nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) sử dụng cây cỏ nến (typha orientalis)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.42 MB, 82 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.
Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1
2.
Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 1
3.
Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2
4.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................ 2
5.
Ý nghĩa đề tài .................................................................................................. 2
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN ................................................................................................................. 3
1.1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ................................................................... 3
1.1.1
Định nghĩa về nước thải rỉ rác .....................................................................3
1.1.2
Thành phần, tính chất của nước thải rỉ rác ..................................................3
1.1.3
Các tác nhân gây ô nhiễm và tác hại của chúng: ........................................5
1.2
CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TRUYỀN THỐNG ............ 5
1.3
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO................................. 12
1.3.1
Khái niệm ..................................................................................................12
1.3.2
Phân loại các công trình đất ngập nước: ...................................................14
1.3.3
Ưu và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải: .....20
1.4
CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN
TẠO: ………………………………………………………………………………………………………………..22
1.5
CÁC NHÓM THỰC VẬT THAM GIA XỬ LÝ TRONG HỆ THỐNG
ĐNNNT: .................................................................................................................... 28
CHƯƠNG 2 .................................................................................................................. 33
TÌNH HÌNH ÁP DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ..... 33
CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 38
PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU .................................................... 38
3.1 SƠ ĐỒ PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................. 38
3.2 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ....................................................... 39
iv
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
3.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MÔ HÌNH CW.... 39
3.4. MÔ HÌNH THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ............................................................... 43
3.5. QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ................................ 43
3.6. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ..................................... 47
3.6.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ..............................................................47
3.6.2. Phương pháp phân tích số liệu:.....................................................................47
CHƯƠNG 4 .................................................................................................................. 48
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................... 48
4.1 KẾT QUẢ THEO DÕI GIÁ TRỊ pH .................................................................. 51
4.2 KẾT QUẢ LOẠI BỎ CHẤT HỮU CƠ – COD VÀ BOD ................................. 52
4.3 HIỆU QUẢ XỬ LÝ PHOSPHO ......................................................................... 56
4.4 HIỆU QUẢ XỬ LÝ TN ...................................................................................... 57
4.5 HIỆU QUẢ LOẠI BỎ TSS ................................................................................ 58
4.6 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY CỎ NẾN ............................................................ 60
4.7 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ...................................................................... 61
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 63
1.Kết luận .................................................................................................................. 63
2. Kiến nghị ............................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 64
Tài liệu trong nước .................................................................................................... 64
Tài liệu nước ngoài.................................................................................................... 64
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 65
PHỤ LỤC A SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ........................................................................... 1
PHỤ LỤC B HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM ....................................................................... 1
v
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD5
Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa cho
5 ngày)
BTNMT
Bộ tài nguyên môi trường
COD
Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)
CW
Đất ngập nước kiến tạo quy mô PTN có sử dụng cây Cỏ nến
FWS
Free water surface (Dòng chảy mặt)
H-SFS
Horizontal subsurface flow system (Dòng chảy ngầm theo
phương ngang)
NO3- -N
Nitrate Nitrogen ion (Ion nitrat tính theo nitơ)
TSS
Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)
QCVN
Quy Chuẩn Việt Nam
SBR
Sequence Batch Reactor (Bể phản ứng dạng mẽ)
SCR
Song chắn rác
SFS
Subsurface flow system (Dòng chảy ngầm)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TN
Total Nitrogen (Tổng Kjeldahl)
vi
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
DANH MỤC HÌNH
Hình1.1. Mô hình Jartest .................................................................................................7
Hình 1.2 Bể aerotank .....................................................................................................11
Hình 1.3 Mương oxy hóa...............................................................................................11
Hình 1.4 Tổng quan chung cho đất ngập nước (kedlec và knight, 1996) .....................13
