Tài liệu TIỂU LUẬN " ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC " ppt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC GVHD: Nguyễn Hồng Quân Nhóm thực hiện: Phạm Hiếu Hạnh - 12260652 Phạm Thị Mỹ Lan - 12260661 Lê Thị Ngọc Bích - 12260642 Tháng 4/2013 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Đất ngập nước (ĐNN) Việt Nam đa dạng phong phú kiểu loại phân bố rộng khắp vùng sinh thái, có giá trị vai trò to lớn phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ đất nước, xóa đói giảm nghèo, trì phát triển văn hóa, hạn chế tai biến, bảo vệ mơi trường, trì phát triển đa dạng sinh học Phương pháp sử dụng đất ngập nước xử lý nước thải phương pháp có nhiều ưu điểm, đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam chi phí xây dựng vận hành thấp Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo xây dựng để xử lý nước thải nông nghiệp, công nghiệp phục vụ cho ni trồng thủy sản, theo q trình sinh học, hóa lý học vùng đất ngập nước tự nhiên Các vùng đất ngập nước loại bỏ chất ô nhiễm từ nước thải chuyển chúng thành dạng vật chất ảnh hưởng tới sức khỏe người môi trường Sử dụng ĐNN tự nhiên để xử lý nước thải có hàm lượng BOD thấp.Ngoài rasử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải trình xử lý thực liên tục điều kiện tự nhiên với giá thành rẻ chi phí xây dựng bảo quản thấp Do cần sử dụng rộng rãi sở sản xuất gây nhiễm Đồng thời áp dụng để nghiên cứu sâu hơn, mở rộng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải, đặc biệt loại nước thải có hàm lượng chất hữu cao nước thải nhà máy chế biến cà phê, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, sở giết mổ… Chương1.TỔNG QUAN 1.1 Kỹ thuật sinh thái 1.1.1 Định nghĩa: Kỹ thuật sinh thái nghiên cứu tích hợp hệ sinh thái kỹ thuật, liên quan đến việc giám sát thiết kế xây dựng hệ sinh thái Theo Mitsch 1996, thiết kế hệ sinh thái bền vững tích hợp xã hội lồi người với mơi trường tự nhiên lợi ích hai 1.1.2 Ứng dụng  Trong nông nghiệp  Trong đất ngập nước kiến tạo  Trong du lịch  Trong công nghiệp  Trong đô thị 1.1.3 Phạm vi ứng dụng:  Thiết kế hệ thống sinh thái thay giảm can thiệp người tiêu tốn lượng ví dụ áp dụng đất ngập nước kiến tạo cho hệ thống xử lý nước thải  Phục hồi hệ sinh thái bị suy thoái giảm tác động người  Quản lý, sử dụng bảo tồn tài nguyên thiên nhiên  Sự tích hợp xã hội hệ sinh thái việc xây dựng môi trường sinh thái (ví dụ cảnh quan kiến trúc, quy hoạch đô thị làm vườn đô thị ) 1.1.4 Ưu nhược điểm: * Ưu điểm:  Tiết kiệm nguồn lượng.Lượng chất thải phát sinh nhỏ  Các lợi ích khác từ việc sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguyên vật liệu đầu vào  Phục hồi thiết lập hệ sinh thái theo hướng bền vững, tăng tính đa dạng sinh học  Tạo môi trường sống thân thiện với thiên nhiên * Nhược điểm:  Phụ thuộc vào bối cảnh, địa điểm, văn hóa, kinh tế, trị quốc gia nên chưa có chuẩn mực chung cho quốc gia áp dụng kỹ thuật sinh thái  Các nguồn lượng thay thường loãng hơn, khơng đáp ứng nhu cầu phải đầu tư công nghệ  Việc sử dụng vật liệu tái chế, tái sử dụng chưa mang tính phổ thông  Chưa quan tâm mức quan có thẩm quyền  Sự bùng nổ dân số 1.2 Kỹ thuật sinh thái nông nghiệp  Hệ sinh thái nơng nghiệp có thành phần điển hình hệ sinh thái Tuy nhiên, với mục đích hàng đầu tạo suất kinh tế nên đối tượng hệ sinh thái nơng thành phần trồng vật nuôi  Trong thực tế sản xuất, dựa vào tri thức vốn đầu tư, người giữ hệ sinh thái nông nghiệp mức phù hợp để thu suất cao điều kiện cụ thể Con người tác động đẩy hệ sinh thái nông nghiệp đến tiếp cận với hệ sinh thái có suất kinh tế cao lực kéo mức độ hợp lý tự nhiên ngày mạnh, lượng vật chất người dùng để tác động vào hệ sinh thái lớn, hiệu đầu tư thấp Hình: Mơ hình hệ sinh thái nơng nghiệp (Đào Thế Tuấn 1984) 1.3 Kỹ thuật sinh thái du lịch Du Lịch sinh thái Nêpan: Du lịch sinh thái đề cao quan tâm nhân văn vào