Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu ứng dụng mô hình đất ngập nước ngược dòng (UFCW) xử lý nước thải dệt nhuộm

BOD: Nhu cầu oxy sinh học Biochemical Oxygen DemandBTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường COD: Nhu cau oxy hoá học Chemical Oxygen DemandCW: Dat ngập nước kiến tạo Constructed wetlandĐNN: Da

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRUONG DAI HỌC BACH KHOA

mm mm

——

BK

PHAN LÊ XUÂN HẠNH

NGHIÊN CỨU UNG DUNG MÔ HÌNH DAT NGAP NƯỚCNGUOC DONG (UFCW) XỬ LÍ NƯỚC THAI DET NHUỘM

CHUYEN NGANH: CONG NGHE MOI TRUONGMA SO: 608506

LUẬN VAN THAC SĨ

TP HO CHI MINH, THANG 07 năm 2014

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA —- ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS LÊ HOÀNG NGHIÊM

Cán bộ cham nhận xét 1 : PGS.TS BUI XUAN THÀNH

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS NGUYÊN NHƯ SANG

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tai Truong Đại Hoc Bách Khoa, ĐHQGTp.HCM ngày 30 tháng 07 năm 2014.

Thành phan hội đồng đánh giá luận văn gồm :1 PGS.TS Tôn That Lãng (CT)

2 PGS.TS Bùi Xuân Thanh(PB1)3 TS Nguyễn Như Sang (PB2)4 TS Đào Thanh Sơn (TK)5 TS Lê Hoàng Nghiém(UV)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và trưởng khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHAN LE XUAN HẠNH MSHV: 12253191Ngày, tháng, năm sinh : 01/06/1989 555 sssssess Nơi sinh: Tiền GiangChuyên ngành: CÔNG NGHE MOI TRƯỜNG Mã số : 608506I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CUU UNG DUNG MÔ HÌNH DAT NGAP NƯỚC

NGƯỢC DONG (UFCW) XỬ LÍ NƯỚC THAI DET NHUỘM

Il NHIỆM VU VÀ NỘI DUNG: Đánh giá hiệu quả khử độ mau, COD của đất ngập

nước ngược dòng (UFCW) xử lý nước thải dệt nhuộm ở các tải trọng 15; 25; 30; 35

kgCOD/ha.ngay, thông qua việc vận hành hai mô hình đất ngập nước ngược dòng vàđất ngập nước xuôi dòng hoạt động song song

II NGÀY GIAO NHIEM VU:24/06/2013

IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 30/06/2014V CÁN BO HUONG DAN : TS Lê Hoàng Nghiêm

Trong thời gian hoàn thành luận văn Tôi nhán được rất nhiễu sự quan tâm,hướng dân, chỉ bảo nhiệt tình từ các thay cô, các anh chi, ban be va gia đình.

Tôi xin gửi lời cam ơn chân thành đến thay TS Lê Hoàng Nghiêm, Thay đãtruyền đạt nhitng kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn quý báu và tao mọi điều kiện thuậnlợi Tôi có thể hoàn thành bài báo cáo luận văn tốt nghiệp này

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thay Cô trong khoa Môi Trường — TrườngPH Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức Tôi trong suốt quátrình học tập và nghiên cứu tại trường Mỗi Thay, Cô luôn là tam gương sáng cho Tôisống - học tập - lao động theo

Xin cảm ơn các thay cô, anh chị Phòng Thí Nghiệm khoa Môi Trường, TrườngĐại học Tài Nguyên Môi Trường Tp.HCM đã giúp đỡ Tôi rất nhiều trong thời gian

thực hiện bài báo cáo này.

Xin to lòng biết on sâu sắc đến cha, mẹ, các anh, các chị luôn là hậu phươngvững chắc, nguôn động viên lớn cho con hôm nay-ngay mai và tương lai

Xin cam ơn những người ban đã cùng Tôi học tập,chia sẻ niềm vui nỗi buôn

đưới mdi trường thân yêu này.

Tp Hô Chí Minh, ngày 10 tháng 7 năm 2014

Phan Lê Xuân Hạnh

TÓM TAT LUẬN VANĐề tai được thực hiện thông qua việc vận hành, so sánh, đánh giá hiệu quả xử lý độmàu và COD của mô hình đất ngập nước ngược dòng (MHI) và mô hình đất ngập

nước xuôi dòng (MH2) xử lý nước thải dệt nhuộm Kích thước mồ hình 70 cm x 20

cm x 20cm với lớp vật liệu là cát xây dựng pha đất, mỗi mô hình được trồng 4 câycỏ nên khoảng cách giữa mỗi cây là 15cm được vận hành ở các tải trọng: 15, 25, 30,

35 kgCOD/ha.ngay.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nước thải đầu ra có hiệu quả loại bỏ độ màu và COD

của MHI tương ứng trong khoảng 85% - 97% và 72% - 84% Trong khi đó MH2

chỉ đạt tương ứng trong khoảng 80% - 94% và 68%- 83% Đối với quá trình chuyểnhóa và loại bỏ Nito, MHI có thé loại bỏ Nito tổng trong khoảng từ 32% - 38% caohơn so với MH2 chỉ từ 28% - 35% Tuy nhiên, đối với quá trình loại bỏ Phosphotong thì MH2 có hiệu quả loại bỏ Phospho trong khoảng 22% - 52% cao hơn MHIlà từ 18% - 23% Hàm lượng cặn lơ lửng thấp chỉ từ 18 — 24mgSS/L ở MHI và từ 9— 20 mgSS/L ở MH2 Nghiên cứu cũng đánh giá kha năng tích lũy sinh khối trongthực vật qua việc đánh giá hàm lượng tổng Nito ban đầu và sau mỗi tải trọng Ngoài

ra, nghiên cứu cũng tìm hiệu khả năng xử lý kim loại Zn, Cu, Cr của hai mô hình.

The aim of this study is examine and compare the treatment performance of the colorand COD of up-flow constructed wetland (MH1) and down-flow constructed wetland(MH2) to treat the textile dyeing wastewater which being treated biologically byactivated sludge process Model size was 70cm in height, 20cm in length and 20cmwith width The wetland reator was filled with sand and soil Every wetland reactorwere planted with 4 shoots of Typha orientalis G.A Stuart were operated at Organicloading rates: 15,25, 30, 35 kgCOD/ha day.

The study results show that the color and COD removal efficiency of MH1 was in therange of 85% - 97% and 72% - 84% while MH2 was only 80% - 94% and 68%- 83%.The total Nito removal efficiency of MH1 was 32% - 38% which higher than MH2was (28% - 35%) However, the total Phospho removal efficiency of MHI was 18%- 23% lower than MH2 was (22% - 52%) TSS in effluent of MHI was 18 —24mgSS/L and TSS in effluent of MH2 was 9 —20mgSS/L.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Phan Lê Xuân Hạnh MSHV: 12253191Ngày tháng năm sinh: 01/06/1989 Gidi tính: Nữ

Nơi Sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Công nghệ Môi Trường MS: 60 85 06

Tén dé tai: Nghiên cứu ứng dung mô hình đất ngập nước ngược dòng (UFCW) xử lí

nước thải dệt nhuộm.

Ngày bắt đầu nhận đề tài: 24/6/2013

Ngày hoàn thành: 15/07/2014

Cán bộ hướng dẫn: TS.Lê Hoàng Nghiêm

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của Tôi Những sô liệu và kêt quảđược nêu trong luận văn chưa được ai công bô dưới bât kỳ hình thức nào Tôi hoàntoàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này.

Tp.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2014

Phan Lê Xuân Hạnh

MỤC LỤC

CHUONG 1: GIỚI THIEU

1.1 ĐẶT VAN DE oiceccccccceccccscscsesscscscsssscsesscscsscscsecscsusscsnssessscsvsussvsesscsesacsnsecsssusssevsecevsueateeeeess |058200 10 21.3 MỤC TIỂU CUA DE TAL 2 S2 E2ESE9EEEE51921215112121121211 1121711111 2121111111 E11 e6 21.4 PHAM VI NGHIÊN CỨU 5: 2E SE*EEEE9E921215112121121211111127111211 2111111111 1 gye0 21.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 5-52 2S SE9EESE9E921215112121121111 1121711121101 111 11112 11 c6 21.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIN - ¿2 2SS22E2ESEE2EE 12152121511 212121 1E xe 31.6.1 Y nghĩa khoa hỌc - 225221 15E5E121112157121211212111111111111211011150121 2111 errr 31.6.2 Y nghĩa thực tiễn - 52 S1 E121 12157121211 2121211111111 2112110111501 211 re 3

1.6.3 Tính mới của để tài - 5c S21 S321 15111 2111111112101211011112110121 1 1101211210 re 3

CHUONG 2: TONG QUAN TÀI LIEU2.1 TONG QUAN NƯỚC THAI DET NHUỘM - 5252 2E S212 2121512121511 xe, 4

2.1.1 Giới thiệu về thuốc nhuộm ¿+ S6EE9EEE2E£E£EEEE2EEEE25212152111 2112111111 cce 42.1.2 Anh hưởng đến môi trường của thuốc nhuộm 2-2-2 2 2 E+£££+£+E+£££+Ez£c£zzx2 8

2.2 TONG QUAN VE DAT NGAP NƯỚC KIEN TAO.Q.o.ecececcesecccscsescscsesesesscesetsesseaseesssseees 9

“5 R.€¡1;10¡ì19)5aẳÝ 9

2.2.2 Co chế loại bỏ chất 6 Mhi€M oo cece csesesescscsescsesscsescssscsescssssesescsesesseessesseeseeaes 112.2.2.1 Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh NOC vececescecscssescsscssssesssesceeseseseees 12

2.2.2.2 Loại bỏ chất VAN - 5S: 2E 3 11111112 2111111111121Ẹ111111 1110111111 122.2.2.3 LOGI DO MUO 0n nu 8Â 122.2.2.4 Loại bỏ DHOÍDDO cà cv ng nọ TT nh 13

2.2.2.5 Loại bỏ virus VaVIKAUGH cocccecccccccceccccssescsessseseesescsssessscsscsesssesssssscsssesesestesesesesseaee 142.2.3 Các loại thực vật trong đất ngập ƯỚC ¿2-1 SE ESE212E11515E511212111 11511212 txC 142.2.3.1 Nhóm thực vật nối (Floating pÏAH) - 5+ c5 SE E111 211111111111 1k 15

2.2.3.2 Nhóm thực VẬI NUA NEED THƯỚC Ă vn kg ng vu 152.2.3.3 Nhóm thực vật ngập hoàn tOÀH ÍFOH THƯỚC cv vvreerrke 15

2.3 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN +2 2 221212 2121511112121511111111 111112111, 152.3.1 Một số nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm băng dat ngập nước trên thé gidi 152.3.2 Một số nghiên cứu xử lý nước thải bang dat ngập nước tại Việt Nam 26

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2-2-5 2< 22221215 21211121511212711121212111110112 0111 ee 313.2 MÔ HINH NGHIÊN CUU VA DOI TUONG NGHIÊN CỨU 525552 32

3.2.1 M6 hinh nghién COU eee 32

Mục lục3.2.2 Đối tượng nghiên CỨu -:- 5 SE S92ESE*EEEEEEE 3E 21211871 2121171 0115112111111 xe 34

3.3 PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH - 2: - 2+ SE+E£E2E9EEEE*EEEEEE9212151121211121 2111210111 xe 363.3.1 Qui trình lây mẫu và bảo quản mẫu - - ¿+2 %+E+SEE2E£EE 2121222125151 1212 ye 363.3.1.1 VỊ trí và tân suất lấy THẤM - 5+ ST E151 EEE111111121.1 211111111111 1E re 36

