Đề tài: Xử lý nước thải nhờ hệ thống đất ngập nước

Đề tài: Xử lý nước thải nhờ hệ thống đất ngập nước gồm các nội dung sau: giới thiệu chung về khái niệm và hệ thống đập nước, hệ thống đập nước nhân tạo, thuận lợi và khó khăn trong xử lý nước thải nhờ hệ thống đất ngập nước, chức năng sinh thái của đất ngập nước,...Mời bạn đọc cùng tham khảo.

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHỜ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC

NHÂN TẠO

1

Ngô Thái Bảo

Lê Hoài Thương Diệp Thanh Toàn Phan Hoàng Khang Phạm Thị Bích Liểu Cao Hoàng Nữ Hồng An

Nội dung chính

ĐNN nhân tạo

Thuận lợi & khó khăn

GIỚI THIỆU CHUNG

Khái niệm

Theo công ước Ramsar (1971 ), ĐNN được định

nghĩa như sau: ĐNN được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc là vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thuỷ triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m.

Đất ngập nước tự nhiên

• Những vùng ngập nước

thường xuyên có nhiều loại

cây chịu nước như lau, sậy

chứa đựng rất nhiều loài vi

sinh sống dưới lớp bề mặt có

tiềm năng oxy hóa và tiềm

năng khử khác nhau cũng

như hỗ trợ tính đa dạng của

những loài vi sinh vật như vi

khuẩn, nấm, actinomycetes,

động vật nguyên sinh

Đất ngập nước nhân tạo

• Được phân loại theo chế độ hoạt động như dòng chảy mặt, dòng chảy ngang, dòng chảy đứng theo phương

xuống hoặc dòng chảy đứng theo phương lên Hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được sử dụng thành công trong xử lý nước thải đô thị, nước chảy bề mặt từ khu đô thị…

SO SÁNH

Chức năng sinh thái của ĐNN

Nạp nước ngầm

- Hạn chế ảnh hưởng lũ lụt

- Ổn định vi khí hậu

- Chống sóng biển, ổn định bờ biển và chống xói mòn

- Xử lý nước, giữ lại chất cặn, chất độc…

- Giữ lại chất dinh dưỡng

Chức năng kinh tế của ĐNN

• - Tài nguyên rừng: cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như

gỗ, than, củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, tanin, dược

liệu …

• - Thuỷ sản: Môi trường sống và nơi cung cấp thức ăn cho cá, loài thuỷ sản

• - Tài nguyên cỏ và tảo biển: Thức ăn của nhiều loại thuỷ sinh vật,

người và gia súc, ngoài ra còn làm phân bón và dược liệu…

• - Sản phẩm nông nghiệp: các ruộng lúa nước chuyển canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng

của vùng ĐNN

• - Cung cấp nước ngọt: Là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, tưới tiêu

• -Tiềm năng năng lượng: Than bùn, các đập, thác nước… là những

nguồn năng lượng quan trọng

Chức năng xã hội

• - Tạo cảnh quan, vui chơi, giải trí

• - Giá trị văn hoá: lễ

hội, giáo dục, nghiên cứu…

• - Giá trị đa dạng sinh học

CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM Ở ĐNN NHÂN TẠO

Quá trình vật lý

Quá trình hóa học

Quá trình sinh học

Quá trình vật lí, hóa học

• Lắng xuống, đóng cặn: loại bỏ chất hạt và chất rắn lơ lửng

• Thấm hút bề mặt: bao gồm các quá trình hấp thụ và hấp phụ, xảy ra trên bề mặt của các loài thực vật, chất nền, trầm tích, rác rưởi

• Ôxi hóa, khử và kết tủa hóa học: chuyển biến kim loại dưới tác dụng của dòng chảy, thông qua sự tiếp xúc của nước với chất nền và rác thành dạng chất rắn không tan và lắng xuống, đây là một biện pháp hữu hiệu hạn chế tác hại của các kim loại có tính độc trong ĐNN

• Sự quang phân, ôxi hóa: phân hủy, ôxi hóa các hợp chất dưới tác

dụng của ánh sáng mặt trời

• Sự bay hơi: xảy ra khi có áp suất đủ lớn, hợp chất sẽ chuyển sang thể khí

tự nhiên của các chất hữu cơ trong môi trường.

thiếu được của các hệ

sinh thái này

• - Những thực vật được xử

dụng thường xuyên trong

đất ngập nước nhân tạo

điều kiện có liên quan đến

việc thiết kế của hệ thống

đất ngập nước nhân tạo

Quá trình xử lí các chất hữu cơ

có khả năng phân hủy sinh học

Quá trình xử lí các chất hữu cơ có

khả năng phân hủy sinh học

• Trong các bãi lọc, sự phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất

trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) trong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực

vật, hệ thống rễ và những phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuyếch tán.

