Nghiên cứu xử lý hồ hà nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp trồng cây nổi kết hợp cải tạo cảnh quan công nghệ AO MBR và hệ sinh thái

..

Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------

Lê Ngọc Tiến

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ HỒ HÀ NỘI BẰNG HỆ THỐNG GIẢI PHÁP
TỔ HỢP (TRỒNG CÂY NỔI KẾT HỢP CẢI TẠO CẢNH QUAN,
CÔNG NGHỆ AO-MBR VÀ HỆ SINH THÁI)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ THU THỦY

2. PGS.TS. CAO THẾ HÀ

Hà Nội 2011
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
2


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Thu Thủy và
PGS.TS. Cao Thế Hà đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong q trình thực

hiện đề tài nghiên cứu này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Trung tâm nghiên cứu công nghệ
môi trường và phát triển bền vững (CETASD) - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và cán bộ Viện đào tạo sau đại
học và Viện Khoa học và Công nghệ môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã tận tình truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình cùng bạn bè đã động viên giúp
đỡ cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong học tôi trong học tập cũng
như trong cuộc sống.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày ...... tháng ....... năm 2011
Học viên

Lê Ngọc Tiến


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu xử lý hồ
Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp cải tạo cảnh quan,
công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái)” là do tôi nghiên cứu thực hiện với sự hướng
dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Thu Thủy và PGS.TS Cao Thế Hà. Đây không phải là
bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, nguồn thông tin
trong Luận văn là do tôi nghiên cứu thực hiện điều tra, nghiên cứu, phân tích, tính
tốn và đánh giá.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tơi đã trình bày
trong Luận văn này.
Hà Nội, ngày ...... tháng 9 năm 2011
Học viên

Lê Ngọc Tiến


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................10
ĐẶT VẤN ĐỀ...........................................................................................................12
1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................12
2. Lịch sử nghiên cứu............................................................................................12
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu................12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ Ô NHIỄM NƯỚC HỒ HÀ NỘI VÀ CÁC
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC HỒ...........................................................................14
1.1. Khát quát về sự ô nhiễm nước hồ Hà Nội .....................................................14
1.1.1.

Tổng quan về hồ ................................................................................14

1.1.2.

Các nguồn gây ô nhiễm hồ ................................................................15

1.1.3.

Các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước .............................................17

1.1.4.

Sự ô nhiễm hồ ....................................................................................20

1.1.5.

Hiện trạng ô nhiễm hồ Hà Nội ..........................................................21

1.2. Các biện pháp kỹ thuật xử lý nước hồ ...........................................................23
1.2.1.

Xử lý nước thải trước khi đổ vào hồ ..................................................23

1.2.2.

Thực hiện các thao tác trong hồ ........................................................31

1.3. Đánh giá về các công nghệ sử dụng xử lý nước hồ .......................................38
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................40
2.1.

Nội dung nghiên cứu ................................................................................40

2.1.1.

Mục đích nghiên cứu .........................................................................40

2.1.2.

Nội dung cần giải quyết.....................................................................40

2.2.

Đối tượng nghiên cứu...............................................................................40

2.2.1.

Hồ Kim Liên ......................................................................................40

2.2.2.

Thực vật nghiên cứu ..........................................................................43

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
5


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

2.2.3.

Chế phẩm vi sinh nghiên cứu ............................................................44

2.2.4.

Hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng (AO-MBR) ......................45

2.2.5.

Các thông số nghiên cứu ...................................................................46

2.3.

Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................53

2.3.1.

Hệ thực vật ........................................................................................53

2.3.2.

Chế phẩm vi sinh ...............................................................................54

2.3.3.

Hệ thống xử lý sinh học kết học kết hợp lọc màng (AO-MBR) .........54

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................56
3.1.

Kết quả nghiên cứu sử dụng hệ thực vật thủy sinh ..................................56

3.1.1.

Khả năng xử lý COD, N, P của các thực vật thuỷ sinh .....................56

3.1.2.

Sự sinh trưởng của hệ thực vật..........................................................66

3.2.

Kết quả nghiên cứu sử dụng sử dụng chế phẩm vi sinh...........................67

3.2.1.

Khả năng xử lý COD của các chế phẩm ...........................................67

3.2.2.

Khả năng xử lý nitơ ...........................................................................70

3.3.

Kết quả nghiên cứu hệ thống xử lý sinh học AO-MBR...........................74

3.3.1.

Kết quả vận hành với các chế độ tuần hoàn .....................................74

3.3.2.

Kết quả vận hành với các chế độ tuần hồn tối ưu có bổ sung thêm

cơ chất 78
3.4.

Đánh giá khả năng xử lý hồ Kim Liên .....................................................80

3.4.1.

Đánh giá chất lượng nước hồ Kim Liên trước và sau khi xử lý ........80

3.4.2.

Đánh giá định tính về sự thay đổi sinh thái hồ .................................83

3.5.

Đề xuất phương án xử lý nước hồ ............................................................84

3.5.1.

Phương án xử lý nước thải trước khi vào hồ.....................................84

3.5.2.