3.3.1.2 BAO QUAN MGU ccecccececcccccecscssssesesvssesesesesvssvsusscsescevsvsssusscsescevavsvssucacacevsvsvsssseesseeees 373.3.2 Phuong phap phan tich 18 37

3.4 PHƯƠNG PHAP DANH GIA ouueeccceccccccsscscsscsessescsscscsscscssesesessesssescsusscsusscevssestssssssnsseaeaen 39

CHUONG 4: KET QUA VA THAO LUAN4.1 KET QUA PHAN TÍCH CHỈ TIEU pH + 22-5252 E9SE2E£EE+E£E£ESEEEEEEeEErErrerxerrrkd 404.2 KET QUA PHAN TÍCH CHỈ TIỂU ĐỘ MAU -2- 52 SSE2E2ESEEEEEEEEEEEEESErkrkeree Al4.3 KET QUA PHAN TÍCH CHI TIỂU COID ¿- - SE ‡EEEE*EEE‡EEESEEEEEEEEEESEEEEErrerrrkes 454.4 KET QUA PHAN TÍCH N — NH - - (St E93 ESEEEEEEEEEESEEESEEEEE TT ngư 484.5 KET QUA PHAN TÍCHN - NO¿ VÀ NÑ— NÓ -cn TT TT HH g rrt 494.6 KET QUA PHAN TÍCH TÌN St *3EE 9E 9E EEEEEE SE 11111 1111111111111 E11 1111111111 re 514.6 KET QUA PHAN TICH TP 2 534.7 KET QUA PHAN TÍCH TSS cccecccccccsssesscscsesesesscevscevsvscessscssacsvsvsvsusscesacavevevsnsvsesnsasseeeeen 554.8 PHAN TICH KHA NANG TICH LUY CHAT DINH DUONG TRONG SINH KHOI

THUC VAT ooeccecccsccsscsscsscsesscsscsesucscsscsussvsucsvsacsucsvsscsncassucsvssesusssicansassecssacsussvsecsessessaesseaneaeenen 56

4.9 KET QUA PHAN TICH KIM LOẠI NẶNG - - St EE St k1 3E EEEEEEkExgrrrrrryu 57

CHUONG 5: KET LUAN - KIEN NGHI

5.1 KET LUẬN - cc- 220220121112 111 211111112111 11 1k1 1k cv x4 595.2 KIÊN NGHỊ - -L- c0 2001201111111 111211 111 1k ng ng 59

BOD: Nhu cầu oxy sinh học ( Biochemical Oxygen Demand)

BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD: Nhu cau oxy hoá học ( Chemical Oxygen Demand)CW: Dat ngập nước kiến tạo ( Constructed wetland)ĐNN: Dat ngập nước

E: Hiệu qua xử lý

E1: Hiệu quả xử lý mô hình đất ngập nước dòng chảy nghịchE2: Hiệu quả xử lý mô hình đất ngập nước dòng chảy thuậnFWS: Dat ngập nước dòng chảy mặt ( Free Water Surface)

HF: Dòng chảy ngang ( Horizonal Flow)HRT: Thời gian lưu nước thuỷ luc (Hydraulic Retention Time)MH: M6 hinh

MHI: Mô hình đất ngập nước dòng chảy nghịchMH2: Mô hình đất ngập nước dòng chảy thuậnOLR: Tải lượng chất hữu co (Organic loading rate)S1, S2, S3: Điểm lay mẫu tại các vị trí 600mm, 440mm, 220mm so với chiều cao béSSF: Đất ngập nước dòng chảy ngầm ( Subsurface Flow)

SS: Chất răn lơ lửng (Suspended Solid)TP: Tổng Phospho (Total Phosphorus)Tp.HCM: Thành Phố Hỗ Chí MinhTN: Tổng Nito ( Total Nitogen)TSS: Tổng chat ran lơ lửng (Total Suspended Solid)

VF: Dòng chảy đứng (Vertical Flow)

UFCW: Dat ngập nước dòng chảy nghịch (Up — flow constructed wetland)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ dat ngập nước dòng chảy đứng (Cooper, 1996) 11

Hình 2.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo thử nghiệm xử ly nước thải ao nuôi cá4 — eee eeeeaees 28Hình 2.3 Mô hình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải ao nuôi cá tra 28

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thực hiện dé tài - c-cc c cv se 31Hình 3.2 Sơ đồ bề phản ứng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngược (UFCW)(MHIT) HS HT ĐK ĐK k n n n n n k Kà 32Hình 3.3 Sơ đồ bề phản ứng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thăng đứng từ trênxuông (MĨHH2) cccQQQQQQ Đ ng EEE Ee EEE EEE EEE HH nh ng va 32Hình 3.4 Mô hình thực tẾ TT nàn hướn 33Hình 3.5 Ruộng cỏ Eni cece eee eeceecceccuceuscusceucesceeceuceuscuseuscascescenceecs 36Hinh 3.6 CO MN 20 36

Hình 4.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu pH qua các tải trọng - -.-‹-. 4

Hình 4.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu độ màu qua các tải trọng 42

Hình 4.3 Kết quả phân tích độ mau theo chiều cao MHI 44

Hình 4.4 Kết qua phân tích chỉ tiêu COD qua các tải trọng 45

Hình 4.5 Kết qua phân tích COD theo chiều cao MHI -. -.«- 47

Hình 4.6 Kết quả phân tích NH*4-N qua các tải trọng - - -«: 46

Hình 4.7 Kết qua phân tích NOx-N qua các tải trọng c-.cc sec ccsàa 49Hình 4.8 Kết quả phân tích NOz-N qua các tải trọng ccccccs¿ 50Hình 4.9 Kết qua phân tích TN qua các tải trọng -.ccccc sec cà: 52Hình 4.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu TP qua các tai trọng - 54

Hình 4.11 Kết quả phân tích TSS ở cuối mỗi tải trọng - . - sees 55Hình 4.12 Kết quả phân tích TN tích lũy trong thực vật cuối tải trọng 57

Bảng 2.1: Hiệu qua sử dụng của các tổ hợp thuốc nhuộm/sợi vải 5 8Bang 2.2: Khả năng hap phụ photpho của một số vật liệu tự nhiên 14Bảng 2.3 Thông số thiết kế của các mô hình nghiên cứu Miliana và cộng sự

ý21)I qaaaiaiaiiiiiiadđiiẳiẳiiiia 23Bang 2.4 Hiệu quả xử ly của nghiên cứu Miliana va cộng sự (2010) 21

Bảng 3.1: Thông số bể phan ứỨng CS SH nn vn nh srseg 34Bảng 3.2 Thành phan và tính chất nước thải dệt nhuộm đầu vào 35Bang 3.3 Vị trí lẫy mẫu và phân tích c cv sai 37

Bang 3.4: Phương pháp phân tích << s22 38

Bang 4.1 Cac thông số hoạt động của mô hình ở các tải trọng 40Bàng 4.2 Kết qua phân tích pH qua các tải trọng - -c << 40Bảng 4.3 Kết quả độ màu qua các tải trọng cc se cv 41Bảng 4.4 Kết qua phân tích COD qua các tải trọng -. cc se: 45Bang 4.5 Kết quả phân tích NOx -N c0 S kh nh seo 49Bang 4.6 Kết qua phân tích NO: -N c2 S 1H nh nh nhện 50Bảng 4.7 Kết qua phân tích TN qua các tải trọng - c c5 cà 52Bảng 4.8 Kết quả phân tích chỉ tiêu TP qua các tải trọng - ccccs¿ 53Bảng 4.9 Kết quả phân tích TN tích lũy trong thực vật cuối mỗi tải trong 56Bảng 4.10 Kết qua phân tích Zi ce cccccccecceeceecceccceuscuceuscuseascuscenceneess 57Bảng 4.11 Kết qua phân tích Cu - cv nh ch ky se 58Bảng 4.12 Kết qua phân tích CT - ch nh sen 58

Chương 1: Giới thiệu l

CHƯƠNG 1

GIỚI THIEU

1.1 ĐẶT VAN DENgày nay, công nghiệp ở nước ta ngày càng phát triển và nhiều ngành công nghiệpđóng góp phan lớn vào ngân sách nhà nước Bên cạnh mặt tích cực, sự phát triển naycũng gây ra không ít những mặt trái cần quan tâm Đó là sự phát sinh các chất độc hại,một lượng nước thải đáng kế được thải vào môi trường gây ra những tác động đến môitrường cũng như là con người Do đó, cần phải có biện pháp về quản lí và kỹ thuật đểđảm bảo cho các ngành công nghiệp phát triển đồng thời cũng đảm bảo cho sự phát

triên của con người và mô trường.

Ngành công nghiệp dệt nhuộm cũng không nam ngoài xu hướng chung nay Vì vậycần có một biện pháp thích hợp dé xử lý lượng nước thải ngày càng lớn này

Các công nghệ xử lý nước thải truyền thống sử dụng trạm xử lý nước thải tập trungnhư công nghệ bùn hoạt tính sử dụng nhiều năng lượng, chi phí đầu tư va vận hànhcao, đặc biệt là chi phí xử lý bùn [Trần Đức Hạ, 2002] Trong khi đó, công trình đấtngập nước kiến tạo hay bãi lọc ngập nước (constructed wetland - CW) được biết đếntrên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên,thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chỉ phí xử lý thấp được áp dụng rộng rãiCác chất ô nhiễm được khử nhờ sự phối hợp của các quá trình hóa học, lý học, sinh

học, lăng, kết tủa và hấp thụ vào dat, quá trình đồng hóa bởi thực vật và các chuyền

hóa bởi các vi khuẩn [Brix, 1993; Vymazal và cs., 1998].trên thế giới từ những năm 1950 dé xử lý nhiễu nước thải khác nhau bao gồm nước

thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải nông nghiệp Vào những năm 1970,

công trình này đã được nghiên cứu và triển khai bởi Cục bảo vệ môi trường Mỹ Côngnghệ này có những ưu điểm là có khả năng xử lý được chất dinh dưỡng (N,P), chi phí

xây dựng, vận hành và bảo trì thấp, it tiêu tốn năng lượng, sinh ra it bùn va quá trình

xử lý ôn định, đồng thời góp phan làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan

môi trường của địa phương Nước thải sau xử lý từ dat ngập nước kiên tạo có thê sử

dụng vào các mục đích tưới tiêu, nuôi trồng thuỷ sản và sinh khối thực vật có giá trịkinh tế lam biogas, thức ăn gia súc, phân bón, làm tam lợp, làm chiếu thảm Với nhữngưu điểm trên, đất ngập nước kiến tạo đã được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải ởcác quốc gia như: Đức, Mỹ, Braxin, Mexico, Ai Cap, Iran, An Độ, Trung Quốc, ThaiLan, Uganda, Ma rốc, Nepal, Tanzania, Nicaragua, Kenya.

Dé tài nay nghiên cứu khả nang xử lý nước thai dệt nhuộm của mô hình dat ngập nước

kiến tạo ngược dòng (UFCW) ở quy mô phòng thí nghiệm.1.2 TÊN ĐÈ TÀI

Nghiên cứu ứng dụng mô hình đất ngập nước ngược dòng (UFCW) xử lý nước thải dệt

nhuộm màu tím than Công Ty TNHH dệt nhuộm Hưng Phát ĐạtCác thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Khoa Công nghệ Môi Trường— Đại Học Tài Nguyên Môi Trường TPHCM.

