Xử lý nước thải sinh hoạt ở khu vực nông thôn bằng hệ thống kết hợp bể lọc kị khí và đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật là cây hoa nhài
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (908 KB, 94 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRÙỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
VŨ THỊ BÍCH HUYỀN
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở KHU VỰC NÔNG THÔN
BẰNG HỆ THỐNG KẾT HỢP BỂ LỌC KỊ KHÍ VÀ ĐẤT NGẬP
NƯỚC KIÉN TẠO SỬ DỤNG THỰC VẬT LÀ
CÂY HOA NHÀI
PERFORMANCE OF A COMBINATION SYSTEM OF AN
ANAEROBIC FILTER AND CONSTRUCTED ETLANDS
PLANTED WITH JASMINUM SAMBAC AIT FOR DOMESTIC
WASTEWATER TREAMENT IN RURAL AREAS
Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Ma ngành: 60520320
LUẬN VẲN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRỦỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
VŨ THỊ BÍCH HUYỀN
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO HỘ/CỤM DÂN
CƯ BẰNG HỆ THỐNG KẾT HỢP BỂ LỌC KỴ KHÍ &
ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO SỬ DỤNG
THỰC VẬT LÀ CÂY HOA NHÀI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
XÁC NHẬN CỦA GVHD
PGS.TS ĐẶNG VIẾT HÙNG
TP.HCM, Tháng 07 năm 2019
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đặng Viết Hùng
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Mai Tuấn Anh
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Lê Thị Kim Oanh
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
Ngày 05 tháng 07 năm 2019.
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Nguyễn Tấn Phong
2. PGS. TS. Mai Tuấn Anh
3. PGS. TS. Lê Thị Kim Oanh
4. PGS. TS. Đặng Vũ Bích Hạnh
5. TS. Nguyễn Nhật Huy
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận
văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
PGS. TS. Nguyễn Tấn Phong
PGS.TS. Võ Lê Phú
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VŨ THỊ BÍCH HUYỀN
MSHV: 1570451
Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1981
Nơi sinh: Lâm Đồng
Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 60520320
I. TÊN ĐỀ TÀI: XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở KHU VỰC NÔNG THÔN BẰNG HỆ
THỐNG KẾT HỢP BỂ LỌC KỊ KHÍ VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO SỬ DỤNG THỰC
VẬT LÀ CÂY HOA NHÀI
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ/cụm dân cư bằng hệ thống
kết hợp bể lọc kị khí và đất ngập nước kiến tạo bằng cây hoa nhài.
- Mục tiêu chính của đề tài là kết hợp và đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống kết hợp, sao cho
đảm bảo chi phí đầu tư thấp, thu gọn hệ thống, vận hành đơn giản, đặc biệt là tăng hiệu suất xử lý
chất hữu cơ (nhờ bể lọc kị khí là chính), loại bỏ chất dinh dưỡng và vi sinh vật gây bệnh (N, p, T
Ecoli nhờ đất ngập nước), chịu sốc tải.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/8/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019
V.
CÁN BỘ HUỚNG DẪN: PGS.TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
Tp. HCM, ngày .... tháng.. . . năm 20....
CÁN BỘ HUỚNG DẪN
PGS.TS. Đặng Viết Hùng
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
PGS.TS. Đặng Vũ Bích Hạnh
TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
PGS.TS. Võ Lê Phú
LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới quý Thầy, Cô trong Khoa Môi trường và
Tài nguyên - Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức quý
báu và tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp tôi trong thời gian học tập tại trường.
Đe hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc tới PGS. TS. Đặng Viết Hùng đã giúp đỡ và chỉ bảo tận tình tôi trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Khoa Môi trường - Tài nguyên và Biến đổi khí hậu - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã tạo điều kiện hỗ trợ cho tôi trong quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn
thành khóa học và bài luận văn này.
Trân trọng cảm ơn!