việc hoạch định quản lý tài nguyên du lịch tăng cường phát triển cộng đồng liên kết bảo tồn thiên nhiên phát triển du lịch sử dụng thu nhập từ du lịch để bảo vệ nguồn lực mà ngành du lịch phụ thuộc vào Định nghĩa du lịch sinh thái Việt Nam: loại hình du lịch dựa vào thiên nhiên văn hóa địa gắn với giáo dục mơi trường có đóng góp cho nổ lực bảo tồn phát triển bền vững với tham gia tích cực cộng đồng địa phương Những nguyên tắc du lịch sinh thái:  Du lịch sinh thái tránh tác động tiêu cực gây thiệt hại phá hủy tính tồn vẹn mơi trường tự nhiên hay văn hóa nơi diễn hoạt động du lịch  Giáo dục cho du khách hiểu tầm quan trọng công tác bảo tồn khu du lịch  Mang lợi ích cho cộng đồng địa phương, nâng cao thu nhập ổn định đời sống cho người dân địa phương sống vùng phát triển hoạt động du lịch khu vực liền kề  Phát triển hoạt động du lịch sinh thái cần có lập kế hoạch cách rõ rang với mục tiêu hướng đến phát triển bền vững  Phát triển sở hạ tầng sở hịa hợp với mơi trường, bảo tồn động vật hoang dã, thân thiện với môi trường tự nhiên, giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa thạch  Bên cạnh việc mang lại nguồn doanh thu từ khu vực bảo tồn cần phải trọng đến công tác quản lý bảo tồn khu vực Hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ ngày tăng mức độ đa dạng sinh học, phong phú chủng loài số lượng loài Theo báo cáo nhà khoa học thành phần loài động thực vật sau: 157 loài thực vật thuộc 76 họ Trong đó, có 35 lồi rừng ngập mặn thuộc 36 chi, 24 họ Khu hệ động vật khơng xương sống, thủy sinh: có 70 lồi thuộc 44 họ:Cua biển, tơm Sú, tơm Thẻ Bạc, sị Huyết Khu hệ cá: có 137 lồi thuộc 39 họ: cá Ngát, cá Bơng Lau, cá Dứa Khu hệ lưỡng thê, bị sát: có lồi lưỡng thê, 31 lồi bị sát: Kỳ đà nước, Hổ Mang chúa, trăn Gấm, cá Sấu Hoa cà Khu hệ chim: có 130 lồi, 47 họ, 17 bộ: Bồ nông chân xám, Diệc xám, Vạc, Già Đẫy, Giang sen Khu hệ thú: có 19 lồi, 13 họ, Mèo Rừng, Khỉ đuôi dài, Cầy vịi đốm, Nhím,… 1.4 Kỹ thuật sinh thái cơng nghiệp Nguyên tắc xây dựng khu công nghiệp sinh thái (KCNST)  Phát triển khu công nghiệp sinh thái theo quy luật hệ sinh thái tự nhiên: - Tạo cân sinh thái từ trình hình thành đến phát triển khu công nghiệp (KCN) (lựa chọn địa điểm, quy hoạch thiết kế, thi công xây dựng, lựa chọn doanh nghiệp, trình hoạt động, quản lý,…) - Mọi hoạt động liên quan tới phát triển KCNST cần tiến hành đồng bộ, hợp nguyên tắc bảo vệ môi trường phù hợp với hệ sinh thái tự nhiên  Thiết lập hệ sinh thái công nghiệp (HSTCN) ngồi KCNST - Tạo chu trình sản xuất tuần hoàn doanh nghiệp KCN doanh nghiệp KCN với doanh nghiệp hay khu vực chức khác bên - Giảm thiểu tái sử dụng sử dụng nguồn lượng, nước Tận dụng nguồn lượng, nước thừa trình sản xuất Sử dụng rộng rãi nguồn lượng tái sinh: mặt trời, sức gió, sức nước, - Giảm thiểu sử dụng nguồn tài nguyên, đặc biệt tài nguyên khơng thể tái tạo Khuyến khích sử dụng nguyên vật liệu tái sinh Hạn chế sử dụng chất gây độc hại - Giảm thiểu lượng phát thải, đặc biệt chất thải độc hại - Thu gom xử lý triệt để chất thải công nghệ thân thiện với môi trường Tái sử dụng tối đa chất thải  Thiết lập "cộng đồng" doanh nghiệp KCNST - Hợp tác mật thiết toàn diện doanh nghiệp KCNST với doanh nghiệp bên ngồi, chia sẻ thơng tin chi phí dịch vụ chung như: quản lý chất thải, đào tạo nhân lực, hệ thống thông tin môi trường dịch vụ hỗ trợ khác - Khuyến khích doanh nghiệp sản xuất đổi công nghệ thân thiện với môi trường - Khuyến khích doanh nghiệp cá nhân hợp tác tham gia bảo vệ, phát triển môi trường sinh thái KCN - Phát triển tổ hợp chức (công nghiệp, dịch vụ, công cộng, ở, ) phát huy tối đa mối quan hệ tương hỗ chúng Nhà máy lọc dầu Statoil Sulfur Methane Ethane Kemira (SX acid sulfuric) 14.000 hơi/năm Khu dân cư TP Kalundborg Nhà máy điện Asnaes Gyproc (SX ván trát tường) 225.000 hơi/năm 80.000 thạch cao/năm Hơi nóng 215.000 hơi/năm Nơng trại ni