Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ướt tại ký túc xá k – đại học thái nguyên

Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt làkhông phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen

Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

ngày 20oCCOD Chemical Oxygen

Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV Coefficient of variation Hệ số biến động

DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan

LSD Least Significant

Difference Sai khác nhỏ nhất

UASB Upflow anaerobic sludge

blanket Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khíEGSB Expanded Granular

Sludge Bed Hệ thống xử lý kỵ khí

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở khoa học 4

2.1.1 Cơ sở lý luận 4

2.1.2 Cơ sở pháp lý 8

2.2 Cơ sở thực tiễn 8

2.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam 8

2.2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt 9

2.2.3 Một số nghiên cứu về ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý nước thải 15

2.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 17

2.3.1 Quá trình kỵ khí trong UASB 17

2.3.2 Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) 18

2.4 Tổng quan về mô hình đất ướt 19

2.4.1 Khái niệm 19

2.4.2 Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây 19

2.4.3 Các nguyên lý cơ bản để xây dựng mô hình đất ướt 23

2.4.4 Sơ lược về thực vật và vật liệu lọc trong mô hình 24

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU 26

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26

3.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 26

3.3 Nội dung nghiên cứu 26

3.4 Phương pháp nghiên cứu 26

3.4.1 Phương pháp thu nhập số liệu 26

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 26

3.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu 28

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 29

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30

4.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K – Đại học Thái Nguyên 30

4.2 Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ướt 31

4.2.1 Kết quả xử lý BOD5 của mô hình đất ướt 31

4.2.2 Kết quả xử lý COD của mô hình đất ướt 33

4.2.3 Kết quả xử lý NO3- của mô hình đất ướt 34

4.2.4 Kết quả xử lý T – P của mô hình đất ướt 35

4.2.5 Kết quả xử lý TSS của mô hình đất ướt 36

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

5.1 Kết luận 38

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người 5

Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp APHA 5 Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt 8

Bảng 2.2 Vai trò của thực vật trong xử lý 13

Bảng 3.1 Công thức cây trong thí nghiệm 28

Bảng 4.1 Tổng lượng nước tiêu thụ và nước thải sinh hoạt cụ thể tại khu ký túc xá K (1 năm học = 10 tháng) 30

Bảng 4.2 Các thành phần ô nhiễm chính có trong nước thải ký túc xá K 31 Bảng 4.3 Kết quả xử lý BOD5 của mô hình đất ướt 31

Bảng 4.4 Kết quả xử lý COD của mô hình đất ướt 33

Bảng 4.5 Kết quả xử lý NO3- của mô hình đất ướt 34

Bảng 4.6 Kết quả xử lý T – P của mô hình đất ướt 35

Bảng 4.7 Kết quả xử lý TSS của mô hình đất ướt 36

Đại học Thái Nguyên là Đại học vùng và là một trong những Đại họctrọng điểm của cả nước Đại học Thái Nguyên có nhiệm vụ đào tạo nguồnnhân lực có trình độ cao cho các tỉnh Trung du và miền núi phía Bắc nhằmđáp ứng nhu cầu tại chỗ về nguồn nhân lực của địa phương trong khu vực,đặc biệt là các tỉnh miền núi còn nhiều khó khăn về nguồn nhân lực và tạo cơhội và điều kiện thuận lợi cho người học, con em các dân tộc thiểu số Cáctrường thành viên của Đại học Thái Nguyên gồm nhiều trường đã thành lậptrên 40 năm, có bề dày truyền thống, có uy tín về chất lượng đào tạo

Hàng năm, Đại học Thái Nguyên tuyển sinh hàng chục nghìn sinh viên

hệ chính quy và không chính quy Đại học Thái Nguyên chủ yếu tập trungphát triển các ngành nghề đào tạo các bậc học từ Đại học trở lên Đến năm

2011, Đại học tổ chức tuyển sinh trên 150 chuyên ngành nghề đào tạo đại họcvới tổng chỉ tiêu đại học chính quy là 12.420 và cao đẳng chính quy là 1.890chỉ tiêu Công tác đào tạo sau đại học không ngừng được nâng cao cả về sốlượng và chất lượng Năm 2011, Đại học Thái Nguyên tuyển sinh cả ở 41

chuyên ngành với 1.570 chỉ tiêu, 19 chuyên ngành đào tạo trình độ tiến sĩ với

50 chỉ tiêu; 320 chỉ tiêu đào tạo bác sĩ chuyên khoa, bác sĩ nội trú

Đại học Thái Nguyên đang đào tạo trên 95.000 HSSV (trong đó có trên46.568 HSSV chính quy, 3.912 học viên cao học và chuyên khoa, 180 họcviên là nghiên cứu sinh) Trong đó có khoảng 6000 sinh viên được ở trong kýtúc xá thuộc trường thành viên Khu ký túc xá Đại học Thái Nguyên hiện nayđang có hơn 4000 sinh viên thuộc các trường thành viên: Đại học Nông Lâm,Đại học Kinh tế và Quản trị Kinh doanh, Khoa Ngoại Ngữ