TP.HCM, ngày... tháng... năm 2019
Học viên
Vũ Thị Bích Huyền
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Xử lý nước thải sinh hoạt từ các nhà tiêu hợp vệ sinh một cách triệt để theo Chương
trình mục tiêu quốc gia Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn là cần thiết. Hệ thống
kết hợp bể kị khí với đất ngập nước kiến có các ưu điểm như tiêu thụ năng lượng thấp, vận
hành đơn giản, không cần phải xử lất ô nhiễm thứ cấp (bùn). Hệ thống đất ngập nước bằng ô
hình kỵ khí đất ngập nước đã được nghiên để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt cục
bộ cho hộ/cụm dân cư ở khu vực nông thôn. Mô hình nghiên cứu bao gồm một bể lọc kị khí
và mô hình đất ngập nước dòng chảy ngầm. Bể lọc kị khí có thể tích hữu ích 1 m3, có sử dụng
giá thể là những khúc ống ruột gà bằng nhựa PVC có đường kính 020 mm, chiều dài 10 mm.
Mô hình ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm kích thước là 1,50m X 3,00m, bề mặt có trồng cây
hoa nhài (Jasminum Sambac).
Lưu lượng khảo sát trung bình là 0,6 m3/ngày (tương đương hộ dân cư có 4 người) với
thời gian lưu nước là 1,67 ngày đối với bể lọc kị khí và tải trọng thủy lực là 0,067 m3/m2/ngày
cũng như tải trọng hữu cơ là 146,7 kgBODs/ha/ngày đối với các khu đất ngập nước kiến tạo.
Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD, NHị+-N, TSS, PO43'-P của cả hệ thống trong
suốt thời gian 12 tháng đạt giá trị trung bình lần lượt là 84,62%, 85,73%, 93,36%. Nước thải
đầu ra có các giá trị pH, TSS, COD, NƠ3'_N nằm trong giới hạn cột A QCVN
14:2008/BTNMT. Trong khi đó, giá trị của thông số NH4+_N, PC>43'_P nằm trong giới hạn
cột B của QCVN 14:2008/BTNMT.
ABSTRACT
Domestic wastewater treatment for hygienic latrines in Rural Water Supply and
Sanitation Vietnam National Target Program is necessary. The combination system of
anaerobic filter and constructed wetlands with the advantages of simple operation and
maintenance, low energy consumption, low excess sludge generation was applied to assess
treatment efficiencies in order to determine design norms and investment costs of local
domestic wastewater treatment plant for rural households. The experimental model
included one anaerobic filter with the working volume of 1 m3 containing PVC media (20
mm in diameter, 10 mm in length and 210 m2/m3 in specific surface area) and two
horizontal flow constructed wetlands (subsurface and surface) connected in series.
Dimentions of the constructed wetlands were 1.5 m X 3.0 m each, having a surface area
of 9.0 m2, planted with reeds (Jasminum Sambac).
Domestic wastewater was fed with an average flow rate of 0.6 m3/day (equivalent to
one household of 4 people). The hydraulic retention time of the anaerobic filter was 1.67
days. The hydraulic loading and organic loading of both constructed wetlands were 0.067
m3/m2/day and 146.7 kgBODs/ha/day respectively.
The results showed that removal efficiencies of COD, NIĨ4+-N, TSS, PŨ43'-P of the
whole system during the operating time for up to 12 months reached the average values of
84,62%, 85,73% and 93,36%., respectively. The output values for pH, TSS, COD, NO3'_N
were within the limits of QCVN 14:2008/BTNMT, column A while the output values for
NH4+_N, PO43‘_P were within the limits of QCVN 14:2008/BTNMT, column B.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là do tôi thực hiện. Các số liệu thu thập và kết
quả phân tích trong bài báo cáo là trung thực, không sao chép từ bất cứ đề tài nghiên cứu
khoa học nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong luận
văn này.