Đề tài được thực hiện từ tháng 20/08/2013 đến 15/06/20141.5NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung vào các nội dung chính sau đây:1 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt mô hình công trình đất ngập nước ngược dòng

(UFCW) và mô hình đất ngập nước xuôi dòng quy mô phòng thí nghiệm scale) với thực vat được chon là cây cỏ nến (Typha orientalis)

(lab-2 Vận hành mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm ở các chế độ tải trọng 15; 25;

30; 35 kgCOD/ha.ngay và đánh giá hiệu quả xử ly nước thải dệt nhuộm thông

qua các chỉ tiêu pH, độ mau, COD, chất dinh dưỡng Nito, Phospho và kim loại

nặng (Kém, đồng, Crom)

Chương 1: Giới thiệu 3

3 Phân tích khả năng tích lũy chất dinh dưỡng trong sinh khối của thật vật thử

nghiệm.

4 So sánh và đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý của mô hình với mô hìnhđất ngập nước xuôi dòng và với các kết quả nghiên cứu tương tự khác trên thếgiới Qua đó, đề xuất các thông số vận hành thích hợp cho việc áp dụng môhình công trình đất ngập nước kiến tạo vào thực tế xử lý nước thải dệt nhuộmđạt quy chuẩn Việt Nam 13:2008/BTNMT

1.6 Y NGHĨA KHOA HOC VÀ THUC TIEN1.6.1 Y nghĩa khoa học

Toản bộ kết quả của đề tài được rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học rõràng, vận dụng các phương pháp tiêu chuẩn trong nghiên cứu, phân tích; xử lý số liệuthông qua phương pháp thống kê toán học nên đảm bảo tính khoa học của đề tải

Các phương pháp, thông số thí nghiệm nghiên cứu của đề tài có kế thừa thành quả củacác nghiên cứu trước, tạo cơ sở và độ tin cậy cho kết quả của đề tài mang lại

1.6.2 Y nghĩa thực tiễnCác kết quả nghiên cứu trong luận văn này tạo cơ sở và tiền đề để nghiên cứu sâu hơnviệc áp dụng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngược dé xử lý nước thải công nghiệpkhác Góp phan khắc phục tinh trạng thiếu nước sạch, bảo vệ môi trường sinh thái.1.6.3 Tính mới của đề tài

Sử dụng đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải đã được ứng dụng đối với nhiều loạinước thải và nhiều nơi trên thế giới vì tính thân thiện môi trường của nó Tuy nhiên, ởdé tài nay là nghiên cứu ứng dụng đất ngập nước kiến tạo ngược dòng xử lý nước thảidệt nhuộm là một trong những loại nước thải có thành phan khong 6n dinh can phai coquá trình xử lý thích hợp dé đáp ứng quy chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 2

TÔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TONG QUAN NƯỚC THÁI DET NHUỘMNước thải dét nhuộm là sự tong hợp nước thải phát sinh từ tat cả các công đoạn hồ sợi,nấu tây, tây trăng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoản tất Theo phân tích của các chuyêngia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó,lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trongcông đoạn nhuộm và hoàn tat sản phẩm Xét hai yếu t6 là lượng nước thải và thànhphân các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dét nhuộm được đánh giá là ô nhiễmnhất trong số các ngành công nghiệp

Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp thành phan nước thải hầu như thay đôitheo công nghệ và mặt hàng Vì vậy, việc xác định thành phan và tinh chất nước thaicũng gây nhiều khó khăn Một số thành phần thường có trong nước thải dệt nhuộm:- Phẩm nhuộm

- Chất hoạt động bề mặt- Chất điện ly

- Chất ngậm- Chất tạo môi trường- Tinh bột, chất oxi hóa - Các hóa chất hòa tan dưới dang ion và chat kim loai nặng 2.1.1 Giới thiệu về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất có màu, chúng rất đa dạng về màu sắcva chủng loại, chúng có khả năng nhuộm mau, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếpcho các vật liệu khác Thuốc nhuộm bao gồm thuốc nhuộm tự nhiên và thuốc nhuộmtong hợp Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng vẻ thành phần hóa học, màu sắc và phạmvi sử dụng, cho đến nay trên thế giới đã tổng hợp được 13.000 loại thuốc nhuộm hơn27.000 tên thương mại khác nhau Tuy theo cau tạo, tính chất và phạm vi sử dụng màngười ta chia thuốc nhuộm thành các họ, các loại khác nhau

Về cau tạo hóa học, nói chung tat cả các hợp chất vòng thơm đều hap thu năng lượngđiện từ nhưng chỉ có những chất hấp thu ánh sáng trong vùng khả kiến là có màu Câu

Chương 2: Tổng quan tài liệu 5

tạo của phân tử thuốc nhuộm bao gồm các nhóm mang màu và các nhóm tăng mau.Các nhóm mang mau (chromophore) là hệ điện tử không cô định của nối đôi liên hop

như —C=C-, -C=C-, -C=O, -N=N-, -NO2 và các vòng quinoid Các nhóm tăng mau

(auxochrome) là các nhóm thế làm tăng cường màu của nhóm mang màu bằng việcthay đôi năng lượng của hệ điện tử -NHa, - COOH, -SO3H và —OH

Trên cơ sở của cau trúc hóa học hoặc nhóm mang màu, thuốc nhuộm được phân loạithành khoảng 20 — 30 họ thuốc nhuộm khác nhau Trong đó thuốc nhuộm azo là họthuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60 — 70% sốlượng các thuốc nhuộm tong hop Cac ho thuốc nhuộm quan trọng còn lại gồm

antraquinon (khoảng 15%), triarylmetan (khoảng 3%) va phtaloxyanin (khoảng 2%).

Thuốc nhuộm azo là họ thuốc nhuộm có nhóm mang màu là một hệ thống nối đôi liênhợp mà trong đó có chứa một hoặc nhiều nhóm azo —N=N- Công thức chung để tạothành thuốc nhuộm azo gồm hai thành phần hợp chất hữu cơ — một thành phần kết hợpvà một thành phan azo Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của thuốc nhuộmazo ma người ta chia ra các phân nhóm thuốc nhộm azo, gồm :

Monoazo: Ar—N=N-ArDiazo: Ar—N=N-Ar —N=N-Ar”’

Tri va polyazo: Ar—N=N-Ar—N=N-Ar’?—N=N-Ar’”’.-

Trong đó : Ar, Ar’, Ar’’ là những gốc hữu co nhân thơm có cấu tạo da vòng, divòng rất khác nhau

Đề phân loại thuốc nhuộm, ngoài phương pháp phân loại hóa học trên đây, người tacòn dùng phương pháp phân lớp kỹ thuật dựa vao tinh chất công nghệ sử dung chúngđể nhuộm in hoa các sản phẩm dệt, da, giấy Theo cách phân lớp nay, thì nhữngthuốc nhuộm tuy được xếp cùng một họ theo phân loại hóa học có thé nằm ở các lớpkhác nhau theo phân lớp kỹ thuật thuốc nhuộm chủ yếu gồm :

Thuốc nhuộm axit (acid dyes): là những hợp chất anion được dùng chủ yếu để nhuộmcác loại sợi chứa nitơ như len, polyamid, tơ tằm và acryl biến tính, một số dùng đểnhuộm lông thú và da Tuy khác nhau về cấu tạo hóa học nhưng các loại thuốc nhuộmaxit có đặc điểm chung là hòa tan trong nước và bắt màu vào xơ trong môi trường axit,còn bản thân thuốc nhuộm thì có phản ứng trung tính

Thuốc nhuộm trực tiếp (direct dyes): là những chất anion có phân tử tương đối lớn,hòa tan trong nước và có ái lực cao với các sợi xenluloza Đây là loại thuốc nhuộm bắt

mau trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian Trong công nghệ dệtnhuộm, thuốc nhuộm trực tiếp thường được sử dụng để nhuộm sợi 100% bông, tơ tằm,

Thuốc nhuộm azoic (thuốc nhuộm azo không tan): tên azoic là tên gọi dành cho cácthuốc nhuộm azo không hòa tan được hình thành trong quá trình nhuộm Thuốc nhuộmazoic là các sản phẩm không hòa tan của phản ứng giữa một thành phan kết hop vamột amin vòng diazo hóa Phản ứng này được tiễn hành ngay trên sợi Tat ca thuốcnhuộm azoic là các hợp chất azo

Thuốc nhuộm bazo (basic dyes): là các hợp chất cation hòa tan trong nước, được sửdụng để nhuộm các loại sợi chứa nhóm axit, thường là các loại sợi tong hop nhupolyacryl biến tính Chúng liên kết với các nhóm axit của sợi vải

Thuốc nhuộm hoạt tính (reactive dyes): là loại thuốc nhuộm có các nhóm hoạt tính tạothành liên kết cộng hóa tri với các nhóm —OH, NH-, hoặc SH- trong sợi vải (bông, len,tơ, lynon) Nhờ vậy mà thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền màu cao Hơn nữa, thuốcnhuộm hoạt tính có đủ gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng vàkhông quá phức tap, vì vậy nên tuy mới ra đời năm 1956 đến nay đã sản xuất với khốilượng rất lớn va sử dụng khá phố biến Chúng được sử dụng dé nhuộm và in hoa chocác vật liệu xenluloza, tơ tam, len, vật liệu từ xơ polyamit

Câu tạo hóa học và tính chất chung của thuốc nhuộm hoạt tính: tuy có khác nhau vềcầu tạo phân tử, phạm vi sử dụng và hoạt độ nhưng các loại thuốc nhộm hoạt tính đềucó thể được trình bày dưới dạng tổng quát là:

S-R-T-XTrong đó:

S-: nhóm tạo cho phân tử thuốc nhuộm có độ hòa tan cần thiết trong nước,thường gặp nhất là các nhóm: -SO3Na, -COONa, - SO2CH3

Chương 2: Tổng quan tài liệu 7

R-: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, tuy không ảnh hưởng đến mốiliên kết giữa thuốc nhuộm và xơ nhưng phan nay quyết định về màu sắc, độ bền mauvới ánh sáng và cũng có tác động đến các chỉ tiêu về độ bền màu khác của thuốcnhuộm Những gốc màu thường gặp là mono và diazo, phức chất của thuốc nhuộm azovới ion kim loại, gốc antraquinon, hoàn nguyên đa vòng, dẫn xuất của ftaloxianin,

T-: là gốc mang nguyên tử nhóm phản ứng làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốcnhuộm với xơ và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này

X-: là nguyên tử (hay nhóm) phản ứng, trong quá trình nhuộm nó sẽ tách ra

khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hóa họcvới xơ, X không có ảnh hưởng gì đến màu sắc nhưng đôi khi cũng có ảnh hưởng đếnđộ hòa tan của thuốc nhuộm Những nguyên tử này thường là —CI, -SO2, -OSOaH, -

Ch=CH›,

T-X-: là nhóm hoạt tính có cấu tạo khác nhau, được đưa vào các hệ thống mang

màu khác nhau Các nhóm T-X- thường sử dụng gồm: monoclotriazin, diclotriazin,

triclopirimidin, dicloquinoxalin, diclopiridazol, ftalazin, vinylsufon, vinyl sunfamit,

Trong quá trình nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu thuốc nhuộm hoạt tính sẽ tham giađồng thời vào 2 phản ứng: với vật liệu và với phan ứng thủy phân

Phản ứng với vật liệu (xơ) là phản ứng chính có dạng tổng quát:

S-Ar-T-X + HO-Xơ > S-Ar-T-O-Xơ + HXPhản ứng thủy phân là phan ứng phụ làm giảm hiệu suất sử dung của thuốcnhuộm, có dạng tổng quát:

S-Ar-T-X + HOH > S-Ar-T-OH + HXThuốc nhuộm đã bi thủy phân không có kha năng liên kết với vat liệu nữa, chỉ bámvào mặt ngoài với lực hấp phụ không mạnh nên không đủ độ bền màu cần thiết, cầnphải làm sạch phan thuốc nhuộm này để đạt độ bền màu của thuốc nhuộm

Khi tổng hợp thuốc nhuộm hoạt tính người ta phải chọn các yếu tố về hóa học sao chophản ứng chính đạt được tỉ lệ tối đa và hạn chế đến mức thấp nhất phản ứng thủy phân.Trong quá trình nhuộm với thuốc nhuộm hoạt tính, sự thủy phân của các nhóm hoạttính là một phản ứng không mong muốn vì sẽ làm giảm hiệu suất sử dụng thuốcnhuộm Sau quá trình nhuộm, khoảng 20 — 50% lượng thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng

còn lại trong dung dịch nước nhuộm và đi vào dòng thải Vì vậy tác nhân tạo màu

dòng thải của các xưởng nhuộm chủ yếu là do việc sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính

Về mặt môi trường, thuốc nhuộm có thể được phân loại là thuốc nhuộm ion - hòa tantrong nước và thuốc nhuộm ion - không hòa tan trong nước Thuốc nhuộm bazo làthuốc nhuộm cation Thuốc nhuộm axit, trực tiếp và hoạt tính là các thuốc nhuộmanion Thuốc nhuộm phân tán, cầm màu có độ hòa tan trong nước thấp Những thuốcnhuộm này về cơ bản được xem như là thuốc nhuộm không ion hoặc thuốc nhuộm

trung hòa.

2.1.2 Anh hướng đến môi trường của thuốc nhuộmCon đường chủ yếu dé thuốc nhuộm di vào môi trường là qua nước thải từ các cơ sởdệt nhuộm Đối với các quá trình dệt nhuộm, một trong các thông số chủ yếu để xácđịnh lượng thuốc nhuộm đi vào nước thải là bậc cỗ định của chúng đối với loại sợi vảitương ứng Để đánh giá tỉ phần các loại thuốc nhuộm khác nhau vào trong nước thảicủa công nghiệp dệt nhuộm, lượng thuốc nhuộm sử dụng được khảo sát cùng với bậccó định của các loại thuốc nhuộm khác nhau như trình bay trong bảng sau:

Bảng 2.1 Hiệu quả sử dụng của các tô hợp thuốc nhuộm/sợi vảiLoại thuốc nhuộm Loại sợi Bậc cô định (%) Tỉ lệ thai bỏ (3%)

Axit Polyamit 80-95 5-20Bazo Acryl 95-100 0-5Truc tiép Xenlulloza 70-95 5-30

Phan tan Polyester 90-100 0-10

Phuc kim loai Len 90-98 2-10

Hoat tinh Xenlulloza 50-90 10-50Luu huynh Xenlulloza 60-90 10-40Hoan nguyén Xenlulloza 80-95 5-20Nhiều loại thuốc nhuộm có thé thay được trong môi trường nước khi chúng tôn tại ởnông độ nhỏ hơn 1| mg/I, trong khi đó nông độ thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm

thường dao động trong khoảng 10 — 200 mg/L, vì vậy nước thải dệt nhuộm thường có

độ màu cao va gây mat mỹ quan khi thải vào các nguồn tiếp nhận Nói chung, các loạithuốc nhuộm được tổng hợp với tính bền hóa học và quang học cao, tính bền đối vớiquá trình phân hủy sinh học cũng là một yêu cau bat buộc đối với thuốc nhuộm, vi vậychúng ít khi bị phân hủy sinh học trong các công trình xử lý nước thải Đối với thuốc

nhuộm azo, đặc trưng thu điện tử của nhóm azo gây nên sự thiêu hụt điện tử và điêu đó

Chương 2: Tổng quan tài liệu 9

làm cho các hợp chất này ít nhạy cảm với các quá trình oxy hóa sinh học vì vậy chúngrất bền dưới điều kiện môi trường hiếu khí Thuốc nhuộm hoạt tính thường đi quacông trình xử lý hiéu khí mà không bị mat mau hoặc giảm màu rất ít, do đó, khoảng90% nông độ thuốc nhuộm hoạt tính có thé không được xử lý bang công nghệ xử lý

nước thải truyền thống Nếu không được xử lý thích hợp, một số loại thuốc nhuộm có

thể tồn tại bên vững tự nhiên trong một thời gian dài, có một số thuốc nhuộm có thờigian bán phân hủy khoảng hàng chục năm, do đó, chúng sẽ trở thành chất thải độc hạinguy hiểm cho hệ sinh thái

Vì vậy, sự phát tán thuốc nhuộm vào môi trường nước, ngoài van dé độ mau làm matvẻ mỹ quan va tác động đến quá trình quang hợp của hệ sinh thái thủy sinh, chúng còncó thé gây nhiễm độc hệ sinh thái va dẫn tới các nguy cơ tiềm ấn cho sự tích tụ sinhhọc mà có khả năng ảnh hưởng đến con người thông qua chuỗi thức ăn

2.2 TONG QUAN VE DAT NGAP NƯỚC KIÊN TẠO

2.2.1 Khái niệm

Đất ngập nước kiến tạo được thiết kế để cải thiện chất lượng nước, sử dụng các quá

trình diễn ra tương tự như trong các đất ngập nước tự nhiên nhưng có tính linh hoạt.CW được sử dụng trên thế giới để xử lý chất lượng nước khác nhau Đất ngập nướckiến tạo là giải pháp tốt dành cho xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở các nướckém phát triển với khí hậu nhiệt đới và 4m áp Loi ích của công nghệ này 1a tận dụngcác quá trình tự nhiên, tính ôn định và hiệu quả kinh tẾ cao

Tất cả các dạng đất ngập nước kiến tạo đều được cây trồng ít nhất là một loại thực vậtcó rễ trong một loại vật liệu nào đó (thường là đất, sỏi hoặc cát) Các chất ô nhiễm

được khử nhờ sự phối hợp của các quá trình hóa học, lý học, sinh học, lăng, kết tủa và

hap thụ vào đất, quá trình đồng hóa bởi thực vat và các chuyển hóa bởi các vi khuẩn

[Brix, 1993; Vymazal và cs., 1998]

Dat ngập nước kiến tạo có khả năng phân hủy, chuyén hóa các chất hữu co và các chấtkhác Với khả năng đó, bãi lọc ngập nước nhân tạo được sử dụng để làm sạch nước xửlý nước thải đô thị, nông nghiệp, công nghiệp và nước mưa Đất ngập nước kiến tạođược xem như “gud (hận của tạo hóa” với những đặc tính về thủy học và các chutrình hóa học, là nơi chuyển hoá các chất thải từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo

[Mitsch và Gosselink, 1993].

Dat ngập nước kiến tạo có khả năng khử chất lơ lửng va xử lý BOD cao với hiệu quacao Nông độ chat lơ lửng trong nước sau xử lý trung bình nhỏ hơn 20mg/L và thườngdưới 10 mg/L và nồng độ BOD trong nước sau xử lý thường nhỏ hon 20 mg/L.

Dat ngập nước kiến tạo có khả năng khử nito và phôtpho va phụ thuộc vao các đặctính thiết kế và tải lượng chat ban Sự gia tăng lượng sinh khối du và các khoáng chấtlà cơ sở bền vững cho quá trình khử phôtpho trong bãi lọc ngập nước Dé đạt đượchiệu quả xử lý phôtpho thường phải mat một thời gian lâu Đất ngập nước kiến tạodùng trong mục dich xử lý phôtpho thường lớn va tiếp nhận nước thải loãng hoặc nướcthải đã được xử lý sơ bộ Đất ngập nước kiến tạo có khả năng xử lý nitơ dé hơn so vớiphôtpho Các hợp chất nitơ được các vi khuẩn chuyển hóa thành nito và thoát ra khíquyền Các hệ thống dòng chảy ngầm trong đất ngập nước kiến tạo thường đạt hiệuquả khử nito ở mức 30+40%; đối với hệ dòng chảy bề mặt có tai trọng bề mặt thấp hơnvà thường có hiệu quả khử nitơ đạt cao hơn 50% Đất ngập nước kiến tạo có khả nănglưu giữ tốt một số kim loại nặng Một phan nhỏ các nguyên tổ kim loại cũng được hapthụ và kết hợp cùng các khoáng chất hữu cơ và được tích tụ trong bãi lọc ngập nướcdưới dạng trầm tích Sự hấp thụ bởi thực vật và chuyển hóa bởi các vi khuẩn cũng cóthé đóng vai trò quan trọng trong xử lý kim loại [Watson và cs., 1989] Đất ngập nướckiến tạo có khả năng khử vi trùng gây bệnh thông các quá trình tiêu hủy tự nhiên, nhiệt

độ thấp, bức xạ tử ngoại, thức ăn của các loại động vật trong hệ thống, lang dong

Thông thường thời gian lưu giữ nước trong bãi loc lâu nên kha năng khử khuẩn cao

Đất ngập nước kiến tạo được sử dụng xử lý bậc hai và bậc ba trong hệ thống xử lý

nước thải sinh hoạt và công nghiệp Số lượng đất ngập nước kiến tạo dòng chảyngâm sử dụng ở Châu Âu hiện nay trên 5000 công trình, riêng ở Đức có hơn 3500công trình đang hoạt động Số còn lại được xây dung và vận hành ở Dan Mach (400),Vương Quốc Anh (600), Ao (160), Cộng Hoà Czech (80), Ba Lan (50), Slovenia (20)va Norway (10) Thông thường đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm (SSF) đượcthiết kế và xây dựng để xử lý nước thải cho khu dân cư khoảng 500 người và một số ítđược thiết kế và xây dựng để xử lý nước thải cho khu dân cư trên 1000 người

Chương 2: Tổng quan tài liệu II

|Wt, &

Nó h V 2

4 ⁄| mm _

Y

Đá D12 mmtry % Tướng tục semen iris ots NY Đá D30-60 mmLớp chồng thâm 1%slope ĐáD30-60 \ Óng raMạng ống thoát day

Hình 2.1: Sơ đồ đất ngập nước dòng chảy đứng (Cooper, 1996)2.2.2 Cơ chế loại bó chất ô nhiễm

Những cơ chế cơ bản loại bỏ chất ô nhiễm trong công trình đất ngập nước kiến tạo bao

gồm lăng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đôi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ đồng

thời của thực vật trong đất ngập nước Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếphoặc gián tiếp thông qua các quá trình vật lý, hóa học và sinh học

Vat lý: bao gồm quá trình lang do trong lực, các hạt được lọc co học khi nước chảy qualớp vật liệu, qua tầng rễ; do lực hấp dẫn giữa các phần tử và sự bay hơi ammonia từnước thải Riêng với công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm xảy ra chủ yếulà quá trình lắng của cặn răn lơ lửng và quá trình lọc của vật liệu Do dòng chảy ngầmchủ yếu di chuyển dưới mặt đất nên quá trình bay hơi xảy ra không đáng ké trong cơchế này