Hình 1.5 Phân loại đất ngập nước kiến tạo....................................................................15
Hình 1.6 Các kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt .....................................................17
Hình 1.7 Sở đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang. .........................18
Hình 1.9 Quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm trong công trình đất ngập nước. .............22
Hình 1.10 Cơ chê loại bỏ nitrogen trong đất ngập nước. ..............................................25
Hình 3.1 sơ đồ thể hiện các bước thiết kế đất ngập nước dòng chảy ngầm theo phương
ngang .............................................................................................................................39
Hình 3.2 Bản vẽ bố trí sơ đồ hoạt động mô hình đất ngập nước quy mô PTN .............43
Hình 3.3 Mô hình đất ngập nước CW quy mô PTN sau khi lắp đặt .............................44
Hình 4.1 Biến thiên giá trị pH trong nước thải vào và sau khi xử lý của mô hình CW
sử dụng cây cỏ nến ........................................................................................................51
Hình 4.1 Biến thiên giá trị COD trong nước thải vào và sau khi xử lý của mô hình CW
.......................................................................................................................................53
Hình 4.2 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý COD trong nước thải vào và sau khi
xử lý của mô hình CW ...................................................................................................54
Hình 4.3 Biến thiên giá trị BOD5 đầu vào, ra và hiệu suất sau xử lý của mô hình CW54
Hình 4.4 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình CW ....................55
Hình 4.5 Trung bình nồng độ COD và BOD5 của mô hình CW ..................................55
Hình 4.7 Biến thiên nồng độ TN vào và ra của mô hình CW .......................................57
Hình 4.8 Trung bình nồng độ TN vào và ra của mô hình CW ......................................57
Hình 4.9 Nồng độ TSS vào và ra của mô hình CW ......................................................58
vii
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác .................................................... 4
Bảng 1.2 Thành phần nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào ............................ 4
Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp DNNNT ........................... 19
Bảng 1.4 Một số quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thông DNNNT ......... 23
Bảng 1.5 Tốc độ vận chuyển oxy trong thực vật: Lau Sậy và Cỏ Nến ......................... 28
Bảng 2.1 Các thông số thiết kế của các mô hình ........................................................... 34
Bảng 3.1. Đặc tính vật liệu cho hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm ..... 40
Bảng 3.2. Thời gian lưu nước tham khảo khi thiết kế công trình đất ngập nước .......... 41
Bảng 3.3 Các thông số vận hành mô hình thí nghiệm đất ngập nước kiến tạo quy mô
phòng thí nghiệm ........................................................................................................... 45
Bảng 3.4 Các phương pháp phân tích mẫu .................................................................... 47
Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả các chỉ tiêu trong mô hình đất ngập nước nhân tạo sử dụng
cây cỏ nến ...................................................................................................................... 49
viii
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong tình thế công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện ngày càng phát triển, đời sống ngày
càng được cải thiện, dân số tăng cao dẫn đến việc phát sinh rác thải cũng trên đà tăng
nhanh. Đặc biệt với thành phố có tốc độ phát triển nhanh chống như TP Hồ Chí Minh,
ước tính có khoảng 5.500 tấn rác sinh hoạt được thải ra mỗi ngày và con số này đang
tăng theo từng ngày, tính đến 6/11/2017 lượng rác phát sinh ở TP là khoảng 8300 tấn và
dự đoán đến 2020 tổng khối lượng rác thành phố thải ra lên đến 10080 tấn . Lượng rác
sinh hoạt gia tăng dẫn đến lượng nước rác sinh ra ngày càng nhiều: từ các bãi chôn lấp,
nước ép rác từ các trạm trung chuyển ngày càng nhiều.
Ô nhiễm từ nước rác từ lâu đã là vấn đề nan giải được quan tâm, mức độ ô nhiễm từ
nước rỉ rác ngày càng tăng, gây ô nhiễm từ nguồn nước đến không khí. Hiện nay nước
ép rác (rỉ rác) từ các trạm trung chuyển đều có xu hướng thải ra hệ thống thoát nước của
thành phố, dù đã được xử lý nhưng đa phần đều không đáp ứng được tiêu chuẩn đầu ra
để thải ra cống, dẫn đến tình trạng ô nhiễm cống thải, sông ngòi. Để giải quyết vấn đề
nan giải đó, hàng loạt các nghiên cứu, công trình được triển khai áp dụng. Tuy nhiên
việc đầu tư cho công trình xử lý khá tốn kém, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao. Do
đó việc nghiên cứu tìm ra giải pháp vừa đơn giản, ít tốn kém và thân thiện hơn với môi
trường là một hướng nghiên cứu đang được quan tâm.
Đất ngập nước kiến tạo hay bể lọc ngập nước (contructed wetland-CW) được biết đến
một trong những giải phap xử lý nước thải thân thiện với môi trường cùng với chi phí
thấp mà mang lại hiệu quả xủ lý cao. Với những ưu điểm trên, CW đã và đang được áp
dụng rộng rải trên thế giới đặc biệt ở các nước Châu Âu từ những năm 50 của thế kỉ 20.
Với khí hậu nhiệt đới xích đạo nóng ẩm, thiên nhiên phong phú- động thực vật, Việt
nam là một trong những nước Châu Á có điều kiện thuận lợi để áp dụng, triển khai
nghiên cứu nhưng việc áp dụng vào thực tế lại còn khá hạn chế. Vì vậy, với đề tài
“Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Contructed
Wedland) sử dụng cây cỏ nến (Typha orientalis)” được thực hiện nhằm có thể tìm ra
giải pháp để xử lý nước rỉ rác một cách hiệu quả đồng thời giúp phát triển rộng rãi hơn
mô hình đất ngập nước kiến tạo.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng xử lý nước thải ép rác bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng
chảy ngầm theo phương ngang có sử dụng cây cỏ nến và nghiên cứu với các tải trọng
hữu cơ khác nhau.
1
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
3. Nội dung nghiên cứu
- Lắp đặt mô hình đất ngập nước dòng chảy ngầm quy mô phòng thí nghiệm.
- Xác định tải trọng hữu cơ COD vận hành thích hợp của mô hình ứng với các tải
trọng thí nghiệm tăng dần 50, 60, 80, 100, 120 kgCOD/ha.ngày.
