Tài liệu Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Phù Hợp Với Điều Kiện Kỹ Thuật Và Kinh Tế Cho Các Vùng Nông Thôn doc

Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Phù Hợp Với Điều Kiện Kỹ Thuật Và Kinh Tế Cho Các Vùng Nông Thôn I. Hiện trạng vệ sinh môi trường nông thôn Việt Nam. Theo kết quả tổng quan điều tra dân số thì dân số nông thôn Việt Nam chiếm 76,5% tổng dân số cả nước. Tuy nhiên nếu tính cả dân số các đô thị loại V chiếm khoảng 7% thì địa bàn cấp nước và vệ sinh nông thôn phải phục vụ là hơn 83% hay khoảng 64 triệu người. Dự báo đến năm 2020 dân số nông thôn và các đô thị nhỏ khoảng 69 triệu người. Trong đó dân số tại các đô thị nhỏ là 19%. Đô thị nhỏ ở đây chủ yếu là đô thị loại V với dân số tới 30.000 người, là những thị trấn, thị tứ nhỏ nằm rải khắp và gắn bó mật thiết với các vùng nông thôn. Ngoài gần 9000 xã vùng nông thôn, còn có 520 thị trấn, đô thị nhỏ. Trong số các xã, xét theo địa lý có 2.061 xã vùng cao, 1763 xã vùng núi, 335 xã biên giới, 47 xã hải đảo, 556 xã ven biển, 800 xã ven đô. Có thể nói, nông thôn nước ta là nơi cung cấp nhân tài, vật lực cho đất nước. Trong khi đó đời sống nhân dân nông thôn vẫn còn nghèo, gặp nhiều khó khăn, bao gồm cả vấn đề cấp nước, thoát nước và vệ sinh môi trường. Nước sạch và vệ sinh môi trường là nhu cầu cơ bản trong đời sống hàng ngày của mọi người và đang trở thành đòi hỏi bức bách trong việc bảo vệ sức khoẻ và cải thiện điều kiện sinh hoạt cho nhân dân. Hiện nay ý thức bảo vệ môi trường nông thôn chưa tốt, việc xả rác thải sinh hoạt hàng ngày xuóng các ao hồ tự nhiên vẫn còn diễn ra khá phổ biến, gây ô nhiễm, đe doạ đến chất lượng nguồn nước ngầm do lượng nước thải không qua xử lý thấm xuống các tầng nước ngầm và mất mỹ quan môi trường sống. Ngoài ra, do không được đầu tư đúng mức nên hệ thống cống thoát nước chưa được xây dựng hoàn chỉnh, hầu hết các cống không có nắp nên ô nhiễm môi trường là không thể tránh khỏi. Mỗi gia đình có trung bình từ 4 – 5 người; chuồng lợn có từ 2 – 4 con; chuồng trâu, bò có 1 từ 1 – 2 con; chuồng gà với khoảng 10 – 15 con, 10 – 20 con ngan vịt. Có một đến hai ao nhỏ để thả cá. Phần đất còn lại để trồng rau và cây ăn quả. Quy trình khép kín của mô hình hiện nay được biểu diễn theo sơ đồ sau: Nước tưới Nước tưới Nước thải + nước rửa Phân bón Thực vật Từ sơ đồ ta thấy: Nước rửa và nước thải của chuồng trại được xả trực tiếp ra ao, một phần nước thải lại được lấy làm nước tưới vườn. Sơ đồ này đem lại một số hiệu quả kinh tế cho người nông dân, nhưng mô hình này cũng gây ô nhiễm mô trường, nước, không khí, mất mỹ quan khu vực dân cư. Do chưa nhận thức đúng tầm quan trọng của việc xử lý nước thải và vệ sinh môi trường nên môi trường xung quanh khu vực dân cư sinh sống trở nên ô nhiễm nặng nề: • Nước ao, hồ thường có mùi khó chịu. Hiện tượng hồ bị ô nhiễm do quá nhiều chất thải hữu cơ trong nước, nước thay đổi màu sắc. Nguyên nhân chủ yếu do người dân xả nước trực tiếp ra các ao, hồ nuôi cá mà không qua một công trình xử lý nào khác (bể tự hoại, hồ nuôi tảo), sau một thời gian dài thì khả năng tự làm sạch của các ao hồ bị suy giảm trầm trọng hay cao hơn nữa là hồ không còn đủ khả năng tự làm sạch nưa. • Nguồn nước ngầm bị ô nhiễm do nước thải tự ngấm xuống đất gây nên, làm cho việc khai thác nguồn nước ngầm tự nhiên trở nên khó khăn (chủ yếu các hộ dân vẫn dùng nước giếng khơi ). • Tốn nhiều tiền thuốc men để điều trị bệnh, nhất là các bệnh liên quan đến đường ruột, bệnh ngoài da. • Sức lao động