Hóa học: là quá trình hấp phụ trên bề mặt lớp vật liệu và bề mặt thực vật; phân hủyhoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi quá trình oxy hóa Cơ chế này có vai tròquan trọng trong việc loại bỏ photpho và kim loại nặng: trong đó, chất nền là sỏi, cát,sa thạch Quá trình kết tủa thứ cấp xảy ra khi các hạt kết tủa liên kết với nhau làmtăng khối lượng và kích thước thuận lợi cho quá trình lắng và lọc

Sinh học: Quá trình phân hủy sinh học xảy ra khi chất ô nhiễm có khả năng phân hủysinh hoc được chuyển vào lớp màng vi sinh bám dính trên rễ của thực vật và các vùngvật liệu lọc xung quanh nhờ vào quá trình khuếch tán của chat ô nhiễm Vi sinh vật cóvai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ và chuyển hóa các hợp chất củanito thành những hợp chất đơn gan tao diéu kién cho thuc vat hap thu Co su nitrat hoa

và khử nitrat do tác động của vi sinh vật Dưới các điều kiện thích hợp một khối lượng

đáng kể các chất ô nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ và sự phan hủy tự nhiên của cácchất hữu cơ trong môi trường

2.2.2.1 Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân húy sinh hocĐối với nước thải, đặc biệt là nước thải có hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủysinh học, việc loại bỏ các chất này ở dạng hòa tan và dạng keo có vai trò quan trọngtrong quá trình xử lý, mô hình đất ngập nước kiến tạo hoạt động như các bề lọc sinhhọc Hệ thực vật trong đất ngập nước thường có bộ rễ chùm, dày đặc, những đặc điểmnoi bật nay đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý như: cung cấp môi trườngthích hợp cho quá trình sinh trưởng bám dính của vi sinh vật (tương tự như giá thétrong các bề lọc sinh học); giúp ôn định bề mặt lang đọng, giảm xói mòn; ngăn chặnsự tac nghẽn lớp loc trong hệ thống dòng thăng đứng: vận chuyển oxy vao vùng rễ décung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu và bộ rễ, (Kadlec

và cộng sự, 2006).

2.2.2.2 Loại bỏ chất ranCác hệ thống ĐNN kiến tạo có cau trúc gồm nhiều lớp vật liệu xếp theo thứ tự từtrên xuống dưới thường là: đất, cát, sỏi, đá, lớp lót chống thấm Với cau trúc này khảnăng loại bỏ các thành phan chất ran là rất tốt Các chất ran lo lửng được loại bỏ dé dangra khỏi nước thai đầu tiên bang cơ chế lang trọng lực Hiệu quả xử lý chat ran lơ lửngcao do hệ thống đất ngập nước thường có thời gian lưu tương đối lớn, quá trình lắnghoặc phân hủy sinh học do sự phát triển của vi sinh vật, quá trình hấp phụ lên các chấtrăn khác như đất, cát, đá và thực vật Các cơ chế xử lý cũng như hiệu quả của nóchịu ảnh hưởng rất nhiều bởi thành phan tinh chất các chất ran có trong nước thải valoại vật liệu lọc sử dụng Đối với nước thải có hàm lượng chất ran cao, néu lớp vật liệulọc được sử dụng là các loại đất dính, với độ rỗng bé và tính thắm nước chậm sẽ nhanhchóng bị tắc nghẽn Trường hợp sử dụng lớp vật liệu lọc là sỏi, đá có độ rỗng cao thì khảnăng xử lý chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng tốt, tuy nhiên khả năng xử lý các chất dinhdưỡng như nitơ, photpho lại thấp do không có khả năng hấp phụ (Kadlec và cộng sự,

2009).

2.2.2.3 Loại bỏ nito’

Hiện nay vai trò của quá trình nitrat hóa và khử nitrat, và quá trình hap thụ bởithực vật cũng chưa có sự thống nhất trong giới nghiên cứu Trong các hệ thống đất ngập

Chương 2: Tổng quan tài liệu 13

nước dòng chảy ngầm, nito được loại bỏ bang 3 cơ chế chủ yếu: (1) nitrat hóa va khửnitrat hóa, (2) sự bay hơi của ammonia (NHs), (3) sự hap thụ bởi thực vật (Vymazal vàKrépfelova, 2008) Khác với ché độ dòng chảy mặt, quá trình bay hơi ammonia rất hạnchế trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm, do không có lớp nước trênbề mặt Sự chuyển hóa của nitơ diễn ra trong vùng rễ và phần thân ngập trong nước củathực vật Trước tiên, các hợp chất nitơ hữu cơ sẽ chuyển hóa thành N-NH4† bang quátrình amoni hóa trong khoảng pH 6.5 — 8.5 Tiếp theo, trong môi trường hiếu khí, cácvi khuân Nitrosomonas sẽ chuyền hóa nitơ ở dạng NH4*-N thành NOz—N sau đó vikhuẩn Nitrobacter sẽ chuyên hóa NOz-Nthành NO3—N Hàm lượng nitrat trong đấttăng lên sẽ được cây hấp thụ một phân

Ở tầng đất sâu hơn, trong điều kiện thiếu khí, quá trình khử nitrat có thể xảy ravà chuyên hóa một phân nitrat thành khí nito (N2 và NaO) Các khí nay đi vào khe rỗngtrong đất và khuếch tán vào khí quyên Quá trình nitrat hóa là quá trình hiếu khí, hiệuquả của quá trình này phụ thuộc vao lượng oxy tổn tại trong vùng rễ và các lớp đất.Đối với vùng tiếp xúc giữa đất và rễ, oxy khuếch tan từ khí quyền vao theo lá, thân, gốc,rễ của thực vật tạo nên một vùng hiếu khí giàu oxy, quá trình nitrat hóa diễn ra chủ yếu ởđây DNN là các hệ thống đặc biệt thích hợp dé loại bỏ nitrat, cung cấp cả nguồn carbon

và môi trường ki khí cho quá trình khử nitrat (Vymazal và Krépfelova, 2008).

2.2.2.4 Loại bỏ photpho

Photpho là một thành phần dinh dưỡng quan trọng cùng với nito Các hệ thốngđất ngập nước kiến tạo được chứng minh là rất hiệu quả trong việc kiểm soát chất dinhdưỡng Cơ chế loại bỏ photpho căn bản của hệ thống đất ngập nước là khả năng hấp thụcủa thực vật Photpho đi vào sinh khối của thực vật và được loại bỏ khỏi hệ thống hoàntoàn khi thu hoạch sinh khối Bên trong hệ thống, các cơ chế khác loại bỏ photpho rakhỏi nước thải gồm hấp phụ lên vật liệu lọc, sự đồng hóa của vi khuẩn và quá trình kếttủa và cùng lăng Đối với thời gian lưu nước dài và sử dụng đất có kết cầu mịn, quá trìnhloại bỏ photpho diễn ra chủ yếu băng cơ chế hap phụ và kết tủa (Vymazal và Krépfelova,2008) Bảng dưới đây trình bày khả năng hấp phụ photpho của một số vật liệu được dùnglàm lớp vật liệu trong các công trình đất ngập nước kiến tạo

Bảng2.2: Khả năng hấp phụ photpho của một số vật liệu tự nhiênSTT Vat liệu Độ hap phụ

(mgP/kg)

l Soi 8 —482 Soi giau Ca, Mg, Fe, Al 1200 — 17003 Cat thô 14-2904 Cát giàu Fe 600 — 12305 Cat vỏ sò 335 — 170006 Sa thạch 167

7 Zeolite 460 — 22008 Boxit 610

9 Sét vôi 1184

10 Dolomite 1443 — 2500lãi Apatit 4760

12 Da voi 400 — 8750

(Nguồn: Vymazal và Krépfelova, 2008)

2.2.2.5 Loại bỏ virus và vi khuẩnMột trong những ưu điểm của hệ thống đất ngập nước kiến tạo chính là khả năng loạibỏ các vi khuẩn và virút rất tốt (Kadlec và cộng sự, 2006) Tương tự như trong cáccông trình xử lý nước thải bang ao hỗ sinh học, các cơ chế loại bỏ vi sinh vật trong đấtngập nước kiến tạo bao gém: loại bỏ bang các quá trình vật lý kết dính, lắng, lọc và happhụ Bên cạnh đó, còn có các nguyên nhân khác như bị tiêu diệt do điều kiện môi trườngkhông thuận lợi trong một thời gian dai; do tác động của các yếu tố hóa lý khác nhaunhư pH, nhiệt độ, bức xạ mặt trời Ngoài ra còn do các yếu tố về sinh học: thiếuchất dinh dưỡng, cạnh tranh sinh tồn theo chuỗi thức ăn

2.2.3 Các loại thực vật trong đất ngập nướcCó 3 loại thực vật điển hình thường được dùng trong các bãi lọc, được phân loại theohình thức sống va phát triển [Brix and Schierup, 1989: Cronk and Fennessy, 2001;

Wetzel, 2001 |

Chương 2: Tổng quan tài liệu 15

2.2.3.1 Nhóm thực vật nổi (Floating plant)Thuộc dạng thân mềm sống trôi trên mặt nước Nhóm này bao gồm 3 loại sau: bèo lụcbình (Eichhornia crassipes), bèo tam (Lemnoideae), rau diễp (Lactuca sativa) Vì songtrên mặt nước nên chúng di chuyển theo hướng dòng chảy, hướng gió và chuyển độngtheo song nước Hệ thống rễ chùm của chúng sẽ quét trong lòng nước, các chất dinhdưỡng sẽ thường xuyên được tiếp xúc với rễ và được hấp thụ Mặt khác, bộ rễ và giáthể lý tưởng cho vi sinh vật bám dính tạo thành màng sinh học, màng này chuyển hóacác hợp chất hữu cơ, đồng thời cung cấp các chất dinh dưỡng hòa tan cho cây sử dụng.Do đó các loài thực vật nổi có khả năng xử lý chất ô nhiễm cao, (Vymazal và

Kröpƒfelova, 2008).

2.2.3.2 Nhóm thực vật nửa ngập nước

Nhóm thực vật này bao gôm các loại: say (Phragmité australis), co nến (Typha

orientalis G.A Stuart), Vetiver (Chrysopogon zizanioides),

Đây là loại thực vật có bộ rễ bám vào đất, một phan than ngập chìm trong nước va mộtphân thân lá phát triển nhô cao khỏi mặt nước Loài thực vật này không chỉ có thể làmgiá thé bám dính cho vi sinh vật ma còn có khả năng vận chuyển oxy tới vùng tê.Khả năng phát triển của các loại thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trườngnhư: nhiệt độ, ánh sáng, chất dinh dưỡng có trong nước,

2.2.3.3 Nhóm thực vật ngập hoàn toàn trong nước

Bao gồm những loài thực vật sống trong nước như các loài rong Quá trình quang hợpcủa chúng xảy ra hoàn toàn dưới nước Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào nước, nănglượng ánh sáng bị mat đi một phần trên đường truyền của nó (do độ đục của nước),đồng thời khả năng chiều sáng của nó chỉ có thể đạt đến một độ sâu nhất định Do đó,thực vật ngập nước phải thích nghi với điều kiện nay, và chi phân bố ở một tang sâunhất định khoảng 500 mm trở lại Các loài thực vật ngập nước phải thích nghỉ với điềukiện môi trường thiếu CO2, (Kadlec và cộng sự, 2006)

2.3 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.3.1 Một số nghiên cứu xử lý nước thai dệt nhuộm bang đất ngập nước trên thế

giới

Trên thế giới có nhiều nơi đã nghiên cứu và triển khai đất ngập nước kiến tạo dé xử lýnhiều loại nước thải khác nhau như nước rỉ rác, nước thải chăn nuôi, nước thải từ việcsản xuất dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân, nước thải sinh hoạt, Trong

