Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng phù hợp trong điều kiện Việt Nam, tài liệu dành cho các bạn nghiên cứu, tham khảo trong quá trình làm luận án của mình.
1 Mở ĐầU 1.Tính cấp thiết của luận án Việt Nam hiện đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trờng do ảnh hởng của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và đặc biệt là tốc độ tăng dân số ở mức cao. Các vùng sinh thái nh vùng núi, đồng bằng, ven biển, cửa sông hàng ngày đang phải chụi nhiều áp lực từ chất thải con ngời. Nguồn nớc mặt bị ô nhiễm do hầu hết nớc thải cha đợc xử lý tốt, đặc biệt tại các khu dân c đô thị và nông thôn. Chỉ một phần nớc thải từ các khu vệ sinh đợc xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại, cũng lại đợc xả trực tiếp vào hệ thống cống chung, kênh mơng, ao hồ tự nhiên. Việc xây dựng các hệ thống xử lý nớc thải tập trung mới chỉ bắt đầu một cách chậm chạp ở các đô thị lớn. Một trong những lý do chính đối với tình hình hiện nay là chi phí cho xử lý nớc thải cao. Hệ thống xử lý nớc thải tập trung công nghệ cao rất đắt (cả đầu t và vận hành). Thủ tớng Chính phủ đã phê duyệt định hớng phát triển thoát nớc đô thị và khu công nghiệp Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến 2050 tại Quyết định số 1930/QĐ-TTg ngày 20/11/2009. Theo hớng này, mục tiêu này vào năm 2025, các đô thị loại IV trở lên có hệ thống thu gom và XLNT tập trung, tỷ lệ thu gom và xử lý nớc thải ở mức 70%-80%, ở các đô thị loại V lợng nớc thải đợc thu gom và xử lý là 50%. Nh vậy cho đến khi thực hiện đợc các mục tiêu theo định hớng trên, một lợng lớn nớc thải sinh hoạt từ các đô thị vẫn chờ đợi các giải pháp thu gom và xử lý phi tập trung phù hợp. Bể tự hoại là một trong những công trình xử lý nớc thải truyền thống phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội đô thị của các nớc đang phát triển. Tuy nhiên ở nớc ta mặc dù quy mô sử dụng bể tự hoại lớn nhng hiệu quả xử lý vẫn còn hạn chế do nhiều nguyên nhân và yếu tố. Với những lý trên, việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý của bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng trong điều kiện Việt Nam là cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu: Tìm kiếm các giải pháp hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất xử lý nớc thải, phát huy vai trò XLNT tại chỗ của bể tự hoại, phù hợp với các mô hình thoát nớc trong điều kiện Việt Nam. 3. Nội dung nghiên cứu Với mục đích đề ra, nghiên cứu sinh đã tiến hành triển khai các nội nghiên cứu sau: a. Tổng quan Các loại bể tự hoại, các yếu tố ảnh hởng tới hiệu quả xử lý của bể tự hoại Các nghiên cứu về bể tự hoại, hệ thống bể tự hoại (cụm xử lý nớc thải tại chỗ có bể tự hoại) tại Việt Nam và các nớc trên thế giới Vị trí tơng đối của bể tự hoại trong hệ thống thoát nớc b. Nghiên cứu ảnh hởng của một số yếu tố đến hiệu suất xử lý của bể tự hoại Trong phòng thí nghiệm Lắp đặt các mô hình bể tự hoại với các cách chia ngăn, bố trí đờng ống vào ra khác nhau và tiến hành thí nghiệm thời gian lu nớc của từng mô hình. Ngoài hiện trờng 2 Xây mới 17 bể tự hoại tại Huyện Hoài Đức, Hà nội và nghiên cứu ảnh hởng của một số yếu tố đến hiệu suất xử lý của các bể tự hoại trên c. Nâng cao hiệu suất xử lý nớc thải của bể tự hoại bằng cách lắp thêm ống lọc ở phía đầu ra: thực hiện tại một bể tự hoại hiện đang hoạt động và 17 bể xây mới d. Đề xuất các mô hình thoát nớc Đề xuất 5 mô hình thoát nớc phù hợp đối với đô thị hiện có, đô thị xây mới và vùng ven đô e. Đánh giá khả năng sản suất công nghiệp đối với ống lọc nớc thải: trên quan điểm của ngời thiết kế chế tạo, của các chuyên gia, nhà sản xuất. f. Đánh giá tác động về kinh tế xã hội môi trờng của ống lọc nớc thải 4. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu: bể tự hoại xử lý nớc thải sinh hoạt tại hộ gia đinh Phạm vi nghiên cứu: nội thành và vùng ven đô của Thành phố Hà Nội 5. Phơng pháp nghiên cứu - Phơng pháp nghiên cứu tổng quan: thu thập tài liệu, kinh nghiệm nghiên cứu ở trong và ngoài nớc - Phơng pháp kế thừa: các số liệu quan trắc của các nghiên cứu trớc đợc sử dụng để đánh giá hiện trạng hoạt động của bể tự hoại tại các thành phố, đô thị Việt Nam - Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm - Phơng pháp điều tra khảo sát và thực nghiệm tại hiện trờng : phơng pháp này sử dụng khi khảo sát, thử nghiệm và theo dõi sự hoạt động của các bể tự hoại - Phơng pháp điều tra xã hội học: phơng pháp này sử dụng khi khảo sát ý kiến của cộng đồng về việc sử dụng ống lọc nớc thải. - Phơng pháp hội thảo, lấy ý kiến của các chuyên gia. 6. Những đóng góp mới của luận án - Đánh giá cụ thể ảnh hởng của các yếu tố: số ngăn, cách bố trí đờng ống vào ra, dung tích (thời gian lu nớc), đặc tính nớc thải đầu vào tới HSXL của bể tự hoại - Đề xuất và đánh giá HSXL của bể tự hoại bằng giải pháp lắp ống lọc nớc thải ở đầu ra của bể tự hoại 7. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có tính thực tiễn và khoa học vì góp phần giải quyết các vấn đề bất cập về cấu tạo vận hành của bể tự hoại cũng nh nâng cao khả năng ứng dụng của nó trong các hệ thống thoát nớc của các đô thị Việt Nam. 8. Bố cục của luận án: gồm phần mở đầu, 4 chơng, kết luận kiến nghị và tài liệu tham khảo 3 Chơng 1. tổng quan các nghiên cứu về bể tự hoại 1.1. Phân loại, thành phần , tính chất nớc thải sinh hoạt Nớc thải hộ gia đình đợc chia ra làm 3 loại : 1) Nớc thải từ rửa, giặt, tắm gọi là nớc xám 2) Nớc thải chứa phân nớc tiểu từ khu vệ sinh (toilet) gọi là nớc đen 3) Nớc thải từ nhà bếp chứa dầu mỡ và phế thải thực phẩm từ nhà bếp, máy rửa bát. Một số nơi ngời ta nhóm hai loại nớc thải thứ hai và ba, gọi tên chung là nớc đen 1.2. Giới thiệu về bể tự hoại Bể tự hoại là công trình xử lý sơ bộ nớc thải sinh hoạt đồng thời thực hiện cả hai chức năng: lắng và lên men cặn lắng và phân hủy kỵ khí cặn lắng. Nớc thải vào với thời gian lu lại trong bể từ 1-3 ngày. Do tốc độ nớc chảy trong bể rất chậm nên quá trình lắng cặn trong bể có thể xem nh quá trình lắng tĩnh: dới tác dụng trọng lợng bản thân các hạt cặn (bùn, phân) rơi dần xuống đáy bể và phần nớc trong sẽ ra khỏi bể. Trong quá trình kỵ khí, các chất hữu cơ trong nớc thải và bùn đợc các vi khuẩn, nấm men phân hủy, sử dụng làm nguồn thức ăn của chúng, tạo ra sản phẩm cuối cùng là nớc, CO 2 , CH 4 và bùn cặn. Các bọt khí hình thành sẽ nổi lên trên mặt nớc và một phần trôi theo nớc thải. 1.3. Lịch sử hình thành và phát triển bể tự hoại 1.3.1. Trên thế giới Mô hình bể tự hoại xuất hiện đầu tiên ở Pháp vào năm 1860, do kỹ s Fosse Mouras phát minh ra. Năm 1881 Fosse Mouras lấy đợc bằng sáng chế . Còn ở Anh và Đức vào giữa thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 rất nhiều vùng nông thôn ở Anh cũng bắt đầu sử dụng bể tự hoại. Lens, Lettinga và Zeeman (2001) cho rằng hố lắng sơ bộ đầu tiên đợc đào ở vùng Craigentiny Meadows , Edinbergh vào năm 1829. Sau đó là bể có đáy bằng, đáy lót bằng đất sét, nhng hầu nh là tham khảo phát minh của Fosse Mouras. ở Mỹ, việc sử dụng bể tự hoại bắt đầu cuối năm 1880, v sau 60 năm sau nó trở thành phổ biến 1.3.2. Tại Việt Nam Bể tự hoại đợc du nhập vào Việt Nam cùng với ngời Pháp, thời kỳ Pháp thuộc, vào những năm cuối thế kỷ 19. Thời đó, chỉ có một số công trình xây dựng nh nhà ở của ngời Pháp hay quan chức phục vụ chính quyền Đông Dơng, các khu nhà riêng biệt có nguồn nớc dồi dào, các công trình công cộng nh trờng học, bệnh viện, công sở , mới đợc trang bị bể tự hoại (có hoặc không có ngăn lọc), xử lý nớc đen hoặc nớc xám, còn khu ngời Việt dùng xí thùng. 1.4. Phân loại bể tự hoại Bể tự hoại có các loại: bể tự hoại thông thờng; Bể tự hoại có ngăn lọc hiếu khí ; Bể tự hoại có ngăn lọc kỵ khí ; Bể tự hoại có các vách ngăn mỏng dòng hớng lên với ngăn lọc kỵ khí (BASTAF); Bể tự hoại có ống lọc nớc thải. Mặc dù mục đích chính của bể tự hoại là loại bỏ chất rắn lơ lửng-không tan có trong nớc thải, nhng nớc thải ra khỏi bể vẫn luôn chứa một lợng lớn chất rắn lơ lửng. Nếu ống lọc nớc thải đợc lắp ở đầu ra bể tự hoại, chất lợng nớc thải ra khỏi bể tốt hơn nhiều. ống lọc nớc thải là thiết bị đợc làm bằng nhựa không bị phá hủy trong môi trờng nớc thải trong bể tự hoại, trên đó có các khía hoặc lỗ lọc. ống lọc nớc thải đợc đặt tại ống ra bể tự hoại hoặc ở ngăn riêng. ống lọc có thể lắp đặt ở bể tự hoại xây mới hoặc lắp thêm vào bể cũ đang sử dụng. ống lọc đợc 4 thiết kế sử dụng cho nhà ở, thơng mại. Ban đầu là lọc vật lý, theo thời gian vi sinh vật phát triển ở trạng thái dính bám trên bề mặt ống lọc tạo thành màng sinh học, đến lợt mình màng sinh học hấp phụ + oxy hóa đồng thời các chất hữu cơ trong nớc thải. Những yếu tố chủ yếu cần quan tâm là : Diện tích bề mặt tiếp xúc, tiết diện dòng chảy của ống lọc (liên quan tới kích thớc của lõi lọc) và mức độ lọc (kích cỡ các lỗ hoặc khía lọc). 