Nghiên cứu công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật trong nhóm thực vật green roof (gr) với mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt

Nghiên cứu công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật trong nhóm thực vật green roof (gr) với mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt Nghiên cứu công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật trong nhóm thực vật green roof (gr) với mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG - - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO SỬ DỤNG THỰC VẬT TRONG NHĨM THỰC VẬT GREEN ROOF (GR) VỚI MỤC ĐÍCH TÁI SINH NƯỚC THẢI SINH HOẠT HỒ THANH VÀNG ĐỖ HẢI LÝ BIÊN HÒA, THÁNG 12 NĂM 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG - - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO SỬ DỤNG THỰC VẬT TRONG NHÓM THỰC VẬT GREEN ROOF (GR) VỚI MỤC ĐÍCH TÁI SINH NƯỚC THẢI SINH HOẠT Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: HỒ THANH VÀNG ĐỖ HẢI LÝ Th.S LÊ PHÚ ĐÔNG Th.S PHẠM NGỌC HÒA ĐỒNG NAI, THÁNG 12 NĂM 2016 i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO 1.1 Tổng quan nước thải sinh hoạt 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải sinh hoạt 1.1.2 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt 1.1.3 Ảnh hưởng NTSH đến môi trường người 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải 1.2.1 Phương pháp xử lý học 1.2.2 Phương pháp xử lý hóa học 1.2.3 Phương pháp xử lý sinh học 1.3 Giới thiệu đất ngập nước 1.3.1 Khái niệm đất ngập nước 1.3.2 Chức đất ngập nước 1.4 Các loại ĐNN kiến tạo 1.4.1 Hệ thống đất ngập nước dòng chảy mặt 1.4.2 Hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm 10 1.5 Hệ thống GR (Mái Nhà Xanh) 11 1.6 Các loại thực vật nước 12 1.6.1 Thực vật nước vùng ĐNN nhân tạo 12 1.6.2 Nhóm thực vật GR 14 1.6.3 Vai trò thực vật xử lý nước thải 16 1.7 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm nước thải ĐNN kiến tạo 17 1.7.1 Loại bỏ chất hữu có khả phân hủy sinh học 17 1.7.2 Loại bỏ chất rắn 17 1.7.3 Loại bỏ Nitơ 17 1.7.4 Loại bỏ phospho 18 1.7.5 Loại bỏ kim loại nặng 18 1.7.6 Loại bỏ vi khuẩn virus 18 ii 1.8 Ưu, nhược điểm phương pháp ĐNN kiến tạo 19 1.9 Nghiên cứu ứng dụng ĐNN xử lý nước thải 20 1.9.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng nước 20 1.9.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng giới 22 1.10 Vấn đề tái sinh NTSH sau xử lý 24 1.10.1 Mục đích tái sinh nước thải 24 1.10.2 Lợi ích việc tái sinh nước 24 1.10.3 Các rủi ro tái sinh nước thải 24 1.10.4 Một số yêu cầu chất lượng nước thải tái sinh 25 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Nội dung nghiên cứu 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu 29 2.2.1 Vật liệu nghiên cứu 29 2.2.2 Mơ hình nghiên cứu 30 2.3 Vận hành mơ hình 32 2.3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu theo mơ hình cơng nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật nhóm thực vật GR 32 2.3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu tải trọng tối ưu mơ hình đất ngập nước 32 2.3.3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu xử lý mơ hình đất ngập nước kiến tạo 33 2.4 Kiểm sốt yếu tố q trình vận hành 33 2.5 Quy trình lấy mẫu phân tích mẫu 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu theo mơ hình cơng nghệ ĐNN kiến tạo sử dụng thực vật nhóm thực