiện môi trường nhất định, vi khuẩn tự nhiên có trong
nước và đất sẽ tấn công vào các chất thải gây ra các phản ứng sinh hóa, làm biến đổi tính
chất nước thải. Nước thải chuyển dần dần từ màu xám nhạt sang màu đen và bốc mùi khó
chịu.
b. Hiện tượng lắng cặn
Trong nước thải sinh hoạt thường chứa các chất rắn lơ lửng như phân người và động
vật, xác một số động vật chết, các mảnh vụn của thức ăn, dầu, mỡ, băng gạt vệ sinh, gỗ
nhựa vụn, vỏ trái cây, và các phế thải khác sau khi phục vụ cho các hoạt động sinh hoạt
của con người thải ra môi trường. Các thành phần này có thể lắng xuống đáy, làm giảm tiết
diện miệng xả, thay đổi độ dốc cũng như tính chất lòng sông...
c. Giảm lượng oxy hòa tan trong nước
Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý có chứ hàm lượng các chất hữu cơ và các chất dinh
dưỡng rất cao. Do đó khi được thải vào các sông hồ..., các vi sinh vật sử dụng oxy để oxy
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
7
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
hóa các chất này làm nồng độ oxy hòa tan trong nước giảm. Tình trạng này sẽ làm mất cân
bằng sinh thái, do lượng oxy cung cấp cho các động vật sống trong nước bị giảm, tạo điều
kiện cho một số loài khác phát triển mạnh.
d. Hiện tượng phú dưỡng hóa
Các chất dinh dưỡng trong nước thải như nitơ, photpho...sẽ là nguồn thức ăn cho các vi
sinh vật sống và phát triển, cũng như cần thiết cho sự phát triển của các loài tảo, thực vật
sống dưới nước. Do đó, với hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong nước thải sinh hoạt
cao, sẽ dễ tạo ra sự phát triển đột ngột của tảo trong nguồn nước giàu dinh dưỡng, làm cho
nước có mùi vị và độ màu tăng lên, chế độ oxy trong nguồn nước không ổn định.
e. Các bệnh có liên quan đến nguồn nước
Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật, chủ yếu là các vi sinh vật với số lượng từ 105
– 106 con trong 100 mL. Trong số này còn có một số loài gây bệnh như thương hàn, tả lị,
vi trùng gan...
Kí sinh trùng: là loài sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ
đồng hóa. Chúng sống trong đường ruột của người và động vật. Kí sinh trùng có nhiều loại
là vi trùng gây bệnh và đi vào nước thải theo phân và nước tiểu.
Virut: là các loại ký sinh bắt buộc, đa số các loại virut được phóng thích ra trong phân
người và có khả năng truyền bệnh rất cao. Có một số loại virut tìm thấy trong nước thải
như virut gây viêm gan (Hepatilis), viêm tủy, bại liệt (Polio) và một số virut gây bệnh
đường ruột.
Nấm: có kích thước lớn hơn vi khuẩn và có tỉ trọng nhẹ. Trong nước thải sinh hoạt có
một số nấm gây bệnh cho da.
Nguyên sinh động vật: Amip là một nguyên sinh động vật gây bệnh kiết lị, rất khó tiêu
diệt bằng qui trình khử trùng thông thường vẫn dùng trong các nhà máy xử lý nước thải.
1.1.2. Các phương pháp và công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
1.1.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý loại bỏ các
tạp chất không tan ra khỏi nước để tránh việc gây tắc nghẽn trong đường ống. Gồm các
công trình như:
Song chắn rắc: Được đặt trước các công trình làm sạch nước thải để giữ lại các vật
thô như: vỏ nguyên liệu, giấy, rác, vỏ hộp, mẫu đất đá… ở trước song chắn.
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
8
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
Bể vớt dầu mỡ: Nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước. Các
chất này sẽ bịt kín lổ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể lọc sinh học… và
chúng cũng phá hủy các cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aeroten, gây khó khăn trong
quá trình lên men cặn.
Bể lắng: Dùng để lắng các hạt lơ lững, các hạt bùn (kể cả bùn hoạt tính)… nhằm
làm cho nước trong.
Nguyên lý làm việc của bể thường dựa trên cơ sở trọng lực.