Phương án xử lý nước trong hồ .........................................................91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................96
PHỤ LỤC ..................................................................................................................98

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
6


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AO: Anoxic - Oxic – Thiếu khí - Hiếu khí
MBR: Membrane Bioreactor – Cơng nghệ xử lý sinh học kết hợp lọc màng
COD: Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học
TS: Total solids – Tổng chất rắn
TDS: Total dissolved solids – Tổng chất rắn hòa tan
SS: Suspended solids – Chất rắn lơ lửng
BOD: Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa
SBR: Sequencing batch reactor - Phản ứng sinh học theo mẻ
AS: Activated sludge – Bùn hoạt tính
VSS: Volatile suspended solids – Chất rắn bay hơi
DEWATS: Decentralized wastewater treatment system – Hệ thống xử lý nước thải
phân tán
DO: Dissolved oxygen – Oxy hòa tan
MLSS: Mixed liquor suspended solids –chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng
TSS:Total suspended solids – tổng chất rắn lơ lửng
UF: Ultrafilation – Siêu lọc
MF: Microfiltration – Vi lọc

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
7


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt chưa xử lý .................15
Bảng 1.2. Một số sinh vật gây bệnh qua đường nước ...............................................19

Bảng 1.3. Chất lượng nước một số hồ tại đầu vào và ra ...........................................22
Bảng 1.4 So sánh sự hoạt động của cơng nghệ bùn hoạt tính với MBR...................24
Bảng 1.5. Ví dụ về hóa chất sử dụng với các màng khác nhau ................................29
Bảng 1.6. Kết quả phân tích nước thải sau hệ thống xử lý của bệnh viện đa khoa
huyện Kim Bảng .......................................................................................................36
Bảng 1.7. Hiệu quả của mơ hình làm giảm ơ nhiễm nước hồ Văn ...........................38
Bảng 2.1. Chất lượng nước hồ Kim Liên năm 2009 .................................................41
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ....................................................47
Bảng 2.3. Thời gian và các chế độ tuần hoàn nghiên cứu ........................................55
Bảng 2.4. Thời gian và chế độ bổ sung thêm cơ chất ...............................................55
Bảng 3.1. Nồng độ COD qua các đợt thí nghiệm .....................................................56
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý COD của các thực vật thuỷ sinh qua các đợt thí nghiệm 57
Bảng 3.3. Tốc độ và năng lực xử lý COD của các bồn có trồng thực vật thuỷ sinh so
với bồn đối chứng......................................................................................................59
Bảng 3.4. Nồng độ tổng nitơ qua các đợt thí nghiệm ...............................................59
Bảng 3.5. Khả năng xử lý tổng nitơ của các thực vật thuỷ sinh ...............................60
Bảng 3.6. Tốc độ và năng lực xử lý tổng nitơ của các bồn có trồng thực vật so với
bồn đối chứng ............................................................................................................61
Bảng 3.7. Nồng độ tổng photpho qua các đợt thí nghiệm ........................................62
Bảng 3.8. Hiệu suất xử lý tổng photpho của các thực vật thuỷ sinh qua các đợt .....63
Bảng 3.9. Tốc độ và năng lực xử lý tổng photpho của các bồn có trồng thực vật so
với bồn đối chứng......................................................................................................64
Bảng 3.10. Diễn biến nồng độ amoni qua các đợt thí nghiệm ..................................64
Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý amoni của các thực vật thuỷ sinh qua các đợt thí nghiệm
...................................................................................................................................66

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
8

Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Bảng 3.12. Sự tăng trưởng của các thực vật trong đợt thí nghiệm thứ 3 ..................67
Bảng 3.13. Quan hệ giữa mức độ sinh trưởng và khả năng xử lý của các thực vật
trong đợt thí nghiệm thứ 3.........................................................................................67
Bảng 3.14. Nồng độ COD qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm sinh học ........68
Bảng 3.15. Hiệu suất xử lý COD qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm............70
Bảng 3.16. Nồng độ tổng nitơ qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm ................70
Bảng 3.17. Hiệu suất xử lý tổng nitơ qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm......72
Bảng 3.18. Nồng độ amoni qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm .....................72
Bảng 3.19. Hiệu suất xử lý amoni qua các đợt thí nghiệm với các chế phẩm ..........74
Bảng 3.20. Sự thay đổi nồng độ COD nước hồ Kim Liên trước và sau xử lý ..........80
Bảng 3.21. Sự thay đổi nồng độ tổng nitơ trong nước hồ Kim Liên trước và sau khi
áp dụng tổ hợp các giải pháp xử lý ...........................................................................81
Bảng 3.22. Sự thay đổi nồng độ tổng phopho trong nước hồ Kim Liên trước và sau
khi áp dụng tổ hợp các giải pháp xử lý .....................................................................82
Bảng 3.23. Các thông số nước thải trước khi vào hồ Kim Liên ...............................85
Bảng 3.24. Các thông của màng FP-AII 15 ..............................................................87
Bảng 3.25. So sánh hệ MBR với hệ thiếu khí + hiếu khí..........................................91

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
9


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ chuỗi thức ăn trong hồ ....................................................................14

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học thơng thường và MBR
...................................................................................................................................24
Hình 1.3. Các q trình phân tách bằng màng ..........................................................25
Hình 1.4. Cách bố trí màng .......................................................................................26
Hình 1.5. Các mơ hình lọc (a) Lọc tắt, b) Lọc dịng chảy ngang [8] ........................27
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải hồ Kim Liên............................................46
Hình 3.1. Diến biến nồng độ COD qua các đợt thí nghiệm………………………..57
Hình 3.2. Hiệu suất xử lý COD qua các đợt thí nghiệm ……………. ……………58
Hình 3.3. Diến biến nồng độ tổng nitơ qua các đợt thí nghiệm……………………60
Hình 3.4. Hiệu suất xử lý tổng nitơ qua các đợt thí nghiệm ……………. ………..61
Hình 3.5. Diến biến nồng độ tổng phơtpho qua các đợt thí nghiệm ………………62
Hình 3.6. Hiệu suất xử lý tổng phơtpho qua các đợt thí nghiệm ……………...…. 63
Hình 3.7. Diến biến nồng độ amoni qua các đợt thí nghiệm ……………...………65
Hình 3.8. Hiệu suất xử lý amoni qua các đợt thí nghiệm ………………………... 66
Hình 3.9. Diến biến nồng độ COD trong đợt thí nghiệm 1………………………..68
Hình 3.10. Diến biến nồng độ COD trong đợt thí nghiệm 2………………………69
Hình 3.11. Diến biến nồng độ tổng nitơ trong đợt thí nghiệm 1.………………….71
Hình 3.12. Diến biến nồng độ tổng nitơ trong đợt thí nghiệm 2 ………………….71
Hình 3.13. Diến biến nồng độ amoni trong đợt thí nghiệm 1 ……………………..73
Hình 3.14. Diến biến nồng độ amoni trong đợt thí nghiệm 2 ……………………..73
Hình 3.15. Diễn biến nồng độ chất rắn lơ lửng với các chế độ tuần hồn………....74
Hình 3.16. Hiệu suất xử lý tổng nitơ ………………………………………………75
Hình 3.17. Diễn biến nồng độ COD với các chế độ tuần hồn ……………………76
Hình 3.18. Hiệu suất xử lý COD trung bình ………………………………………76
Hình 3.19. Diễn biến nồng độ amoni với các chế độ tuần hoàn khác nhau ……….77
Hình 3.20. Diễn biến nồng độ nitơrat với các chế độ tuần hoàn khác nhau ……....78