TP.HCM, ngày... tháng... năm 2019
Học viên
Vũ Thị Bích Huyền
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... iv
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1
Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
1.2
Mục đích nghiên cứu...................................................................................... 2
1.3
Phạm vi nghiên cứu........................................................................................ 2
1.4
Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.5
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3
1.6
Ý nghĩa đề tài ................................................................................................. 3
1.6.1 Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................... 3
1.6.2 Ý nghĩa khoa học .....................................................................................3
1.6.3 Tính mới của đề tài ................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .......................................................................................5
2.1
Tổng quan về nước thải sinh hoạt .................................................................. 5
2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc nước thải sinh hoạt ........................................... 5
2.1.2 Thành phần, đặc tính nước thải sinh hoạt ................................................. 5
2.1.3 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt ...........................................................7
2.1.4 Các phưomg pháp xử lý nước thải sinh hoạt ............................................ 7
2.2
Quá trình lọc kị khí - giá thể .........................................................................10
2.2
Tổng quan về công trình đất ngập nước .......................................................11
2.3.1 Định nghĩa về đất ngập nước ...................................................................11
2.3.2 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo ..........................................................11
2.3.3 Phân loại ĐNN kiến tạo .......................................................................... 11
2.3.4 So sánh đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm.... 12
2.3.5 Cơ chế các quá trình xử lý ...................................................................... 15
2.4
Thực vật trong CWs .................................................................................... 21
Tình hình nghiên cứu, áp dụng đất ngập nước trong xử lý nước thải .........23
2.5
2.5.1 Trên thế giới............................................................................................ 23
2.5.2 Ở Việt Nam ............................................................................................. 30
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 36
Sơ đồ nghiên cứu......................................................................................... 36
3.1
3.2
Vật liệu nghiên cứu...................................................................................... 36
Mô hình nghiên cứu .................................................................................... 37
3.3
3.3.1 Cấu tạo bể lọc kị khí ............................................................................... 38
3.3.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo .............................................................39
3.3.3 Cây hoa Nhài ..........................................................................................39
3.3.4 Lấy mẫu và phân tích mẫu ...................................................................... 39
3.4
Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 40
3.4.1 Phương pháp phân tích thực nghiệm ....................................................... 40
3.4.2 Phương pháp tổng quan tài liệu .............................................................. 40
3.4.3 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu................................................... 40
3.4.4 Thực nghiệm mô hình ............................................................................. 41
3.4.5 Đối chiếu, so sánh ................................................................................... 41
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 42
4.1
Nhiệt độ ....................................................................................................... 42
4.2
Giá trị pH ..................................................................................................... 42
4.3
Hiệu quả xử lý COD .................................................................................... 43
4.4
Hiệu quả xử lý TSS ..................................................................................... 45
4.5
Hiệu quả xử lý Ammonia và Nitrat ............................................................. 48
4.6
Hiệu quả xử lý Photphat .............................................................................. 50
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 53
5.1
Kết luận ....................................................................................................... 53
5.2
Kiến nghị ..................................................................................................... 54