giảm, năng suất lao động giảm. 2 Ao Vườn Chuồng trại • Môi trường ô nhiễm, làm mất mỹ quan gây cảm giác khó chịu cho người dân. Qua phân tích các mẫu thử từ nước ao tại nhiều địa điểm ta thấy nước đã bị ô nhiễm nặng, có nhiều vi khuẩn gây bệnh và vượt quá giới hạn cho phép của tiêu chuẩn và đây cũng chính là nguồn nước dẫn đến các mầm bệnh của người và gia súc. II. Đề xuất mô hình VAC để xử lý nước thải sinh hoạt và chăn nuôi. 1. Sơ đồ dây chuyền. Từ kết quả phân tích thành phần của nước thải và các đặc tính sinh trưởng của các loài tảo và các loại động vật nguyên sinh, cá trong môi trường nước thải ta thấy rằng có thể lợi dụng đặc tính này để xây dựng các sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt kết hợp với làm kinh tế ở các hộ gia đình nông thôn theo mô hình VAC như sau: Nước thải sinh hoạt và Nước pha loãng nước thải chuồng trại Nước rửa chuồng trại Nước thấm Tưới rau Sơ đồ 1: Hệ thống xử lý kết hợp sử dụng nước thải quy mô nhỏ (Hệ sinh thái VAC) Sơ đồ thứ nhất: là sơ đồ làm sạch nước thải kết hợp với nuôi cấy, thu hồi tảo của trạm xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ có thể áp dụng cho một cụm dân cư hoặc một gia đình muốn xây dựng mô hình kinh tế VAC. Ở dây chuyền này, nước thải sinh hoạt vừa được xử lý làm sạch, vừa có thể kết hợp với nuôi tảo, nuôi cá, tưới vườn theo một chu trình khép kín. Thiết bị guồng quay bề mặt ↓ Nước thải → Bể tự hoại → Hồ kỵ khí → Hồ làm thoáng nhân tạo 3 Bể tự hoại Ao nuôi cá và vịt Kết hợp nuôi cá Sơ đồ 2: Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá Sơ đồ thứ hai: là sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá. Sơ đồ này được áp dụng đối với từng ngôi nhà hoặc cụm ngôi nhà có diện tích đất không lớn, ao nuôi tảo là một trong các nút của hệ sinh thái vườn-ao-chuồng, tảo không cần thu hồi mà được sử dụng trực tiếp để làm thức ăn cho các động vật nguyên sinh, cá, thịt. Phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt đã được làm sạch, nên nước thải có thẳi dụng tưới rau và rửa chuồng trại. 2. Cơ sở lý thuyết quá trình làm sạch Các hồ sử dụng trong hai dây chuyền là các hồ sinh vật, đây là các thuỷ vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn, mà ở đây sẽ diễn ra quá trình chuyển hoá các chất bẩn. Quá trình này diễn ra với vai trò chủ yếu là các sinh vật và tảo. Cơ chế chung của quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật được biểu diễn qua hình 3. Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn được lắng xuống đáy. Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp thụ và ôxy hoá mà tạo ra sinh khối: CO 2 , các muối nitrat, nitrit Khí cácboníc và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp, giải phóng O 2 cung cấp cho quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ của các vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang hình thức dị dưỡng, tham gia vào quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ. Nấm nước, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự. Trong hồ sinh vật, các loại thực vật bậc cao đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chất lượng nước. Chúng lấy các muối dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và phốt pho) và các kim loại nặng (như Cd, Cu, Hg và Zn) cho sự đồng hoá và phát triển sinh khối. Các loại thực vật bậc cao trong hồ chia làm hai loại: thực vật nổi và thực vật ngập nước. 4 • Thực vật nổi thu nhận các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết qua bộ rễ. Loại này bao gồm các