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
10

Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Hình 3.21. Diến biến và khả năng xử lý COD …………………………………….79
Hình 3.22. Diến biến và khả năng xử lý tổng nitơ khi có bổ sung thêm COD ……80
Hình 3.23. Diễn biến nồng độ COD ở hồ Kim Liên trước và sau khi xử lý … …...81
Hình 3.24. Diễn biến nồng độ tổng nitơ ở hồ Kim Liên trước và sau khi xử lý … .82
Hình 3.25. Diễn biến nồng độ tổng photopho trong nước hồ Kim Liên trước và sau
khi xử lý … ………………………………………………………………………..83

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
11


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Hà Nội là một thành phố có số lượng hồ cũng như diện tích mặt hồ khá lớn.
Các hồ có vai trị rất lớn với các đơ thị như điều hịa mơi trường vi khí hậu, chứa và
xử lý nước mưa chảy tràn cũng như nước thải đô thị, tạo cảnh quan thiên nhiên,...
Hiện nay do việc xả nước thải nhất là nước thải giàu các chất hữu cơ, nitơ và
photpho chưa qua xử lý hay xử lý không đạt giới hạn cho phép làm cho các hồ này
hầu hết đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Trong đó, chủ yếu là do sự dư thừa các
chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) trong hồ đã và đang gây ra hiện tượng phú
dưỡng ở các hồ gây hại cho các lồi thuỷ sinh, gây ơ nhiễm mơi trường, gây ảnh
hưởng đến môi trường sống, đến việc sử dụng nước, đồng thời gây mất mỹ quan đơ
thị. Vì vậy vấn đề xử lý nước hồ là rất cần thiết.

2. Lịch sử nghiên cứu
Các nghiên cứu, ứng dụng của thế giới về xử lý nước hồ đã được thực hiện
nhiều và rất có hiệu quả như áp dụng về xử lý nước hồ bằng cách sử dụng các
phương pháp khơng hoặc ít sử dụng hóa chất như sử dụng hệ thực vật thủy sinh, sử
dụng chế phẩm vi sinh, hút bùn,…. Ở nước ta cũng đã có một số nghiên cứu, ứng
dụng về xử lý nước hồ nhưng do số lượng các nghiên cứu, ứng dụng cịn ít và
thường chỉ nhắm một mục tiêu, đôi khi ngắn hạn, chưa có nghiên cứu kỹ nên khó
đánh giá hiệu quả cũng như hậu quả lâu dài, nhiều nghiên cứu mới chỉ được thực
hiện trong quy mơ phịng thí nghiệm. Ngồi ra một số phương pháp xử lý có chi phí
khá cao nên khả năng áp dụng còn hạn chế. Hiện nay việc nghiên cứu, ứng dụng xử
lý nước hồ bằng hệ sinh thái tự nhiên và cố gắng đảm bảo hệ sinh thái vốn có của
hồ đã và đang dược sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, mở ra triển
vọng giải quyết được vấn đề ô nhiễm hồ.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đề tài: “Nghiên cứu xử lý hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng
cây nổi kết hợp cải tạo cảnh quan, công nghệ xử lý nước thải AO-MBR và hệ sinh
thái” nhằm các mục đích sau:

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
12


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

- Nghiên cứu các công nghệ sinh thái xử lý nước hồ Hà Nội bằng cách sử dụng
tổ hợp các phương pháp khơng hoặc ít sử dụng hoá chất (sử dụng hệ thực vật thuỷ
sinh; tăng cường vai trò của hệ sinh thái hồ bằng các chế phẩm vi sinh; xử lý nước
thải bằng công nghệ AO-MBR).
- Đánh giá được đóng góp của mỗi cơng nghệ thành phần.

Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là:
- Các thực vật nghiên cứu là bèo tây, rau dừa nước và thủy trúc
- Các chế phẩm sinh học nghiên cứu là Sanbos, Bioktiv, Bio-DW và LTH
- Trạm xử lý nước thải trước khi vào hồ bằng công nghệ sinh học thiếu khí,
hiếu khí kết hợp lọc màng (AO-MBR)
- Hồ nghiên cứu là hồ Kim Liên thuộc phường Phương Mai, quận Đống Đa,
Hà Nội
Phạm vi nghiên cứu của đề tài theo quy mơ lý thuyết, quy mơ phịng thí
nghiệm và ứng dụng vào thực tế
Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu nguồn gốc, hiện trạng ô nhiễm hồ Kim Liên
- Định lượng khả năng xử lý COD, nitơ, photpho và xác định quan hệ khả
năng xử lý - sự tăng trưởng sinh khối của 3 loại cây
- Đánh giá tác dụng của một số chế phẩm sinh học (probiotics) thương mại
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của cơng nghệ AO-MBR
- Đánh giá định tính về sự thay đổi sinh thái hồ và sự thay đổi chất lượng nước
hồ Kim Liên sau khi áp dụng tổ hợp các giải pháp xử lý trên
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thực hiện để luận văn đạt yêu cầu đề ra là:
- Điều tra khảo sát thực địa;
- Thu thập thông tin, tài liệu;
- Xây dựng thí nghiệm;
- Nghiên cứu trên cơng trình thực tế.