đó, chiếm số lượng lớn các nghiên cứu là sử dụng dat ngập nước kiến tạo xử lý bậc 2,bậc 3 cho nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị Số lượng đất ngập nước kiến tạodòng chảy ngầm sử dụng ở Châu Âu hiện nay trên 5000 công trình, riêng ở Đức cóhơn 3500 công trình đang hoạt động Số còn lại được xây dựng và vận hành ở ĐanMạch (400), Vương Quốc Anh (600), Áo (160), Cộng Hoà Czech (80), Ba Lan (50),Slovenia (20) và Norway (10), cũng như đang được nghiên cứu triển khai ở nhiềunước khác trên thé giới (các quốc gia Địa trung hải, Uc, Tây Ban Nha ) (IWA, 2000).Hiện nay, nhiều nghiên cứu khảo sát, cải thiện và nâng cao hiệu quả xử lý các chất ô

nhiễm (BOD, COD, Nitơ, Phốtpho, các chất ô nhiễm khác, ) của các loại công trình

đất ngập nước kiến tạo (dòng chảy ngầm thăng đứng, thắng ngang, chảy mặt, lai hợp)cũng như các nghiên cứu, khảo sát về sự ảnh hưởng của các yếu tố vận hành và thiếtkế đất ngập nước kiến tạo, ảnh hưởng của các yếu tổ môi trường xung quanh đến hiệuquả của công nghệ này và việc mô hình hóa, xác định cơ chế hoạt động của công nghệđã và đang được các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng thể hiện rõ tiềm năng của

Nghiên cứu vai tro cua sậy (Phragmites australis) trong qua trình phán huy

chat nhuộm azo axit cam 7 (AO7) trong dat ngập nước kién tạo chảy ngâm thang đứng

- Davies và cộng sự (2005).

Chương 2: Tổng quan tài liệu 17

Nghiên cứu cho thấy, sậy cĩ thể phân hủy AO7 và các amin thơm của nĩ, sau 120 giờtiếp xúc với HO», loại bỏ được 3.2 - 5.7 mgAO7/g thực vật khi dịng vào cĩ nơng độ40 mgAO7/L Từ nghiên cứu này cho thay DNNKT chảy ngầm dịng thang đứng thíchhợp để xử lý nước thải chứa chất nhuộm azo Với nồng độ của dịng vào là 130mgÀ7/I, hoạt tính peroxid của thực vật trong lá, thân, rễ theo thứ tự tăng gấp 2.1 lần,4.3 lần và 12.9 lần Khi nơng độ chất nhuộm 700 mgAO7/I, hoạt tính peroxid của thựcvật bị ức chế ngay tức khắc nhưng chỉ sau hai ngày, hoạt tính này trở về được mức cũ.Tải trọng hữu cơ AO7 từ 21 đến 105 gCOD/m2.ngày khơng độc và cĩ khả năng loại bỏtừ 11 đến 67 gCOD/m2.ngày Hiệu quả loại bỏ AO7 khoảng 70%, chu trình 3 giờ làthời gian thích hop dé phân hủy AO7

Nghiên cứu kha năng loại bỏ độ màu của nước thải nhuộm sử dụng bé phan

ung ki khí hai giai đoạn — A Mahdavi Talarposhti, T Donnelly, G.K Anderson.

Nghiên cứu được thực hiện để đánh giá hiệu quả loại bỏ độ màu qua các tải trọng khácnhau, nơng độ màu và thời gian lưu nước khác nhau trong điều kiện ki khí Bé phanứng được vận hành trong điều kiện yếm khí ở những tải trọng và thời gian lưu khácnhau và được vận hành trong 9 tháng Kết quả nghiên cứu cho thấy, bể phản ứng cĩthé loại bỏ đến 90% độ mau của thuốc nhuộm cation hồn hợp chiếm 1000mg/1 thuốcnhuộm Hiệu quả loại bỏ độ màu giảm khi tăng néng độ màu đầu vào Nhưng hiệu qualoại bỏ độ màu lại tăng khi tăng thời gian lưu nước và tăng tải trọng hữu cơ Cơ chếloại bỏ độ màu chủ yếu là quá trình phân hủy sinh học

Nghiên cứu mơ hình sinh học kị khí kết hợp hiểu khí xử lí nước thải dệt nhuộmchứa các chỉ số khác nhau về hàm lượng và mau azo - C Oneill, F.R.Hawkes,

D.L.Hawkes, S.Esteves va S.J.Wilcox.

Kết hợp xử lý yếm khí - hiểu khí đã được sử dung dé xử lí nước thai mơ phong trongngành cơng nghiệp dệt may (tổng HRT 1,8 ngày) Thuốc nhuộm azo (PROCION RedH-E7B) và nơng độ tinh bột được thay đổi trong một loạt các thí nghiệm trong 1 tuầnđể xác định ảnh hưởng của tính bột, tỷ lệ của thuốc nhuộm và COD, BOD và việc loạibỏ màu Hiệu qua xử lí của hệ thống ở nồng độ 1.9 gl! tinh bột và 0,15 gl! thuốcnhuộm vẫn khơng thay đơi trong hon 130 ngày mặc dù cĩ sự thay đơi tỉ lệ tinh bột.Hiệu quả loại bỏ màu cao nhất trong bề UASB (1 d HRT) và tỉ lệ BOD:COD của bểUASB đầu vào tăng lên đến 47% Hiệu quả loại bỏ COD cao nhất là 88% và hiệu quảloại bỏ BOD cao nhất lên đến 99% Hiệu quả loại bỏ độ màu đạt cao nhất là 77% với

nông độ tinh bột và thuốc nhuộm 3,8 và 0,15 g1 Tuy nhiên, ở hàm lượng 3.8 gl! tinhbột, nồng độ acid béo bay hơi trong bể phan ứng UASB tăng, trong khi ở mức 2,9 gt!

tinh bột thi không tăng.

Nghiên cứu xứ lý độ màu của nước thải dệt nhuộm cua mô hình ki khí kết hợphiểu khí theo mẻ - C.B Shaw, C.M Carliell, A.D Wheatley

Ở các nhà máy xử lý nước thải sinh học thông thường việc xử lý thuốc nhuộm và cồnpolyvinyl (PVOH) có trong thành phần nước thải dệt nhuộm gặp nhiều khó khăn.Nhiều nghiên cứu đã được báo cáo về những lợi thế của việc kết hợp xử lý hiểu khí vaki khí trong bể phản ứng oxy hóa khử Bé phan ứng kết hợp ki khí hiếu khí xử lý nướcthải dệt nhuộm có chưa côn có thé loại bỏ 66% COD ( tỉ số F:M = 0.15) so với bểphản ứng kiểm soát không có thuốc nhuộm thì hiệu quả loại bỏ là 76% Hiệu quả loạibỏ độ màu là 94% nhưng chất chuyền hóa là nguyên nhân gây ra sự bất 6n định trongbể phản ứng Amin thơm sinh ra từ sự phân hủy yếm khí của thuốc nhuộm azo thìkhông được giải phóng trong giai đoạn hiếu khí Phân tích PVOH của bể phản ứnghiệu quả xử lý 20 -30%, không cao như các báo cáo khi sử dụng bể hiếu khí

Đánh giá hiệu qua của đất ngập nước kiến tao dòng chảy ngược (UFCW) ở môhình phòng thí nghiệm đối với các thiết kế với nhiễu loài thực vật khác nhau

Mục tiêu của nghiên cứu này là để đánh giá đồng thời loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơvà chất dinh dưỡng của 5 mô hình quy mô phòng thí nghiệm sử dụng mô hình đất ngậpnước kiến tạo (UFCWs) Vùng ki khí ở bên dưới và vùng hiếu khí bên trên Bé phảnứng UFCW có sục khí bé sung Loại thực vật sử dụng là Phragmites australis va lúahoang Mãn Châu Hiệu quả loại bỏ COD, T-N, T-P, NHa'-N va NO3-N trong bể

UFCW là trong khoảng 90-94%, 69-92%, 29-52%, 59-98% và 45 -100 Hiệu quả loại

bỏ các chất hữu cơ và NHa-N trong các bể phản ứng vùng đất ngập nước có sục khí làtốt hơn so với các không có sục khí Suc khí bố sung tăng cường phân hủy sinh họchiếu khí các chất hữu co và quá trình nitrat hóa Các giống lúa hoang Mãn Châu vượt

trội so với P australis trong việc loại bỏ của T-P, T-N và NH¿”-N.

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng đất ngập nước kiến tạodong chảy ngâm thang đứng được triển khai áp dụng dạng mô hình pilot tại một hệthong xử lý nước thai, Bac Cairo, Ai Cập — Abou , Elela và Hellal, 2012

Công nghệ đất ngập nước trong nghiên cứu trồng ba loại cây là chuối hoa (canna), lausợi, và cây họ Cyprus Nước thải đi vào hệ thống là nước thải đô thị đã được xử lý sơ

Chương 2: Tổng quan tài liệu 19

bộ với lưu lượng 20 m/ngày, tải trọng bề mặt trong khoảng 26,2 - 76,5kgBOD/ha.ngày với thời gian giữ là 7,7 ngày Hiệu suất sau 2 năm hoạt động cua pilotđược đánh giá băng khối lượng loại bỏ và cải thiện chất lượng nước, cả về mặt hóa —lý và sinh học Kết qua cho thay đơn vị nay có thé xử lý được 88% COD, 90% BOD,

92% TSS với lượng còn lại tương ứng là 30,60 mg/l, 13,20 mg/l và 8,5 mg/l Lượng

dinh dưỡng tích lũy trong thực vật đại diện bang tong P và tổng nitơ kjeldahl là 32,66g/m? và 68,1 g/m” Bên cạnh đó còn giảm một lượng đáng ké tổng coliform, fecal

coliform (Abou-Elela và Hellal 2012).