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 58
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................ 66
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng có trong nước thải sinh hoạt...............6
Bảng 2.2. So sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kiểu CWs....................................14
Bảng 2.3. Tóm tắt hiệu quả loại bỏ BODs và ss trong hệ CWs ................................. 17
Bảng 2.4.Các thông số thiết kế mô hình đất ngập nước ............................................. 26
Bảng 2.5. Hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của các loại mô hình đất ngập nước .............27
Bảng 3.1. Đặc tính mẫu nước thải tại KTX khu B ......................................................37
Bảng 3.2. Các phương pháp phân tích trong nghiên cứu ............................................40
i
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Nước thải sinh hoạt ..................................................................................... 5
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng ĐNN ................................ 8
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 2 ............................................... 9
Hình 2.4. Phân loại các kiểu đất ngập nước kiến tạo (Lê Anh Tuấn, 2009) .............. 12
Hình 2.5. Hệ thống CWs kết hợp dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm ....................... 13
Hình 2.6. Hệ thống kết hợp CWs dòng chảy ngầm theo phương ngang (trước) và theo
phương đứng (sau) ............................................................................................................... 14
Hình 2.7. Hệ thống kết hợp CWs dòng chảy ngầm theo phương đứng (trước) và theo
phương ngang (sau) ............................................................................................................. 14
Hình 2.8. Tóm tắt các cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong đất ngập nước kiến tạo.... 15
Hình 2.9 Chu trình Nitơ .............................................................................................. 18
Hình 2.10. Cơ chế loại bỏ nitơ trong vùng đất ngập nước ......................................... 19
Hình 2.11. Cơ chế loại bỏ photpho trong vùng đất ngập nước ................................... 20
Hình 2.12. Mô hình CWs thử nghiệm xử lý nước thải ao nuôi cá basa ..................... 32
Hình 2.13 Mô hình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải ao nuôi cá tra ................ 32
Hình 3.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm................................................................... 36
Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống kết hợp bể lọc kỵ khí
& CWs tạo bằng cây hoa nhài ............................................................................................. 38
Hình 3.3. Mẩu ruột gà nhựa PVC ............................................................................... 38
Hình 4.1. Diễn biến nhiệt độ xung quanh theo thời gian vận hành ............................ 42
Hình 4.2. Giá trị pH theo thời gian của hệ thống theo thời gian vận hành ................. 43
Hình 4.3. Giá trị COD thay đổi tại các bể .................................................................. 44
Hình 4.4. Sự thay đổi COD ở các tải trọng hữu cơ theo thời gian ............................. 44
Hình 4.5. Sự thay đổi TSS ở các tải trọng .................................................................. 45
Hình 4.6. Hiệu quả xử lý TSS của hệ thống theo thời gian vận hành ........................ 46
Hình 4.7. Nồng độ Ammonia của hệ thống theo thời gian vận hành ......................... 48
Hình 4.8. Nồng độ Ammonia trung bình của hệ thống theo các tải khác nhau .......... 48
Hình 4.9. Nồng độ Nitrat của hệ thống theo thời gian vận hành ................................ 49
Hình 4.10. Nồng độ Nitrat trung bình của hệ thống theo các tải khác nhau .............. 49
Hình 4.11. Nồng độ Photphat của hệ thống theo thời gian vận hành ........................ 51
2
Hình 4.12. Nồng độ Photphat trung bình của hệ thống ở các tải trọng ..................... 51
3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
VIẾT ĐẦY ĐỦ
Ý NGHĨA
BOD
Biological oxygen demand
Nhu cầu oxy sinh học
COD
Chemical oxygen demand
Nhu cầu oxy hóa học
ĐNN
Đất ngập nước
SMEWW
Standard Methods for the
Examination of Water and
Wastewater
Tp. HCM
Thành phố Hồ Chí Minh
Bộ phương pháp chuẩn phân tích
nước và nước thải
Constructed wetland
Đất ngập nước kiến tạo
VF
Vertical subsurface flow
Dòng chảy ngầm theo phương
đứng
HSF
Horizontal Subsurface Flow
Dòng chảy ngầm theo phương
ngang
FWS
Free Water Surface
Dòng chảy bề mặt tự do
QCVN
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
KTX
Ký túc xá
vsv
Vi sinh vật
CWs
Costruction Wetlands
cw
Đất ngập nước kiến tạo
4
CHƯƠNG 1.
1.1
MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Ô nhiễm nước mặt ngày càng tăng và mức độ ngày càng trầm trọng phần lớn là do nước
thải sinh hoạt (khoảng 600 nghìn m3/ngày) và nước thải công nghiệp (khoảng 240 nghìn
m3/ngày) không được xử lý, xả trực tiếp vào ao, hồ, sông, suối sau đó chảy ra các con sông
lớn. Bên cạnh đó, ở khu vực nông thôn nước thải chưa được thu gom và xử lý hợp vệ sinh.
Nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp ra ao, hồ, sông, suối... Do vậy, ô nhiễm môi trường
do nước thải do nước thải sinh hoạt đang là một vấn đề gây bức xúc cho toàn xã hội, ảnh
hưởng đến môi trường sống và sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Đất ngập nước là hệ thống tương đối đơn giản để xây dựng và vận hành tại khu vực
nông thôn. Ở Việt Nam, CWs được báo cáo là rất phù hợp để xử lý nước thải sinh hoạt, thủy
sản, ... Ưu điểm của đất ngập nước là sử dụng các quy trình tự nhiên, tính ổn định cao và chi
phí thấp, phù hợp cho khu vực có diện tích đất nhất là vùng nông thôn.
Các loài cây được ứng dụng và nghiên cứu nhiều như: sậy, cỏ nến, ventiver,... được sử
dụng trong các cw. Tuy nhiên, gần đây, và đặc biệt là ở vùng nhiệt đới, tập trung nghiên cứu
và phát triển các loài cây có tính thẩm mỹ và giá trị bằng cách sử dụng hoa kiểng như chuối
hoa, phát lộc, hoa súng, hoa loa kèn và các loại cây khác.
Hiện nay, việc nghiên cứu và tìm ra phương pháp xử lí nước thải sinh hoạt phù hợp, dễ
thực hiện, giá thành thấp và tận dụng những nguyên liệu có sẵn của địa phương đang được
quan tâm. Các mô hình đất ngập nước kiến tạo (CW) lai hợp ra đời, với mong muốn nâng cao
hiệu quả xử lý, phát huy ưu điểm và hạn chế của các hệ thống đất ngập nước riêng lẻ, nhằm
tối ưu hóa hiệu quả xử lý nước thải. Cùng với việc sử dụng các loại thực có giá trị, phù hợp
với từng địa phương đang là xu hướng mới.
Đề tài “Xử lý nước thải sinh hoạt ở khu vực nông thôn bằng hệ thống kết hợp bể lọc kị
khí và đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật là cây hoa nhài” được thực hiện nhằm nghiên
cứu và đánh giá hiệu quả xử nước thải sinh hoạt tại hộ/cụm dân cư bằng mô hình đất ngập
nước, giảm thiểu tối đa lượng nước thải chưa được xử lý thải ra môi trường.
1.2
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ/cụm dân cư tại bằng
hệ thống kết hợp bể lọc kị khí & đất ngập nước kiến tạo bằng cây hoa nhài (tên khoa học là
1
Jasminum Sambac), ở 3 mức tải trọng đầu vào khác nhau lần lượt là 50 kgCOD/hecta/ngày,
100 kgCOD/hecta/ngày và 150 kgCOD/hecta/ngày. Nước thải đầu ra được đánh giá theo
QCVN 14:2008/BTNMT.
1.3
Phạm vỉ nghiên cứu
Noi đặt mô hình là tại Phòng thí nghiệm môi trường, khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực
Phẩm, trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật.
Noi thí nghiệm phân tích mẫu là tại Phòng thí nghiệm môi trường, Khoa Công Nghệ
Hóa Học Và Thực Phẩm, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.
Mô hình vận hành với 3 mức tải trọng COD: 100 kgCOD/hecta/ngày; 150 kg
COD/hecta/ngày; 200kg COD/hecta/ngày.
Kiểm tra các thông số đầu và đầu ra: nhiệt độ, pH, TSS, COD, NHị+_N, NŨ3'_N và
PO43-_P.
1.4
Nội dung nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu gồm có các nội dung sau:
Nội dung 1: Tổng quan về xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể lọc kị khí và mô hình
đất ngập nước kiến tạo
— Nguồn gốc, tính chất nước thải sinh hoạt và các công nghệ XLNT sinh hoạt điển hình.
— Nguyên lý hoạt động và cơ chế xử lý của đất ngập nước và bể kị khí.
— Giới thiệu một vài thực vật nước đã và đang được áp dụng trong Đất ngập nước kiến
tạo.
— Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan.
Nội dung 2: Vận hành mô hình vói nước thải sinh hoạt ở các tải trọng từ 100
kgCOD/hecta/ngày , 150 kgCOD/hecta/ngày và 200 kgCOD/hecta/ngày
— Mô hình chạy thích nghi các mức tải trọng hữu cơ thấp.