cá Asnaes Bùn Novo Nordisk (SX dược phẩm enzyme 170.000 tro & xỉ/năm Aalborg (SX ximăng vật liệu lát đường) Bùn giàu dinh dưỡng Nơng trại Hình: Hệ sinh thái công nghiệp – KCN Kalundborg, Đan Mạch (Cohen-Rosenthal cộng sự, 2003) 1.5 Kỹ thuật sinh thái đô thị Nguyên tắc đô thị sinh thái     Xâm phạm đến mơi trường tự nhiên Đa dạng hóa việc sử dụng đất, chức thị hoạt động khác người Trong điều kiện có thể, cố gắng giữ cho hệ thống thị khép kín tự cân Giữ cho phát triển dân số đô thị tiềm môi trường cân cách tối ưu Theo tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO) – 1998 Tiêu chí thị sinh thái Việt Nam - Về kiến trúc, cơng trình thị sinh thái phải đảm bảo khai thác tối đa nguồn mặt trời, gió nước mưa để cung cấp lượng đáp ứng nhu cầu nước người sử dụng Thông thường nhà cao tầng để dành mặt đất cho không gian xanh - Sự đa dạng sinh học đô thị phải đảm bảo với hành lang cư trú tự nhiên, nuôi dưỡng đa dạng sinh học đem lại tiếp cận với thiên nhiên để nghỉ ngơi giải trí - Giao thơng vận tải cần hạn chế cách cung cấp lương thực hàng hóa chủ yếu nằm phạm vi đô thị vùng lân cận Phần lớn dân cư đô thị sống làm việc phạm vi bán kính xe đạp để giảm thiểu nhu cầu di chuyển giới Sử dụng phương tiện giao thông công cộng nối liền trung tâm để phục vụ nhu cầu di chuyển xa người dân Chia sẻ ô tô địa phương cho phép người sử dụng cần thiết - Công nghiệp đô thị sinh thái sản xuất sản phẩm hàng hóa tái sử dụng, tái sản xuất tái sinh Các quy trình cơng nghiệp bao gồm việc tái sử dụng sản phẩm phụ giảm thiểu vận chuyển hàng hóa - Kinh tế thị sinh thái kinh tế tập trung sức lao động thay tập trung sử dụng nguyên liệu, lượng nước, nhằm trì việc làm thường xuyên giảm thiểu nguyên liệu sử dụng 1.3 Đất ngập nước kiến tạo: 1.2.1 Định nghĩa + Đất ngập nước: Theo Cơng ước RAMSAR đất ngập nước bao gồm: vùng đầm lầy, đầm lầy than bùn, vực nước tự nhiên hay kiến tạo, vùng ngập nước tạm thời hay thường xuyên, vực nước đứng hay chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể khu vực nước biển có độ sâu không 6m triều thấp Đất ngập nước xem vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm nơng lâm ngư nghiệp nhạy cảm vềmặt môi trường sinh thái Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn có khảnăng xửlý chất thải qua q trình tựlàm tác động lý hóa sinh học phức tạp +Đất ngập nước kiến tạo: Xây dựng khu xử lý nước thải qua đất gọi khu đất ngập nước kiến tạo, “kiến tạo” hiểu hệ thống thiết kế xây dựng vùng đất ngập nước việc xử lý nước thải hiệu hơn, giảm diện tích đặc biệt quản lý q trình vận hành mức đơn giản Ứng dụng đất ngập nước kiến tạo: xử lý nước thải hộ gia đình, nước thải cơng nghiệp, trì xử lý nước mưa, làm khô bùn đất ngập nước kiến tạo trồng sậy, xử lý bậc ba hệ thống xử lý nước thải truyền thống, xử lý nước hồ bơi tự nhiên, xử lý cách tự nhiên dịng dơng bị nhiễm, mái nhà đất ngập nước cải thiện chất lượng nước 1.2.2 Phân loại Các kiểu đất ngập nước khác đặc điểm thiết kế chúng tiến trình loại bỏ chất nhiễm Phân loại theo hình thức sống loài thực vật chiếm ưu hệ thống thực vật mặt, nhô lên khỏi mặt nước, rễ ngập nước thực vật ngập nước Phân theo thủy học có hai loại chính: hệ thống dịng chảy mặt hệ thống dịng chảy ngầm Đất ngập nước có dịng chảy bề mặt: điển hình có nhiều bể cạn chứa lớp vật liệu để rễ bám trụ, phát triển dày 20 ÷ 30cm chiều sâu lớp nước 20 ÷ 40 cm Thực vật dày đặc thường bao phủ 50% diện tích bề mặt Mực nước vận hành phổ biến 0,3 m Dưới đáy thiết kế lớp chống thấm nhằm hạn chế rị rỉ, thất nước Dịng nước thải cho chảy ngang qua lớp vật liệu lọc Hình dạng thường kênh dài hẹp, vận tốc dịng chảy chậm, thân trồng nhơ lên bãi lọc Đất ngập nước có dịng chảy bề mặt có khả triển khai mở rộng kích thước từ thấp lớn 1000 Loại thực vật trồng có dạng: sống trơi nổi, có thân nhơ lên mặt nước, sống chìm Hình 1.1 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dịng