1.5. Cơ chế các quá trình xảy ra trong bể tự hoại Trong bể diễn ra quá trình lắng cặn, lên men và phân huỷ sinh học kị khí cặn lắng . - Lắng cặn : Các tạp chất lơ lửng kích thớc nhỏ, khó tự lắng, cũng có thể tham gia quá trình lắng nhờ dính bám, đông tụ với nhau và tạo thành các bông keo tụ lớn, dễ lắng hơn. - Phân huỷ kỵ khí: Các chất hữu cơ trong nớc thải và bùn đợc các vi khuẩn kỵ khí, nấm men phân huỷ, sử dụng làm nguồn thức ăn cho chúng, sản phẩm cuối cùng là nớc, CO 2 và CH 4 1.6. Các yếu tố ảnh hởng đến hiệu suất xử lý của bể tự hoại Có một số yếu tố ảnh hởng tới hoạt động (hiệu quả xử lý) của bể tự hoại nh thành phần, đặc tính nớc thải; lu lợng nớc thải; nhiệt độ; pH; các yếu tố về cấu tạo (hình dạng bể,sự chia ngăn); thời gian lu nớc (HRT), xây dựng quản lý và vận hành bảo dỡng (chu kỳ hút bùn cặn) 1.7. Bùn cặn từ bể tự hoại . Bùn cặn là chất còn lại ở trong bể tự hoại có mùi khó chịu, cụ thể là váng, bùn và một phần chất lỏng nằm giữa chúng. Số lợng và tính chất của phân bùn rất khác nhau, tuỳ thuộc vào các yếu tố nh: đặc tính nớc thải, kích cỡ và cấu tạo bể, chế độ dinh dỡng, sinh hoạt của ngời sử dụng, chế độ hút, điều kiện nhiệt độ 1.8. Tổng quan các giải pháp, nâng cao hiệu suất xử lý nớc thải bể tự hoại 1.8.1. Các nghiên cứu trên thế giới . 1.8.1.1. Nâng cấp bể tự hoại truyền thống. Các tác giả: Sri-Anant Wanasen (2003) và Trần Thị Mai Hoa (2007) - Học Viện kỹ thuật Châu á (AIT), Thailand đã nghiên cứu ứng dụng của bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng (ABR) để xử lý nớc thải sinh hoạt. 1.8.1.2. Hệ thống xử lý nớc thải tại chỗ a. Hệ thống xử lý hiếu khí Công ty thiết bị nớc thải Norwalk (Norweco) Ohio của Mỹ đã đa ra hệ thống xử lý Norweco, áp dụng từ các hộ gia đình đến các làng xã, đô thị. Hệ thống đợc thiết kế để tạo ra hiệu quả xử lý ở mức độ cao nhất. b. Hệ thống xử lý kỵ khí * Năm 2003, các tác giả ngời Malaysia: Lau Seng, B.Chong, T.H. Huang, Y.Fevang, I.Skadberg dới sự hớng dẫn của chuyên gia Petter D.Jenssen (Đại học Na-uy) đã nghiên cứu pilot vệ sinh sinh thái đô thị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Hệ thống Ecosan. * Năm 2005, Luostarinen, Sari AAnnukka. Đại học Jyvaskyla, đã nghiên cứu pilot xử lý kỵ khí nớc thải trong bể tự hoại UASB (1 và 2 giai đoạn) ở nhiệt độ thấp 10 - 20 O C. 5 * Năm 2006, tác giả Nguyen Hoai Nam, Học Viện Kỹ thuật Châu á - Thái Lan (AIT) đã nghiên cứu xử lý nớc thải sau bể tự hoại bằng bể phản ứng màng vi sinh trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. * Các tác giả tại Đại học Birzeit Palestine : Wafa M.Al jamal (2005), Noor Al Huda Al Hindi (2007) và Mohamad Shayyah (2010) đã nghiên cứu xử lý nớc thải kỵ khí trong bể tự hoại UASB nhng với những điều kiện khác nhau c. Hệ thống xử lý hiếu khí kết hợp kỵ khí [ * Công ty Martech Producs Thái Lan đa ra 2 loại bể tự hoại có tên Aerobic và Aerosept, là loại bể xử lý nớc thải bằng cách kết hợp quá trình hiếu khí và kỵ khí * Công ty OM Environmental Planning-Murakushi-cho, Nishi-ku, Hamamatsu City Shizuoka Prefecture, 431-1207 Japan đa ra hệ thống xử lý nớc thải dựa trên hoạt động của vi khuẩn, nhng phát triển để sản xuất với khối lợng lớn. Nớc thải sau xử lý có thể tái sử dụng hoặc thải vào hệ thống. d) Hệ thống xử lý nớc thải bậc 2 * Hệ thống xử lý nớc thải của Đan Mạch Nớc thải ra khỏi hệ thống xử lý rất sạch có thể xả thẳng vào hồ hay suối, hoặc có thể sử dụng lại cho nông nghiệp hay cho các mục đích tơng tự. * Hệ thống xử lý nớc thải sinh hoạt của Canada (BIONEST): sử dụng công nghệ lọc sinh học dựa trên việc nuôi cấy vi khuẩn cố định trên vật liệu lọc (không bị phân huỷ sinh học), kết hợp với xử lý hiếu khí và kỵ khí qua lại. * Hệ thống Joukasou và ứng dụng tại Nhật Bản Hệ thống Joukasou đợc xây dựng để xử lý nớc thải sinh hoạt một cách rộng rãi trên khắp đất nớc Nhật Bản. Hệ thống Joukasou có hai loại: Tandoku - Shori Joukasou ứng dụng để xử lý nớc đen Gappei - Shori Joukasou xử lý tất cả các loại nớc thải sinh hoạt. 1.8. 