— Mô hình sẽ được chạy chính thức với tải trọng COD tăng dần
-
Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, NH4+_N, NŨ3'_N và PO43'_P.
Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu trong nước thải sinh hoạt sau xử
lý theo QCVN 14:2008/BTNMT
-
Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu và thể hiện kết quả bằng các đồ thị.
-
Phân tích và nhận xét về hiệu quả xử lý các chỉ tiêu của mô hình.
2
tạo.
Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây hoa nhài trong môi trường đất ngập nước kiến
1.5
Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu
Nước thải sinh hoạt được lấy tại KTX khu B, đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
Hệ thống kết hợp bể lọc kị khí và đất ngập nước kiến tạo bằng cây hoa nhài được chế
tạo bằng vật liệu composit ở quy mô phòng thí nghiệm. Hệ thống bao gồm 1 bể kỵ khí, 1 bể
đất ngập nước dòng chảy ngầm.
1.6
Ý nghĩa đề tài
1.6.1 Ý nghĩa thực tiễn
Đưa ra một công nghệ xử lý nước thải quy mô nhỏ, vận hành đơn giản và hiệu quả cao
cho hộ gia đình/ cụm dân cư, đặc biệt là ở vùng nông thôn Việt Nam. Góp phần giảm thiểu ô
nhiễm nguồn nước mặt do nước thải sinh hoạt.
1.6.2 Ý nghĩa khoa học
Kết quả của đề tài sẽ đóng góp cho khoa học thêm cơ sở lý thuyết và các thông số vận
hành công nghệ xử lý kết hợp bể lọc kị khí và ĐNN kiến tạo dòng chảy ngầm, cũng như đóng
góp thêm một lựa chọn công nghệ mới hiệu quả và tiết kiệm trong xử lý nước thải sinh hoạt.
1.6.3 Tính mói của đề tài
Việc ứng dụng công nghệ mới kết hợp bể lọc kị khí với đất ngập nước sử dụng cây hoa
nhài vào trong xử lý nước thải sinh hoạt là bước đi tắt đón đầu, góp phần giải quyết được các
vấn đề môi trường phát sinh sau này khi trong tương lai các quy chuẩn về xử lý môi trường
sẽ ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng
công nghệ kết hợp bể lọc kị khí với đất ngập nước đã từng được thực hiện nhiều nhưng sử
dụng cây hoa nhài để xử lý nước thải sinh hoạt thì chưa từng được thực hiện trước đây. Do
đó, có thể nói đề tài sử dụng công nghệ xử lý bể lọc kị khí kết hợp đất ngập nước dòng chảy
ngầm sử dụng cây hoa nhài để xử lý nước thải sinh hoạt là đề tài nghiên cứu khoa học hoàn
toàn mới và có tính ứng dụng thực tiễn cao.
3
CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN
Tổng quan về nước thải sinh hoạt
2.1
2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của
cộng đồng: tắm, rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân, .. .và thường được thải ra từ các căn hộ, cơ
quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác.
Hình 2.1. Nước thải sinh hoạt
Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp
nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân
cư phụ thuộc vào khả năng cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có.
Các trưng tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và
nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính theo đầu người cũng có sự khác biệt giữa
thành thị và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trưng tâm đô thị thường được thoát bằng hệ
thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn, do không có
hệ thống thoát nước, nên nước thải thường được thoát nước tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát
nước bằng biện pháp tự thấm.
2.1.2 Thành phần, đặc tính nước thải sinh hoạt
Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
-
Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.
- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể
4
cả làm vệ sinh sàn nhà.
Đặc tính nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn
có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh. Chất hữu cơ chứa trong nước thải
sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40% - 50%); hydratcacbon (40% - 50%) gồm
tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5% - 10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải
sinh hoạt dao động trong khoảng 150 - 450mg/L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20 - 40%
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém,
nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với môi trường nước (sông, hồ, kênh, rạch,...).
