Bài giảng các quá trình sinh học trong kỹ thuật môi trường chương 5 hồ sinh học và các hệ thống xử lý tự nhiên

BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 5: HỒ SINH HỌC VÀ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ TỰ NHIÊN GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm Email: hoangnghiem72@gmail.com hoangnghiem72@yahoo.com XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC TỰ NHIÊN HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI ™ Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi hồ sinh học) hồ nhân tạo lớn, khơng sâu, thường hình chữ nhật sử dụng để xử lý nước thải ™ Hồ sinh học sử dụng rộng rãi Châu Âu Nam Mỹ, loại cơng trình xử lý nước thải phù hợp với nước phát triển vùng khí hậu nóng ™ Các yếu tố tự nhiên nhiệt độ cao giàu ánh sáng mặt trời có khả thúc đẩy phát triển nhanh loại vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn vi tảo) ™ Hồ sinh học có khả xử lý chất hữu (BOD) nước thải theo hai cách hiếu khí kỵ khí ™ Các trình chuyển hố sinh học diễn hồ chu trình tự nhiên liên tục HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI ™ Q trình XLNT thường diễn hai nhiều hồ Sự xắp xếp bố trí kích thước, độ sâu thiết kế hồ tạo điều kiện hiếu khí hồ kỵ khí hồ khác ™ Dịng nước thải khỏi hồ thường giàu dinh dưỡng nồng độ tảo lớn ™ Số lượng vi sinh vật gây bệnh vi sinh vật nguồn gốc từ chất thải sinh họat dòng khỏi hồ sinh học giảm đáng kể [Mara cs., 1992; Mara Pearson, 1987; U.S EPA, 1977a] ™ Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải dễ xây dựng, giá thành thấp, tính đệm lớn hiệu xử lý cao HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI Ưu điểm hồ sinh học ™ Dễ xây dựng: công tác xây dựng chủ yếu đào đất, ngồi tận dụng ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh học ™ Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải loại cơng trình rẻ so với cơng trình XLNT khác ™ Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải chịu hàm lượng kim loại nặng cao (đến khoảng 30mg/l) Hồ cịn tự điều tiết tượng sốc hữu thuỷ lực khơng ổn định dịng nước thải đầu vào [Mara & Pearson, 1986] ™ Hiệu cao: Các hệ thống hồ thiết kế đạt hiệu suất xử lý theo BOD > 90%, nitơ từ 70 ÷ 90% phơtpho 30 ÷ 50% ™ HSH có khả xử lý loại sinh vật gây bệnh cao mà không cần sử dụng biện pháp xử lý bậc cao khác clo hoá, ozon hố, UV,… diệt vi khuẩn gây bệnh đáp ứng quy định Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chất lượng nước tưới [WHO, 2006; WHO,1989] ™ Kết hợp nuôi cá, trồng tảo mang hiệu kinh tế cao HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI Nhược điểm hồ sinh học ™ Hàm lượng chất lơ lửng nước thải khỏi hồ cao so với cơng trình xử lý sinh học khác xuất tảo dòng nước thải khỏi hồ ™ Thời gian lưu thuỷ lực lâu đôi với thể tích hồ lớn để XLNT yếu tố hạn chế trình yêu cầu diện tích chi phí đất sử dụng cao ™ Phát sinh mùi ™ Khó kiểm sốt q trình HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI ™ Có loại HSH: • Hồ kỵ khí • Hồ tuỳ tiện • Hồ hiếu khí/ Hồ xử lý triệt để ™ Chức hồ kỵ khí hồ tùy tiện xử lý BOD cà hồ xử lý triệt để tiêu diệt loại vi khuẩn gây bệnh (chỉ tiêu faecal coliform thường sử dụng để thị cho trình xử lý) ™ Hồ sinh học kỵ khí có ưu điểm xử lý nước thải nhiễm hữu cao có hàm lượng chất lơ lửng lớn ™ Hồ sinh học tuỳ tiện HSH hiếu khí có quần thể tảo lớn Tảo đóng vai trị yếu q trình ổn định nước thải Các hồ đơi cịn gọi HSH quang hợp HSH làm thoáng tự nhiên HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI Các q trình lên men kỵ khí oxy hố hiếu khí: Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn: ™ Giai đoạn thứ thối rữa chất hữu cơ, vi khuẩn lên men để tạo thành sinh khối hình thành sản phẩm trung gian khác la axit hữu vi khuẩn Chất hữu → tế bào vi khuẩn + hỗn hợp axit hữu ™ Giai đoạn thứ hai phân huỷ CHC hình thành giai đoạn nhờ loại vi khuẩn mêtan tạo thành khí mêtan sản phẩm đơn giản khác Vi khuẩn Hỗn hợp axit hữu → tế bào VK + CH4 + CO2 + H2O + NH3, v.v… HỒ ỔN ĐỊNH CHẤT THẢI ™Oxy hố hiếu khí biểu diễn trình đơn giản saU: Vi khuẩn Chất hữu + O2 → tế bào VK + H2O + CO2 + PO43- + NH3, v.v… ™Một lượng lớn oxy cung cấp nhờ trình quang hợp tảo: Vi khuẩn H2O + CO2 → tế bào tảo + H2O + O2 HỒ SINH HỌC TỰ NHIÊN HỒ KỴ KHÍ ™HSH kỵ khí thường sâu từ đến m (có thể lên đến m) Hồ tiếp nhận nước thải thơ có tải lượng hữu cao 220 – 560 kg BOD5/ha.ngày Hồ sử dụng bể tự hoại hở để xử lý sơ cấp nước thải ô nhiễm hữu nặng ™Các loại cặn nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn, trình lên men kỵ khí nhờ loại VK tạo axit, VK tạo axetat VK tạo mêtan thực điều kiện nhiệt độ 15oC ™HSH kỵ khí hoạt động tốt vùng khí hậu ấm BOD xử lý đạt hiệu suất cao, từ khoảng 40% 10oC thấp 60% > 20oC ™Các lớp váng thường hình thành bề mặt, loại ruồi muỗi phát triển bề mặt mùa hè Vì cần có biện pháp xử lý thích hợp phun nước sạch, nước sau xử lý số trường hợp đặc biệt phun hố chất diệt muỗi phù hợp, dễ phân huỷ sinh học 10 ĐẤT NGẬP NƯỚC (WET LAND) 46 Xư lý tù nhiªn HƯ thèng xư lý b»ng c©y sËy 10 Hệ thống ống đục lỗ nối từ phòng tắm Các loại trồng lớp sỏi 20mm Lớp đệm cao 100mm bề mặt bình thờng để tránh ngập Hớng di chuyển dòng nớc Mực nớc phải đợc trì đảm bảo thấp lớp sỏi Nớc đà xử lý đợc đa bể chứa nớc nh vệ sinh ống đầu đục lỗ tới trạm bơm kế bên Lớp lót bọc PVC 0.75 mm Lớp sỏi dy 150 mm phủ đờng đờng ống Hng gạch ngăn để chống lại tợng Short circuiting 47 Xư lý tù nhiªn HƯ thèng xư lý sậy 48 Xử lý tự nhiên Hệ thống xư lý b»ng c©y sËy 49 ĐẤT NGẬP NƯỚC - WETLAND Bảng: Những thông số thiết đặc trưng cho đơn vị xử lí đất ngập nước Tiêu chuẩn đặc trưng Tính chất đầu ra, mg/L Điểm xử lí Nhu cầu khí hậu thời gian lưu, ngày Độ sâu, m tải lượng thuỷ lực, m/(ha Ngày) Đất ngập nước tự nhiên xử lí bổ sung, AWT với nguồn vào bậc ấm 10 0.2-1 100 BOD TSS TN 5-10 5-15 5-10 Đất ngập nước nhân tạo bậc 2, AWT Không cần 0.1-0.3 