2. Các nghiên cứu tại Việt Nam 1.8.2.1. Nghiên cứu về giải pháp chế tạo bể tự hoại a. Bể tự hoại bê tông cốt thép kiểu mới của Công ty Thoát nớc Bà Rịa Vũng Tàu Tác giả đã đa ra một loại bể tự hoại bê tông cốt thép kiểu mới: thông hút cặn bằng phơng pháp luồn ống hút theo ống dẫn từ ngoài hàng rào vào nhà dân. b. Bể tự hoại đúc sẵn bằng bê tông cốt thép của Trờng Đại học Xây dựng Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm thành công bể tự hoại hai ngăn bằng BTCT đúc sẵn ở quy mô công nghiệp STC xử lý nớc đen hay cả nớc đen và xám hộ gia đình. 1.8.2.2. Hệ thống xử lý nớc thải tại chỗ a. Mô hình thùng làm sạch (TLS) nớc thải sinh hoạt qui mô nhỏ kiểu Joukasou (Nhật Bản) trong điều kiện Việt Nam Năm 1997-1998 Trung tâm kỹ thuật Môi trờng Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA), Trờng Đại học Xây dựng Hà Nội đã phối hợp với Nhật Bản nghiên cứu thử nghiệm lắp đặt mô hình TLS nớc thải sinh hoạt qui mô nhỏ kiểu Joukasou, trong điều kiện Việt Nam. b. Hệ thống xử lý nớc thải kết hợp Công Ty cổ phần môi trờng xanh đã tích hợp thành công phơng pháp cải tạo bể tự hoại có sẵn và kết hợp với bể xử lý nớc thải thành hệ thống xử lý nớc thải triệt để. Trong bể xử lý nớc thải đợc xử lý vi sinh yếm khí và vi sinh hiếu khí. 6 c. Biofast Hệ thống xử lý chất thải 5 ngăn Biofast (của Petech Corp.) là loại bể tự hoại 5 ngăn sử dụng phản ứng vi sinh, chuyên xử lý chất thải con ngời (phân, nớc tiểu) trong các nhà vệ sinh hiện đại. Bể Biofast đợc ứng dụng công nghệ xử lý mới : Vi sinh - điện tử. gồm 4 giai đoạn : Vi sinh sục khí oxy khử mùi hôi bằng ozon khử trùng. 1.9. Vị trí của bể tự hoại trong hệ thống thoát nớc 1.9.1.Bể tự hoại và hệ thống thoát nớc chung Hệ thống này bao gồm công trình xử lý nớc thải cục bộ tại gia đình (bể tự hoại), mạng lới cống thoát nớc và điểm xả nớc thải vào môi trờng. 1.9.2. Bể tự hoại và hệ thống thoát nớc riêng Hệ thống này bao gồm các công trình xử lý nớc thải cục bộ tại gia đình (bể tự hoại), đờng cống thoát nớc, trạm xử lý nớc thải khu vực và điểm xả nớc thải vào môi trờng. 1.9.3. Bể tự hoại và hệ thống xử lý nớc thải tại chỗ a. Bể tự hoại và giếng thấm Trong hệ thống vệ sinh tại chỗ, sơ đồ bể tự hoại kết hợp với giếng thấm là phơng pháp xử lý nớc thải đơn giản, chi phí thấp. Giếng thấm là công trình trong đó nớc thải đợc xử lý bằng phơng pháp lọc qua lớp cát, sỏi và phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ đợc hấp thụ trên lớp cát sỏi đó. b. Bể tự hoại và bãi lọc ngầm Nếu mực nớc ngầm ở gần mặt đất và không thể xây dựng giếng thấm thì có thể xây hệ thống bãi lọc ngầm. Bãi lọc ngầm đóng vai trò nh một bể lọc sinh học, nơi vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò chủ đạo để xử lý nớc thải. c. Bể tự hoại, ngăn bơm, hệ thống đờng ống phân phối áp lực và bãi lọc ngầm. Giải pháp này đợc áp dụng cho các trờng hợp bãi lọc phải bố trí trong tầng đất mỏng, điều kiện địa hình không thuận lợi cho vệc đào đắp, san lấp mặt bằng, nơi có mực nớc ngầm cao, d. Bể tự hoại, ngăn bơm và bãi lọc ngầm trên gò nổi Giải pháp này đợc áp dụng ở những khu vực có mực nớc ngầm cao, tầng đất bố trí bãi lọc là đất có độ lọc kém (đất sét) hoặc đá, không thuận lợi cho việc xây dụng hệ thống tự hoại và bãi lọc ngầm truyền thống. e. Bể tự hoại và bể xử lý hiếu khí với bùn hoạt tính hoặc lọc dính bám Giải pháp này đợc áp dụng khi xử lý nớc thải có nồng độ cao (nớc thải từ nhà hàng, bếp ăn), hoặc khi diện tích xây dựng bãi lọc ngầm hạn chế. f. Bể tự hoại và bể lọc cát (có hoặc không có dòng tuần hoàn). Nớc thải đợc xử lý trong bể lọc sinh học có vật liệu là cát, với dòng chảy thẳng đứng từ trên xuống dới. Tại đây diễn ra quá trình giữ cặn, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nớc thải bởi cơ chế lọc sinh học, nitrat hoá amoni và hấp thụ phốt phát Bể lọc cát không có dòng tuần hoàn còn gọi là bể lọc cát hoạt động gián đoạn. Bể lọc