- Lấy mẫu nước thải đầu vào và ra của mô hình đất ngập nước đem phân tích các
thông số pH, COD, BOD, TN, N-NO3-, TP, TSS, để đánh giá hiệu quả xử lý của
mô hình CW.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Lắp đặt mô hình CW và vận hành thích nghi ở các tải trọng hữu cơ 20
kgCOD/m3.ngày.
- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5, TN, T-P, TSS của nước rỉ rác
bằng công nghệ CW với các tải trọng hữu cơ 50 60 80 100 120kgCOD/m3.ngày.
- So sánh kết quả với QCVN 25:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
thải của bãi chôn lấp chất thải rắn.
- Đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác áp dụng công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử
dụng cây cỏ nến
5. Ý nghĩa đề tài
Việc thực hiện nghiên cứu về công trình đất ngập nước kiến tạo để xử lý nước thải
chưa được phát triển nhiều ở Việt Nam. Việc nghiên cứu này góp một phần tài liệu cho
nghiên cứu, triển khai ứng dụng vào công trình thực tế xử lý nước thải có chi phí thấp.
Nghiên cứu khả năng xử lý và đồng hóa chất ô nhiễm của mô hình ĐNN với chi phí
thấp. Các thành phần nước rỉ rác được xử lý tương đối triệt để nâng cáo hiệu quả xử lý
đạt tiêu chuẩn về môi trường. Là một trong những kiểu sinh thái điển hình, đát ngập
nước kiến tạo vừa giảm thiểu chi phí vừa mang lại hiệu quả cao đồng thời góp phần điều
hòa không khí tăng sự đa dạng sinh học.
2
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
1.1.1 Định nghĩa về nước thải rỉ rác
Nước thải rỉ rác là nước loại nước thải được sinh ra trong các khu chôn lấp rác thải,
được hình thành do sự rò rỉ nước mưa thấm vào trong lòng bãi rác hoặc do độ ẩm sẵn
có của rác thải được chôn.
Trong đề tài nghiên cứu này, nước rỉ rác được lấy từ trạm trung chuyển là nước rỉ
ra từ công đoạn ép rác, thành phần tính chất tương đồng với nước rỉ từ bải chôn lấp
trong 2 năm đầu tiên.
1.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải rỉ rác
Thành phần của nước rỉ rác vô cùng phức tạp, có khả năng gây ô nhiễm cao, đồng
thời đối với nước rỉ của trạm trung chuyển thành phần thay đổi theo ngày, theo lượng
rác và loại rác phát sinh, không cố định. Nhưng thành phần chung chủ yếu là:
Chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (acid humic, acid fulvic,…), các hợp chất
hữu cơ (phospho hữu cơ, 1,4 - dioxan, bisphenol,…).
Chất vô cơ: Các hợp chất của nitơ, photpho và lưu huỳnh. Nhưng chủ yếu là nitơ
và photpho vì chúng gây hiện tượng phú dưỡng hóa.
Nước thải rỉ rác chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn các
thành phần vô cơ đồng thời cũng tồn tại không ít thành phần kim loại.
Nước rỉ từ nhà máy ép rác còn có mùa chua nồng, màu vàng đục, có lượng dầu mở
cao, độ pH khá thấp, nồng độ nito, phospho cao đồng thời chứa lượng vi sinh vật khá
lớn. Vì thế, việc các bãi chôn lấp hay trạm trung chuyển hình thành gần các khu cư sinh
sống như hiện nay là vô cùng nguy hiểm, gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống của
người dân và đây cũng là một trong những vấn đề cấp thiết cần được giải quyết triệt để
hiện nay.
3
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác
Đơn vị
Bãi dưới 02 năm
Bãi trên 10 năm
BOD5
mg/l
2,000 – 30,000
100 - 200
COD
mg/l
3,000 – 60,000
100 - 500
Nitơ hữu cơ
mg/l
10 - 800
80 - 120
Ammonia
mg/l
10 - 800
20 - 40
Nitrate
mg/l
5-40
5 - 10
Phospho tổng
mg/l
5 - 100
5 - 10
Độ kiềm
mg/l
1,000 – 10,000
200 – 1,000
4.5 – 7.5
6.6 – 7.5
Thành phần
pH
Canxi
mg/l
50 – 1,500
50 - 200
Clorua
mg/l
200 – 3,000
100 - 400
Tổng Fe
mg/l
50 – 1,200
20 - 200
[Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự 1993]
Ở những bãi rác mới, nước rỉ rác thường có pH thấp, nồng độ BOD, COD và kim
loại nặng cao. Còn ở những bãi rác lâu năm pH từ 6.5 – 7.5, nồng độ các chất ô nhiễm
thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại nặng tan trong pH
trung tính.
Bảng 1.2 Thành phần nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào
Đơn vị
STT
Thông số
1
pH
2
COD
mg/l
6200 – 22500
BOD5
mg/l
4100 – 16000
TSS
mg/l
1200 – 6500
4
Dãy giá trị
4.3 – 5.5
4
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
5
Tổng Nito
mg/l
600 – 1200
6
Tổng Phospho
mg/l
35 – 100
1.1.3 Các tác nhân gây ô nhiễm và tác hại của chúng:
Các tác hại đến môi trường cũng như sức khỏe của nước thải do các thành phần ô
nhiễm gây ra. Chủ yếu là:
- COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm giảm
pH của môi trường.