loại bèo như: Eichhornia crassipes, valvina, Spirodella, Lama, Postia stratiotes và Eichhornia, các loại này phát triển sinh khối rất nhanh trong môi trường nước thải. Bộ rễ của bèo còn là nơi cư trú của vi khuẩn hấp thụ và phân huỷ chất hữu cơ. Trong các hồ nuôi trồng thực vật bậc cao hiệu quả khử BOD có thể đạt tới 95%, khử nitơ amoni và phốt pho đến 97%. • Các loại thực vật bậc cao ngập nước như rong Hydrilla verticillata, Ceratophyllum Cây bấc Scirpus longii, Typha latifolia, Pragmites communis hấp thụ các chất dinh dưỡng và nguyên tố cần thiết qua thân và lớp vỏ. Thực vật ngập nước còn đóng vai trò lớn trong việc cung cấp ôxy cho vi khuẩn để phân huỷ các chất hữu cơ. Tuy nhiên, cần thường xuyên thu hồi các loại thực vật nổi và thực vật ngập nước ra khỏi hồ để chống hiện tượng tái nhiễm bẩn, tái nhiễm độc nước. Gió Mặt trời H 2 S 3 CH 4 Tảo Vùng tiểu khí Nước thải vào hồ Tảo chết Chất lỏng Tế bào mới Cặn đáy Vi khuẩn chết Chất bẩn hữu cơ axit hữu cơ, rượu vùng kị khí Hình 3: Cơ chế quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật Yếu tố chính để đảm bảo quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong hồ sinh vật là ôxy và nhiệt độ. Hàm lượng ôxy trong hồ phụ thuộc vào chiều sâu hồ, điều kiện khí hậu, thời tiết, chế độ dòng chảy. Ở tầng nước mặt do có ôxy khuyếch tán từ không khí và ôxy quang hợp, quá trình ôxy hoá chất hữu cơ diễn ra rất mạnh, thế năng ôxy hoá khử của hồ giảm dần theo chiều sâu. Ở tầng nước sâu hàm lượng ôxy hoà tan giảm tạo nên điều kiện thiếu khí hoặc yếm khí, vi khuẩn 5 Vi khuẩn phải sử dụng ôxy liên kết từ: NO 2 , NO 3 hoặc SO -2- 2 để ôxy hoá chất hữu cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân huỷ bằng cách lên men sản phẩm tạo ra ở lớp nước đáy hồ thường là mêtan CH 4 , sunfuahydro H 2 S và một số chất khí khác. Như vậy trong hồ sinh vật, có thể tồn tại và phát triển các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tuỳ tiện và vi khuẩn kỵ khí tại các tầng nước khác nhau. Hiệu quả phân huỷ chất hữu cơ ở vùng hiếu khí là cao nhất. Vì vậy, để tăng cường quá trình xử lý nước thải người ta thường tăng dung tích vùng hiếu khí bằng các biện pháp cưỡng bức. Theo chiều chuyển động của nước thải, hồ sinh vật được chia thành ba vùng khác nhau: Thế năng oxy hoá khử (oxy hoà tan) Đường đi Chiều sâu Đêm Ngày Hiếu khí (oxy hoá) Kỵ khí (khử) Đáy hồ Hình 4: Chế độ ôxy theo chiều sâu trong hồ sinh vật • Vùng Polyxaprobe (P): Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ dễ bị ôxy hoá sinh hoá, lên men cặn lắng nhờ vi khuẩn. Lượng ôxy tiêu thụ lớn và là tiền đề cho chế độ ôxy vùng sau ổn định. • Vùng α - mezoxaprobe ( α -m): Tại đây phân huỷ mạnh các chất hữu cơ, các hợp chất nitơ tồn tại dưới dạng amoni. Hàm lượng ỗy hoà tan thấp. Vi khuẩn tuỳ tiện phát triển mạnh. Ngoài ra trong vùng này còn có nấm, thảo trùng, tảo. • Vùng β - mezoxaprobe ( β -m): Đây là vùng ổn định với hàm lượng BOD không cao. Hàm lượng NO 3 , PO 4 3 lớn là nguyên nhân tạo nên sự phi dưỡng tiếp theo. Trong vùng này xuất hiện nhiều tảo lục đơn bào, các loại động vật nguyên sinh và thảo trùng khác. 6 Trong hồ sinh vật, các loại tảo và vi khuẩn dị dưỡng, phân huỷ hiếu khí chất hữu cơ đóng vai trò đối thủ, kình địch của các loại vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra với thời gian nước lưu lại trong hồ lớn (trên 5 ngày đêm), phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh còn lại sẽ bị tiêu diệt bởi các tia cực tím của ánh sáng mặt trời. Hiệu quả xử lý nước thải trong hồ có thể tăng lên bằng cách cung cấp ôxy cưỡng bức nuoi trồng tảo, bèo và các thực vật bậc cao hoặc kết hợp nuôi cá và thuỷ sinh vật khác trong hồ. III. Đánh giá kết quả. 1. Đánh giá sơ bộ dây chuyền đã đề xuất. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nông thôn đang là một vấn đề rất nóng hổi cần được giải quyết. Tình trạng ô nhiễm môi trường chủ yếu là do nước thải và rác thải đang được xả bừa bãi vào các nguồn nước nói riêng và môi trường nói chung mà không qua một công đoạn xử lý nào cả. Việc xây dựng những trạm xử lý có quy mô lớn để giải quyết vấn đề này lại vượt quá khả năng kinh tế của người dân nông thôn. Trên cơ sở đó, đề tài tập trung nghiên cứu 2 sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nguồn nước thải sinh hoạt cục bộ quy mô nhỏ vừa phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ nông dân, có thể tận dụng tối đa những điều kiện tự nhiên sẵn có của địa phương để xây dựng dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt, lại có thể tận dụng xử dụng lại nguồn nước sau xử lý để làm nguồn nguyên liệu cho các hình thức kinh tế theo mô hình kinh tế VAC khép kín. Đây không phải là tất cả những phương pháp xử lý nước thải cho vùng nông thôn, nhưng hai dây chuyền xử lý này là hai dây chuyền có quy mô phù hợp nhất với điều kiện của các hộ nông dân, áp dụng vào thực tế rất hiệu quả và mang lại hiệu quả kinh tế cao. • Sơ đồ thứ nhất: Có ưu điểm là, trong các điều kiện kiện tự nhiên sẵn có (đất hoặc các ao hồ tự nhiên) thì chi phí đầu tư cho xây dựng các hồ làm công trình xử lý thấp hơn nhiều so với các công trình xử lý nước thải khác, phù hợp với khả năng đầu tư của người nông dân. Công tác quản lý vận hành dây chuyền xử lý đơn giản, phù hợp với trình độ của người dân nông thôn. Trong sơ đồ thì các hồ có hiệu quả xử lý, khử trùng và tính đệm rất lớn. Dây chuyền này rất phù hợp với các vùng khí hậu nhiệt đới như nước ta và các khu dân cư vừa và nhỏ. Các hồ có thể tậnn 7 dụng nuôi cá hoặc trồng tảo giàu sinh khối mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người dân; Có nhược điểm là, do xử dụng hệ thống các hồ sinh vật ổn định nên nhược điểm lớn nhất là diện tích xây dựng các hồ lớn. Nước hồ thường có mùi khó chịu với các khu vực xung quanh. • Sơ đồ thứ hai: Có ưu điểm là, do trong dây chuyền có sử dụng hồ làm thoáng nhân tạo nên diện tích yêu cầu để xây dựng hồ không cần lớn lắm. Dây chuyền sử dụng thiết bị làm thoáng cưỡng bức là thiết bị guồng quay bề mặt nên lượng ôxy và chế độ thuỷ động trong hồ được tăng cường, tránh được hiện tượng tù đọng của nước hồ nên nước trong hồ không có mùi khó chịu với các khu vực xung quanh. Các vùng chết trong hồ giảm, điều kiện tiếp xúc các chất hữu cơ và vi khuẩn được tăng lên, hiệu quả xử lý nước thải được đảm bảo. Dây chuyền này cũng phù hợp với vùng khí hậu nhiệt đới ở nước ta, dùng để nuôi cá rất hiệu quả và mang lại lợi nhuận khá cao cho người nông dân. Có nhược điểm là, do có thêm thiết bị guồng quay bề mặt nên kinh phí đầu tư cho dây chuyền này cao hơn so với dây chuyền thứ nhất. Dây chuyền sử dụng hồ làm thoáng nhân tạo kết hợp với nuôi cá nên quá trình quản lý vận hành cũng khá phức tạp và cần phải theo dõi thường xuyên. Có tốn kém chi phí điện năng cho thiết bị làm thoáng bề mặt. 2. Đánh giá nguồn tài chính. Hiện nay đời sống của người nông dân đang từng bước được cải thiện cả về vật chất và tình thần. Nhiều gia đình đã có thể mua sắm những đồ dùng đắt tiền. Do đó nếu có nhừng biện pháp thích hợp