cát có dòng tuần hoàn có thể thực hiện việc tuần hoàn dòng nớc thải sau bể lọc cát về bể tự hoại hay ngăn bơm trớc bể lọc cát để khử nitơ. g. Bể tự hoại và bể lọc bằng than bùn Bể lọc bằng than bùn là hệ thống sinh học dùng để xử lý bậc hai nớc thải từ bể tự hoại hoặc từ những công trình xử lý sơ bộ khác. h. Bể tự hoại và bãi lọc ngầm trồng cây 7 Bãi lọc ngầm trồng cây (constructed wetland) gần đây đợc biết đến trên thế giới nh một giải pháp công nghệ xử lý nớc thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trờng, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phi thấp và ổn định. i. Bể tự hoại và bể lọc bằng vật liệu nhân tạo. Bể lọc Waterloo là một trong những bể lọc với vật liệu nhân tạo bằng xốp thấm nớc, để xử lý một cách hiệu quả nớc thải sinh hoạt và nớc thải công nghiệp. Hiện nay trên thế giới cũng nh ở Việt Nam, xử lý nớc thải là một trong những vấn đề đợc quan tâm hàng đầu. Phần tổng quan trên cho thấy * Các nớc trên thế giới : có rất nhiều nghiên cứu, cải tiến bể tự hoại và tất cả đều tập trung vào vấn đề nâng cao hiệu quả xử lý nớc thải. Phần công nghệ đặc biệt đợc quan tâm: nớc thải có thể đợc xử lý sơ bộ, xử lý nâng cao hoặc loại bỏ cả nitơ và phốt pho. Nớc thải sau bể tự hoại thờng đợc xử lý trong các công trình tiếp theo, phổ biến nhất là bãi lọc ngầm. Bể tự hoại thờng đợc chế tạo sẵn trong các nhà máy, vật liệu là composit hoặc những vật liệu tơng tự. * ở Việt Nam: nớc thải ra khỏi bể tự hoại chỉ có vài chỉ tiêu đạt yêu cầu còn đa phần đều vợt quá tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 14 2008/BTNMT. Điều này có thể là do nhận thức của ngời sử dụng, do thiết kế, xây dựng, quản lý và vận hành cha đúng cách. Nếu đợc thiết kế chế tạo, vận hành đúng quy cách và với u điểm: hiệu suất xử lý ổn định, chiếm ít diện tích, giá thành rẻ, quản lý đơn giản, bể tự hoại sẽ là công trình xử lý nớc thải tại chỗ phổ biến và còn phổ biến ở các nớc trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Tuy nhiên nhợc điểm của bể tự hoại là: hiệu suất xử lý không cao, chỉ cho phép tách đợc một phần cặn lơ lửng, và hầu nh không tách đợc các chất rắn hòa tan trong nớc thải. Do đó để bể đạt hiệu suất tối đa, phát huy hết vai trò, giảm thiểu ô nhiễm môi trờng, thì cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về bể tự hoại. Từ những kiến thức thu đợc sau phần tổng quan, nghiên cứu của luận án không hớng tới công nghệ đa bể tự hoại trở thành công trình xử lý bậc 2,3 mà chỉ đa ra hai định hớng chính: 1) Các giải pháp về cấu tạo phù hợp để nâng cao hiệu quả xử lý trong bể tự hoại 2) Hiệu suất xử lý của bể tự hoại có ngăn lọc kỵ khí tăng lên nhờ tác dụng lọc (cơ học, sinh học) + không cho bùn trôi ra ngoài cùng dòng nớc thải của các lớp vật liệu lọc. Để lớp vật liệu lọc không bị tắc bắt buộc phải định kỳ thau rửa/ thay lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên việc làm sạch lớp vật liệu lọc này tốn nhiều công sức. Chính vì điều đó các lớp vật liệu lọc đợc thay thế bằng một thiết bị lọc gọi là ống lọc nớc thải (nh đã giới thiệu ở phần phân loại bể tự hoại). ống lọc nớc thải đợc lắp ở đầu ra của bể tự hoại và có tác dụng nh các lớp vật liệu lọc. Nhng việc làm sạch ống lọc đơn giản và nhanh gọn. Đối với Việt nam, cha có nghiên cứu thử nghiệm nào về ống lọc đợc thực hiện, vì vậy nghiên cứu của luận án sẽ góp phần cho hớng đi mới. 8 Chơng 2. CƠ Sở Lý LUậN, PHƯƠNG PHáP Và QUY TRìNH NGHIÊN CứU NÂNG CAO HIệU SUấT Xử Lý Nớc thải CủA Bể Tự HOạI 2.1. Đặt vấn đề, mục tiêu, đối tợng và thời gian nghiên cứu a. Đặt vấn đề. Thời gian lu nớc (HRT) là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hởng tới hiệu suất xử lý nớc thải của bể tự hoại, khi HRT tăng thì hiệu suất xử lý tăng. Có hai khái niệm: HRT lý thuyết (HRT lý thuyết ) và HRT thực tế (HRT thực tế ). HRT lý thuyết = dung tích bể/ lu lợng nớc thải vào bể. HRT thực tế là thời gian tính từ khi các phần tử nớc và chất bẩn vào cho đến khi ra khỏi bể. Nếu bể có cấu tạo khác nhau thì quỹ đạo chuyển động của các phần tử nớc và chất bẩn trong nớc thải có thể đi theo những con đờng khác nhau và nh vậy HRT thực tế là khác nhau. Vì vậy để hiệu suất xử lý của bể tự hoại