- SS: lắng động kết tụ, gây ảnh hưởng đến đường ống, gây ra hiện tượng yếm khí.
- Nito, phospho là những nguy nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa dẫn đến nồng
độ oxi trong nước rất thấp gây cản trở quá trình hô hấp của của các loài sinh vật
trong nước.
- Vi trùng gây bệnh: gây ra các loại bệnh truyền nhiễm, dịch bệnh qua đường nước
như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn uống, ngộ độc vè da nên như bị rò rỉ và thấm vào
mạch nước ngầm hay nước sông với mục đích cấp cho nước sinh hoạt.
- Màu, mùi hôi: làm mất mĩ quan, mùi hôi làm ảnh hưởng đến chất lượng không khí
xung quanh, gây ra các bệnh về đường hô hấp.
- Tác động lên môi trường đât: nước rỉ rác rò rỉ ra đất làm cho sự tăng trưởng và khả
năng hoạt động của các loại vi khuẩn kém đi, ảnh hưởng đến mạch nước ngầm,
làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành các chất dinh dưỡng
cho cây, gián tiếp gây bạc màu, làm cho đất bị thoái hóa.
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TRUYỀN THỐNG
1.2.1
Xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học
Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, được xem như là bước
đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ cũng như hữu cơ không tan được trong nước nhằm
đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị trong các quá trình sau. Một số công trình xử lý cơ
học như: song chắn rác, lưới lọc các loại bể lắng, bể điều hòa, bể tách dầu mỡ, lọc cơ
học,…
Song chắn rác
Dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác…
được gọi chung là rác. Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền
nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn. Trong những
5
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
năm gần đây, người ta sử dụng rất phổ biến loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ
vừa nghiền rác đối với những trạm công suất xử lý vừa và nhỏ.
SCR có vận tốc nước qua giới hạn trong khoảng từ 0.6-1 m/s, vận tốc cực đại dao
động trong khoảng 0.75-1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe chắn của song.
Bể tách dầu mỡ
Được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt gây cản
trở cho quá trình oxi hóa.
Bể lắng cát
Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn (như
xỉ than, cát…). Chúng không có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá nước
thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trên
trạm xử lý. Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó thường được sử
dụng lại cho những mục đích xây dựng.
Bể lắng đợt 1
Loại bỏ các chất rắn lắng được mà các chất này có thể gây nên hiện tượng bùn lắng
trong nguồn tiếp nhận.
Tách dầu, mỡ hoặc các chất nổi khác.
Giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau. Bể lắng đợt 1 khi
vận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70% TSS, và 25 - 40% BOD5.
Hai thông số thiết kế quan trọng cho bể lắng là tải trọng bề mặt (32- 45m3/m2.ngày)
và thời gian lưu nước (1,5 – 2,5 giờ). Bể lắng thường có dạng hình chữ nhật (lắng ngang)
hoặc hình tròn (lắng ly tâm). Hệ thống thu gom bùn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan
trọng của bể lắng.
1.2.2
Phương pháp hóa học
Bản chất của phương pháp xử lý hóa học thật ra là đưa các chất có khả năng phản
ứng vào nước thải để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành các
hợp chất khác dễ xử lý ở dưới dạng cặn hoặc dạng dễ hòa tan nhưng không gây ảnh
hưởng xấu đến môi trường đồng thời nâng cao chất lượng nước thải để đáp ứng hiệu
quả xử lý những công đoạn phía sau đó.
Phương pháp xử lý hóa học thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp hoặc các
nước thải có thành phần phức tạp, hỗn hợp như nước rỉ rác. Tùy vào điều kiện địa
phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hóa học có thể hoàn tất ở giai
đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải.
6
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Phương pháp trung hòa: Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô
cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH 6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực
hiện bằng nhiều cách: trộn lẫn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với
nhau, hoặc bổ sung thêm các tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác
dụng trung hoà, hấp phụ khí chứa axit bằng nước thải chứa kiềm…
Phương pháp keo tụ (đông tụ keo): Dùng để làm trong và khử màu nước thải
bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất
rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn
hơn.Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua,... (như
Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O, FeCl3,
Fe2(SO4)3.2H2O …) trong đó Al2(SO4)3 được dùng nhiều hơn vì dễ hòa tan trong
nước.
Hiệu suất đông tụ cao nhất khi pH 4 – 8.5. Để tạo các bông lớn, dễ lắng người ta dùng
thêm chất trợ đông. Hay dùng là poliacrylamit (CH2CHCONH2)n, natri silicat hoạt
tính,...
Điều kiện: Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, cần phải khuấy đều có thể sử
dụng các loại máy trộn khác nhau. Loại hay dùng: cánh quạt cơ giới thì nước thải sẽ
chuyển động vòng và tạo bông dễ dàng ở toàn bộ thể tích.
Để xác định lượng hóa chất và pH tối ưu ta dùng phương pháp Jartest nhanh. Phương
pháp này sẽ xác định được lượng hóa chất dùng trong quá trình keo tụ.