Viện Khoa học và Cơng nghệ mơi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
13


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ Ô NHIỄM NƯỚC HỒ HÀ NỘI VÀ
CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC HỒ
1.1. Khát quát về sự ô nhiễm nước hồ Hà Nội
1.1.1. Tổng quan về hồ
Hồ được định nghĩa như là một vùng nước lớn và được xem như là vùng nước
đứng, gồm cả nước mặn và nước ngọt và được bao quanh bởi đất liền (Webster
1970; in Timms 1992) [1]. Hồ có thể được tạo thành do tự nhiên hay do nhân tạo.
Trong hồ luôn tồn tại những mối quan hệ qua lại giữa các sinh vật với nhau và với
môi trường tạo nên trạng thái cân bằng động, giữ cho chất lượng nước ít bị biến đổi
đột ngột. Mối quan hệ giữa các sinh vật trong hồ chính là chuỗi thức ăn.
Vật tiêu thụ thứ cấp (bậc 3): Cá ăn động vật
(mức dinh dưỡng 4)
Vật tiêu thụ thứ cấp (bậc 2): Một số loài cá và các
loại ăn động vật nổi (mức dinh dưỡng 3)

Vật tiêu thụ sơ cấp: Các động vật nổi và cá ăn cỏ
(mức dinh dưỡng 2)

Vật sản xuất sơ cấp: Tảo, các cây dưới nước
(mức dinh dưỡng 1)
Ánh
sáng
mặt
trời

Các sinh khối
phân hủy

Các động

vật đáy

CO2 và NH3

Các sinh vật phân hủy

Hình 1.1. Sơ đồ chuỗi thức ăn trong hồ [2]
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
14


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Tảo và các thực vật thủy sinh là một mắt xích đầu tiên trong dây chuyền thức
ăn, là loài thực vật bậc thấp, thuộc loại tự dưỡng, có khả năng sinh tổng hợp bằng
cách sử dụng nguồn cacbon vô cơ (CO2, HCO3-) và các yếu tố dinh dưỡng khác,
quan trọng nhất là nitơ, photpho, thông qua phản ứng quang hợp. Các động vật thủy
sinh, chủ yếu là các loài giáp xác sử dụng thực vật sống trôi nổi,... để tạo nguồn
động vật đầu tiên cho các vật ăn thịt khác. Tất cả các chất bài tiết, chất trao đổi và
xác sinh vật bị phân hủy bởi các vi sinh vật phân hủy. Các chất phân hủy sau đó một
phần lắng xuống đáy, cịn phần lớn lại tham gia vào quá trình tổng hợp các chất bởi
các loài sinh vật trong hồ. Qua chỗi thức ăn vật chất được quay vòng và năng lượng
được biến đổi qua các bậc dinh dưỡng hệ sinh thái hồ sẽ ở trạng thái cân bằng. Vì
một lý do gì đó làm cho sự phát triển hay kìm hãm sự phát triển của một thành phần
nào đó sẽ làm mất sự cân bằng trên bị mất có thể dẫn đến hủy hoại hệ sinh thái hồ
làm cho chất lượng nước hồ bị xấu đi.
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm hồ
Các nguồn gây ơ nhiễm cho hồ có thể do nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp, nước mưa chảy tràn,…

a. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt hay nước thải từ khu dân cư bao gồm nước sau khi sử
dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi
giải trí,.... Đây là một trong những loại nước thải có lượng lớn các chất hữu cơ dễ
phân hủy, các chất dinh dưỡng (nitơ, phốt pho), các chất rắn cùng với vi khuẩn (có
thể có cả các vi sinh vật gây bệnh), trứng giun sán… Thành phần của nước thải sinh
hoạt được giới thiệu trong bảng 1.1. Đây chính là nguồn gây ơ nhiễm chủ yếu cho
các hồ ở Hà Nội.
Bảng 1.1. Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt chưa xử lý [3]
Chất ô nhiễm

Đơn vị

Nồng độ
Thấp

Trung bình

Cao

Tổng chất rắn (TS)

mg/l

350

720

1.200

Tổng chất rắn hịa tan (TDS)

mg/l

250

500

850

Viện Khoa học và Cơng nghệ mơi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
15


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Chất ô nhiễm

Đơn vị

Nồng độ
Thấp

Trung bình

Cao

Chất lơ lửng (SS)

mg/l

100

220

350

Cặn lắng được

ml/l

5

10

20

BOD5, 20 C

mg/l

110

220

400

COD

mg/l

250

500

1.000

Nitơ (tổng N)

mg/l

20

40

85

Hữu cơ

mg/l

8

15

35

Amonia

mg/l

12

25

50

Nitrit

mg/l

0

0

0

Nitrat

mg/l

0

0

0

Phôtpho (tổng P)

mg/l

4

8

15

Hữu cơ

mg/l

1

3

5

Vô cơ

mg/l

3

5

10

Clorua

mg/l

30

50

100

Sunfat

mg/l

20

30

50

Độ kiềm (theo CaCO3)

mg/l

50

100

200

Dầu và mỡ

mg/l

50

100

150

MPN/100ml

106-107

107-108

107-108

0

Tổng coliform

Nguồn: Weber, Vandevenne và Edline, 2002
b. Nước mưa chảy tràn
Nước mưa khi chảy tràn trên bề mặt diện tích khu vực có thể cuốn theo các
chất rắn, dầu mỡ, hóa chất,… vào các hồ tiếp nhận có thể làm ơ nhiễm các nguồn
nước này. Nước mưa là nguồn nước bổ cập cơ bản cho các hồ ở Hà Nội, đồng thời
cũng là nguồn ô nhiễm bổ sung vào hồ nếu khu vực có hạ tầng kém (có nhiều chất
bẩn trên bề mặt); trong trường hợp hạ tầng khu vực tốt nước mưa sẽ là nguồn pha
loãng quan trọng làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong hồ.
c. Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp tạo thành từ các hoạt động cơng nghiệp như các q

trình sản xuất giấy, thuộc da, chế biến thực phẩm,… Thành phần và tính chất của
nước thải này rất đa dạng tùy thuộc vào loại hình sản xuất. Nước thải của các xí