vật GR 36 3.1.1 Sự thay đổi pH mơ hình (MH) theo thời gian nghiên cứu 36 3.1.2 Hiệu xử lý COD 36 3.1.3 Hiệu xử lý TN 37 3.1.4 Hiệu xử lý TP 37 3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu tải trọng tối ưu mơ hình đất ngập nước 38 3.2.1 Diễn biến pH mơ hình ĐNN kiến tạo tải trọng 38 3.2.2 Hiệu xử lý COD 39 3.2.3 Hiệu xử lý TN 40 3.2.4 Hiệu xử lý TP 41 iii 3.2.5 Hiệu xử lý độ màu 42 3.2.6 Hiệu xử lý Coliform 43 3.3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu mơ hình đất ngập nước kiến tạo 44 3.3.1 Đánh giá khả tái sinh nước thải sau qua hệ thống xử lý mô hình ĐNN kiến tạo sử dụng thực vật nhóm thực vật GR 44 3.3.2 Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý phù hợp cho mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẲT Từ viết tắt Định nghĩa Tiếng Anh Chất hữu CHC COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa học CW Constructed Wetlands Hệ thống đất ngập nước ĐLC Độ lệch chuẩn ĐNN Đất ngập nước GR Green Roof Hệ thống Mái Nhà Xanh HRT Hydrolic Retention Time Thời gian lưu nước HSF Horizontal Subsurface Flow Dòng chảy ngầm ngang HSXL Hiệu suất xử lý MH Mơ hình NTSH Nước thải sinh hoạt QCVN Qui chuẩn Việt Nam SS Suspended solid Chất rắn lơ lửng TB Trung bình TN Tổng Nitơ TP Tổng Phospho VSV Vi sinh vật VSF Vertical Subsurface Flow Dòng chảy ngầm thẳng đứng v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các loại đất ngập nước kiến tạo Hình 1.2 Các hệ thống ĐNN dịng chảy mặt 10 Hình 1.3 Mơ hình ĐNN dịng chảy ngầm 11 Hình 1.4 Mơ hình cấu trúc GR 12 Hình 1.5 Độ sâu tiêu chuẩn cho số loại thực vật GR 16 Hình 1.6 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm hệ thống ĐNN 17 Hình 2.1 Mặt mơ hình nghiên cứu 31 Hình 2.2: Cấu trúc mơ hình đất ngập nước kiến tạo 31 Hình 2.3: Vị trí lấy mẫu mơ hình 34 Hình 3.1: Diễn biến pH trình xác định loại thực vật thích hợp 36 Hình 3.2: Hiệu xử lý COD trình xác định loại thực vật thích hợp 37 Hình 3.3: Hiệu xử lý TN trình xác định loại thực vật thích hợp 37 Hình 3.4: Hiệu xử lý TP trình xác định loại thực vật thích hợp 37 Hình 3.5: Sự thay đổi pH ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 38 Hình 3.6: Sự thay đổi COD ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 39 Hình 3.7: Sự thay đổi TN ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 40 Hình 3.8: Sự thay đổi TP ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 42 Hình 3.9: HSXL độ màu ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 42 Hình 3.10: HSXL Coliform ứng với tải trọng mơ hình hoa mười 43 Hình 3.11: Quy trình cơng nghệ xử lý cho mục đích tái sinh 45 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2: Vai trò thực vật nước xử lý nước thải 16 Bảng 1.3: Cơ chế làm nước thải loại ĐNN kiến tạo 18 Bảng 1.4 So sánh ưu nhược điểm hai kiểu hình ĐNN kiến tạo 19 Bảng 1.5 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt làng SOS Tirana, Albania 22 Bảng 1.6: Giá trị giới hạn chất lượng nước tái sinh đề nghị cho TP.HCM 25 Bảng 1.7: Một số yêu cầu chất lượng nước thải tái sinh 26 Bảng 2.1: Thực vật sử dụng nghiên cứu 29 Bảng 2.2: Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt 30 Bảng 2.3: Vật liệu làm mơ hình 30 Bảng 2.4: Thơng số thiết kế mơ hình tính cho ngăn 30 Bảng 2.5: Thông số vận hành nội dung 32 Bảng 2.6: Thông số vận hành giai đoạn chạy tải trọng 33 Bảng 2.7: Vị trí tần