Hình1.1. Mô hình Jartest
7
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Phương pháp ozon hoá: Là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất hữu
cơ dạng hoà tan và dạng keo bằng ozon. Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho
các tạp chất hữu cơ.
Phương pháp oxy hóa bậc cao
Quá trình Fenton
Cơ chế
Hệ tác nhân Fenton đồng thể (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị
II và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do *OH, còn Fe2+ bị oxy hóa
thành Fe3+.
Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng
Fe2+ + H2O2 + RH
→
Fe3+ + H2O + CO2
Mặt dù tác nhân Fenton được biết hàng thế kỷ nay và thực tế cũng chứng minh là một
tác nhân oxy hóa mạnh do sự hình thành gốc *OH trong quá trình phản ứng, nhưng cơ
chế của quá trình Fenton cho đến nay vẫn còn nhiều tranh cãi và tuyệt đại đa số các nhà
nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc *OH là nguyên nhân của khả năng oxy hóa nâng
cao của tác nhân Fenton.
Ưu điểm
Các tác nhân H2O2 và các muối sắt II tương đối rẻ và có sẵn, không độc hại, dễ vận
chuyển, dễ sử dụng;
Hiệu quả oxy hóa được nâng cao lên rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình;
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo;
Nâng cao hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống;
Tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, các tế bào vi khuẩn và virút gây bệnh
mà các hợp chất khác không thể tiêu diệt được.
Quá trình Peroxon
Quá trình oxi hóa của ozon với sự có mặt hydrogen peroxit (O3/ H2O2) được gọi là
quá trình Peroxon hoặc Perozon.
Cơ chế
Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozon và Peroxon là ở chỗ, quá trình ozon
thực hiện quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng phân tử ozon trong
nước trong khi đó quá trình Peroxon thực hiện sự oxi hóa các chất ô nhiễm chủ yếu là
gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo ra từ ozon.
8
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Sự có mặt của H2O2 được xem như làm tác động khơi màu cho sự phân hủy O3 thông
qua ion hydroperoxit HO2- .
Phương trình tổng hợp đặc trưng cho quá trình Peroxon
H2O2 + 2O3
→
2*HO + 3O2
(2.25)
Ưu điểm
Dễ thực hiện, thao tác đơn giản, ít tốn hóa chất;
Hiệu quả oxi hóa được nâng cao rất nhiều so với Ozon sử dụng một mình;
Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau;
Tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virút gây
bệnh mà clo không thể diệt nổi.
Tăng hàm lượng DO sau quá trình xử lý;
Nước thải sau xử lý không cần chỉnh pH và hàm lượng cặn thấp.
Phương pháp điện hóa học: Thực chất là phá hủy các tạp chất độc hại có trong
nước thải bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anôt hoặc dùng để phục hồi các
chất quý (đồng, chì, sắt…). Thông thường 2 nhiệm vụ phân hủy các chất độc hại
và thu hồi chất quý được giải quyết đồng thời.
2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học
Với việc công nghệ phát triển như ngày nay, ngoài việc đảm bảo phát triển về kinh tế
thì môi tường cũng là một trong những vấn đề nóng đang được quan tâm. Chính vì thế
các công nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học đang dần thay thế cho các công nghệ
truyền thống.
Với khả năng sử dụng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy các hợp chất hữu cơ,
biến các hợp chất có khả năng phân hủy thành những chất ổn định ( thức ăn của VSV)
và sản phẩm của toàn bộ quá trình là CO2, nước và các chất vô cơ khác. Trong quá trình
thực hiện công việc phân hủy các hợp chất hữu cơ, chúng nhận từ đấy các chất dinh
dưỡng để xây dựng tế bào, tăng trưởng và sinh sản nên lượng sinh khối ngày càng tăng
lên.
Các phương pháp xử lý sinh học bao gồm: xử lý hiếu khí và yếm khí trên cơ sở có
oxy hòa tan ( thiếu khí) và hoàn toàn không có oxy hòa tan ( kị khí).
Những công trình xử lý sinh hóa phân thành 2 nhóm:
- Quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên.
- Quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo.
9
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
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%.
Bể Aerotank
Bể Aerotank còn gọi là bể hiếu khí, nước thải đưa vào bể sẽ được trộn với bùn hoạt
tính tuần hoàn.
Trong nước rác có những hạt lơ lửng, các hạt lơ lửng được các tế bào vi sinh vật bám
lên và phát triển thành các bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ mạnh. Các
hạt bông cặn này sẽ dần dần lớn lên do được cung cấp oxy và hấp thụ các chất hữu cơ
làm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển.
Sau khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính. Các chất bẩn sẽ bị hấp phụ lên bề mặt
của bùn hoạt tính. Đối với những chất hữu cơ lơ lửng không tan trong nước cũng bị hấp
phụ lên bề mặt bùn hoạt tính, một phần sẽ là thức ăn cho Protozoa, giun bọ…, một phần
sẽ được vi sinh vật đồng hóa.