thì chắc chắn mô hình VAC theo kiểu mới sẽ được các hộ nông dân áp dụng. Mặt khác, chi phí ban đầu cho quy mô này không cao, hoàn toàn có thể xây dựng, về nguồn vốn đầu tư ban đầu người dân có thể huy động nguồn vốn sẵn có, nguồn vốn từ các chương trình xoá đói giảm nghèo và phát triển nông thôn của Nhà nước, các nguồn tài trợ cho chương trình cải tạo môi trường và phát triển nông thôn của các tổ chức nước ngoài viện trợ. Ngoài ra, những lợi ích về kinh tế, vệ sinh môi trường sẽ khiến cho người dân chấp nhận nó, người dân có thể sử dụng những thu nhập kinh tế từ mô hình để hoàn vốn đầu tư và sau đó là có lãi. IV. Kết luận và kiến nghị. 8 Từ những nghiên cứu cụ thể về tình hình ô nhiễm môi trường nông thôn cho thấy hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường nông thôn đã thực sự trở nên bức bách mà chưa được giải quyết, dẫn đến sức khoẻ của người dân bị đe doạ rất lớn, đặc biệt là các bệnh có liên quan đến nguồn nước. Qua nghiên cứu các thành phần vật chất hữu cơ của nước thải nông thôn cho thấy các thành phần có trong nước thải đều có thể tái sử dụng thông qua các công trình xử lý nước thải, đặc biệt là các hồ sinh vật, vào các mục đích kinh tế như nuôi cá, nuôi tảo, chăn thả các loại gia cầm và làm nước tưới cho hoa màu rất hiệu quả và mang lại lợi nhuận kinh tế cao cho các hộ nông dân. Hiện nay có khá nhiều các mô hình nghiên cứu về xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn, nhưng đề tài chú trọng đề xuất sử dụng hai mô hình dây chuyền dây chuyền quy mô vừa và nhỏ phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ nông dân, do có thể tận dụng tối đa những điều kiện tự nhiên sẵn có của địa phương nên chi phí đầu tư xây dựng các công trình xử lý rất rẻ, người dân cũng có thể tự thi công xây dựng, công tác quản lý vận hành các dây chuyền này cũng rất đơn giản phù hợp với trình độ của người dân, hiệu quả kinh tế mang lại lớn. Từ những ưu điểm trên cho thấy việc áp dụng các dây chuyền xử lý này vào thực tế tại các vùng ven đô là hoàn toàn khả thi và có hiệu quả. Trong mỗi dây chuyền đều có những nhược điểm, nhưng đó là những nhược điểm không quá khó để khắc phục. Đối với nhược điểm của dây chuyền thứ nhất như: diện tích đất xây dựng đòi hỏi lớn và nước hồ còn có mùi khó chịu, thì ta có thể khắc phục bằng biện pháp đưa vào sử dụng thêm thiết bị guồng làm thoáng bề mặt nhằm làm tăng khả năng hoà tan ôxy vào nước hồ và tăng cường chế độ thuỷ động của nước trong hồ, giúp cho sự tiếp xúc giữa chất bẩn hữu cơ và các vi khuẩn tăng lên, dẫn đến hiệu quả xử lý tăng. Như vậy, diện tích cần thiết xây dựng hồ sẽ giảm xuống đáng kể và nước trong hồ cũng sẽ hết mùi khó chịu. Nhược điểm về chi phí đầu tư ban đầu của dây chuyền thứ hai sẽ được khắc phục bằng chính thu nhập kinh tế từ dây chuyền đem lại, thì việc trang trải chi phí cho thiết bị guồng quay bề mặt cũng không phải là vấn đề quá lớn đối với các hộ dân nữa. Đối với các vấn đề quản lý và vận hành các dây chuyền thì qua những nghiên cứu cụ thể, người dân có thể tự quản lý vận hành vì hai dây chuyền này trên thực tế cũng rất đơn giản, không quá khó với trình độ của người dân nông thôn hiện nay. 9 10 . Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Phù Hợp Với Điều Kiện Kỹ Thuật Và Kinh Tế Cho Các Vùng Nông Thôn I. Hiện trạng vệ sinh môi trường nông thôn. công nghệ xử lý nguồn nước thải sinh hoạt cục bộ quy mô nhỏ vừa phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ nông dân, có thể tận dụng tối đa những điều kiện tự nhiên