chảy bề mặt Đất ngập nước có dịng chảy ngầm: Cấu tạo giống thành phần dòng chảy mặt nước thải chảy ngầm lớp lọc bãi lọc Lớp lọc nơi thực vật phát triển thường có đất, cát, sỏi đá xếp thứ tự từ xuống, giữ cho lớp lọc có độ xốp Kích thước sỏi hay đá sử dụng phổ biến khoảng 10 ÷ 20mm Bề dày lớp vật liệu dao động từ 0,6 ÷ m Theo dịng chảy phân làm dạng: phương ngang phương thẳng đứng từ lên hay từ xuống Các thành phần hữu bị phân huỷ chủ yếu vi sinh điều kiện hiếu khí, kỵ khí nồng độ oxy hồ tan lớp lọc bị giới hạn Chất rắn lơ lửng giữ lại trình lọc, lắng thường đạt hiệu cao Hình 1.2 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dịng chảy ngầm Các hệ thống với dòng chảy ngang mặt đất (Horizontal subsurface flow HSF): Hệ thống gọi dịng chảy ngang nước thải đưa vào chảy chậm qua tầng lọc xốp bề mặt đường ngang tới nơi dịng chảy Trong suốt thời gian này, nước thải tiếp xúc với mạng lưới hoạt động đới hiếu khí, khí kị khí Các đới hiếu khí xung quanh rễ bầu rễ, nơi lọc O2 vào bề mặt Khi nước thải chảy qua đới rễ, làm phân hủy sinh học vi sinh vật trình hóa sinh Loại thực vật sử dụng phổ biến hệ thống HSF sậy Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF): Nước thải đưa vào hệ thống qua ống dẫn bề mặt Nước chảy xuống theo chiều thẳng đứng Ở gần đáy có ống thu nước đă xử lý để đưa Các hệ thống VSF thường xuyên sử dụng để xử lý lần cho nước thải qua xử lý lần Thực nghiệm đă phụ thuộc vào xử lý sơ bể lắng, bể tự hoại Hệ thống đất ngập nước áp dụng giai đoạn xử lý sinh học Cơng thức tính diện tích hệ thống đất ngập nước: A = ln Trong đó: A: diện tích (m2) Q: lưu lượng nước chảy vào cơng trình (m3/ngày) kA,T = kA, 20 (T – 20) kA,T = số nhiệt độ t0C kA, 20= số nhiệt độ 200C T: nhiệt độ nước cơng trình Wetland, 0C : yếu tố hiệu chỉnh nhiệt độ Ce = nồng độ đầu ra, mg/l Ci = nồng độ đầu vào, mg/l C* = nồng độ nền, mg/l Chỉ tiêu BOD TSS Nitơ hữu cơ- N NH4+- N NOx- N Tổng N Tổng P Fecal Coliform kA, 20 34 1000 17 18 35 22 12 75 1.00 1.00 1.05 1.04 1.09 1.05 1.00 C*, mg/l 3.5 + 0.053Ci 5.1 + 0.16Ci 1.5 0.00 0.0 1.50 0.02 300 cfu/100ml Nguồn: Kadlec & Knight, 1996.Reed et al, 1995 Thiết kế FWS – loại bỏ BOD As = A: diện tích (m2) Q: lưu lượng nước chảy vào cơng trình (m3/ngày) dw = chiều sâu cơng trình, chọn 0.1- 0.46 m η= chọn 0.65-0.75 KT = K20 (1.06)(T-20) K20 = 0,678 ngày-1 Ce = BOD đầu vào, mg/l Co = BOD đầu ra, mg/l 1.3 Các loại thực vật đặc trưng sử dụng để xử lý nước thải Nhiều loại trồng cho vùng đất ngập nước kiến tạo lựa chọn đểtham gia vào q trình hấp thu chất nhiễm nước thải, nhiều loại sậy, năn, lác, cỏ Vetiver lục bình, hoa súng, bèo loại, …Các loại có rễ bám vào lớp đất đáy với thân vươn cao lên mặt nước Cây sậy gọi tắt sậy, loại cỏcao khỏe có thểtìm thấy nhiều quốc gia vùng nhiệt đới, đặc biệt vùng đất ngập nước, nước nước lợ Sậy sửdụng rộng rãi việc xửlý loại nước thải khác qua khu đất ngập nước kiến tạo Sậy có khảnăng giữmột lượng lớn chất dinh dưỡng nước thải qua lượng sinh khối chúng Sậy loại bỏ lượng lớn nitrogen nước thải hấp thu qua hệthống rễcủa chúng Ởmiền Trung Ấn Độ, giống sậy Phragmites karka loại bỏ78% lượng nitrogen 58 – 65% lượng phosphorous sau qua hệthống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nằm ngang (Billore et al., 1999) Cỏ vetiver giống cỏ chống xói mịn, sạt lở đất nhà khoa học đánh giá hiệu đặc tính tốt như: rễ phát triển nhanh, khoẻ, cắm sâu vào lịng đất hình thành dàn cừ sống sâu 3-4m, thân thẳng đứng, khơng bị lan, phát triển tốt nhiều địa hình khác nhau; rễ cỏ vetiver môi trường cố định đạm tốt, giảm phèn cho đất đặc biệt không tranh giành dinh dưỡng nông nghiệp xung quanh bên cạnh rễ có tinh dầu mùi thơm khơng thích nghi với mùi vị lồi gậm nhấm… Cỏ Vetiver thích hợp cho vùng sinh thái: ngọt, lợ mặn Nhờ có hệ thống rễ phát triển dày đặc, cỏ vetiver có khả hấp thu cách có hiệu khống chất có