Để cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt động thường ta dùng thiết bị khuấy trộn bằng
khí nén hoặc cơ khí.
Xử lý nước thải theo quá trình bùn hoạt tính bao gồm rất nhiều hệ thống khác nhau
với cách thức xây dựng khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các công trình có cùng chung một
đặc điểm là: sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan hoặc
các chất hữu cơ dạng lơ lửng. Bùn hoạt tính được cung cấp thường là bùn tự hoại hoặc
bùn hoạt tính lấy từ các nhà máy nước thải đang hoạt động. Sau một thời gian thích nghi,
các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng và phát triển.
Nước thải sau khi ra khỏi bể Aerotank sẽ được chuyển qua bể lắng đợt 2.Ở đây bùn
hoạt tính đông tụ lại và lắng xuống. Phần nước còn lại chứa ít chất ô nhiễm sẽ được thải
ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, biển, cũng có thể nuôi cá để tạo cảnh quan… Phần bùn
sẽ được tuần hoàn một phần, phần bùn còn lại sẽ được đưa đi xử lý. Bùn tuần hoàn nhằm
mục đích giữ cho nồng độ bùn trong bể luôn ở mức ổn định, chỉ xả đi lượng bùn dư
tương ứng với lượng tăng sinh khối.
Một số công trình hiếu khí phổ biến xây dựng trên cơ sở xử lý sinh học bằng bùn
hoạt tính có thể áp dụng trong xử lý nước rác:
- Bể Aerotank thông thường
- Bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn
10
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
- Bể Aerotank mở rộng
Cấu trúc Aerotank phải thỏa mãn 03 điều kiện:
- Giữ được liều lượng bùn cao trong Aerotank
- Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn “bùn trẻ”
- Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của Aerotank.
Hình 1.2 Bể aerotank
Mương oxy hóa: Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn
toàn, làm việc theo chế độ làm thoáng kéo dài, hỗn hợp bùn hoạt tính lơ lửng trong
nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương.
Hình 1.3 Mương oxy hóa
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 :
11
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Phương pháp hồ 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 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 nhân 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.
1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO
1.3.1 Khái niệm
Đất ngập nước là vùng tồn tại nước và đất nơi nước là nhân tố chính kiểm soát môi
trường và hệ sinh thái – hệ đọng thực vật ở vùng đó. Đất ngập nước mang nhiều chức
năng đem lại lợi ích cho con người và môi trường sống tự nhiên.
12
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Theo điều 1.1 của Công ước Ramsar về đất ngập nước (the Ramsar Convention on
Wetland), công bố năm 1971 tại Ramsar (Iran), “đất ngập nước” được định nghĩa như
sau:
- “Đất ngập nước là vùng đất của đầm lầy, miền ngập lầy, bãi than bùn hoặc
vùng nước, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thường kì hoặc tạm thời,
nước đứng hoặc đang chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc mặn, bao gồm cả
vùng biển nơi độ sâu dưới mức thủy triều thấp không quá 6m”.
- “Đất ngập nước có thể kết hợp các vùng đất ven sông và vùng ven biển
liền kề, và các vùng đảo hoặc vùng biển có độ sâu dưới 6m so với mực
thủy triều thấp”.
Theo Liên đoàn các công đoàn kỹ sư công binh Mỹ (1987), từ “đất ngập nước có
nghĩa là các vùng đất bị ngập hoặc bão hòa bởi nước mặt và nước ngầm theo một tần số
và thời đoạn cấp thiết, và theo các tình huống thông thường mà hình thành, có sự hiện
diện của các loài thực vật tiêu biểu thích nghi với điều kiện đất bão hòa nước.
Theo TS Lê Anh Tuấn – ThS Lê Hoàng Việt thì Đất ngập nước kiến tạo 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.
Hình 1.4 Tổng quan chung cho đất ngập nước (kedlec và knight, 1996)
Đất ngập nước kiến tạo xây dựng nhằm mục đích chình là xử lý nước thải, các
mục tiêu khác như điều tiết nước lũ, bồ cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác
nguyên liệu, tạo môi trường tự nhiên cho động vật hoang dã. Các chất ô nhiễm, độc
13
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
hại, các loại nước thải khi qua đất ngập nước kiến tạo có thể bị giữ lại bởi chất nền
(đất, cát, sỏi) và cây trồng, cuối cùng nước trở nên sạch.
Ưu điểm lớn nhất của phương thức sử dụng đất ngập nước kiến tạo so với các
biện pháp xử lý nước thải khác do chúng rất hợp với điều kiện tự nhiên, đơn giản, dễ
xây dựng, dễ vận hành, ít tốn hao năng lượng, hóa chất, chi phí thấp nhưng mang lại
hiệu quả cao.
1.3.2 Phân loại các công trình đất ngập nước:
Đất ngập nước nhân tạo được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải.