- Dựa vào chức năng, vị trí, bể lắng được chia thành: bể lắng đợt 1 trước công trình
xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình sinh học.
- Dựa vào nguyên lý hoạt động, có các loại bể lắng như : bể lắng hoạt động gián đoạn
và bể lắng hoạt động liên tục.
- Dựa vào cấu tạo : bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm và một số bể lắng
khác.
1.1.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Khi trong nước thải có nhiều chất lơ lững, chất độc hại hay độ màu cao thì phải ứng dụng
quy trình hóa lý. Đặc biệt khi tỷ lệ COD/BOD > 2 và có nhiều chất hoạt tính bề mặt thì
không thể áp dụng ngay phương pháp xử lý hóa học mà phải dùng biện pháp hóa lý trước.
Cơ sở của phương pháp này là dựa vào các quá trình vật lý và các phản ứng hóa học. Người
ta cho vào nước các loại muối sắt, nhôm để thực hiện các phản ứng keo tụ hay kết cặn.
Lượng cặn tạo thành sẽ được tách ra trong bể lắng đợt 1. Những phương pháp hóa lý thường
áp dụng để xử lý nước thải thực phẩm là: keo tụ, tuyển nổi,…
Quá trình keo tụ: là quá trình kết hợp các hạt lơ lững khi cho các chất cao phân tử vào nước
bằng cách tiếp xúc trực tiếp và do sự tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp
phụ trên các hạt lơ lững.
• Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông Hydroxit nhôm và sắt để
tăng vận tốc lắng.
• Tuyển nổi là phương pháp áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các chất lơ lững
mịn, dầu mỡ ra khỏi nước và cũng là phương pháp xử lý rất quan trọng đối với nước
thải chế biến thực phẩm.
Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và được áp dụng trong trường
hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện. Các chất lơ lững và dầu mỡ sẽ
được nổi lên trên bề mặt nước thải dưới tác dụng nâng của bọt khí (thường là không khí)
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
9
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
vào pha lỏng, các bọt khí đó đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng
tập hợp với nhau thành lớp bọt chứa hàm lượng cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Trong xử lý nước thải người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như sau:
Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học.
• Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm
xốp).
• Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyeển nổi chân không, tuyển nổi không áp,
tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước).
• Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học.
1.1.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín.
Đôi khi phương pháp này được sử dụng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công
đoạn này là phương pháp xử lý nước thải lần cuối trước khi thải vào nguồn tiếp nhận.
Phương pháp trung hòa
Nước thải kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn
nước hay sử dụng công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng
nhiều cách khác nhau:
Trộn lẫn nước thải axít và nước thải kiềm.
Bổ sung các tác nhân hóa học
Lọc nước axít qua vật liệu có tác dụng trung hòa.
Hấp thụ khí axít bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axít.
Khử trùng nước thải
Sau xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải đều bị tiêu diệt. Khi xử lý các
công trình sinh học nhân tạo, số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh học còn
1 -2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ các vi khuẩn gây bệnh, ra cần dùng thêm những biện
pháp khử trùng: Clo hóa, Ozon hóa, điện phân, tia cực tím,…
1.1.2.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý sinh học là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các
hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản
phẩm cuối cùng là CO2, nước và các chất vô cơ khác.
Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra làm hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
10
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan.
Những công trình xử lý sinh hóa phân thành 2 nhóm:
-
Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên.
-
Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo.
Những công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo là: Bể lọc sinh học
(Biophin), bể làm thoáng sinh học (Aeroten),… Do các điều kiện nhân tạo, có sự tính toán
và tác động của con người và máy móc mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ
mạnh hơn, diện tích nhỏ hơn. Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt
mức hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) với BOD5 giảm tới 90 – 95% và không hoàn
toàn với BOD5 giảm tới 40 – 80%.