Mức độ gây ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: tải trọng
chất bẩn và định mức sử dụng nước (hay lưu lượng nước thải) tính trên đầu người.Nồng độ
các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt được giới thiệu ở bảng 2.1.
Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng có trong nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu
Độ kiềm
BOD5
Chloride
COD
Nồng độ
Nhỏ nhất Trung bình
Đơn vị
mgCaCƠ3/L
50
mgƠ2/L
100
Lớn nhất
100
200
200
300
100
mg/L
30
50
mgƠ2/L
250
500
1000
200
350
10
20
500
1000
Chất rắn lơ lửng (SS)
mg/L
100
Chất rắn có thể lắng
mg/L
5
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
mg/L
200
Tổng nitơ kjendahl
Tổng cacbon hữu cơ (TOC)
mgN/L
mg/L
20
75
40
150
80
300
mg/L
5
10
20
Tổng phốt pho
(Nguồn: Davis. Cornwell, “Entroduction to Environmental Engineering”,1998).
2.1.3 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt
- Nước thải sinh hoạt không được xử lý sẽ gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, con người,
các loài thủy sinh, ... Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt chủ yếu do các thành phần trong nước
thải sinh hoạt gây ra.
- BOD, COD: Sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu
5
hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. Nếu ô
nhiễm quá mức (nồng độ BOD, COD quá cao) điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá
trình phân hủy yếm khí sẽ sinh ra một số sản phẩm như: H2S, NH3, CH4, .... làm cho nước có
mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước.
- SS: Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
- Vi trùng gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc,
vàng da, ...
- N, P: Đây là các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nồng độ N, p trong nước quá cao có
thể gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa.
- Màu: Gây mất mỹ quan.
- Dầu mỡ: Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy vào nước.
- Nước thải sinh hoạt có chứa một lượng lớn các chất hữu cơ, dầu mỡ, chất dinh dưỡng
(N, P) và các vi sinh vật. Nước thải sinh hoạt thải ra sông, suối, ao, hồ,.. ..dẫn đến gây ô nhiễm
nguồn nước ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật nước, sức khỏe con người, ảnh
hường tới hoạt động sản xuất kinh doanh, nuôi trồng thủy sản,.. .Đây cũng là nguyên nhân gây
ra nhiều bệnh ở người như tiêu chảy, kiết lỵ, thương hàn, ung thư,.. .Do vậy, cần phải có
phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt thích hợp để loại bỏ các chất ô nhiêm có trong nước
thải tránh gây hại cho môi trường, con người và sinh vật nước.
2.1.4 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
Mộ số quy trình xử lý nước thải sinh hoạt đã được áp dụng được thể hiện như sau.
6
Nước thải sinh hoạt
Nguồn tiếp nhận
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng ĐNN
Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải sinh hoạt được đi qua hầm tự hoại, tại đây
phần lớn chất ô nhiễm bị loại bỏ. Sau đó nước thải được đi qua đất ngập nước. Cuối cùng
nước thải được đưa ra nguồn tiếp nhận sau được châm thêm Clrorin để khử trùng nước sau
xử lý.
7
Nước thải sinh hoạt
Hình 2.3. Sư đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 2
Nước thải sinh hoạt được đi qua song chắn rác nhằm loại bỏ các chất rắn như bùn đất,
thức ăn thừa. Sau đó nước thải đi qua bể lắng cát và bể điều hòa. Tại bể điều hòa, máy khuấy
trộn chìm sẽ hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng
cặn ở bể sinh ra mùi khó chịu. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước
thải đầu vào trạm xử lý. Nước thải tiếp tục được đi qua bể hiếu khí, tại đây nước thải được
phân hủy hiếu khí các hợp chất hữu cơ còn lại trong nước thải, để duy trì lượng oxy cho vi
sinh vật sử dụng tại bể có lắp đặt hệ thống thổi khí. Khi đi qua bể thiếu khí, tại đây diễn ra
quá trình chuyển hóa nitrat và photpho, giúp cho quá trình loại bỏ Ammonia và Photpho hiệu
quả hơn. Nước sau đó đi qua bể lắng để lắng 9
bùn. Bùn sau khi lắng được chuyển qua sân phơi để phoi khô. Nước sau khi lắng bùn được
đưa qua bể khử trùng bằng clorine và chuyển ra môi trường.