ĐNNNT được phân làm làm 2 nhóm chính:
- ĐNNNT có dòng chảy bề mặt (Free Water Surface Wetland – FWS)
- ĐNNNT có dòng chảy ngầm (Subsurface Flow Wedland – SFS)
Dòng chảy thẳng ngang (horizontal flow – HF)
Dòng chảy thẳng đứng (vertical flow – VF)
Hai kiểu phân biệt cơ bản trên lại được phân chia theo nhiều kiểu khác nhau theo
chức năng xử lý của loại thực vật được trồng và đặc điểm của dòng chảy. Trong một số
trường hợp, một số hệ thống xử lý theo kiểu lai (hybrid treatment system), bằng cách
kết hợp pha của 2 hệ thống đất ngập nước cơ bản. Hình 1.5 cho chúng ta hiểu rõ hơn về
phân loại ĐNNKT.
14
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Hình 1.5 Phân loại đất ngập nước kiến tạo
1.3.2.1 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy bề mặt (FWS)
Đây là hệ thông mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên, phù hợp với
các loại cây có tốc độ phát triển với mực nước dưới 0.4 m (kadlec etal.,2000). Với
cấu tạo gồm lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển và có lớp nước trên
mặt, FWS tạo điều kiện cho các loại cây trồng mọc rễ và sinh trưởng. Chiều cao mực
nước của FWS dao động từ 0.8m. Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0.3m. Chiều
sâu lớp đất nền trong đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường từ 0.6 đến 1.0m, đáy
nền được thiết kế có độ dốc để tối thiểu hao dòng chảy trên mặt. Hình dạng của FWS
thường là kênh dài và hẹp, vận tốc chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc
là điều kiện cần thiết để tính chế độ thủy lực. Khi thiết kế một khu đất ngập nước
kiến tạo chảy mặt cần phải xem xét cách mô phỏng chế độ thủy văn trong một lưu
vực cạn, có quy mô nhỏ được xây dựng với loại đất và cây trồng thủy sinh với sự
cân bằng nước của hệ thống. Lượng nước chảy và ra khỏi đất mặt và bị tổn thất do
bốc thoát hơi và thấm bên trong khu đất ngập nước. Người ta phân biệt các dạng đất
ngập nước kiến tạo chảy mặt chủ yếu qua loại thực vật thủy sinh trồng trên đó. Mặc
dù không phải tất cả các loài thủy sinh đều phù hợp với việc xử lý nước thải nhưng
15
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
qua nhiều nghiên cứu trước đó các loài thực vật có thể đem lại hiệu quả xử lý mà
chúng ta có thể tìm những loại thực vật thân lớn phổ biến như: Sậy (Phragmites
australis), Lác hến (Scripus spp.), Năng (Eleochris spp.), và cỏ Đuôi mèo (Typha
spp.), các thực vật nổi như: bèo Lục bình (Eichhornia crassipes), bèo Tấm (Lemma
spp.), và các loại thực vật lá nổi trên mặt nước, rễ đáy như: cây Súng trắng
(Nymphaea spp.), Sen (Nelumbo spp.), và Súng vàng (Nuphar spp.); thực vật mọc
nổi lan trên mặt nước thành những vật thảm như: như cây Sậy (Phragmites australis),
cỏ Nến (Scripus spp.); và các loài thực vật sống ngập chìm trong nước như các loại
Thủy thảo. Trong tương lai với việc phát triển mô hình CW hi vong sẽ tìm thêm được
nhiều loài thủy sinh trên cạn và dưới nước để phục vụ cho các công trình nghiên cứu.
16
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Hình 1.6 Các kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt
1.3.2.1 Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm
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. Đá, sỏi và cát là những vật liệu được sử dụng
trong mô hình bãi lọc nhằm duy trì dòng chảy ngầm., các hệ thống sử dụng đất thường
gặp sự cố chảy tràn trên bề mặt, mặt dù dùng sỏi không gặp hiện tượng trên do độ rỗng
giữ cật liệu nhưng là gặp phải hiện tượng tắt dòng.
Hệ thống chảy ngầm được phân loại theo tính chất dòng chảy: hệ thống chảy ngang và
hệ thống chảy đứng. Là hệ thống được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp xúc với không
khí, đất ngập nước chảy ngầm mực nước được giữ cố định thấp hơn so với bề mặt vật
liệu. Đối với hệ thống chảy ngầm dòng chảy ngang lớp vật liệu luôn được giữ trong
trạng thái bão hòa nước; đối với dòng chảy đứng, lớp vật liệu không ở trạng thái bão
hòa vì nước được cấp nước liên tục mà theo các khoảng thời gian nhất định và được
thấm qua lớp vật liệu. Việc lựa chọn chảy đứng hay ngang phụ thuộc vào từng loại địa
hình, đặc điểm nước thải và lượng thải.