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
16


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

nghiệp chế biến thực phẩm (đường, sữa, nước ngọt, bia,…) chứa nhiều các chất hữu
cơ với nồng độ cao; nước thải của các xí nghiệp thuộc da ngồi các chất hữu cơ ra
cịn có các kim loại nặng, sunfua; nước thải của nhà máy bột giấy chứa nhiều chất
rắn lơ lửng, chất hữu cơ, màu, lignin, phenol với nồng độ lớn;… Do nồng độ các
chất ô nhiễm trong nước thải này khá cao nếu không được xử lý đảm bảo yêu cầu
cho phép trước khi thải vào các thủy vực tiếp nhận sẽ làm cho nguồn nước bị ô
nhiễm nghiêm trọng. Hiện trong khu vực nội thành Hà Nội các cơ sở sản xuất trên
còn lại không nhiều và đều phải xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường nên tác
động do nguồn này chỉ có với một số ít hồ trên địa bàn Hà Nội.
d. Các nguồn khác
Ngồi các nguồn gây ơ nhiễm trên cịn một nguồn gây ơ nhiễm hồ khác đó là
việc vứt và xả rác thải, đổ chất thải xây dựng của người dân xuống hồ. Rác thải,
chất thải xây dựng khi bị vứt, đổ xuống hồ cũng góp phần làm ơ nhiễm hồ, làm
giảm diện tích hồ, nhất là gây mất mỹ quan, một số người còn vứt cả xác các động
vật chết gây bốc mùi hôi rất khó chịu.
1.1.3. Các tác nhân gây ơ nhiễm nguồn nước
Các chất rắn khơng hịa tan: Các chất rắn khơng hịa tan có hai dạng là: chất
rắn keo và chất rắn lơ lửng. Khi xả nước thải vào nguồn nước mặt, các chất rắn
khơng hịa tan có thể lắng đọng ở đầu cống xả. Cặn lắng có thể cản trở dịng chảy,
thay đổi kích thước và chế độ thủy lực. Các cặn lắng này bị phân hủy, gây thiếu oxy

và tạo nên các khí độc hại như H2S, CH4,… ở vùng cống xả làm cho nước vùng này
có màu đen và mùi hôi. [4]
Các chất hữu cơ:
- Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học
như cacbonhydrat, protein, chất béo,… Đây là các chất gây ơ nhiễm chính có nhiều
trong nước thải sinh hoạt, nước thải cơng nghiệp. Q trình oxy hóa sinh hóa các
chất hữu cơ trong nước thường tạo nên sự thiếu hụt oxy, làm chết các động vật thủy
sinh gây mất cân bằng sinh thái trong nguồn nước.

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
17


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Trong nước thải sinh hoạt, có đến 60-80% là tổng các chất hữu cơ dễ phân hủy
sinh học. Trong đó có 40-60% là protein, 25-50% cacbonhydrat và khoảng 10%. [5]
- Các chất hữu cơ bền vững: Các chất hữu cơ độc tính cao thường là các chất
bền vững, khó bị phân hủy sinh học. Một số chất hữu cơ tích lũy và tồn lưu lâu dài
trong môi trường và cơ thể thủy sinh vật thông qua chuỗi thức ăn, gây nên ô nhiễm
lâu dài, đồng thời tác hại đến hệ sinh thái nước. Các chất thuộc loại này như
polychlorophenol (PCP), polychlorobiphenyl (PCB), các hydrocacbon đa vòng
ngưng tụ, hợp chất dị vòng N hoặc O,…
- Các chất hữu cơ bền vững có độc tính cao như các hợp chất phenol, các hóa
chất bảo vệ thực vật (phospho hữu cơ, clo hữu cơ, cacbamat, phenoxyaxetic,
pyrethroid tổng hợp), tanin và lignin, các loại hyđrocacbon đa vòng ngưng tụ. Các
chất này hầu hết có độc tính cao đối với người và động vật, nhiều chất có độ bền
vững cao trong mơi trường và có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và con
người gây ung thư, biến dị,….

Các chất vô cơ
- Các chất dinh dưỡng: Các nguyên tố nitơ và phot pho rất cần thiết cho sự
phát triển của vi sinh vật và thực vật. Trong nước, nitơ tồn tại dưới dạng nitơ hữu
cơ, amoni, nitrit, nitrat. Tuy nhiên khi trong nguồn nước bị dư thừa nitơ thì lại gây
ra hiện tượng phú dưỡng. Phospho trong nước thường tồn tại dưới dạng
orthophosphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4) hay polyphosphat [Na3(PO3)6] và
phosphat hữu cơ. Phospho là nguyên nhân gây ra bùng nổ tảo ở một số nguồn nước
mặt, gây ra hiện tượng tái nhiễm bẩn và nước có màu, mùi khó chịu.
- Các kim loại nặng: Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao với sinh
vật và con người. Các kim loại nặng như: chì (Pb), thủy ngân (Hg), crom (Cr),
cadimi (Cd), niken (Ni) và selen (Se) phổ biến nhiều trong tự nhiên và có hiệu ứng
độc hại cao. Do không phân rã nên các kim loại nặng tích tụ trong chuỗi thức ăn của
hệ sinh thái.
Ngồi ra cịn có một số chất vơ cơ khác gây ơ nhiễm khác thường liên quan tới
q trình sản xuất công nghiệp như xianua, flour, sunphat, …

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
18


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Dẫu mỡ: Dầu mỡ là chất lỏng khó tan trong nước, tan trong các dung mơi hữu
cơ. Độc tính và tác động sinh thái của dầu mỡ phụ thuộc vào từng loại dầu. Hầu hết
các loài thực vật, động vật đều bị tác hại do dầu mỡ, các loài thủy sinh và cây ngập
nước dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản q trình hơ hấp, quang hợp và cung cấp dinh
dưỡng.
Các vi sinh vật gây bệnh: Các vi sinh vật gây bệnh qua môi trường nước là các
vi trùng, siêu vi trùng và giun sán. Một số loại vi sinh vật gây bệnh qua môi trường

nước được nêu trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Một số sinh vật gây bệnh qua đường nước [4]
Sinh vật
Samonella typhi
Samonella paratyphi
Vi trùng

Virut

Samonella sp.

