bài giảng cấp nước và vệ sinh môi trường chi phí thấp

Xử lý nước thải• Hệ thống XLNT thông thường bao gồm các công trình:– Xử lý bằng các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học, để loại bỏ các chất rắn, các chất hữu cơ và đôi khi cả các chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước

Bộ môn Cấp thoát nước

Đối tượng áp dụng

• Áp dụng chủ yếu cho khu vực nông

thôn

• Các khu vực dân cư phân tán

• Đối tượng dân cư thu nhập thấp

• Các khu vực có tỷ lệ tiếp cận nước sạch và vệ sinh HVS còn thấp

Nội dung chính

• Các phương pháp tiếp cận xây dựng

chương trình kế hoạch và dự án phát triển

Cấp nước – Vệ sinh nông thôn

• Các mô hình, kỹ thuật xây dựng công trình cấp nước và vệ sinh nông thôn, chi phí

CẤP NƯỚC, VỆ SINH VÀ SỨC KHOẺ CỘNG ĐỒNG

Bệnh tật liên quan đến nước

• Bệnh do uống nước bị nhiễm phân

• Bệnh do tiếp xúc với nước bẩn

• Bệnh do các vi sinh vật sống trong nước gây ra

• Bệnh do côn trùng sinh sản trong

nước gây ra

Các bệnh liên quan đến

nước và phân

• Uống nước nhiễm phân, do nguồn

nước bị ô nhiễm trực tiếp bởi nước

thải, chất thải nhà vệ sinh, chuồng trại chăn nuôi: Dịch tả, kiết lỵ, tiêu chảy, thương hàn, viêm gan siêu vi

• Tiếp xúc với nước bẩn: Đau mắt hột,

ghẻ ngứa, mụn cóc, phong hủi, nấm da

Các bệnh liên quan đến vi

sinh vật, côn trùng

• Nhiễm vi sinh vật xâm nhập qua da,

vào bụng: Bệnh sán máng, giun lãi,

giun móc, sán dây

• Do côn trùng sinh sản trong nước

(muỗi, ruồi, sâu bọ…) chích hút:

Bệnh buồn ngủ, sốt rét, sốt xuất

huyết, vàng da, viêm não, giun chỉ

Cơ chế truyền bệnh và chiến lược phòng chống

CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH KẾ HOẠCH VÀ DỰ ÁN PHÁT TRIỂN CẤP NƯỚC – VỆ SINH NÔNG

THÔN

Tiến trình tổng quát xây dựng &

thực hiện dự án CN&VSNT

Các bước cơ bản trong thực hiện dự án, công trình cụ thể

Yếu tố quyết định đầu tư

xây dựng công trình

• Chất lượng nước cấp: Tính an toàn

đối với các bệnh do nước gây ra

• Yếu tố giá thành nước cấp: Khả năng chịu đựng của cộng đồng có thu

nhập thấp

Nội dung của một dự án

nước sạch nông thôn

• Thu thập tài liệu

• Đề xuất mục tiêu, xác định nhu cầu

• Phân tích các phương án thực hiện

• Tính toán chi phí và khả năng thu hồi vốn

• Xác định cá nhân/tổ chức quản lý dự án

Thu thập tài liệu

Đề xuất mục tiêu, xác định

nhu cầu

• Dân số hiện tại, tương lai

• Mục tiêu cấp nước hiện tại, tương lai

• Xác định nhu cầu, công suất cấp

nước

Phân tích các phương án

thực hiện

Một số nội dung phân tích

• Mục tiêu và chỉ tiêu cấp nước hiện tại và tương lai, xác định nhu cầu

• Tính chất nguồn nước: Chất lượng, trữ lượng, khả năng khai thác (Giếng đào, giếng khoan nông, sâu, điểm lấy nước

mặt, thu trữ nước mưa, mạch lộ, suối ao

CÁC MÔ HÌNH CẤP NƯỚC NÔNG THÔN - CHI PHÍ

THẤP

Hệ thống cấp nước tự chảy

Áp dụng chủ yếu cho các vùng núi Hệ thống cấp nước tự chảy hoàn chỉnh bao gồm các hạng mục sau:

• Công trình đầu nguồn

nước tập trung hoặc hộ gia đình

Hệ thống bơm dẫn nước

ngầm

Bể lọc chậm

Hệ thống bơm dẫn nước

mặt

Mô hình cấp nước phân tán

B¬ m t a y S©n g i Õn g l ¸ t g ¹ c h

Bể lọc chậm

Bể lọc chậm - Công nghệ

của FINADA

Mô hình bể lọc chậm xử lý

nước giếng khoan

THU VÀ PHÂN PHỐI NƯỚC MƯA

CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

XỬ LÝ NƯỚC NÔNG THÔN

Yêu cầu xử lý nước

nông thôn

Các loại công nghệ xử lý

nước

Hiệu quả xử lý

Các sơ đồ xử lý nước nông thôn

• Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt

• Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm

Công nghệ xử lý nước mặt

• Hàm lượng cặn <1500mg/l

• Hàm lượng cặn >1500mg/l

Công nghệ xử lý nước ngầm

Bể lọc chậm

Bể lọc chậm - Công nghệ

của FINADA

Mô hình bể lọc chậm xử lý

nước giếng khoan

Tốc độ lọc

Tiêu chuẩn thiết kế bể lọc chậm

Rửa bể lọc chậm

• Rửa thủ công

• Rửa thủy lực

Keo tụ nước

Khuấy trộn

• Khuấy trộn thủ công

• Khuấy trộn thủy lực

• Khuấy trộn cơ khí

Khử trùng nước

• Sử dụng hóa chất

• Đun sôi nước

• Phơi nắng

Khử sắt

Khử sắt trong tầng chứa

nước

CÔNG TRÌNH TRỮ NƯỚC

TRUYỀN DẪN VÀ PHÂN PHỐI NƯỚC

Các loại hình Vệ sinh

chi phí thấp

Các loại hình vệ sinh

• Vệ sinh hộ gia đình

• Hệ thống thu gom và xử lý nước thải

• Hệ thống thu gom và xử lý chất thải

Nhà tiêu hợp vệ sinh

• Không là nguyên nhân lây lan bệnh tật

• Không làm nhiễm bẩn các loại nguồn

Các loại nhà tiêu hợp vệ

sinh

• Nhà tiêu thấm, dội nước

• Nhà tiêu tự hoại

• Nhà tiêu sinh thái

• Nhà tiêu đào cải tiến

- Bể tự hoại gồm 3 ngăn với

ngăn chứa phân không bị

Nhà tiêu thấm dội nước

• Qui định xây dựng:

- Cách nguồn nước ăn uống,

sinh hoạt từ 10m trở lên

- Bể chứa phân không bị lún,

- Nước từ bể chứa phân hoặc

đường dẫn phân không thấm,

tràn ra mặt đất

Lưu ý: Không xây dựng ở nơi

thường bị ngập úng

Nhà tiêu thấm, dội nước

• Là nhà tiêu có bệ xí dội nước và ống dẫn phân vào bể chứa phân, đáy và thành bể không bịt kín

• Bể chứa phân có thể 1 ngăn hoặc 2 ngăn.

• Bể chứa phân 1 ngăn được xây trong

lòng đất KT 0.8mx0.8m, hoặc hình tròn

DK 0.8m, sâu 1.2m Đáy và thành bể

không bịt kín, có lỗ hoặc khe hở để nước

tự thấm vào đất.

Chuồng trại hợp vệ sinh

• Không làm ô nhiễm đất, nguồn nước

mặt, nước ngầm

• Không có mùi hôi thối, mất mỹ quan

• Không có ruồi nhặng và các loại côn trùng truyền bệnh

• Có hệ thống thoát nước, ngăn chứa

và ủ phân riêng

– Bộ phận chứa khí: chứa khí sinh ra từ quá trình phân hủy Yêu cầu kín.