Nguyên tắc vận hành chung là nước thải sẽ chảy từ phía các độ cao lớn của khu đất
ngập nước đi qua lòng dẫn với lớp đất nền và các cây trồng thủy sinh. Nước thải sẽ được
xử lý qua quá trình hóa lý và hóa sinh phức tạp gồm thấm rút, hấp thụ, bốc hơi và thoái
biến do vi sinh. Cuối cùng nước thải đã xử lý sẽ được dẫn qua các lớp sạn, sỏi, đá hộc
để thoát ra ngoài. Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm còn có nhiều tên gọi khác nhau,
tùy theo tác giả: bãi lọc ngầm có cây trồng, phương pháp vùng rễ, hệ thống lọc kết hợp
giữa cây trồng và cát đá
17
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
ĐNNNT chảy theo phương ngang (Horizontal subsurface flow system – H-SFS)
Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm
qua vùng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang. Trong suốt thời gian này,
nước thải sẽ tiếp xúc với các vùng hiếu khí, yếm khí. Các vùng hiếu khí ở xung quanh
rễ do cây quang hợp và vận chuyển oxy vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua vùng
rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật. Loại thực vật sử dụng
phổ biến trong các hệ thống H-SFS là lau sậy.
Hình 1.7 Sở đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang.
ĐNNNT chảy theo phương đứng (Vertical subsurface flow system – V-SFS)
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 V-SFS thường được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý sơ bộ
như bể lắng, bể tự hoại,… Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một
giai đoạn của xử lý sinh học.
18
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
Hình 1.8 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng.
Dù là chảy ngầm hay mặt thì ĐNNNT vừa có chức năng loại bỏ các chất hữu cơ bằng
việc tiếp xúc với các lớp vật liệu lọc và hệ vi sinh trên vùng rễ của đất ngập nước,
đồng thời lọc và làm sạch nước thải.
Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp DNNNT
Phương pháp
xử lý
Ưu điểm
Nhược điểm
Hiệu quả xử
lý (%) (*)
- Chi phí đầu tư và vận
- Không có sự tham gia
hành thấp hơn các
của các lớp vật liệu lọc
phương pháp xử lý thông
nên hiệu quả xử lý kém
thường.
hơn 02 phương pháp
DNNNT dòng - Tạo cảnh quan, không
H-SFS & V-SFS.
chảy bề mặt
gian xanh và góp phần
- Nhu cầu diện tích đất
(FWS)
làm đa dạng hệ sinh thái.
sử dụng lớn hơn.
- Đồng thời góp phần tạo ra
- Dễ phát sinh mùi hôi
sự điều hòa nhiệt độ khu
và ruồi nhặn.
vực cao.
-
BOD5: 11-63
TN: 21-76
NH3: 15-82
TSS: 36-67
Ecoli:90-99,9
DNNNT dòng - Chi phí đầu tư và vận - Nhu cầu diện tích đất
sử dụng lớn.
chảy
ngầm
hành thấp.
theo
chiều - Hiệu quả xử lý tương đối - Điều kiện thoáng khí
không tốt bằng phương
ngang
(Hcao.
pháp V-SFS. Vì vậy
SFS)
-
BOD5: 73-99
TN: 23-67
NH3: 18-76
TSS: 59-96
Ecoli:94-99,9
19
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây
cỏ nến (Typha orientalis)
DNNNT dòng
chảy
ngầm
theo
chiều
đứng (V-SFS)
- Quá trình khử nitrat diễn quá trình nitrat hóa
ra mạnh mẽ nhờ vào điều diễn ra chậm.
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.
- Chi phí đầu tư và vận
hành thấp.
- Nhu cầu diện tích đất
- Hiệu quả xử lý cao.
sử dụng tương đối lớn
- Điều kiện thoáng khí
(ít hơn phương pháp
trong lớp vật liệu lọc tốt H-SFS).
hơn giúp nâng cao hiệu - Đối với nước thải có suất các quá trình xử lý nồng độ chất lơ lững sinh học.
và tải lượng chất hữu - Không sản sinh mùi hôi
cơ cao thì lâu ngày có và côn trùng.
thể làm tắt nghẽn lớp
- Hệ thống làm việc ổn vật liệu lọc trên cùng.
định, dao động chất lượng
nước đầu ra không lớn.
BOD5: 52-95
TN: NH3: 78-99
TSS: 48-98
Ecoli:96-99,9
Qua bảng so sánh trên ta có thể thấy đất ngập nước kiến tạo chảy kiểu ngầm có ưu
thế hơn đất ngập nước nhân tạo chảy mặt. Nhờ các lớp vật liệu xốp như cát, sỏi mà có
thể giảm mùi hôi, sự phơi bày màu đen của nước thải, sự phát triển của tảo và các mầm
bệnh của nước tù. Diện tích của khu đất ngập nước nhân tạo chảy ngầm nhỏ hơn đất
ngập nước nhân tạo kiểu chảy tự do nếu so sánh cùng một tải lượng nước thải. Từ những
ưu điểm trên và quan trong hơn là tính mới mẻ trong nghiên cứu ở Việt Nam thì đất
ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm theo phương ngang là đối tượng được lựa chọn
đề thực hiện nghiên cứu.
1.3.3 Ưu và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải:
Ưu điểm:
Ngày nay, có nhiều nước trên thế giới áp dụng những loài thực vật thủy sinh vào việc
xử lý nước thải và nước ô nhiễm. Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng ổn định. Những kết
quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước cho thấy những ưu điểm cơ bản sau:
20
SVTH: Lê Nguyễn Huỳnh Như
GVHD: ThS. Bùi Phương Linh