Thương hàn
Phó thương hàn
Viêm dạ dày, ruột

Shigella sp.

Lỵ

Vibrio cholerae

Tả

Entorovirus
Rotavirus

Giardia lambria
Động vật
nguyên sinh Cryptosporidium
Giun sán

Bện truyền theo đường nước

Diphyllobothrium
Taenia saginata

Nhiều loại bệnh
Tiêu chảy
Tiêu chảy
Tiêu chảy
Bệnh giun sán
Bệnh giun

Ngoài ra cịn có một số tác nhân gây ơ nhiễm khác có thể có nguồn gốc tự
nhiên hoặc nhân tạo như các chất gây màu, mùi, chất phóng xạ, nhiệt độ.
Trong các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước nêu trên, đối với các hồ ở Hà
Nội do chủ yếu là tiếp nhận nước thải sinh hoạt nên thành phần thường quan tâm xử
lý là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng (nitơ, phôtpho).
Các chất hữu cơ khi thải vào các thủy vực sẽ bị phân hủy làm giảm hàm lượng oxy
hòa tan trong nước làm cho các lồi thủy sinh khơng cịn oxy để hơ hấp và sẽ bị
chết, khi đó q trình phân hủy yếm khí sẽ xảy ra làm sản sinh ra các chất gây mùi
hơi thối, gây mùi khó chịu. Cịn khi nước thải có chứa q nhiều các chất dinh
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
19


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

dưỡng sẽ kích thích quá trình sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ của tảo gây ra hiện

tượng phú dưỡng trong nguồn nước. Vì vậy cần phải loại bỏ các chất này trước khi
thải vào hồ, trong đó quan trọng nhất là các chất dinh dưỡng.
1.1.4. Sự ô nhiễm hồ
Hiện trạng của hồ sẽ phụ thuộc mạnh vào yếu tố N, P, nhất là P-yếu tố quyết
định sự sinh trưởng của tảo. Trong hồ học, theo mức độ dinh dưỡng của hồ người ta
chia thành ba mức: (1) hồ rất sạch do nghèo dinh dưỡng (oligotrophic); (2) hồ có
năng suất sinh học vừa phải (mesotrophic) là hồ có nồng độ P, N vừa phải, chuỗi
thức ăn vẫn còn cân bằng và (3) hồ phù dưỡng (giàu dinh dưỡng - eutrophic): N, P
cao hơn khả năng hấp thu vốn có của hồ, khi đó tảo và thực vật nước phát triển quá
mạnh, sinh khối thối rữa sẽ tích luỹ ở đáy hồ, tạo điều kiện cho các hệ vi sinh yếm
khí phát triển và phát sinh mùi mạnh mẽ, tiếp đó hồ sẽ chuyển dần thành đầm lầy và
sẽ chết nếu như khơng có sự hoạt động cải tạo của con người. [6]
Khi hồ tiếp nhận nước thải (giàu dinh dưỡng (N, P)) tảo phát triển rất nhanh,
điều này dẫn đến hai hiệu ứng:
- Một là, khi tảo phát triển - sinh trưởng mạnh dưới tác dụng của ánh sáng mặt
trời nhờ quá trình quang hợp CO2 + 2H2O + photon → (CH2O)n + H2O + O2, làm
giảm N, P hoà tan (do tảo hấp thu) và tăng ơxy hồ tan - yếu tố tối cần thiết cho
nhiều quá trình sống khác trong hồ vào ban ngày, trong đó có các cả q trình tự xử
lý ơ nhiễm do vi khuẩn hiếu khí (ơxy hố các chất ơ nhiễm hữu cơ, nitrat hố
amơni, cố định P hoà tan …). Tuy nhiên, vào ban đêm, điều này có thể đảo ngược:
ơxy có thể thiếu nếu nước hồ nhiều tảo nhưng quá giàu hữu cơ;
- Hai là, khi mật độ tảo quá cao nước sẽ đục, giảm yếu tố thẩm mỹ; khi tảo
chết sinh khối tảo chết thối rữa (nhất là khi tảo lam độc “bùng nổ”) sẽ tiêu thụ mạnh
ơxy sẽ giảm nồng độ ơxy hồ tan, gây hơi thối, phát sinh độc chất có thể làm chết
các loài thuỷ sinh khác. Sinh khối tảo chết thường lắng xuống đáy hồ nên đáy hồ trở
nên yếm khí, khi đó các q trình vi sinh yếm khí sẽ dẫn tới sự giải phóng P hồ tan
từ bùn đáy, làm tăng yếu tố dinh dưỡng P quyết định quá trình sinh trưởng của tảo,
tảo lại tiếp tục “bùng nổ”, chu trình cứ thế lặp lại tới khi hồ thối hố hồn tồn.