• Vai trò của thực vật trong bể lọc là:

• -Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá

trình phân hủy sinh học cư trú

• -Vận chuyển O2 vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy

sinh học trong bộ rễ.

Quy trình mong muốn

Sa: dínhchặt vào bề mặt lớp lọc sinh học

Se: Sự lắng trầm tích tại cung nước mở Sm: Quá trình lắng tăng lên bởi thực vật Ae nhịp phân hủy

Fb: Lớp lọc sinh học rụng xuống và sa lắng

Fm: rác thực vật rụng xuống và sa lắng Ps: Quang hợp bởi màng tảo và thực

Re : Sự vẩn lại của hạt nền Rs: Định vị bởi màng tảo và thực vật

Pg: Thực vật phiêu sinh phù du phát triển quá mức

Quy trình không mong muốn

Ghi chú:

Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng

Quá trình tách các chất rắn

• Các chất rắn lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì các hệ thống này có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua các cơ chế lọc Các cơ chế xử lí trong hệ

thống phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng Thực vật trong bãi lọc không đóng

vai trò đáng kể trong loại bỏ các chất rắn.

Ghi chú:

FP: hạt mịn

CP: hạt thô

Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn Ghi chú:

Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng

Sa: dínhchặt vào bề mặt lớp lọc sinh học Se: Sự lắng trầm tích tại cung nước mở Sm: Quá trình lắng tăng lên bởi thực vật

Ag thể tụ hợp

Re : Sự vẩn lại của hạt nền Ps: Những mảng nhỏ bị tách rời bởi vận tôc dòng lớn

Pg: Thực vật phiêu sinh phù du

Quá trình khử Nitơ

• Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của N2 xảy ra

trong các tầng oxi hóa khử của đất, bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên mặt đất N2 được loại bỏ trong các bãi lọc nhờ 3 cơ chế sau:

• Nitrat hóa / khử nitrat

• Sự bay hơi của NH3

• Sự hấp thụ của thực vật

Ghi chú:

DON:phân hủy

nito hữa cơ

PON: hạt hữu cơ

Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn

Se: sự sa lắng Bm: sự hấp thu của lớp lọc sinh học Ma:sự khoáng hóa

Ni: sự nitrit hóa Do: sự khử nitrat Ae: nhịp phân hủy lớp lọc sinh học Vo: sự bay hơi

Pb: lớ lọc sinh học rụng xuống và sa lắng

Re : Sự vẩn lại của hạt nền Di: sự khuyech tán NH và NO từ chất mùn

Pg: sự phát triển quá mức phiêu sinh thực vật phù du

Dx: Dị hóa NO thành NH

Ghi chú:

Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng

Quá trình khử Photpho

• Đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn P ra khỏi hệ thống bãi lọc Các qúa trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưa

được P vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng P trong lớp

vật liệu vượt quá khả năng chứa thì phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ Cơ chế loại bỏ P trong các bãi lọc gồm có:

• Sự hấp thụ của thực vật

• Các quá trình đồng hóa của vi khuẩn

• Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ

• Kết tủa lắng cùng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+

Ghi chú

DOP: Phân hủy photpho hữu cơ

POD: Hạt photpho hữu cơ

Se: Sự sa lắng Bu: Sự hấp thu của lớp lọc sinh học Mu: Sự hấp thu của thực vật

Mn: Sự khoáng hoa Ad: Sự hút bám Pe: Sự kết lắng Pb: Lớp lọc sinh học rụng xuống và

Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn

Re: Sự vẩn đục lại ( lơ lửng) của hạt nền Da:

Di: Sự khuếch tán của PO4 từ nền Pg: Sự tăng quá mức của thực vật phù du

Ghi chú:

Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng

Quá trình xử lí kim loại nặng

• Các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kim loại mạnh rất khác nhau Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, cơ chế hóa học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật Các vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu các kim loại nặng

• Các cơ chế loại bỏ chúng gồm có:

• • Kết tủa và lắng ở dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí,

ở dạng sunfit, kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu

• • Hấp phụ lên các kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan trong vùng

hiếu khí

• • Kết hợp lẫn thực vật và đất - Hấp phụ vào rễ, thân và lá của

thực vật trong bãi lọc trồng cây.