Những công trình xử lý sinh học thực hiện trong điều kiện tự nhiên là: Cách đồng tưới,
bãi lọc, đất ngập nước, hồ sinh học,… Quá trình xử lý diễn ra chậm, chủ yếu dựa vào oxy
và vi sinh có ở trong đất và nước. Do đó, những công trình này đòi hỏi diện tích lớn và thời
gian xử lý dài. Các phương pháp chủ yếu bao gồm :
-
Phương pháp hố lọc sinh học (soakage pit with bio-filter): Nước thải sau bể tự hoại
được dẫn qua lớp vật liệu lọc – chủ yếu là cát, đá lọc, …rồi tự thấm vào lớp đất bên
dưới. Vi sinh vật sẽ tạo màng bám xung quanh các vât liệu lọc, màng vi sinh này
đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải. Phương pháp trên chỉ áp dụng hiệu
quả cho những khu vực có hệ số thấm của đất lớn.
-
Phương pháp cánh đồng lọc (leach field):
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một cánh đồng
với lưu lượng tính toán để đạt được một mức độ xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa
và sinh học tự nhiên của hệ đất - nước - thực vật của hệ thống.
Ở các nước đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ do đó việc xử lý
nước thải bằng cánh đồng lọc được coi như là một biện pháp rẻ tiền.
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu: Xử lý nước
thải; tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất; nạp lại nước cho các
túi nước ngầm
Công nghệ cánh đồng lọc sử dụng thực vật để xử lý chất ô nhiễm. Phản ứng đồng hóa
của thực vật ngoài tác dụng xử lý các chất ô nhiễm nguồn nước qua bộ rễ, còn xử lý khí
thải, mùi hôi và CO2 qua bộ lá. Phản ứng đồng hóa của thực vật còn tạo ra sinh khối, trong
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
11
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
đó có sản phẩm nông nghiệp. Các sản phẩm này có thể đáp ứng một nhu cầu nào đó của xã
hội. Sản phẩm thu hoạch của cánh đồng lọc có thể góp phần làm giảm giá thành xử lý nước.
Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia cánh
đồng lọc ra làm 3 loại:
Cánh đồng lọc chậm (SR)
Cánh đồng lọc nhanh (RI)
Cánh đồng chảy tràn (OF)
-
Đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland):
Đây là phương pháp sử dụng kết hợp khả năng hấp thụ của thực vật, khả năng giữ cặn,
hấp phụ của các lớp vật liệu lọc và hàng loạt các quá trình xử lý sinh học bên trong bể đất
ngập nước nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao nhất, mà tiêu tốn ít chi phí.
Tùy vào thành phần và tính chất nước thải mà lựa chọn phương pháp, công nghệ xử lý phù
hợp nhất (cả về hiệu quả xử lý và chi phí đầu tư). Phương pháp đất ngập nước kiến tạo là
một lựa chọn đáng được quan tâm với cơ chế xử lý nước thải bằng các loại thực vật thủy
sinh đã và đang được áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới với ưu điểm là chi phí đầu tư thấp,
dễ vận hành đồng thời khả năng xử lý chất ô nhiểm cao.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (DNNKT)
1.2.1. Đinh
̣ nghiã
Theo Công ước RAMSAR thì "Đất ngập nước bao gồm: những vùng đầm lầy, đầm lầy
than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay nhân tạo, những vùng ngập nước tạm thời
hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, là nước ngọt, nước lợ hay nước mặn,
kể cả những vực nước biển có độ sâu không quá 6m khi triều thấp".
Đất ngập nước kiến tạo còn được định nghĩa là một hệ thống công trình xử lý nước thải
được kiến thiết và tạo dựng mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của đất ngập nước tự
nhiên với cây trồng chọn lọc.
Ưu điểm lớn nhất của phương thức xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo so với
các biện pháp xử lý nước thải khác là do chúng kết hợp với điều kiện tự nhiên, đơn giản
trong xây dựng, dễ quản lý, ít hao tốn năng lượng, hóa chất, hiệu quả xử lý khá tốt và chi
phí vận hành thấp. Tuy vậy, trở ngại lớn của việc xây dựng đất ngập nước kiến tạo hiện
nay là nó cần một khu đất tương đối rộng ([2]).
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
12
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
1.2.2. Phân loại
Hin
̀ h 1.1 Phân loa ̣i các kiể u đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o.
Đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o đươ ̣c xây dựng cho mu ̣c đích chính là xử lý nước thải. Có hai kiể u
hê ̣ thố ng xử lý nước bằ ng đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o cơ bản, đó là hê ̣ thố ng đấ t ngâ ̣p nước kiế n
ta ̣o chảy mă ̣t tự do (Constructed Free surface Flow Wetlands - CFFW) và hê ̣ thố ng đấ t
ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o chảy ngầ m (Constructed Subsurface Flow Wetlands - CSFW). Hình
1.1 mô tả sự phân loa ̣i này.
1.2.2.1.
Đất ngập nước kiến tạo chảy mặt (Free Water Surface Wetland – FWS)
Những hệ thống này thường là lưu vực chứa nước hoặc các kênh dẫn nước, với lớp lót bên
dưới để ngăn sự rò rỉ nước, đất hoặc các lớp lọc thích hợp khác hỗ trợ cho thực vật nổi.
Lớp nước nông, tốc độ dòng chảy chậm, sự có mặt của thân cây quyết định dòng chảy và
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
13
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
đặc biệt trong các mương dài và hẹp, bảo đảm điều kiện dòng chảy nhỏ (Reed và cộng sự,
1998).
Hình 1.2 Sơ đồ mô hình DNNKT có dòng chảy bề mặt.
Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy bề mặt thường có diện tích từ vài trăm đến vài
chục mét nghìn vuông. Thông thường, tải lượng thủy lực trong các bãi lọc tự nhiên thường
nhỏ hơn so với các bãi lọc nhân tạo do không được thiết kế cho mục đích xử lý nước thải
([10]). Các hệ thống được thiết kế cho mục đích xử lý nước thải có nồng độ nitơ và phôtpho
thấp (hoặc lưu giữ hoàn toàn) thường có tải lượng bề mặt rất thấp, ngược lại đối với các hệ
thống được thiết kế để xử lý các chất hữu cơ (BOD) và chất lơ lửng thường có tải lượng bề
mặt cao hơn. Chiều sâu mực nước trong hệ thống khoảng 5 đến 90 cm, thông thường là 30
đến 40 cm. Hệ thống dòng chảy bề mặt thường được sử dụng để xử lý bổ sung và được bố
trí sau các loại hồ sinh học tuỳ tiện hoặc hồ hiếu khí trong dây chuyền xử lý nước thải.
Đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường thích hợp với các loại cây phát triển với độ
ngập nước dưới 0,4 m. Chiều sâu lớp đất nền trong đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường
vào khoảng 0,6 – 1,0 m, đáy nền được thiết kế có độ dốc để tối thiểu hóa dòng chảy tràn
trên mặt. Người ta phân biệt các dạng đất ngập nước kiến tạo chảy mặt chủ yếu qua loại
thực vật thủy sinh trồng trên đó.
1.2.2.2.
Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm (Subsurface Flow Wetland – SFS)
Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm được thiết kế như một thủy vực hoặc một kênh dẫn
với đáy không thấm (lót tấm trải nylon, vải chống thấm) hoặc lót đất sét với độ thấm nhỏ
để ngăn cản hiện tượng thấm ngang và có một chiều sâu các lớp dẫn thấm thích hợp để cây
trồng thủy sinh phát triển được. Đất hoặc sỏi thường được dùng làm vật liệu trong các bãi
lọc vì chúng có khả năng duy trì dòng chảy ngầm. Các hệ thống sử dụng đất thường gập
các vấn đề về dòng chảy tràn bề mặt, đối với các hệ thống sử dụng sỏi thường gập các hiện
tượng tắc dòng.
Hệ thống dòng chảy ngầm thường có diện tích bề mặt nhỏ (< 0,5 ha) và tải lương thủy
lực lớn hơn so với hệ thống dòng chảy bề mặt. Hệ thống dòng chảy bề mặt là hệ thống
được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp xúc với không khí. Trong hệ thống dòng chảy ngầm,
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
14
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
mực nước được cố định thấp hơn so với bề mặt vật liệu. Đối với hệ thống dòng chảy ngầm
ngang, lớp vật liệu luôn được giữ trong trạng thái bão hoà nước; đối với hệ thống dòng
chảy đứng, lớp vật liệu không ở trạng thái bão hoà vì nước được cấp không liên tục mà
theo các khoảng thời gian nhất định và được thấm qua lớp vật liệu (tương tự như trong hệ
thống lọc cát gián đoạn).
Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang có khả năng xử lý chất hữu cơ và rắn lơ lửng
tốt, nhưng khả năng xử lý các chất dinh dưỡng lại thấp, do điều kiện thiếu oxy, kị khí trong
các bãi lọc không cho phép nitrat hoá amoni nên khả năng xử lý nitơ bị hạn chế. Xử lý
photpho cũng bị hạn chế do các vật liệu lọc được sử dụng (sỏi, đá dăm) có khả năng hấp
phụ kém
Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang hay dòng chảy thẳng
đứng từ dưới lên, từ trên xuống.
Hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF)
Hình 1.3 Sơ đồ đất ngập nuớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang.
Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm qua
tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòng
chảy ra. Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của
các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc
O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh
học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh. Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
15
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
thống HSF là cây sậy.
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mô hình DNNKT có dòng chảy ngầm theo phương ngang.
Chú thích: 1. Đầu vào, 2. Ống thoát nước ngang, 3. Lớp vật liệu chống thấm, 4. Đá lọc,
5. Sỏi lọc, 6. Thực vật xử lý, 7. Đầu ra.
Hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF):
Hình 1.5 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng.
Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt. Nước sẽ chảy xuống dưới theo
chiều thẳng đứng. Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa ra ngoài. Các hệ thống
VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý lần 1. Thực
nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại. Hệ thống đất
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
16
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học.
Tuy nhiên, trên thực tế mô hình DNNNT được xây dựng theo hai hệ thống: Bãi lọc trồng
cây ngập nước (FWS); Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay Bãi lọc ngầm trồng cây, với
dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng (SSF). Cách thức phân chia các hệ thống khác
nhau nhưng chúng hoạt động theo cùng một cơ chế.
Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp đất ngập nước kiến tạo
Phương pháp
Ưu điểm
Nhược điểm
Hiệu quả
xử lý (%)
- Không có sự tham gia
của các lớp vật liệu lọc
nên hiệu quả xử lý kém
hơn 02 phương pháp HSFS & V-SFS,
- Nhu cầu diện tích đất sử
dụng lớn hơn,
- Dễ phát sinh mùi hôi và
rùi nhặn
- BOD5: 1163
- TN : 21-76
- NH3 : 15-82
- TSS : 36-67
- Ecoli:9099,9
- Nhu cầu diện tích đất sử
dụng lớn
- Điều kiện thoáng khí
không tốt bằng phương
pháp V-SFS. Vì vậy quá
trình nitrat hóa diễn ra
chậm và không hiệu
quả.
- BOD5: 7399
- TN : 23-67
- NH3 : 18-76
- TSS : 59-96
- Ecoli:9499,9
xử lý
DNNNT dòng - Chi phí đầu tư và vận
hành thấp hơn các
chảy bề mặt
phương pháp xử lý thông
(FWS)
thường,
- Tạo cảnh quan, không
gian xanh và góp phần
làm đa dạng hệ sinh thái,
- Đồng thời góp phần tạo ra
sự điều hòa nhiệt độ khu
vực cao
DNNNT dòng - Chi phí đầu tư và vận
hành thấp
chảy ngầm
- Hiệu quả xử lý tương
theo chiều
đối cao,
ngang (H- Quá trình khử nitrat diễn
SFS)
ra mạnh mẽ nhờ vào điều
kiện kỵ khí chiếm ưu thế,
- Hạn chế được tắt nghẽn
vật liệu lọc do các chất lơ
lững hình thành và tích
lũy lâu ngày.
- Không phát sinh mùi hôi
và côn trùng
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
17
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
DNNNT dòng - Chi phí đầu tư và vận - Nhu cầu diện tích đất sử
hành thấp
dụng tương đối lớn (ít
chảy ngầm
- Hiệu quả xử lý cao
hơn phương pháp Htheo chiều
SFS)
đứng (V-SFS) - Điều kiện thoáng khí
trong lớp vật liệu lọc tốt - Đối với nước thải có
hơn giúp nâng cao hiệu nồng độ chất lơ lững và
suất các quá trình xử lý tải lượng chất hữu cơ
sinh học
cao thì lâu ngày có thể
- Không sản sinh mùi hôi
làm tắt nghẽn lớp vật
và côn trùng
liệu lọc trên cùng.