200 BOD TSS TN 5-10 5-15 5-10 50 XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUA ĐẤT ™ Xử lý qua đất (land treatment) trình xử lý nước thải phương pháp tưới thích hợp, thường áp dụng nước thải qua trình xử lý bậc hai ™ Nó gần phương pháp tận dụng nước thải hay chất dinh dưỡng chứa nước thải ™ Quá trình xử lý tiến hành trình tự nhiên, nước thải chuyển động qua lớp vật liệu lọc tự nhiên đất hệ thực vật ™ Một phần nước thải bay hô hấp thực vật, phần lại thâm nhập vào đất bổ cập cho nước ngầm 51 XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUA ĐẤT ™ Xử lý nước thải qua đất cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho trồng ™ Các chất dinh dưỡng chủ yếu (nitơ, phốtpho kali) thường bị khử hệ thống xử lý bậc hai thông thường phần lớn chúng dòng thải đầu ™ Các chất dinh dưỡng đất hàng năm bị tiêu thụ trồng xói mòn đất bù lại cách tận dụng nước thải để tưới 52 XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUA ĐẤT ™ Hệ thống xử lý nước thải qua đất thường áp dụng ba phương pháp sau đây: ¾ Phương pháp tốc độ chậm ¾ Phương pháp dòng chảy bề mặt (Cánh đồng tưới) ¾ Phương pháp thấm nhanh (cánh đồng lọc) ™ Các trồng tưới với mức độ tiêu thụ chúng (khoảng 3,5 đến 10 mm/ngày tùy thuộc vào loại trồng), để cải tạo cánh đồng tưới ™ Khi tưới với vận tốc cao (10 đến 15 mm/ngày), loại cỏ nước nhạy cảm khả hấp thụ chất dinh dưỡng cao loại trồng ưu tiên lựa chọn 53 PHƯƠNG PHÁP DÒNG CHẢY BỀ MẶT ™ Là trình xử lý sinh học qua đất bản, nước thải tưới phần cao cánh đồng có độ dốc chảy qua bề mặt thực vật đến mương thu gom phía thấp ™ Quá trình hồi phục nước thải thực trình lý học, hóa học sinh học nước thải chảy thành lớp mỏng bề mặt dốc tương đối không thấm nước ™ Phương pháp dòng chảy bề mặt thực trình xử lý thứ cấp hay trình xử lý bậc cao ™ Có thể tưới với tốc độ cao (18 mm/ngày hay lớn hơn) tùy thuộc vào mức độ xử lý yêu cầu 54 CÁNH ĐỒNG TƯỚI (SPRAY IRRIGATION SYSTEM) Khu dân cư; Bể tự hoại; Bể chứa; 5; Bễ lọc cát; Bể khử trùng (Chlorine hay UV); Hầm bơm; Ống dẫn; Vòi phun; 10 Cánh đồng tưới 55 CÁNH ĐỒNG TƯỚI (SPRAY IRRIGATION SYSTEM) Sơ đồ tổng quát cánh đồng tưới 56 PHƯƠNG PHÁP THẤM NHANH ™ Theo phương pháp này, nước thải sử dụng để tưới cho đất với tốc độ cao ™ Quá trình xử lý diễn nước qua mạng cấu trúc đất ™ Các mục đích hệ thống tưới theo phương pháp thấm nhanh bao gồm: Bổ cập nước cho nước ngầm; Xử lý tự nhiên cách bơm rút hay sử dụng ống thoát ngầm; Xử lý tự nhiên nước xử lý chảy dọc theo đất vào nguồn nước mặt ™ Khi chất lượng nước ngầm bị suy giảm xâm nhập mặn, bổ cập nước cho nước ngầm đảo gradient thủy lực bảo vệ nguồn nước hữu 57 CÁNH ĐỒNG LỌC (RAPID INFILTRATION SYSTEM) Sơ đồ tổng quát cánh đồng lọc (rapid infiltration system) 58 Bảng: Những thông số thiết kế xử lý nước thải qua đất Tiêu chuẩn đặc trưng Điểm xử lí diện tích, tải lượng thủy lực Tính chất đầu ra, mg/L Nhu cầu khí hậu thực vật ấm có 23-280 0.5-6 BOD TSS TN TP FC