Để xử lý nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng, dường như cần phải sử
dụng kết hợp các phương pháp xử lý nước thải lại với nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào lưu
lượng nước thải, nồng độ chất ô nhiễm, diện tích xây dựng, chi phí đầu tư,... mà người ta đưa
ra sơ đồ công nghệ phù hợp để xử lý nước thải đạt yêu cầu. Trên thực tế, có một số công trình
(units) mà trong đó có sự kết hợp giữa các phương pháp xử lý khác nhau và Đất ngập nước
kiến tạo là một trong số đó. Hệ thống đất ngập nước kiến tạo là sự kết hợp giữa phương pháp
cơ học (lắng, lọc,....), trao đổi ion và phương pháp sinh học (gồm cả sinh học hiếu khí lẫn kỵ
khí). Ngoài ra, còn có quá trình hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật, giúp cho hiệu quả của
công trình cao hơn.
2.2
Quá trình lọc kị khí - giá thể
Kị khí là quá trình phân hủy các chất có khả năng phân hủy sinh học, thành Metan và
CO2, trong đó không có oxy và nitrat hóa.
Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm bằng quá trình kị khí được mô tả như sau:
Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2S + H2 + NH3+ + tế bào vi sinh
Qúa trình xử lý kị khí gồm 4 giai đoạn sau:
Thủy phân: Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ phức tạp
(dạng polime) thành các phức chất đơn giản hoặc các chất hòa tan như amino axit, axit báo,...
kết quả của sự bẻ gãy mạch cacbon .
Axit hóa: Ỏ giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất
đơn giản như axit báo dễ bay hơi, methanol, CO2, H2, NH3,... Sự hình thành các axit có thể
làm pH giảm xuống khoảng 4.
Acetic hóa: Vi khuẩn aceticc chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn axit hóa thành
acetate, H2, CO2 và sinh khối.
Metan hóa: là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí. Axit acetic, H2,
CO2, axit formic và methanol chuyển hóa thành metan, CO2 và sinh khối.
ưu điểm của quá trình xử lý kị khí là lượng bùn sinh ra thấp, chi phí cho việc xử lý bùn
thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí.
10
Tổng quan về công trình đất ngập nước
2.2
2.3.1 Định nghĩa về đất ngập nước
Hiện nay có khoảng hơn 50 định nghĩa về đất ngập nước được sử dụng (Dugan, năm
199Ơ). Hiện nay, định nghĩa theo công ước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng
nhất.
Theo điều 1.1 của công ước Ramsar về đất ngập nước công bố năm 1971 đã định nghĩa
từ đất ngập nước như sau: “Đất ngập nước là vùng đất của đầm lầy, miền ngập lụt, bãi than
bùn hoặc vùng nước, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thường kỳ 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 nước triều
thấp”.
2.3.2 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo
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.
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 do chúng rất 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 nó cần
một khu đất tương đối rộng.
2.3.3 Phân loại ĐNN kiến tạo
Hai kiểu hệ thống xử lý nước bằng đất ngập nước kiến tạo cơ bản, đó là hệ thống đất
ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt tự do (Constructed Free surface Flow Wetlands - CFFW)
và hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm (Constructed Subsurface Flow Wetlands
- CSFW).
Hai kiểu phân biệt cơ bản này lại được phân chia theo nhiều kiểu khác nhau theo chức
năng xử lý của loại thực vật được trồng và đặc điểm dòng chảy. Trong một số trường hợp,
một hệ thống xử lý kiểu laỉ (hybrid treatment system), bằng cách kết hợp pha cả hai hệ thống
đất ngập nước cơ bản trên, Hình 2.3 mô tả sự phân loại này.
11