- Hệ thống làm việc ổn
định, dao động chất lượng
nước đầu ra không lớn
- BOD5: 5295
- TN : - NH3 : 78-99
- TSS : 48-98
- Ecoli:9699,9
(Nguồ n : Fabio Masi và Nicola Martinuzzi, 2007)
Nhận xét
Từ những ưu điểm vượt trội về hiệu quả xử lý, về tính ổn định chất lượng nước thải sau
xử lý và về điều kiện kiểm soát mùi hôi, côn trùng gây bệnh, …đất ngập nước kiế n ta ̣o có
dòng chảy ngầm luôn là đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu thử nghiệm nhờ vào các
ưu điể m :
Tránh mùi hôi;
Tránh lan truyề n các vi khuẩ n gây bê ̣nh;
Oxy xâm nhâ ̣p vào rễ cây sâu hơn;
Kiể m soát muỗi.
1.2.3. Ưu và nhươ ̣c điể m của đấ t ngâ ̣p nước kiế n ta ̣o trong xử lý nước thải
Ưu điểm
Ngày nay, có nhiều nước sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và nước ô nhiễm.
Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng rất ổn định đối với những loại nước có BOD và COD thấp,
không chứa độc tố. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những
ưu điểm cơ bản sau:
- Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh thấp
- Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
18
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt chi phí thấp bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed
Wetland) sử dụng cây thủy trúc (Cyperus involucratus)
- Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm thấp
- Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như :
+ Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ như cói, đay, lục bình, cỏ
+ Làm thực phẩm cho người như củ sen, củ súng, rau muống
+ Làm thực phẩm cho gia súc như rau muống, sen, bèo tây, bèo tấm
+ Làm phân xanh, tất cả các loài thực vật thủy sinh sau khi thu nhận từ quá trình xử lý
trên đều là nguồn nguyên liệu để sản xuất phân xanh rất có hiệu quả.
+ Sản xuất khí sinh học
+ Bộ rễ thân cây ngập nước, cây trôi nổi được coi như một giá thể rất tốt đối với vi sinh
vật. Vi sinh vật bám vào rễ, vào thân cây ngập nước hay các loài thực vật trôi nổi. Nhờ
sự vận chuyển (đặc biệt là thực vật trôi nổi) sẽ đưa vi sinh vật theo cùng. Chúng di chuyển
từ vị trí này đến vị trí khác trong nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hoá vật chất
có trong nước. Như vậy, hiệu quả xử lý của vi sinh vật trong trường hợp này sẽ cao hơn
khi không có thực vật thủy sinh. Ở đây ta có thể coi mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực
vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh. Mối quan hệ cộng sinh này đã đem lại sức sống
tốt hơn cho cả hai nhóm sinh vật và tác dụng xử lý sẽ tăng cao.
+ Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần
cung cấp năng lượng. Do đó, việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm ở
những vùng không có điện đều có thể thực hiện dễ dàng.
Nhược điểm
Việc sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước cũng có những nhược điểm nhất định, trong
đó có hai nhược điểm rất quan trọng:
- Diện tích cần dùng để xử lý chất thải lớn. Vì thực vật cần tiến hành quá trình quang hợp
nên luôn cần thiết phải có ánh sáng. Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong điều kiện
đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển hoá càng tốt. Do đó, diện tích của bề
mặt của sự tiếp xúc này sẽ cần nhiều. Điều đó rất khó khăn khi ta tiến hành xử lý nước ô
nhiễm ở những khu vực đô thị vốn đã rất khó khăn về đất. Tuy nhiên nó lại thích hợp cho
vùng nông thôn, kể cả những vùng không được cung cấp điện.
- Trong điều kiện các loài thực vật phát triển mạnh ở các nguồn nước thải, bộ rễ của chúng
như những chất mang rất hữu ích cho vi sinh vật bám trên đó. Trong trường hợp không có
thực vật thủy sinh (đặc biệt là các loài thực vật trôi nổi), các loài vi sinh vật sẽ không có
SVTH : Nguyễn Ngọc Thùy Linh
GVHD : PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
ThS. Bùi Phương Linh
19