Viện Khoa học và Cơng nghệ mơi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội

20


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Bên cạnh đó q trình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm gây mùi hôi thối như
H2S, mercaptan,...
Tỷ lệ tổng nitơ và tổng phospho quyết định yếu tố giới hạn phú dưỡng theo chỉ
tiêu N hay P. Theo các nghiên cứu của Forsberg và các cộng sự, tỷ lệ N:P dùng để
định yếu tố giới hạn kiểm soát phú dưỡng như sau [4]:
- Khi N:P>12 thì P là yếu tố giới hạn;
- Khi N:P< 7 thì N là yếu tố giới hạn;
- Khi N:P = 7-12 thì P và N đều khơng phải là yếu tố giới hạn.
Trong các hồ tự nhiên, do phospho hao tổn vì lắng đọng, chuyển hóa, hấp thụ
do thực vật,.. nên tỷ lệ N:P >12. Các nghiên cứu của Bộ mơn cấp thốt nước và
Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp trường Đại học Xây dựng
cũng cho thấy điều trên. Vì vậy đối với các hồ đô thị, chỉ tiêu tổng phospho là chỉ
tiêu giới hạn để đánh giá mức độ phú dưỡng. [4]
Theo Vollenewidei (1976), tải lượng cho phép cực đại của phospho trong hồ,
trên mức đó hiện tượng phú dưỡng có thể xảy ra được tính như sau:
LC = 10qs x [1+(D/qs)0,5]

[5]

Trong đó:
LC: tải lượng P chuẩn hóa tới hạn (mg P/m2. năm), trên mức này từ 2-3 lần
hiện tượng phú dưỡng có thể xảy ra
qs: Tốc độ nước chảy qua hồ (m/năm)
qs= Q/A

A: Diện tích hồ, m2
Q: Lưu lượng nước vào hồ, m3/năm
D: Độ sâu trung bình của hồ, m
Tảo có khả năng tăng khối lượng rất nhanh (thường thời gian nhân đơi của tảo
tính bằng vài giờ tới ngày, tuỳ lồi)
1.1.5. Hiện trạng ơ nhiễm hồ Hà Nội
Thành phố Hà Nội là một trong những thành phố có hệ thống hồ rất phong phú
và đa dạng. Các hồ đóng rất quan trọng đối với đô thị, hồ là nơi điều tiết nước làm

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
21


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

giảm sự úng ngập, điều hịa mơi trường vi khí hậu, làm sạch nước thải, tạo cảnh
quan môi trường sinh thái khu vực. Bên cạnh đó, một số hồ cịn mang ý nghĩa lịch
sử của Thành phố nói riêng và của nước ta nói chung như hồ Gươm, hồ Tây. Q
trình đơ thị hóa với việc xây dựng cơ sở hạ tầng, nhà cửa, cùng với việc lấn chiếm
đất hồ của người dân dẫn đến số lượng cũng như diện tích hồ của Thành phố hiện
nay bị giảm đi đáng kể. Bên cạnh đó, việc xử lý chất thải chưa có sự quản lý chặt
chẽ, thêm vào đó là ý thức của người dân chưa cao đã và đang góp phần làm cho
các hồ ngày càng ô nhiễm hơn.
Hiện nay, hầu hết các hồ ở Hà Nội đều bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và
dịch vụ chủ yếu chưa qua xử lý hoặc mới chỉ xử lý sơ bộ được xả trực tiếp vào hồ
làm cho các hồ này bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nặng. Các kết quả phân tích
chất lượng nước của một số hồ trình bày trong bảng 1.3. Bảng 1.3 chỉ ra chất lượng
nước đầu vào và ra của một số hồ Hà Nội trong thời gian từ 2007 - 2008. Nhìn
chung chất lượng nước hồ cả đầu vào và đầu ra đều cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn

nước mặt.
Bảng 1.3. Chất lượng nước một số hồ tại đầu vào và ra [7]
Hồ

Thiền Quang

Bảy Mẫu

Ba Mẫu

Nam Đồng

Vào

Ra

Vào

Ra

Vào

Ra

Vào

Ra

T-N (mg/L)

12,6

7,0

30,1

8,1

34,2

22,6

27,1

11,6

NH4+-N (mg/L)

7,2

3,9

26,4

6,9

27,6

20,4

23,1

8,6

COD (mg/L)

62

64

123

63

107

77

127

100

T-P (mg/L)

1,6

1,1

4,1

1,4

4,0

3,4

3,4

2,0

SS (mg/L)

72

76

148

67

120

59

141

70

E.coli
(log - CFU/mL)

2,0

2,6

4,8

1,7

4,7

2,8

4,6

2,0

T.coliform
(log - CFU/mL)

2,6

3,6

5,4

2,7

5,2

3,6

5,2

2,6

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
22


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

1.2. Các biện pháp kỹ thuật xử lý nước hồ
Các biện pháp kỹ thuật xử lý ơ nhiễm hồ gồm 2 nhóm:
- Xử lý nước thải trước khi đổ vào hồ
- Thực hiện các thao tác trong hồ
1.2.1. Xử lý nước thải trước khi đổ vào hồ
Có nhiều phương pháp xử lý nước thải, tùy thuộc vào từng loại nước thải và
mức độ nhiễm bẩn của chúng. Vệc lựa chọn các loại hình cơng nghệ xử lý nước thải
được tiến hành dựa trên loại nước thải và mục đích xử lý. Với các hồ ở Hà Nội do
nguồn xả nước thải vào hồ chủ yếu là nước thải sinh hoạt có chứa chủ yếu là các
chất hữu cơ dễ phân hủy và các chất dinh dưỡng thì phương pháp xử lý nước thải
thường được ưu tiên lựa chọn là phương pháp sinh học. Đây là phương pháp xử lý
nước thải dựa trên các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để oxy hóa các
chất ơ nhiễm trong nước thành các chất vơ cơ, các chất khí đơn giản, nước và tổng
hợp nên sinh khối của sinh vật.
Hiện nay, bên cạnh công nghệ sinh học truyền thống, một số công nghệ sinh
học lai ghép (hybrid) đã và đang được nghiên cứu và áp dụng nhằm tận dụng những
ưu điểm của các công nghệ đã có, kết hợp và sử dụng chúng có hiệu quả hơn nhưng