độc tính từ nguồn phân bón thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm đất nước chất N, P, Al, Mg, Hg, Cd Pb.Trồng cỏ Vetiver xem xây dựng hàng rào bê tơng sinh học chống lại xói mịn sạt lỡ đất có số tác dụng có hiệu như: giảm vận tốc dịng chảy, giữ đất khơng bị nước trơi Duy trì độ ẩm đất, tăng độ phì cho đất Vấn đề an tồn mơi trường đến nay, chưa thấy có ảnh hưởng xấu việc sử dụng công nghệ cỏ vetiver chưa có phản ứng phụ tác động xấu đến người Ngồi việc chống xốy mịn cỏ vertiver cịn dùng sử lí nước thải hiệu Thực vật thủy sinh thành phần thiếu hệ sinh thái Một số phận thực vật đóng vai trị quan trọng trình xử lý nước thải như:  Phần thực vật tiếp xúc với khơng khí: Bóng làm suy giảm ánh sáng dẫn đến giảm sinh trưởng thực vật phù du; Tạo vi khí hậu, cách nhiệt mùa đơng; Giảm tốc độ gió; Tạo chất dinh dưỡng thơng qua q trình quang hợp  Phần thực vật tiếp xúc với nước: Có hiệu lọc (lọc qua mô xốp); Giảm tốc độ dịng chảy, tăng tỷ lệ trầm tích; Cung cấp diện tích bề mặt cho vi sinh vật bám dính; Tạo O2 quang hợp, tăng phân hủy hiếu khí; Hấp thụ chất dinh dưỡng Rễ đới rễ lớp trầm tích: Giúp ổn định bề mặt lắng đọng, giảm xói mịn; Ngăn chặn tắc nghẽn lớp lọc hệ thống dòng thẳng đứng; Sinh O làm tăng phân hủy hiếu khí nitrat hóa; Hấp thụ chất dinh dưỡng 1.4 Điều kiện vận hành đất ngập nước dòng chảy ngầm Tải lượng nạp nước: tải lượng nạp nước có liên quan mật thiết với thời gian lưu nước (cũng vận tốc di chuyển nước) tải lượng nạp BOD Nếu tải lượng nạp nước lớn thời gian lưu nước hệ thống ngắn ngược lại Tải lượng nạp nước thường sử dụng nằm khoảng 150 ÷ 500 m3/ha.ngày Tải lượng nạp BOD5: Sự điều chỉnh tải lượng nạp BOD5 vào đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nhằm hai mục đích: chuẩn bị chất hữu cho vi khuẩn tiêu thụ điều chỉnh lượng chất hữu nạp vào nhằm ngăn thiếu oxy Nếu lượng chất hữu nạp nhiều, đặc biệt phân phối làm chế có mùi Tải lượng nạp BOD5 nên điều chỉnh tối đa 110 kg/ha.ngày trung bình 65 kg/ha.ngày Thời gian lưu nước: Thời gian lưu nước có quan hệ với yếu tố như: độ dốc, chiều sâu mực nước, hình dạng, loại trồng, loại vật liệu lọc hệ thống Thời gian lưu nước thường nằm khoảng ÷ 15 ngày Quản lý kỹ thuật: Khi bắt đầu đưa đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm vào hoạt động cần thiết phải kiểm tra thông số mực nước ngầm, độ thấm nước đất Trong giai đoạn lưu lượng nạp nước thường nhỏ khoảng 30 ÷ 40% lưu lương nạp nước yêu cầu, sau tăng dần trồng phát triển Khi đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm hoạt động ổn định ta phải thường xuyên theo dõi lưu lượngnạp nước, tảilượng nạp BOD5, hiệu xử lý hệ thống,… Ngoài phải kiểm tra, bảo quản hệ thống phân phối nước đầu vào, hệ thống thu gom đầu có biện pháp giải kịp thời cho trường hợp ngập cục hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm 1.5 Các chế loại bỏ chất thải hệ thống đất ngập nước Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm: chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng vi sinh vật gây bệnh Các chất loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp gián tiếp thơng qua q trěnh vật lý, hóa học sinh học Vật lý: Lắng trọng lực: Các hạt lọc học nước chảy qua lớp lọc, qua tầng rễ; Lực hấp dẫn phần tử; Sự bay NH3 từ nước thải Hóa học: Tạo thành hợp chất; Hấp phụ bề mặt lớp lọc bề mặt thực vật; Phân hủy biến đổi hợp chất bền tác nhân tia tử ngoại, oxy hóa Sinh học: Các chất hữu hòa tan phân hủy vi sinh vật đáy vŕ vi sinh vật bám dính thực vật Có nitrat hóa phản nitrat hóa tác động vi sinh vật; Dưới điều kiện thích hợp, khối lượng đáng kể chất ô nhiễm thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhięn chất hữu mơi trường 1.6 Các q trình xử lý chất nhiễm ĐNN kiến tạo Q trình xử lí chất hữu có khả phân hủy sinh học:Trong bãi lọc, phân hủy sinh học đóng vai trị lớn việc loại bỏ chất hữu dạng hòa tan hay