– Lối vào: là nơi nạp nhiên liệu bổ sung vào bể phân hủy.– Lối ra: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân hủy

– Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí

Lợi ích của hầm ủ Biogas

• Xử lý chất thải chăn nuôi, làm sạch môi

trường và phòng ngừa các bệnh truyền

nhiễm

• Tạo nguồn khí đốt rẻ tiền cho gia đình, sử dụng tiện lợi, giải phóng sức lao động cho phụ nữ trong công việc nội trợ

• Tạo tiền đề quy hoạch lại nông thôn, bắt đầu từ hộ gia đình, bao gồm: nhà ở, bếp, chuồng trại chăn nuôi, vườn… Tăng chất lượng cuộc sống người dân nông thôn

• Sử dụng chất thải từ hầm ủ cho chăn nuôi thủy sản và trồng trọt, cho năng suất cao, đảm bảo vệ sinh

Rác thải nông thôn

• Rác thải sinh hoạt

• Chất thải nông nghiệp

Thực trạng về quản lý rác

thải nông thôn

• Lượng rác thải ngày càng tăng

• Thu gom rác thải

Ảnh hưởng đến môi trường

• Các bãi tập trung rác thải thường ở đầu làng, bên đường quốc lộ, bờ sông, bờ hồ.

• Gây ô nhiễm môi trường nước, môi trường khí

• Ảnh hưởng tới sức khỏe người dân

Giải pháp xử lý rác thải nông

thôn

• Giảm lượng chất thải

• Thực hiện tốt phân loại chất thải

• Tổ chức tốt các tổ công tác thu

gom chất thải

• Thu phí thu gom và xử lý chất thải

• Có bãi tập trung chất thải đảm bảo các điều kiện về bảo vệ môi trường

• Xử lý đúng cách, hợp vệ sinh,

không gây ô nhiễm môi trường

Thành phần của rác

• 15 % rác tái chế

• 60% rác phân hủy sinh học

• 25% rác không phân hủy sinh học

Rác thải nông thôn

Xử lý nước thải chi phí

thấp

– Quá trình xử lý: xử lý sơ bộ, xử lý sơ

cấp (bậc một), thứ cấp (bậc hai), triệt

để (bậc ba) và có thể có thêm các công đoạn xử lý đặc biệt khác

– Khử trùng các vi khuẩn, mầm bệnh

Xử lý nước thải chi phí thấp

• Các hệ thống xử lý sinh học tự nhiên tải

lượng thấp

• Xử lý các loại nước thải hữu cơ như nước thải sinh hoạt

• Cấu tạo đơn giản

• Chi phí đầu tư thấp đáng kể, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp

• Đòi hỏi diện tích đất sử dụng nhiều hơn so với các hệ thống xử lý sinh học nhân tạo tải lượng cao

• Xử lý hiệu quả và đáng tin cậy trong việc

xử lý các vi khuẩn, mầm bệnh

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình

XLNT

• Tải lượng thủy lực

• Có hoặc không có các yếu tố tự

nhiên như vi sinh vật

• Các thiết bị hỗ trợ như các máy bơm, máy sục khí v.v…

• Có thể được trang bị các máy bơm và

đường ống phân phối, thu nước thải,

nhưng không phụ thuộc hoàn toàn vào

nguồn điện năng bên ngoài để duy trì khả năng xử lý

• Các quá trình xử lý các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở các quá trình và chu trình

chuyển hóa tự nhiên (như các yếu tố sinh học, cơ học hay năng lượng mặt trời và

các yếu tố tự nhiên khác)

Đặc điểm của hệ thống XLNT chi

phí thấp

• Đạt được mức độ xử lý có thể chấp nhận;

• Vốn đầu tư thấp;

• Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp;

• Yêu cầu kỹ năng vận hành không cao so với các công nghệ thông thường khác;

• Tuổi thọ dài hơn so với tuổi thọ các công nghệ xử lý có sử

dụng các thiết bị điện - cơ khí;

• ít phụ thuộc vào các yếu tố như công tác xây dựng, các thiết

• Giảm thiểu các tác động đến môi

trường

• Ít ảnh hưởng đến các hệ sinh thái

• Có khả năng ứng dụng tốt trong các điều kiện môi trường nước, đất và

đất ngập nước

Xử lý trong môi trường nước

• Hồ sinh học tùy tiện

– Vùng hiếu khí được hình thành tại các tầng

– Thường nhỏ và nông hơn các hồ tùy tiện

– Thường được bố trí sau các hồ kị khí hoặc hồ tùy tiện nhằm tăng cường làm thoáng và thoát khí hoặc mùi phát sinh từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ

Xử lý trong môi trường

đất

• Các hệ thống dòng chảy chậm trên bề mặt đất

• Dòng thấm chậm và thấm nhanh ngầm dưới mặt đất

• Có các khả năng cung cấp nước bổ sung cho nguồn nước

ngầm, cho tái trồng rừng, cho nông nghiệp và hoặc cho đồng

cỏ nuôi súc vật

• Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các phản ứng sinh học, hóa

học, lý học diễn ra trên và trong lòng đất

• Hệ thống dòng chảy bề mặt cần được cấy trồng thực vật để hấp thụ chất dinh dưỡng cũng như các chất ô nhiễm đồng

thời làm tăng thời gian lưu nước trong hệ thống và khả năng tiếp xúc giữa các ô nhiễm với đất/ hệ thực vật

Xử lý trong môi trường đất

ngập nước

• Là các vùng đất hoặc bãi đất nhân tạo mà tại đó đất được duy trì thường xuyên trong trạng thái bão hòa nước và có cấy trồng các loại thực vật có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng và chất ô nhiễm

• Có hai dạng bãi lọc ngập nước được ứng dụng trong XLNT:

– Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt

– Hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm

• Sử dụng rễ cây trồng làm nơi lưu giữ và phát triển của các loài vi sinh vật, đồng thời luân chuyển ôxi từ không khí cung cấp cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy các chất ô nhiễm có

trong nước thải

• Vi khuẩn đóng vai trò lớn trong cơ chế xử lý nước thải

• Một phần các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và natri được

cây cối hấp thụ

• Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt về cơ bản gần giống như các đầm lầy tự nhiên

• Cấu trúc điển hình của loại hệ thống này thường được thiết kế với

bề rộng hẹp, chiều dài lớn và có độ sâu nhỏ hơn 1m, có cấy trồng các loại thực vật nước

• Các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm thường sử dụng sỏi hoặc cát

dễ thấm làm vật liệu cố định rễ thực vật nước và lọc dòng nước

Giới thiệu Wetland

• Wetland được hiểu là vùng đất ngập nước với thành phần chính là: nước, thực vật và đất

• Wetland trong tự nhiên được tồn tại ở một số dạng như: Đầm lầy, hoặc các khu vực bãi bồi ở cửa biển hoặc cửa sông

• Wetland với chức năng là nơi tập trung sinh quyển tạo môi

trường sống cho các loài động thực vật còn có chức năng xử lý nước thải theo phương thức sinh học

Đất ngập nước tự nhiên

Đất ngập nước nhân tạo

• Đất ngập nước dòng chảy mặt -Free

Water Surface Constructed Wetlands

• Đất ngập nước dòng chảy ngầm -

Subsurface Constructed Wetlands

• Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy

đứng – Vertical flow constructed

wetland

• Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngang – Horizontal flow constructed wetland

Đất ngập nước dòng chảy mặt Free Water Surface Constructed

-Wetlands

Đất ngập nước dòng chảy ngầm - Subsurface Constructed Wetlands

Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy đứng – Vertical flow constructed

wetland

Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy

ngang – Horizontal flow constructed wetland

Horizontal flow constructed

wetland

Ưu điểm của hệ thống XLNT

chi phí thấp

 Đảm bảo hiệu suất xử lý cao và ổn định

 Chi phí đầu tư xây dựng thấp

 Chi phí vận hành thấp

 Giảm và hạn chế tối thiểu mùi khó chịu

 Duy trì được khả năng XLNT với tải lượng

Nhược điểm của hệ thống

không mong muốn

 Diện tích đất yêu cầu tính theo dân số

tương đương có thể lớn

Các mô hình XLNT

chi phí thấp

Hồ sinh học xử lý nước

thải

• Hồ lớn, không sâu, có thể là hồ tự nhiên hoặc nhân

tạo.

• Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ cao và giàu ánh

sáng mặt trời đã thúc đẩy sự phát triển nhanh của các loại vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và vi tảo) để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải, đặc trưng bằng BOD, Phù hợp với các nước có khí hậu nóng.