chi phí đầu tư thấp, hệ thống gọn nhẹ, vận hành đơn giản, tăng hiệu quả xử lý, chịu
sốc tải tốt hơn, ngăn ngừa sự suy giảm của hệ vi sinh vật đồng thời khắc phục được
những nhược điểm của hệ thống riêng lẻ. Trong các công nghệ sinh học lai ghép,
cơng nghệ MBR (membrane bioreactor) có chất lượng nước sau xử lý khá cao có
thể tái sử dụng cho một số nhu cầu không yêu cầu chất lượng nước quá cao hay sử
dụng để cải tạo nguồn nước và do không cần sử dụng bể lắng cùng với việc duy trì
mật độ vi sinh rất cao trong bể phản ứng, hiệu quả của quá trình xử lý cao dẫn đến
làm giảm đáng kể diện tích khu xử lý, đây là một điều rất quan trọng đối với khu
dân cư đông đúc và chật trội như khu vực nội thành Hà Nội.
MBR (membrane bioreactor) là công nghệ xử lý nước kết hợp giữa công nghệ
xử lý sinh học với công nghệ lọc bằng màng để giữ lại sinh khối. MBR là sự cải tiến
của quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính theo mẻ kiểu bể SBR trong đó việc tách cặn

Viện Khoa học và Cơng nghệ mơi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
23


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

không cần dùng đến bể lắng bậc hai. Với mật độ vi sinh rất cao dẫn đến làm giảm
kích thước bể xử lý cần thiết và làm tăng hiệu quả xử lý của quá trình sinh học. Vì
thế, nước sau xử lý bằng hệ MBR có chất lượng cao với việc khử triệt để các thành
phần hòa tan như các chất hữu cơ, ammonia bằng xử lý sinh học. Ngoài ra, với việc
sử dụng màng nhằm tách phần nước và cặn nên không cần bể lắng, chất lượng nước
ra sau MBR không bị ảnh hưởng bởi khả năng lắng của chất rắn như quá trình bùn
hoạt tính. [8]

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học thông thường và
MBR [9]

Bảng 1.4 So sánh sự hoạt động của công nghệ bùn hoạt tính với MBR [10]
Thơng số

Cơng nghệ xử lý
Bùn thoạt tính

MBR

20

30

Khả năng khử COD (%)

94,5

99

Khả năng khử TSS (%)

60,9

99,9

Khả năng khử amonia - N (%)

98,9

99,2

Khả năng khử tổng photpho (%)

88,5

96,6

Năng suất bùn (kg VSS/COD.ngày)

0,22

0,27

20-120

<10

Tuổi của bùn (ngày)

Kích thước bơng bùn (µm)

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
24


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

Màng sử dụng cho MBR
Có hai loại vật liệu chế tạo màng được áp dụng trong công nghệ MBR là
polyme và vật liệu gốm. Vật liệu polyme được sử dụng để chế tạo màng là:

Polyvinylidene difluoride (PVDE), Polyethylsulphone (PES), Polyethylene (PE),
Polypropylene (PP). Màng được sử dụng nói chung phải có các đặc tính sau: có tính
thấm chọn lọc, tính cơ khí ổn định, có độ xốp cao, mật độ mao quản dày đặc và chịu
được tác dụng của nhiệt độ và hoá chất, các biến đổi pH, nơng độ chất oxy hố .....
Có 4 q trình phân tách bằng màng chủ yếu theo kích thước của mao quản và
cách thức nước thấm qua là màng thẩm thấu ngược RO, màng lọc nano NF
(nanofiltration), màng siêu lọc UF (ultrafiltration), và màng vi lọc MF
(microfiltration), như trong hình sau:

Hình 1.3. Các quá trình phân tách bằng màng [8]
Màng sử dụng trong công nghệ MBR là màng vi lọc (microfiter) và màng siêu
lọc (ultrafilter) để tách các chất rắn khỏi nước.
Màng vi lọc MF (microfiter): [11]
- Kích thước lỗ xốp: 0,05-10 µm
- Áp suất động lực: 0,1-2,0 bar
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
25


Nghiên cứu xử lý nước hồ Hà Nội bằng hệ thống giải pháp tổ hợp (trồng cây nổi kết hợp
cải tạo cảnh quan, công nghệ AO-MBR và hệ sinh thái) - Lê Ngọc Tiến - CH2009

- Tốc độ lọc: > 0,5-2,0 m3/m2.ngày.bar
- Màng vi lọc MF chỉ có thể loại bỏ được các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn côn
trùng, sinh khối..
Màng siêu lọc UF (ultrafilter): [11]
- Kích thước lỗ xốp: 10-100 nm
- Áp suất động lực: 1-10 bar
- Tốc độ lọc: > 0,1-0,5 m3/m2.ngày.bar
- Màng siêu lọc có khả năng lọc mà các hợp chất có phân tử lượng lớn như là

protein và các chất keo, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn ... trong khi đó những hợp chất
có phân tử lượng thấp có thể đi qua màng như axit hữu cơ, vơ cơ, muối, kiềm....
Cách bố trí và lắp đặt màng
Hệ thống MBR có hai dạng chủ yếu: hệ màng đặt ngập trong bể phản ứng và
hệ màng đặt ngồi bể phản ứng. [8]
Tuần hồn

Nước ra
Nước vào

Nước vào

Màng
Khơng khí

Màng

Khơng khí

a)

Bùn thải

Nước ra

b)

Bùn thải

Hình 1.4. Cách bố trí màng

Với hệ MBR đặt ngập, dòng thấm được tháo ra bằng cách hút hoặc bằng áp
lực thấp vì vậy cần diện tích màng tương đối lớn. Với hệ MBR đặt ở ngoài bể phản
ứng, hỗn hợp lỏng được tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao thông qua modul
màng. Dòng thấm qua màng với áp lực cao hơn do đó mà diện tích màng nhỏ hơn
so với hệ đặt ngập nhưng nó lại tiêu tốn năng lượng cao hơn cho bơm.

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội
26