dạng keo có khả phân hủy sinh học (BOD) nước thải BOD lại chất rắn lắng bị loại bỏ nhờ trình lắng Phân hủy sinh học xảy chất hữu hòa tan mang vào lớp màng vi sinh bám phần thân ngập nước thực vật, hệ thống rễ phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ trình khuyếch tán Quá trình tách chất rắn:Các chất rắn lắng loại bỏ dễ dàng nhờ chế lắng trọng lực, hệ thống có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, chất keo loại bỏ thơng qua chế lọc Các chế xử lí hệ thống phụ thuộc nhiều vào kích thước tính chất chất rắn có nước thải dạng vật liệu lọc sử dụng Thực vật bãi lọc khơng đóng vai trị đáng kể loại bỏ chất rắn Quá trình khử Nitơ: Trong bãi lọc, chuyển hóa N xảy tầng oxi hóa khử đất, bề mặt tiếp xúc rễ đất, phần ngập nước thực vật có thân nhơ lên mặt đất N2 loại bỏ bãi lọc nhờ chế sau: • Nitrat hóa / khử nitrat • Sự bay NH3 • Sự hấp thụ thực vật Q trình khử Photpho: Vai trị thực vật việc loại bỏ P vấn đề tranh cãi dù chế đưa hẳn P khỏi hệ thống bãi lọc Các qúa trình hấp phụ, kết tủa lắng đưa P vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng P lớp vật liệu vượt khả chứa phần vật liệu hay lớp trầm tích phải nạo vét xả bỏ Cơ chế loại bỏ P bãi lọc gồm có: • Sự hấp thụ thực vật • Các q trình đồng hóa vi khuẩn • Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc chất hữu • Kết tủa lắng ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+ Quá trình xử lí kim loại nặng: Các lồi thực vật khác có khả hấp thu kim loại mạnh khác Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy ảnh hưởng gián tiếp đến loại bỏ tích trữ kim loại nặng chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, chế hóa học lớp trầm tích hoạt động vi sinh vật Các vật liệu lọc nơi tích tụ chủ yếu kim loại nặng Các chế loại bỏ chúng gồm có: • Kết tủa lắng dạng hydroxit không tan vùng hiếu khí, dạng sunfit kim loại vùng kị khí lớp vật liệu • Hấp phụ lên kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan vùng hiếu khí • Kết hợp lẫn thực vật đất - Hấp phụ vào rễ, thân thực vật bãi lọc trồng Q trình xử lí hợp chất hữu cơ: Các hợp chất hữu loại bỏ hệ thống chủ yếu nhờ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn nấm) hấp phụ thực vật Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ chất hữu nhờ trình bay hàm số phụ thuộc trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm Các chất bẩn hữu cịn loại bỏ nhờ q trình hút bám vật lí lên bề mặt chất lắng sau q trình lắng Quá trình thường xảy phần đầu bãi lọc Các chất hữu bị thực vật hấp thụ (Polprasert Dan, 1994), nhiên chế chưa hiểu rõ phụ thuộc nhiều vào loại thực vật trồng, đặc tính chất bẩn Q trình xử lí vi khuẩn: Về chất giống trình loại bỏ vi sinh hồ sinh học Vi khuẩn có nước thải loại bỏ nhờ: • Các q trình vật lí lắng, dính kết, lọc, hấp phụ • Bị tiêu diệt điều kiện môi trường không thuận lợi thời gian dài 1.7 Ưu điểm nhược điểm đất ngập nước kiến tạo * Ưu điểm • Một hệ sinh thái tự trì hầu nhƣ khơng cần lượng điện khí, khơng cần bổ sung hóa chất • Xử lý nước thải khơng tập trung, tiết kiệm chi phí đầu tư vào hệ thống thoát nước Vốn đầu tư thường thấp hệ thống xử lý truyền thống • Chi phí lượng bảo dưỡng thấp (chi phí dịng đời thấp) • Khơng ồn, khơng mùi, sản sinh bùn • Chịu dao động lưu lượng nước nồng độ chất nhiễm • Giảm nước mưa chảy tràn • Thực vật tái sinh tự nhiên mang lại giá trị kinh tế • Khả xử lý đa dạng nguồn nước thải • Tạo cảnh quan tự nhiên cho tiềm bảo tồn động vật hoang dã lớn • Cung cấp hội giải trí giáo dục * Nhược điểm • Hệ thống đất ngập nước chịu giảm mực nước tạm thời cần tồn lượng nước tối thiểu • Tốc độ bốc nước thực vật thủy sinh đất ngập nước cao, làm giảm thể tích nước sẵn có dùng để cung cấp cho hệ thống • Các diện tích đất cần thiết cho hệ thống (FWS) lớn, đặc biệt yêu cầu loại bỏ nitơ hay phospho • Các loại bỏ BOD, COD nitơ trình sinh học liên tục tái tạo Các