đạt đợc giá trị cao nhất có thể, việc xem xét, đánh giá sự phân bố thời gian lu lại thực tế của cácphần tử nớc thải trong bể tự hoại là cần thiết. Nghiên cứu này đợc thực hiện trong phòng thí nghiệm với mô hình bể thu nhỏ và chất tạo vết trong mô hình bể là nớc muối. Để kiểm chứng và khẳng định kết quả thu đợc trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu tiếp tục đợc thực hiện ngoài hiện trờng với bể tự hoại thật và nớc thải thật. Do điều kiện nghiên cứu ngoài hiện trờng có hạn chế nên chỉ thực hiện để kiểm chứng một phần kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên ngoài hiện trờng lại đánh giá thêm đợc những yếu tố ảnh hởng mới tới hiệu suất xử lý của bể tự hoại đó là dung tích và đặc tính nớc thải đầu vào bể mà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cha thực hiện đợc. Nghiên cứu trên sẽ làm sáng tỏ vấn đề bể có kết cấu và nguồn nớc thải đầu vào hợp lý thì hiệu suất xử lý của bể tăng lên. Nhng dù có cải tiến cấu tạo bể nh thế nào thì chất lợng nớc thải ra khỏi bể vẫn cha đạt yêu cầu, do có cặn sục ra. Để nâng cao chất lợng nớc thải sau bể tự hoại có nhiều phơng pháp, trong đó có phơng pháp bố trí ngăn lọc hiếu khí hoặc kỵ khí ở ngăn cuối của bể tự hoại với vật liệu lọc bằng sỏi, đá dăm hay chất dẻo. u điểm của các phơng pháp này là chi phí thấp, chất lợng nớc thải đầu ra bể tự hoại tốt, tuy nhiên nhợc điểm là cao độ cống đầu ra bể phải đặt thấp (đối với bể có ngăn lọc hiếu khí), chu kỳ bảo dỡng vật liệu lọc tơng đối khó khăn, vật liệu lọc phải đợc dỡ ra làm sạch, sau đó lại nạp nh cũ. Vì lý do đó, hiện nay bể tự hoại truyền thống hầu nh không có ngăn lọc, là một trong những nguyên nhân làm cho chất lợng nớc thải đầu ra bể kém. Một trong những biện pháp nâng cao chất lợng nớc thải đầu ra bể tự hoại là sử dụng ống lọc nớc thải. ống lọc nớc thải đợc bố trí ở tê phía đầu ra bể tự hoại, cơ chế hoạt động của ống lọc cũng gần tơng tự nh của ngăn lọc sinh học kỵ khí, nhng có khác: * Thời gian tiếp xúc giữa nớc thải với ống lọc ngắn hơn thời gian tiếp xúc giữa nớc thải với vật liệu lọc. * Tải trọng thủy lực bề mặt của vật liệu lọc nhỏ hơn so với ống lọc do vật liệu lọc có tổng diện tích bề mặt lớn hơn. Việc sử dụng cũng nh vận hành bảo dỡng ống lọc rất đơn giản, mặt khác ống lọc phát huy cao vai trò của công trình xử lý nớc thải tại chỗ đứng sau bể tự hoại, giảm nguy cơ tắc nghẽn (bãi lọc ngầm ). Vì vậy nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý 9 của bể tự hoại bằng cách đặt thêm ống lọc nớc thải tiếp tục đợc thực hiện tại hiện trờng. b. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thực hiện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trờng với 3 mục tiêu: - Nghiên cứu ảnh hởng của cấu tạo bể (cách chia ngăn, bố trí đờng ống vào ra) đến thời gian lu nớc, làm cơ sở để thiết kế bể tự hoại đạt hiệu suất xử lý cao. - Nghiên cứu ảnh hởng của cấu tạo bể (cách chia ngăn, dung tích), đặc tính nớc thải nguồn vào tới hiệu suất xử lý của bể tự hoại. - Nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng ống lọc tháo lắp đợc. c. Đối tợng nghiên cứu - Mô hình bể tự hoại trong phòng thí nghiệm - Bể tự hoại của hộ gia đình: 01 bể hiện đang hoạt động và 17 bể tự hoại xây mới d. Thời gian nghiên cứu - Trong phòng thí nghiệm: từ tháng 6.2007 8.2007 - Ngoài hiện trờng: + Từ tháng 3.2008 11.2009: giai đoạn 1 + Từ tháng 12.2009 5.2010: giai đoạn 2 2.2. Qui trình và điều kiện thí nghiệm 2.2.1. Qui trình và điều kiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 2.2.1.1. Thiết kế và lắp đặt mô hình bể tự hoại. a. Cơ sở lý thuyết mô hình hóa. Thí nghiệm trên mô hình sở dĩ có thể thực hiện đợc là vì nó đợc xây dựng trên cơ sở lý thuyết mô hình hóa. Mô hình ở một mức độ nhất định có thể tái diễn nh thực những hiện tợng trong tự nhiên. Vấn đề đặt ra là cần thiết lập mối tơng quan giữa mô hình và hệ nguyên hình. Cơ sở của mô hình hóa áp dụng ở đề tài này là dựa trên lý thuyết tơng tự thủy lực bao gồm : Tơng tự về hình học, động học và động lực học. b. ứng dụng lý thuyết tơng tự thủy lực trong lắp đặt mô hình thí nghiệm Mô hình đợc lắp đặt trong nghiên cứu thực nghiệm của đề tài sẽ dựa trên kích thớcnguyên hình