suất lấy mẫu để làm thí nghiệm 35 Bảng 2.8: Các phương pháp phân tích mẫu 35 Bảng 3.1: Bảng thông số vận hành thích hợp khả tái sinh nước mơ hình hoa mười 44 MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề Nước nguồn tài nguyên vô quý giá người Nước tự nhiên bao gồm toàn nước từ đại dương, biển vịnh sông hồ, ao suối, nước ngầm… Trên trái đất nước chiếm tỉ lệ nhỏ so với nước mặn Nước mặt cần cho sống phát triển, nước giúp cho tế bào trao đổi chất, tham gia phản ứng sinh hoá tạo nên tế bào Vì vậy, nói đâu có nước có sống Ngày nay, q trình Đơ thị hóa – Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa nước ta diễn với tốc độ nhanh Đi đơi với lợi ích kinh tế hoạt động đem lại, ô nhiễm nguồn nước vấn đề nghiêm trọng, gây đe dọa đến chất lượng sống Nước thải sinh hoạt phần lớn chưa xử lý thải bỏ ao, sơng, suối,… Vì dẫn đến tình trạng nhiễm nước bốc mùi khó chịu, làm cảnh quan ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ người loài động thực vật sống gần khu vực xả thải Hiện giới, việc sử dụng hệ thống đất ngập nước kiến tạo để xử lý nước thải áp dụng rộng rãi mang lại kết tối ưu Cơng nghệ có khả thay cho hệ thống công nghệ cao để xử lý nước thải, đồng thời cơng nghệ cịn mang lại tính mỹ quan thân thiện với mơi trường Vì vậy, tiến hành thực “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng thực vật nhóm thực vật Green Roof (GR) với mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt”, góp phần giải vấn đề ô nhiễm nguồn nước tạo thêm mảng xanh cho môi trường  Mục tiêu đối tượng nghiên cứu  Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá khả xử lý xác định thông số vận hành mơ hình đất ngập nước (ĐNN) kiến tạo sử dụng thực vật nhóm thực vật GR xử lý với mục đích tái sinh nước thải sinh hoạt  Đối tượng nghiên cứu  Nguồn nước thải sinh hoạt (NTSH) Khu nội trú sở trường đại học Lạc Hồng Địa chỉ: Khu phố 4, phường Bửu Long, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai  Hệ thống ĐNN kiến tạo sử dụng nhóm GR xử lý nước thải sinh hoạt  Phạm vi giới hạn đề tài  Phạm vi nghiên cứu Sử dụng thực vật: dừa cạn, mười me đất hoa vàng, nước thải sinh hoạt Khu nội trú Đề tài thực nghiên cứu Phịng thí nghiệm khoa Kỹ thuật Hóa Học Mơi trường, sở 6, Đại học Lạc Hồng  Giới hạn đề tài Thời gian thực nghiên cứu 10 tháng từ tháng 2/2016 đến tháng 11/2016 Số tiêu khảo sát chất lượng nước thải không nhiều (COD, SS, Tổng N, Tổng P, độ màu, đô đục, Coliform)  Ý nghĩa phương pháp nghiên cứu  Ý nghĩa đề tài Nghiên cứu ứng dụng ĐNN kiến tạo sử dụng nhóm thực vật GR để xử lý nước thải, góp phần làm sáng tỏ ứng dụng công nghệ công cụ xử lý nước thải, đồng thời công nghệ phương thức xử lý hài hịa lợi ích kinh tế mơi trường, phù hợp với điều kiện nước ta đặc biệt vùng ngoại thành thực thị hóa với khu chung cư, khu công nghiệp vừa nhỏ  Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp luận: Từ vấn đề xúc môi trường nay, đến việc tìm hiểu cơng nghệ xử lý NTSH cho thấy cịn nhiều hạn chế chi phí cao vận hành phức tạp Việc lựa chọn công nghệ có khả xử lý tốt, chi phí thấp xem tối ưu thích hợp với tình hình kinh tế nay:  Ứng dụng khả xử lý NTSH hệ thống ĐNN  Ứng dụng số thực vật ĐNN, đặc biệt nhóm thực vật GR có khả xử lý nhiễm NTSH  Phương pháp thu thập số liệu Xử lý, phân tích, tổng hợp tài liệu thu thập theo mục tiêu đề  Phương pháp phân tích phịng thí nghiệm