• Quá trình xử lý bao gồm kỵ khí và hiếu khí theo chu trình tự nhiên, liên tục

• Quá trình xử lý nước thải thường được diễn ra trong hai hoặc nhiều hồ

• Kích thước và độ sâu hồ có thể thúc đẩy quá trình

hiếu khí hoặc kỵ khí

• Từng hồ có chức năng riêng và được thiết kế phù hợp với mục đích hoặc chất ô nhiễm cần được tách ra khỏi nước thải

• Dòng nước thải ra khỏi hồ giảm đáng kể số lượng các

vi sinh vật gây bệnh và các sinh vật nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt khác

Các loại hồ sinh học và cơ chế

xử lý

• Hồ kỵ khí: xử lý BOD

• Hồ tùy tiện: xử lý BOD

• Hồ xử lý triệt để / hồ hiếu khí: xử lý BOD, loại các vi khuẩn gây bệnh

Hồ sinh học kỵ khí

• Xử lý được nước thải ô nhiễm hữu cơ

cao có hàm lượng chất lơ lửng lớn

• Trong hồ không có ôxy hòa tan và

không chứa hoặc chứa một lượng rất nhỏ vi tảo

Hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh

• Hồ tùy tiện có thể chia thành hồ tùy tiện

sơ cấp và hồ tùy tiện thứ cấp, trong đó

chúng tiếp nhận nước thải mới và đã lắng, tách biệt (thường là dòng ra từ các hồ kỵ khí)

• Hồ xử lý triệt còn được sử dụng để tăng

cường hiệu quả xử lý bằng vi sinh vật đối với dòng ra từ các hệ thống xử lý nước

thải truyền thống →hồ xử lý bậc cuối.

Sơ đồ bố trí hồ sinh học

Cơ chế XLNT của hồ sinh

học

• Sức chứa của hồ cho phép hồ hấp phụ

được cả độ sốc tải lượng hữu cơ lẫn

tải lượng thủy lực của nước thải đầu

vào;

• Lắng sơ bộ nước thải, theo đó các chất

lơ lửng sẽ trầm tích xuống đáy hồ;

• Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải

bằng các vi khuẩn ôxy hóa hiếu khí

(trong điều kiện có ôxy tự do) và lên men kỵ khí (trong điều kiện không có ôxy)

Các quá trình lên men kỵ khí và

ôxy hóa hiếu khí

▪ Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất là sự thối rữa chất hữu cơ, tại đây vi khuẩn sẽ lên men để tạo thành sinh khối mới và hình thành các sản phẩm trung gian khác là axit hữu cơ

Chất hữu cơ vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit

hữu cơ Giai đoạn thứ hai là phân hủy các chất hữu cơ hình thành từ giai đoạn một nhờ các loại vi khuẩn tạo mêtan thành khí mêtan và các sản phẩm đơn giản khác

Hỗn hợp axit hữu cơ vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + CH 4 + CO 2 +

H 2 O + NH 3 , v.v

▪ Ôxy hóa hiếu khí có thể biểu diễn bằng các quá trình đơn giản như sau:

Chất hữu cơ + O 2 vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + H 2 O +

CO 2 + PO 43- + NH 3 , v.v,…

▪ Một lượng lớn ôxy được cung cấp nhờ quá trình quang hợp của tảo:

H 2 O + CO 2 tảo+ánh sáng tế bào tảo mới + H 2 O + O 2

Hồ sinh học kỵ khí

• Có độ sâu từ 2 đến 5 m

• Tiếp nhận nước thải mới có tải lượng hữu cơ cao (>100g

BOD5/m³ trong ngày), không có ôxy hòa tan

• Cơ chế giống như một bể tự hoại hở

• Được sử dụng để xử lý sơ cấp đối với nước thải có hàm lượng

hữu cơ cao

• Cặn trong nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn và lên men kỵ khí nhờ các loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo

aceton và vi khuẩn tạo mêtan thực hiện trong điều kiện nhiệt độ trên 15°C

• Hiệu quả xử lý BOD của Hồ sinh học kỵ khí phụ thuộc nhiệt độ

– Loại 40% BOD ở 10°C hoặc thấp hơn

– Loại trên 60% ở 20°C

• Các lớp váng thường được hình thành trên bề mặt

• Có thể phát sinh các loại ruồi muỗi trên bề mặt hồ trong mùa hè Cần có các biện pháp xử lý thích hợp như phun nước sạch, nước sau xử lý hoặc trong một số trường hợp đặc biệt có thể phun hóa chất diệt muỗi phù hợp và dễ phân hủy sinh học

• Các loại vi khuẩn khử sunfat như Desulfovibrio khử sunfat thành

hydro sunfua gây mùi khó chịu Ở pH 7,5, 75% sunfua dưới dạng bisunfua không mùi