và xét mối tơng quan giữa chúng trên cơ sở lý thuyết tơng tự thủy lực. Các tính toán cho thấy mô hình và nguyên hình đủ điều kiện tơng tự hình học, động học nhng cha đủ điều kiện để tơng tự nhau về động lực học. Tuy nhiên mục tiêu của nghiên cứu là xác định HRT mà điều kiện T m = T n đã đợc thỏa mãn nên không ảnh hởng tới kết quả thí nghiệm. Mặt khác ảnh hởng về mặt động lực học sẽ đợc kiểm chứng tại hiện trờng, với nớc thải thực tế. c. Thiết kế và lắp đặt mô hình Trong khoảng thời gian từ 6.2007 đến 8.2007, mô hình bể tự hoại làm bằng thủy tinh hữu cơ, có dung tích hữu ích 97l (kích thớc cao x rộng x dài = 36x 30 x 90cm), với 10 cách chia ngăn và bố trí ống vào - ra khác nhau lần lợt đợc lắp đặt. *) Mô hình bể tự hoại 1 ngăn: mép đáy ống vào ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu lớp nớc (ký hiệu 1N-A1) *) Mô hình bể tự hoại 2 ngăn (Ngăn 1, 2 chiếm lần lợt 2/3 và 1/3 dung tích bể(W)) - Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu mực nớc ( ký hiệu 2N-A1) 10 - Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/2 chiều sâu mực nớc (ký hiệu 2N-A2) - Với mép dới ống vào - ra bể (tại một số vị trí đặt) gần sát đáy bể (ký hiệu 2N-A3) *) Mô hình bể tự hoại 3 ngăn chia ngăn theo chiều dài bể (Tỷ lệ giữa các ngăn 1/2W ; 1/4W ; 1/4W. Trong đó W : Dung tích bể ) + Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu lớp nớc (ký hiệu 3N- A1) . + Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/2 chiều sâu lớp nớc (ký hiệu 3N - A2) + Với mép dới ống vào - ra đặt gần sát đáy bể (3N - A3 ) * Mô hình bể tự hoại 3 ngăn, chia ngăn theo chiều rộng bể (Tỷ lệ giữa các ngăn 1/2W ; 1/4W ; 1/4W trong đó W: dung tích bể) + Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu lớp nớc (ký hiệu 3Nr - A1 ) + Với mép dới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/2 chiều sâu lớp nớc (ký hiệu 3Nr - A2 ) + Với mép dới ống vào - ra bể (tại một số vị trí) đặt gần sát đáy bể (ký hiệu 3Nr - A3 ) 2.2.1.2. Điều kiện thí nghiệm - Các mô hình bể tự hoạt động với dòng chảy liên tục . - Thời gian lu nớc lý thuyết HRT = 48h . - Chất tạo vết: dung dịch muối KCl với nồng độ 1g/l - Thời gian lấy mẫu của các mô hình bể phản ứng dự tính gấp khoảng 2.5 lần so với thời gian lu nớc lý thuyết (Tức là 48 x 2.5 = 120h ): sẽ kiểm chứng trong quá trình thí nghiệm. - Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu: 2h đầu tiên: 20 phút/ lần. Sau đó 2h / lần 2.2.1.3. Chuẩn bị thí nghiệm 01 mô hình bể tự hoại thí nghiệm (lần lợt là 1 trong 10 mô hình nêu ở 2.1.2.1) chứa đầy 97 lít nớc sạch (nớc máy), 01 bơm định lợng, 01 thùng chứa 242.5 lít dung dịch muối KCl với nồng độ 1g/l (do thời gian lấy mẫu dự tính gấp 2.5 lần so với thời gian lu nớc lý thuyết nên lợng chất tạo vết phải chuẩn bị là 97l x 2.5 = 242.5l), 01 chậu chứa (đặt ở phía đầu ra của mô hình bể, dung tích khoảng 5l, đủ để chứa lợng dung dịch ra khỏi mô hình bể tự hoại sau khoảng thời gian 2h), máy đo điện cực Ion chọn lọc (tên máy: Hach SensIon 5). 2.2.1.4. Tiến hành thí nghiệm * Thí nghiêm 1 : Mô hình bể 1N A1 - Đổ nớc sạch vào mô hình và thùng chứa. Pha nớc trong thùng chứa với KCl tạo thành dung dịch KCl - Bậc công tắc điện, cho máy bơm hoạt động, bơm dung dịch chất tạo vết từ thùng chứa vào mô hình . - Chất tạo vết ra khỏi mô hình bể đợc chứa trong chậu đặt ở phía đầu ra của bể. Tần xuất lấy mẫu là 2h/lần. Việc lấy mẫu đợc tiến hành liên tục cho tới sau 120h. Sau mỗi lần lấy mẫu, lợng chất tạo vết ra khỏi bể đợc đem đo thể tích và tổng chất rắn hoà tan bằng máy đo điện cực ion chọn lọc. Các số liệu đợc ghi lại. [...]