Quá trình xử lí các hợp chất hữu cơ

• Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các hệ thống

chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các

vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) và hấp phụ của thực vật.Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại

bỏ các chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm

• Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lí lên bề mặt các chất lắng được và sau

đó là quá trình lắng Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu bãi lọc Các chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ

Quá trình xử lí vi khuẩn và virut

• Về bản chất cũng giống như quá trình loại bỏ các

vi sinh trong hồ sinh học Vi khuẩn và virut có

trong nước thải được loại bỏ nhờ:

• Các quá trình vật lí như lắng, dính kết, lọc, hấp phụ

• Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài

Ghi chú

SP: mầm bệnh thể nhỏ (vi khuẩn)

Lp: Mầm bệnh thể lớn

(bào xác)

Quy trình mong muốn

Sa: Sự bám chặt vào lớp lọc sinh học Se: Sự lắng trầm tích tại vùng nước mở Sm: Quá trình lắng được tăng nhờ thực vật vĩ mô Ag: Thể tụ hợp

UV: Hướng di chuyển của tia UV Co: Sự cạnh tranh trên bộ lọc sinh học Do:Chết dần vì điều kiện thù địch

Re: Sự vẩn đục lại của hạt nền

Quy trình không mong muốn Ghi chú:

Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng

MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP

NƯỚC NHÂN TẠO

Các hệ thống chảy trên bề mặt (Free water surface - FWS).

Các hệ thống dòng chảy ngang dưới mặt

đất (Horizontal subsurface flow)

Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng

(Vertical subsurface flow - VSF)

Các hệ thống chảy trên bề mặt (Free water surface - FWS).

Các hệ thống dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow)

thải sẽ tiếp xúc với một mạng

lưới hoạt động của các đời hiếu

khí,yếm khí và kị khí.Các đới

hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu

rễ nơi lọc O2 vào trong bề

mặt.Khi nước thải chảy qua đới

rễ nó được làm sạch bởi sự phân

hủy sinh học của vi sinh vật do

các quá trình hóa sinh.Loại thực

vật sử dụng phổ biến trong mô

hình HSF là cây sậy.

Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF)

• Nước thải được đưa vào hệ

thống qua ống dẫn trên bề

mặt.Nước sẽ chảy xuống

dưới theo chiều thẳng

đứng.Ở gần dưới đáy có ống

thu nước đã xử lý được đưa

ra ngoài.Các hệ thống VSF

thường xuyên được sử dụng

để xử lý lần 2 cho nước thải

đã được xử lý lần 1

Những thuận lợi và khó khăn khi

sử dụng hệ thống ĐNN nhân tạo để

xử lí nước thải

Thuận lợiKhó khăn

Một số chú ý khi sử dụng hệ thống đát ngập nước nhân tạo

Thuận lợi

• Thân thiện với sinh thái

• Trực quan rất hấp dẫn

• Thân thiện với môi trường, phòng chống ô nhiễm

• Tiết kiệm chi phí vận hành

• Nguồn nước sau khi xử lí nếu đạt tiêu chuẩn cho phép thì hoàn toàn an toàn cho các mục đích sử dụng

• Lợi ích kinh tế có thể được bắt nguồn từ nuôi trồng cá, sản xuất sinh khối, phân bón, tiềm năng về Giáo dục và giải trí

• Sản xuất khí sinh học

Khó khăn

• Chủ yếu liên quan đến tính khả dụng của các diện tích đất cần thiết, vốn đầu tư cho các công trình xây dựng quản lý của các hệ sinh thái có ảnh hưởng đến hoạt động của nó

• • Các diện tích đất cần thiết cho các hệ thống (FWS) có thể là lớn, đặc biệt là nếu trong yêu cầu loại bỏ về nitơ hay phospho

• -Không phun ra chất độc hại như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt trùng, axit, thuốc men, sơn, xăng dầu….

• -Giảm thiểu việc sử dụng các chất nguy hại chẳng hạn như chất tẩy

và chất làm sạch

• Không dẫn nước từ hồ bơi,bình nước nóng vào hệ thống, đặc biệt là nếu các nước chứa chlorinated

• -Không kết nối mái cống; tầng hầm hoặc ống cống vào hệ thống.

• -Trước khi trồng cây, luôn luôn rũ sạch đất quanh các gốc cây Nếu đất còn lại trên gốc của nó c ó thể tích lũy giữa những viên sỏi và chặn dòng chảy của nước

Thank you!