phospho, kim loại số chất hữu loại bỏ hệ thống bị ràng buộc • trầm tích tích luỹ qua thời gian Trong mùa đơng lạnh, khí hậu nhiệt độ thấp làm giảm tỷ lệ cho loại bỏ BOD tăng phản ứng sinh học Nitrat hóa, phản nitrat hóa • Muỗi trùng trở thành vấn đề cần quan tâm Đất ngập nước, đặc biệt hệ • thống dòng chảy mặt cung cấp nơi lý tưởng cho muỗi Yêu cầu bao gồm thủy lực kiểm sốt độ sâu mực nước, dịng vào, dịng ra, cấu làm sạch, loại bỏ cỏ, quản lý thực vật, muỗi côn trùng Các kế hoạch kiểm soát sinh học muỗi thể qua việc sử dụng cá ăn muỗi việc sử dụng hóa chất kiểm sốt mầm bệnh cần thiết phải bao gồm việc thiết kế DO 1mg/l cần thiết để trì quần thể cá Thực vật với mật độ thưa có lẽ cần thiết để tránh hình thành túi nước mà cá khơng thể vào • Mực nước đầm lầy cần điều chỉnh sở theo mùa địi hỏi phải kiểm • sốt, tùy thuộc vào điều kiện địa phương yêu cầu cụ thể Thanh tra hoạt động tốc độ tăng trưởng thực vật, hoạt động hệ thống thoát nước, cấu trúc thiệt hại, bay hơi, rị rỉ, tích lũy trầm tích, mật độ thực vật Chương MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO Xử lý nước thải đất ngập nước kiến tạo áp dụng khoảng 100 năm Mỹ Châu Âu gần nước Châu Á Châu Úc Việc nghiên cứu kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo nhiều khoảng 20 năm nay, đặc biệt cơng trình Kadlec Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993), Kadllec et al (2000), Solano et al (2003), Vymazal (2005), … cho thấy hiệu xử lý chất nhiễm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), lượng oxy hịa tan (DO), tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform, … đầu có giảm đáng kể nước thải 2.1 Mơ hình đất ngập nước kiến tạo giới 2.1.1 Tại Albania Bộ môn Kỹ thuật môi trường – Khoa Kỹ thuật dân dụng trường đại học Polytechic Tirana thực dự án xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đất ngập nước kiến tạocó cơng suất 16,8 m 3/ngày làng trẻ em SOS Tirana, Albania Cơng trình vào hoạt động vào tháng 1/2010 Nước thải sinh hoạt dẫn qua bể lắng trước qua cơng trình hệ thống dòng chảy ngầm ngang (165m 2) đặt song song Sau đó, nước thải tiếp tục qua1 cơng trình hệ thống dòng chảy ngầm đứng (220m2) Nước sau xử lý trữ lại bể dành cho mục đích tưới tiêu Các tiêu nước thải đầu vào đầu đáp ứng tiêu chuẩn WHO Bảng 2.1 : hiệu xử lý nước thải sinh hoạt làng SOS Tirana, Albania 2.1.2 Tại Tunisa Soulwène Koukia cộng tiến hành nghiên cứu hệ thống đất ngập nước kiến tạo để xử lý nước thải sinh hoạt đô thị vùng Joogar Tunisa Nước thải đầu vào lắng trước xử lý hệ thống dòng chảy ngang với thời gian lưu nước ngày Sau đó, nước xử lý tiếp hệ thống dòng chảy đứng với thời gian lưu nước 3,6 ngày Các thông số pH, BOD5, COD, TSS, TKN, TP, faecal coliforms faecal streptococci nước thải đầu vào đầu theo dõi suốt dòng đời thực vật Nước thải đầu đánh giá đạt tiêu chuẩn Tunisian Tuy nhiên, thông số COD, TKN TP cao giá trị yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng Kết thí nghiệm thể sau: Bảng 2.2 : hiệu xử lý nước thải sinh hoạt Đất ngập nước kiến tạo Joogar-Tunisa 2.2 Mơ hình đất ngập nước kiến tạo Việt Nam 2.2.1 Khảo nghiệm huyện Phong Điền Khảo nghiệm năm 2006, nước thải lấy từ ao nuôi cá tra tiến hành xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, tỉnh Cần Thơ Kích thước khu đất ngập nước: 0,6m x 6m x 0,4m chiều sâu, với độ dốc 2%, chia làm ngăn liên tục ngăn cách lưới chắn Hệ thống lót nylon để tránh thấm hòa lẫn tạp chất đất Lượng nước bơm thử nghiệm 800 L/ngày Hình 2.1 : Kích thước khu đất ngập nước kiến tạo Mẫu nước lấy đợt, đợt cách tuần 2005 Thông số Hiệu Nước đầu vào BOD5 (mg/l) TCVN 5945-1995 Nước đầu 70,03 10,05 Mức A Mức B Mức C 20 50 100 % 85,65 COD (mg/l) 222,95 23,93 89,27 50 100 400 DO (mg/l) 30,8 4,08 24,54 - - - TSS (mg/l) 109,08 3,53 96,77 50 100 200 Coliforms (MPN/100ml) 632000 275 99,96 5000 10000 - 6,96 6,68 - 6-9 5,5-9 5-9 pH Bảng 2.3 : Kết phân tích chất lượng nước trung bình đầu vào đầu Nhận xét: • Kết khảo nghiệm năm 2006 có qui mơ nhỏ kích thước khu đất ngậpnước kiến tạo năm 2005 • Hầu hết thông số chất ô nhiễm đầu mức cho phép • Thơng số BOD5 COD có hiệu cao 85% • DO có tăng không nhiều, chưa đạt mức mong muốn • Đặc biệt độ đục (turbidity) tổng Coliform cho kết cao 96% • Các số đo pH xấp xỉ mức 7.0 đầu vào mức 6.8 – 6.9 đầu 2.2.2 Khảo nghiệm huyện Ơ Mơn Một thử nghiệm tiến hành vào năm 2005 ao nuôi cá gần tuyến đường từ Cần Thơ Long Xuyên địa phận huyện Ơ Mơn Sơ đồ khảo nghiệm hình Nước thải từ ao ni cá cá basa thay bơm vào đoạn kênh tiêu có bề ngang 1,2 m, sâu 0.8 m để dẫn sơng chặn lại đoạn mét để đổ cát trồng sậy với mật độ 25 cây/m2 Đáy thành đoạn xử lý lót nylon chống thấm Độ dốc đáy 5% Cát chọn loại cát trung (cát demi), đường kính D50 = 0.4 mm, dùng xây dựng (hình 4) có độ rỗng 40% Trên đoạn xử lý nước qua cát, hai đầu chắn phên tre bao vải để chống sạt cát Cứ mét dài đoạn xử lý, có gắn ống lấy mẫu nước, ống cách mét, ống ống cuối cách mép cát 0,5 m Lượng nước bơm thử nghiệm ngày vào hệ thống chia làm lần: 7:00 19:00, đợt 600 L Có đợt lấy mẫu thực nghiệm, đợt cách tuần 2005 Thông số TCVN 5945-1995 Nước đầu vào Nước đầu Hiệu % BOD5 (mg/l) COD (mg/l) DO (mg/l) 78,4 196,8 0,8 12,3 32,7 2,7 TKN (mg/l) TSS (mg/l) Coliforms (MPN/100ml) pH 78,6 140,6 Nhiệt độ ( C) Mức A Mức B Mức C 84,31 83,38 70,37 20 50 50 100 - 100 400 - 11,4 45,7 85,50 67,50 30 50 60 100 60 200 6,4x106 8,5x 103 98,67 5000 10000 - 7,5 6,8 - 6-9 5,5-9 5-9 30,5 29,0 - 40 40 45 - Bảng 2.4 : Kết phân tích chất lượng nước trung bình đầu vào đầu Nhận xét: • Lượng nước thải từ ao ni cá có nồng độ chất nhiễm cao mức cho phépthải nguồn nhiều lần • Hầu hết thông số chất ô nhiễm đầu đạt hiệu cao, thỏa chất lượngnước đạt loại A TCVN 5945-1995 Chỉ riêng tiêu TSS vi sinh chưa đạt loại A thỏa yêu cầu nước loại B, yếu tố bị ảnh hưởng phầntác động đoạn kênh đầu tiếp xúc với vi khuẩn chất lơ lửng khác • Tỉ số BOD5/COD xấp xỉ 0.4 • Mức DO có cải thiên cao không đạt mức mg/L mong muốn • pH nước có giảm chứng tỏ tượng nitrification đất phù hợp với giảm trị TKN Nhiệt độ nước mức cho phép đầu vào đầu Hình 2.2 : Sơ đồ khảo nghiệm xử lý nước ao cá basa đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang Chương KẾT LUẬN Kỹ thuật sinh thái có tính ưu điểm vượt trội phù hợp với xu phát triển chung xã hội Khắc phục tình trạng thiếu hụt tài ngun suy thối mơi trường Được áp dụng rộng rãi tất lĩnh vực liên quan đến tác động qua lại người thiên nhiên Bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, đa dạng sinh học, khôi phục hệ sinh thái bị suy thoái Xử lý nước thải mơ hình ĐNN nhân tạo phương pháp hiệu thân thiện với môi trường sinh thái người Trên giới mơ hình nghiên cứu ứng dụng nhiều mang kết tốt Tuy nhiên, lĩnh vực mẻ Việt Nam, cần có nghiên cứu sâu để ứng dụng nhằm phục vụ sản xuất sinh hoạt Tài liệu tham khảo http://occa.mard.gov.vn/Content/Huong-ung-ngay-dat-ngap-nuoc-the-gioi- nam-2013-Dat-ngap-nuoc-duy-tri-nguon-nuoc-/2013/2/5/31807.news (6/4/2013) http://www.havillandgarden.com/?mod=content&act=detail&cid=70 (06/04/2013) http://www.climategis.com/2012_06_10_archive.html (06/04/2013) http://violet.vn/ththanh2008/present/show/entry_id/2685367  ... thiểu tái sử dụng sử dụng nguồn lượng, nước Tận dụng nguồn lượng, nước thừa trình sản xuất Sử dụng rộng rãi nguồn lượng tái sinh: mặt trời, sức gió, sức nước, - Giảm thiểu sử dụng nguồn tài nguyên,... Nhím,… 1.4 Kỹ thuật sinh thái công nghiệp Nguyên tắc xây dựng khu công nghiệp sinh thái (KCNST)  Phát triển khu công nghiệp sinh thái theo quy luật hệ sinh thái tự nhiên: - Tạo cân sinh thái từ... lợi ích hai 1.1.2 Ứng dụng  Trong nông nghiệp  Trong đất ngập nước kiến tạo  Trong du lịch  Trong công nghiệp  Trong đô thị 1.1.3 Phạm vi ứng dụng:  Thiết kế hệ thống sinh thái thay giảm can