... (với 9 mô hình bể còn lại) : lặp lại tơng tự thí nghiệm 1 2.2.2 Qui trình và điều kiện nghiên cứu ngoài hiện trờng 2.2.2.1 Qui trình và điều kiện nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng giải pháp cấu tạo và nguồn nớc thải vào bể Kết hợp với đề tài nghiên cứu khoa học của Bộ Y tế Cục Y tế dự phòng Nghiên cứu mô hình nhà tiêu tự hoại và đề xuất hớng dẫn xây dựng, sử dụng và bảo quản nhà... kết quả nghiên cứu ngoài hiện trờng 4.2.1 Bàn luận về kết quả nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng giải pháp cấu tạo và nguồn nớc thải vào bể 1 Hiệu suất xử lý của nhóm bể 3 ngăn cao hơn so với nhóm bể 2 ngăn trung bình 5.8%; 8.2%; 7.4% lần lợt theo các chỉ tiêu TSS, COD, BOD5 2 Khi dung tích bể xử lý nớc (Đ+X) = dung tích bể xử lý nớc (Đ): thì nhóm bể xử lý nớc (Đ+X) có hiệu suất xử. .. tích bể xử lý nớc (Đ+X) = dung tích bể xử lý nớc (Đ) thì HRT của bể xử lý nớc (Đ) gấp khoảng 2.5 lần so với bể xử lý nớc (Đ+X) (trờng hợp a) + Nếu dung tích bể xử lý nớc (Đ+X) = 2 lần so với bể xử lý nớc (Đ) thì HRT của bể xử lý nớc (Đ) gần bằng HRT của bể xử lý nớc (Đ+X) (trờng hợp b) So sánh 2 trờng hợp thì chắc chắn rằng chất lợng nớc thải đầu ra khỏi bể tự hoại xử lý nớc (Đ+X) trong trờng hợp b)... 2 Nên xử lý cả nớc đen và xám trong bể tự hoại: Điều này phù hợp với nghiên cứu của Sybille Buseer, SANDEC (Thụy Sĩ) và các cộng sự (CEETIA) và nghiên cứu của các tác giả W.Burubai, A.Akor, M.Lilly và D.Ayawari phòng kỹ thuật môi trờng, Đại học kỹ thuật và khoa học Rivers State nghiên cứu hoạt động của bể tự hoại ở Bayelsa State, Nigeria Trong bể tự hoại xảy ra hai quá trình lắng và phân hủy các chất... điều kiện thi công, bể tự hoại có thể chia 2 hoặc 3 ngăn cho phù hợp Bể tự hoại chỉ chia đến số ngăn là 3 với lý do: nghiên cứu của luận án là về bể tự hoại xử lý nớc thải hộ gia đình Theo Quy định hiện hành bể tự hoại có dung tích dới 10m3 chỉ chia tới số ngăn là 2 Nghiên cứu của luận án thực hiện để đánh giá thời gian lu nớc trong bể tự hoại (tức hiệu suất xử lý) khi chia số ngăn nên tới 3, kết quả. .. 1.5m3, 02 bể hai ngăn có dung tích 0.75m3 (bể 0.75m3 thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý của bể tự hoại khi xây dới tiêu chuẩn cho phép) Các bể 3m3 đều chia ngăn theo chiều dài bể Sau khi đa vào hoạt động một thời gian, 17 bể tự hoại đợc lấy mẫu liên tục trong vòng 6 tháng (mẫu đầu vào, ra khỏi bể tự hoại) để đánh giá ảnh hởng của số ngăn, đặc tính nớc thải đầu vào tới hiệu suất xử lý của các nhóm bể có... 1 2 3 Theo thứ tự 1,2,3 bể có HRT giảm dần 3.2 Kết quả nghiên cứu ngoài hiện trờng 3.2.1 Kết quả nghiên cứu nâng cao HSXL của bể tự hoại bằng giải pháp cấu tạo 17 bể tự hoại đợc chia thành 7 nhóm bể khác nhau, mỗi nhóm bể bao gồm các bể có cùng điều kiện Sau đó tiến hành đánh giá ảnh hởng của các yếu tố (số ngăn, dung tích, đặc tính nớc thải nguồn vào) tới HSXL của các nhóm bể này Kết quả thu đợc nh... + xám đợc xử lý sơ bộ trong bể tự hoại của từng hộ gia đình, sau đó vào hệ thống thoát nớc chung của khu vực và dẫn về các trạm xử lý tập trung, cuối cùng đợc xả vào nguồn tiếp nhận 21 - Chất lợng nớc thải xả vào môi trờng phụ thuộc vào trạm XLNT Bể tự hoại có thể chỉ cần xử lý nớc đen Tuy nhiên vai trò của bể tự hoại có lắp ống lọc trớc đầu ra vẫn đáng kể Nếu chất lợng nớc thải sau bể tự hoại tốt,... riêng và trạm xử lý nớc thải dễ dàng đợc áp dụng Với đô thị xây mới, có 2 mô hình thoát nớc 2 và 3 1 Mô hình thoát nớc 2 Nớc thải sinh hoạt bao gồm nớc đen hoặc nớc đen + xám đợc xử lý sơ bộ trong bể tự hoại của từng hộ gia đình, sau đó vào hệ thống thoát nớc riêng, rồi dẫn về trạm xử lý nớc thải riêng của khu đô thị, xử lý nớc thải đạt yêu cầu trớc khi xả ra nguồn tiếp nhận Bể tự hoại có thể chỉ cần xử. .. đình, sau đó vào hệ thống thoát nớc chung của khu vực, rồi xả ra nguồn tiếp nhận Vai trò của bể tự hoại là rất quan trọng, nớc thải chỉ đợc xử lý trong bể tự hoại, sau đó đợc đa vào nguồn tiếp nhận Bể tự hoại nên xử lý cả nớc đen + xám và lắp ống lọc ở phía đầu ra bể tự hoại để nâng cao chất lợng nớc thải trớc khi xả vào môi trờng 2 Mô hình thoát nớc 5 Mô hình này dành cho những hộ gia đình có diện . 1.8. Tổng quan các giải pháp, nâng cao hiệu suất xử lý nớc thải bể tự hoại 1.8.1. Các nghiên cứu trên thế giới . 1.8.1.1. Nâng cấp bể tự hoại truyền thống. Các tác giả: Sri-Anant Wanasen (2003). bể tự hoại xây mới hoặc lắp thêm vào bể cũ đang sử dụng. ống lọc đợc 4 thiết kế sử dụng cho nhà ở, thơng mại. Ban đầu là lọc vật lý, theo thời gian vi sinh vật phát triển ở trạng thái dính. lấy đợc bằng sáng chế . Còn ở Anh và Đức vào giữa thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 rất nhiều vùng nông thôn ở Anh cũng bắt đầu sử dụng bể tự hoại. Lens, Lettinga và Zeeman (2001) cho rằng hố lắng sơ