Một nghiên cứu khác về xử lý nước thải đô thị bằng đất ngập nước kiến tạodòng chảy ngâm thăng đứng nhằm khảo sát hiệu quả xử lý và khả năng tải sử dụngnước cho tưới tiêu cũng được thực hiện tại đại học Padova, Đông Bắc Y - Morari và

Giardini, 2009

Hai mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thăng đứng được trồng 2 loại

thực vat là Typha latifolia (VFCW-T) va Phragmites australis (VFCW-P) và được mô

phỏng trong một khối có diện tích bề mặt 1m2, chiều sâu 1,5m và được lấp các loại vậtliệu khoáng có kích thước tang dan từ bề mặt xuống đáy (lớp cát đường kính hatkhoảng 0.16mm dày 16cm, 2 lớp sỏi đường kính 4 — 8 mm và 8 — 12mm, mỗi lớp dày22cm và một lớp sỏi đường kính 30 — 50mm dày 90cm Kết quả nghiên cứu cho thaytải trọng hữu co tăng dan sau hai năm thực hiện: từ 2,7 lên 7,7 gCOD/m2.ngày và từ

0,9 lên 2,8 gBOD/m2.ngay mặc dù trong năm thứ hai thực hiện nghiên cứu thì lượng

chất ô nhiễm cao hơn Kết quả thực hiện ở năm thứ hai cho thay hiệu suất xử lý COD,BOD, N va K ©86%) thì cao hơn hiệu suất xử lý Na va Mg (<47% ), hiệu quả xử lýBOD và PO.? —P của hệ thông VFCW-P thấp hon của VFCW-T, cũng như khả năngphân tán N, P, K của hệ thong khá cao (>65%) Tuy nhiên, xét về mặt chất lượng nướcthì không được thuận lợi: nồng độ Na và Mg trong dòng ra cao hơn so với dòng vào(tăng khoảng 89% cho Na và 74% cho Mg), trong khi nồng độ TSS, NOz N và tổng Pkhông thay đổi nhiều giữa dòng vào và dòng ra đã hạn chế khả năng tái sử dụng nướcsau hệ thống (Morari và Giardini, 2009)

Tuy nhiên, nghiên cứu của Masi và Martinuzzi (2007) về hệ thống đất ngập nước kiếntạo lai hop đã khắc phục van dé nêu trên Hệ thống đất ngập nước kiến tao lai hợpđược thiết kế bao gồm hai bậc: bậc 1 là một đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngang,bậc 2 là đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thăng đứng, với các thông số thiết kế như

sau: dòng vào 17 — 33 m/ngày; diện tích bề mặt của công trình dòng chảy ngang vathăng đứng lần lượt là 160 và 180 m2; độ sâu của các công trình lần lượt là 0,7 m chodòng chảy ngang và 0,9 m cho dòng chảy thắng đứng: tải trọng thủy lực dao động từ

0,17 — 0,23 m?/m?/ngay cho hệ dòng chảy ngang, 0,15 — 0,21 m3/m2/ngày cho hệ dong

chảy thăng đứng: trong khi tải trọng hữu cơ tương tự lần lượt là 23,5 — 28,1gCOD/m2/ngay và 2,0 — 5,7 g COD/m”/ngày Với hệ thống trên, hiệu suất xử lý thuđược là COD 94%, BODs 95%, TSS 84%, NHa* —N 86%, tong Nito 60% và tổng P94% Kết qua này khá tương đồng so với kết qua của nghiên cứu trên Bên cạnh đó, hệthống lai hop này còn thực hiện tốt quá trình khử trùng, van dé mà hệ thông đất ngậpnước kiến tạo dòng chảy ngầm thăng đứng trên còn hạn chế Hiệu quả loại bỏ 4 loạichỉ thị vệ sinh phân tích (tổng coliforms, faecal coliforms, faecal streptococci, E.coli)nam trong khoang 99,93 — 99,99%, thé hién hiéu qua cao trong viéc loai bo mam bệnh

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các thông số thiết kế va vận hành của môhình pilot đất ngập nước kiến tạo dòng chảy tự do lên hiệu quả loại bỏ ô nhiễm và sosánh với hệ thống dòng chảy ngắm thang ngang - Kotti và cộng sự (2010) thuộc Dai

học Thrace, Hy Lạp

5 mô hình pilot đã được thiết lập, làm việc liên tục và song song gần 3 năm từ 12/2004đến 3/2007 dé khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian lưu nước, loại thực vật trồngtrong công trình,vật liệu nền trong hệ thống đất ngập nước và hình dạng của công trìnhđất ngập nước trong hiệu quả hoạt động của công nghệ đất ngập nước kiến tạo dòngchảy tự do trên bề mat: đồng thời thực hiện so sánh hiệu suất với đất ngập nước kiếntao dòng chảy ngầm thăng ngang Nghiên cứu đã thé hiện được hiệu quả của đất ngập

nước trong xử lý BOD, COD, TKN, ammonia, PO.* —P, va TP với giá trị trung bình

lần lượt là 77,5%; 67,9%; 60,4%; 53,9%; 56,0% và 51,7%; xác định được hiệu quả xửly của các chất ứng với các thời gian lưu nước khác nhau (HRT = 14 ngày phù hợp choxử lý hữu cơ, N và P ở hầu hết các nhiệt độ; HRT = 20 ngày tốt cho cho quá trình khửBOD và PO —P vào mùa lạnh) cũng như sự độc lập của việc khử BOD và P đối vớithông số nhiệt độ Các mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thang ngangcũng được kết luận là hiệu quả hơn trong việc loại bỏ phan lớn các chat 6 nhiễm khi sosánh với các mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy tự do

Việc so sánh sự biến đổi của khả năng loại bỏ ô nhiễm hàng năm của nhiều loại đấtngập nước kiến tạo khác nhau cũng đã được thực hiện trong nghiên cứu của María và

Chương 2: Tổng quan tài liệu 21

các cộng su (2010) 7 mô hình đất ngập nước kiến tạo cơ ban (1m?) với các hình dạngkhác nhau được vận hành ở điều kiện ngoài trời trong hơn 30 tháng với điều kiện nhưnhau dé đánh giá khả năng loại bỏ chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải đô thicủa đất ngập nước Các đất ngập nước kiến tạo này khác nhau về thông số thiết kế, cácloại thực vật trồng, dạng dòng chảy (chảy mặt hay chảy ngầm) và sự hiện diện của lớpsỏi nền Các dữ liệu thu được thể hiện sự phụ thuộc vào các mùa trong năm của đấtngập nước kiến tạo, cũng như sự giảm hiệu quả hoạt động của công nghệ này theo sựlão hóa của hệ thống Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đưa ra các kết quả tương tự vớicác nghiên cứu khác như sự hiện diện của hệ thực vật tăng hiệu quả của đất ngập nướckiến tạo, vai trò của các thông số thiết kế (thời gian lưu nước, loại thực vật trồng trongcông trình, vật liệu nền trong hệ thống đất ngập nước và hình dang của công trình)trong hiệu quả loại bỏ ô nhiễm của các đất ngập nước kiến tạo khác nhau Tuy nhiên,một khác biệt còn tôn đọng của nghiên cứu này so với các nghiên cứu khác là hiệu quảcao hơn của đất ngập nước kiến tạo dong chảy tự do bề mặt — hệ không trồng thực vật— so với hiệu qua của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thắng ngang — hệ khôngtrồng thực vật — trong việc khử BOD5 vào mùa hè vẫn chưa đủ cơ sở dữ liệu để giảithích rõ ràng cơ chế của hiện tượng

Một nghiên cứu về hiệu suất của hệ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thắngđứng (VF) và dòng chảy thăng ngang (HF) trong xử lý nước thai sinh hoạt tại Mexicô

- Zurita và các cộng sự (2009).

Trong nghiên cứu này, Zurita và cộng sự đồng thời muốn tận dụng việc xử lý nướcthải để trồng các loại cây có giá trị sản xuất hoa thương mại Cac nhà khoa học đã sửdụng 4 loại cây có thể dùng trang trí có giá trị thương mại là Zantedeschia aethiopica,Strelitzia reginae, Anturium andreanum, và Agapnathus africanus dé trồng trong cácmô hình đất ngập nước Nghiên cứu được thực hiện trên 4 mô hình, trong đó hai môhình là với dòng chảy thang ngang có kích thước L x W x H= 3,6m = 0,9m x 0.3mva hai mô hình với dòng chảy thang đứng có kích thước L x W x H= 1,8m x 1,8m x0.7m với diện tích trồng cây là như nhau và bang 3,24m2 Cau trúc lớp vật liệu co sở ở

dưới của các mô hình là như nhau Tuy nhiên, trong 4 mô hình thực hiện có một mô

hình HF và một mô hình VF chỉ được trồng một loại cây là Zantedeschia aethiopica(số lượng 30 cây) Hai mô hình còn lại, mỗi mô hình được trồng cả 3 loại cây còn lạivới số lượng như sau: 6 cây Strelitzia reginae, 6 cây Anturium andreanum, và 3 cây

Agapnathus africanus Nước thải sinh hoạt được đưa vào hệ thống liên tục với lưulượng 128 L/ngày, thời gian lưu nước là 4 ngày Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ đấtngập nước dòng chảy thăng đứng có hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn hệ đấtngập nước dòng chảy thắng ngang cho phan lớn các chat 6 nhiễm Hai chat ô nhiễmđược loại bỏ tốt hơn bởi hệ đất ngập nước dòng chảy thang ngang là NO3 -N va TSS.Bên cạnh đó, mục đích trồng các loại cây có tính trang trí cũng thu được các kết quảkhả quan: phần lớn các cây sống được 12 tháng trong thời gian thí nghiệm và tùythuộc vào loại đất ngập nước ma tốc độ sinh trưởng phát triển khác nhau: Zantedeschiaaethiopica phát triển tốt và cho khoảng 60 bông trong hệ HF Ba loại còn lại phát triểntốt hơn trong hệ VF, mặc dù Anturium andreanum đã chết trong mùa đông Các câyđều cho hoa đẹp hơn, lá to hơn, thậm chí cho nhiều hoa và lá hơn Như vậy, có thể tậndụng hệ đất ngập nước dé xử lý nước thải và tận dụng trồng các cây có giá trị.

Khảo sát hiệu quả xử lý và tái sử dụng nước thải của các dạng mô hình datngập nước kiến tạo khác nhau (dòng chảy ngâm thăng đứng, thắng ngang và lai hợp)va ở nhiễu điều kiện khác nhau của tải trọng thuy lực - Tại đại hoc Tafira, dao Canary,

Tây Ban Nha, Meliána và cộng sự (2010).

Trong nghiên cứu nay, sỏi nghiền và lapilli (một loại trầm tích núi lửa có tính xốp cao)được sử dung làm lớp co sở nên của các mô hình đất ngập nước được kiến tạo Ngoàihai hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thăng đứng và đất ngập nướckiến tạo dòng chảy ngầm thắng ngang, các nha nghiên cứu đồng thời thực hiện môhình pilot lai hợp đất ngập nước kiến tạo (cho cả hai lớp nền không phân tầng là sỏi vàlapilli) gồm hai pha với pha đầu là đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thăng đứngvà pha hai là đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thăng ngang Việc xử lý nước

thải được thử nghiệm qua hai giai đoạn: giai đoạn một không có thực vật với tải trọng

thủy lực (HLR) thấp 37 + 2 mm đ1 (tương đương với thời gian lưu nước danh nghĩa

khoảng 6 ngày), và tải trọng cao 79 + 0,7 mm đ' (tương đương với thời gian lưu nước

danh nghĩa khoảng 3 ngày): và giai đoạn hai với việc trồng thực vật Hệ thống đứngsỏi nghiền dùng một bể nhận trụ dung tích 2001 dé mô phỏng Hệ thông đứng lapilli cóthể tích 250 I Đối với hệ thông dòng chảy ngầm thăng ngang, dùng một hộp nhựa chữnhật 1,22m x 0,55m <0,52m (L x W x H) với lớp đất nền tương tự đất ngập nước kiếntạo dòng chảy ngầm thăng đứng để thiết lập Các thông số thiết kế của các mô hình

được cho trong bảng sau:

Chương 2: Tổng quan tài liệu 23

Bảng 2.3 Thông số thiết kế của các mô hình nghiên cứu Miliana và cộng sự (2010)

Soi Trâm tích núi lửa LapilliDiện tích bê mặt

Chiều sâu (m) Diện tích bê mặt Chiều sâu (m)(m*) (m*)

Hệ thang đứng 0.21 0.75 0,26 08Hệ thăng ngang 0.67 0.32 0.67 0.32

Hệ lai hợp 0.88 0.93

Kết quả nghiên cứu cho thây việc trông thực vật và các tải trọng thủy lực gây ra sựkhác nhau nhở giữa hệ chảy thang đứng hoặc hệ lai hợp Kha năng loại bỏ cua hệ lai

hợp sỏi là 86% BOD, 80% COD, 88% NH4*-N, 96% SS, 24% POz—P, và 99% faecal

coliforms va 99,7% faecal enterococci Hiệu qua xử ly BOD, COD, SS, độ duc vi

khuẩn trong nước thai của dat ngập nước kiến tạo lai hợp luôn cao nhất dù ở tải trọngcao hay thấp và mô hình xây dựng với lớp nền sỏi hay lapilli Hiệu qua xử lý BOD,COD, SS, độ đục, vi khuẩn trong nước thải của đất ngập nước kiến tạo dòng chảyngâm thăng đứng, thắng ngang và lai hợp trong nghiên cứu này ứng với các tải trọngthủy lực lớn, nhỏ và các điều kiện khác có thể tham khảo trong bảng sau:

Bang 2.4 Hiệu quả xử ly của nghiên cứu Miliana và cộng sự (2010)

Tốc độ loại | Hiệu suất loại bỏ ô

thuy lực caoVE 97 +16 76 + 16 78 88

HEF 6,7 +0,7 24+0,9 36 28

Lai hợp 23+4 204+04 87 89COD

Tai trong 274 + 23thuy luc

thap

VE 42 +3 23 +3 55 58HF 6+08 2,6+05 43 30Lai hop 10+08 76+08 74 71Tai trong 462 + 73

thuy lực cao

VF 144 + 23 105+23 73 71

HF 125+1 5+1 40 39Lai hợp 35 +6 29+555 83 82NH¿—N

Tai trong 122 + 13thuy luc

thap

VE 25+2 21,5+ 2 86 82HF 11+0,2 0,4 +0,1 25 |Lai hợp 6+0,6 5+0,5 91 89Tai trong 124+9

thuy lực caoVE 50+4 40+ 3 80 81HF 3+03 08+04 25 |Lai hợp 12+09 0+ 0.8 85 81

SSTai trong 72+ 14

thuy luc

thap

VE 1143 9 +2 83 85HF 04+0,1 03+ 0,1 73 67

Chương 2: Tổng quan tài liệu 25

Lai hợp 2,6 +0,6 25+ 0,6 95 95Tai trong 80 + l4

thuy lực caoVE 25+ 4 20 +3,5 81 88HF 1,1 +0.2 08+ 0,2 75 60Lai hop 59+ 1 56 +1 96 95Do duc

Tai trong 74+ 17thuy luc

thap

VE 11,5 +2,6 99+2/7 86 8HF 05+0,1 04+0,1 73 57Lai hop 2,9+0,6 2,8+06 96 95Tai trong 149 + 23

thuy lực caoVE 47+2,5 42+8 89 89HF 1,7+ 03 12 +03 75 54

Lai hop 11+2 10 + 2 97 97

FCTai trong 4,94

thủy lực 1,7x10°(4)

thap

VF 9,1+43x10? 9+43x10? 996 87HF 2,.2+09x10® | 2,1+0,9x10° 95 97Lai hop 2,18+1x10? | 2,17+1x10? | 996 99/7

Tải trọng 5,64

thủy lực cao | 2,6x10°(10)VF 1,5+0,5x107° | 1,540,5x10'° | 998 99.0HF 1 ,98+0,7x10°® 1,98 94,7 87

+0.7x108Lai hop 3,6+1,2x107 3,641,2x10° | 998 99,9

Như vậy, có thé kết luận mô hình lai hợp đất ngập nước kiến tạo là mô hình phù hợp

và có hiệu quả xử lý cao.

Một nghiên cứu so sánh hệ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngang và dongcháy thăng đứng trong xử lý nước rỉ rác có nông độ hữu cơ thấp và nông độ amonia

cao - Yalcuk và Ugurlu (2009).

Hai mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thăng đứng (VF1, VF2) và một môhình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thăng ngang (HF) được mô phỏng với các kíchthước dài x rộng x cao = 100 em = 50 cm x 40 cm Cả ba mô hình đều được trồngTypha latifolia với mật độ 20 cây /m2 Nước ri rac được đưa vào hệ thống theo từngđợt (10 phút/h) bởi bơm ly tâm Với cách thức này, lượng nước thải đi qua hệ thống là101/ngày với thời gian lưu nước là 11, 8 và 12,5 ngày cho VF1, VF2 và HF Hệ thốngnày không tuần hoàn nước thải Tải trọng hữu cơ của hệ thống thay đổi trong khoảng

0,011 — 0,023 trong VFI, 0,021 — 0,032 trong VF2, 0,013 — 0,021 trong HF Két qua

cho thay hệ dòng chảy ngang hiệu qua hon trong việc khử COD với hiệu suất sau 4tháng hoạt động là 60,9% trong khi hai hệ chảy thăng đứng chỉ khử được 30,3 — 36%.Tuy nhiên, kết quả cũng chỉ ra rang hệ chảy thăng đứng hiệu quả hơn trong việc xử lýNitơ -Amonia với hiệu suất xử lý của hai hệ chảy thang đứng lần lượt là 67,4 và

36,8% trong khi hệ chảy thăng ngang chỉ xử ly được 17,8%.2.3.2 Một số nghiên cứu xử lý nước thai bang đất ngập nước tại Việt Nam

Nghiên cứu hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống đất ngập nướckiến tạo có dòng chảy ngâm ngang nên cát vận hành với mức tải nạp thủy lực cao sửdung cây sdy - Ngô Thụy Diễm Trang và Hans Brix (2002)

Hệ thống được vận hành với hai mức tải nạp thủy lực (HLRs) là 31 và 62 mm/ngày.Khả năng xử ly TSS, lân hòa tan (PO+3- -P) va lân tổng (TP) là rất hiệu quả và khôngđối cho cả hai mức HLRs với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng khoảng 94,99 và99%, trong khi đó hiệu suất xử lý nhu cầu oxy sinh học (BODs), nhu cầu oxy hóa học(COD), tổng đạm Kjeldahl (TKN) và đạm amonia (NHa-N) giảm khi HLR tăng, va cógiá trị trung bình năm trong khoảng tương ứng là 47 - 71,68 - 84, 63 - 87 và 69 - 91%.Kết quả cho thay bang cách sử dụng HSSF CWs trong việc xử lý nước thải sinh hoạt làphương pháp khả thi Chất lượng nước thải đầu ra của hệ thống ở mức HLR cao 62mm/ngày (tương đương 1200 L/ngay) đạt tiêu chuẩn Việt Nam cho phép xả thải vàonguồn nước mặt

Chương 2: Tổng quan tài liệu 27

Xây dựng và lap đặt mô hình xử lý nước thải với bê tự hoại và bãi lọc ngâmtrông cây dòng chảy đứng tại Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu côngnghiệp - Dai học Xây dung, với các chế độ vận hành khác nhau, đánh giả hiệu qua xulý, ảnh hưởng của tải trọng chất ban, chế độ thủy lực, vat liệu lọc, cây trông và thờitiét - Nguyễn Việt Anh (2006)

Mô hình gồm 6 thùng inox có thé tích 500 lit, trong đó 3 thùng Al, A2, A3

chứa sỏi tròn (đường kính 1,5 - 2 cm), 3 thùng BI, B2, B3 chứa gach vỡ (đường kính 3

- 4 em) Nước thai đầu vào được lay từ bề tự hoại 2 ngăn có thé tích 10m3 Giai đoạn1: (từ 8/2004 đến 4/2005): 4 bé được trồng với cỏ nến, 2 bể Al, A2 với vật liệu sỏi và2 bề BI, B2 với gạch xây dựng: 2 bể còn lại không trồng cây Các bể làm việc songsong Nước thai được cấp theo chiều từ trên xuống, 2 lan/ngay/10lit/bé Giai đoạn 2:(từ 4/2005 đến 12/2005): Các bé lọc được bố trí theo sơ đồ nối tiếp 2 bậc, gồm 3 dãysong song: B1 - Al, B2 - A2, B3 - A3 Việc bố trí nối tiếp nhằm mục đích nâng caohiệu suất của hệ thống xử lý Tải trọng thủy lực được giữ ở mức 20 I/day/ngay Nướctừ các bề B chảy sang bể A tương ứng và tưới lên bề mặt bề từ trên xuống Mực nướctrong mỗi bể B được khống chế thấp hơn lớp vật liệu lọc 25cm, giúp không khí thâmnhập vao lớp trên của bể, cung cấp dưỡng khí cho quá trình oxy hóa sinh hóa các chấthữu cơ, nitrat hóa, đồng thời tránh cho rễ cây thối rữa và cây bị chết Trong giai đoạnnày trồng nhiều loại cây: cây say, mai nước thủy trúc, phát lộc dan xen với cỏ nến Kếtquả: Với sơ đồ bậc 1, nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cột B TCVN 5945 - 1995 đối vớicác chỉ tiêu COD, SS, TP Với sơ đồ 2 bậc, nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cột ATCVN 5945 - 1995 hoặc mức 1 TCVN 6772 - 2000 đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP.Tuy nhiên, nông độ TN, NHu†- N và vi sinh gây bệnh chưa đạt tiêu chuẩn cho phép

Trường Dai học Can Thơ đã tiễn hành khảo sát kha năng xử lý nước thải sinhhoạt và nước thải từ các ao nuôi cá nước ngọt bằng đất ngập nước kiến tạo kiểu chảyngâm từ năm 2003 - Lê Anh Tuẫn (2007)

Mô hình có kích thước dài x rộng = 1,2m x 0,8m, cát là giá thể va trồng say

(Phragmites australis) với mật độ 25 cây/m”, xử lý nước thải ao nuôi ca basa ở huyện

Ô Môn Cần Thơ, quy mô pilot Kết quả khảo nghiệm ở huyện Ô Môn đối với nướcthải ao nuôi cá basa trên mô hình đất ngập nước kiến tạo với chiều dai kênh 1.2m,chiều rộng là 0,8m va mật độ trồng cây say là 25 cây/m2 cho thấy hiệu qua xử lý

BODS đạt 84.4%; hiệu quả khử COD đạt 83,38%; hiệu quả khử TSS đạt 67,5; hiệuquả khử TKN đạt 85,5%.

Đoạn xư lýChéi cho Seas vÑ

có ấn Bơm nước h Dat ngập nước kien tạo

Ao cá basa 2v Nước vao ÔngA thu mau Nước râ e4 £Cong thoát Sông` UƯ .;ựAỢOƠỢŒE (ÁN | “| Lee v6 v G6 0 rẽ ee “(|

*OOo,

46 4 4 4 4 a aie

Se eo ee x reee eee) eee) ke he CMe oe Ce ee ee

Hình 2.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo thử nghiệm xử lý nước thải ao nuôi cá basa.Kết quả khảo nghiệm xử lý nước thải ao nuôi cá tra với lưu lượng 800 L/ngay ở huyệnPhong Điền trên mô hình đất ngập nước kiến tạo có kích thước 0,6m x 0,6m x 0,4mcho thay hiệu qua xu ly BODs đạt 85,65%; hiệu quả khử COD đạt 89,27%; hiệu quả

¡ 0% L 10 Đoạn xu lý qua cat vả sấy m 05 loa

- Ngô Hoàng Văn (2009)

Mục tiêu của đề tài là tìm các loại cây cỏ có hiệu quả kinh tế, phương thức canh tácthích hợp cho việc áp dụng công nghệ cánh đồng tưới và cánh đồng lọc để xử lý nướcri rác Nhóm nghiên cứu đã tiễn hành nghiên cứu thử nghiệm chọn cây trồng chịu đượcnước rỉ rác có độ ô nhiễm cao (COD khoảng 1.500 mg/L), có kha năng làm giảm nồng

độ ô nhiém Hai loại cây trông được chon tưới thử nghiệm là cỏ vetiver và co voi Ket