Với số lượng sinh viên lớn như vậy cùng với sự phát triển của các dịch

vụ ăn uống, giải trí nên dẫn đến lượng nước thải sinh hoạt ngày càng gia tăngtheo Có thể ước tính bằng 80% lượng nước cấp

Nước thải sinh hoạt có chứa các thành phần ô nhiễm chính như BOD5,COD, Nito, Photpho Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt làkhông phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật

và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn

Vì vậy, lượng nước thải sinh hoạt khi xả ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môitrường nghiêm trọng

Hiện tại, khu ký túc xá chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Nướcthải sinh hoạt chưa qua xử lý xả thẳng ra ngoài môi trường làm ô nhiễmnguồn nước mặt, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Mối nguy hại cho môitrường, hệ sinh thái xung quanh và lưu vực chứa nước thải

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: cơ học, lý - hoá học, Tuy nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứsinh Chính vì vậy việc nghiên cứu một phương pháp phù hợp với điều kiệnhiện nay của khu ký túc xá là hết sức cần thiết

Chính vì lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình đất ướt tại ký túc xá K – Đại học Thái Nguyên” nhằm áp

dụng công nghệ sinh thái để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu ký túc xá

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ rẻ tiền, cóchi phí xây dựng cũng như vậy hành bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện

Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụngnước thải sau xử lý trong nông nghiệp.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng mô hình đất ướt xử lý hiện quả nước thải sinhhoạt bằng các loài thực vật thủy sinh

- Đánh giá hiện trạng, mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt khu kýtúc xá K- Đại học Thái Nguyên

- Thành phần nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam(QCVN) về nước thải sinh hoạt

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cơ sở lý luận

2.1.1.1 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ hoạt động sinh hoạt củacác cộng đồng dân cư: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vuichơi giải trí, cơ quan công sở,…Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưngthường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Photphat Một yếu

tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnhđược lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân Vi sinh vật gây bệnh chongười bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và run sán.Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

 Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh

 Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt dân cư phụ thuộc vào dân số và đặc điểm của hệthống thoát nước Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủysinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gâybệnh nguy hiểm Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn,tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, có thể tính bằng 80%lượng nước cấp.[5]

2.1.1.2 Tính chất nước thải sinh hoạt

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau,trong đó khoảng 52 % là các chất hữu cơ, 48 % là các chất vô cơ và một sốlượng lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải cũng chứa các

vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải Bảng 1: Phân loạimức độ ô nhiễm theo thành phần hóa học điển hình của nước thải sinh hoạt

Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người

thải,g/người.ngày

Chất thải hữu cơ,g/người.ngày

Chất thải vô cơ,g/người.ngà

(Nguồn Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – Hà Nội 2009)

Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp

Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau:COD = 500 mg/l, BOD5 = 250 mg/l, SS = 220 mg/l, Photpho = 8 mg/l, NitoNH3 và Nito hữu cơ = 40 mg/l, PH = 6,8, TS = 720 mg/l

- Thông số vật lý

* Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng trong nước (Total) Suspended Solids – ( TSS – SS)

có thể có bản chất là:

- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);

- Các chất hữu cơ không tan;

- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm , động vật nguyên sinh)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóachất trong quá trình xử lý.[3]

* Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S mùi trứng thối Các hợp chấtkhác, chẳng hạn như indol, skatol, cadavarin và cercaptan được tạo thànhdưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.[3]

* Độ màu

Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốcnhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chấthữu cơ Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt – Co)

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được

sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải.[3]

* Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD)

COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nướcbao gồm cả vô cơ và hữu cơ Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hóa

toàn bộ các chất hóa học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết

để oxy hóa một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu

cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm khôngphân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp

* Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD)

BOD (Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa) là lượng

oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo phản ứng:

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian

Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các visinh vật sử dụng oxy hòa tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hòa tan cần thiếtcho quá trình phân hủy sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởngcủa một dòng thải đối với nguồn nước BOD có ý nghĩa biểu thị lượng cácchất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân hủy bằng các vi sinh vật

* Nitơ và các hợp chất chứa nito

Trong nước mặt cũng như nước ngầm nito tồn tại ở 3 dạng chính là: ionamoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) Dưới tác động của nhiều yếu tốhóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nito này chuyển hóa lẫnnhau, tích tụ lại trong nước ăn và có độc tính đối với con người Nếu sử dụngnước có NO2- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em và phụ nữ cóthai có thể mắc bệnh xanh da vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy

* Photpho và các hợp chất chứa photpho

Trong các loại nước thải, Photpho hiện diện chủ yếu dưới các dạngphosphate Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ vàPhosphat hữu cơ

Photpho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triểncủa sinh vật Việc xác định Photpho tổng là một thông số đóng vai trò quantrọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trongcác hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học

Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiệntượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kíchthích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.

2.1.2 Cơ sở pháp lý

- Luật bảo vệ môi trường số 52/2005 được Quốc hội nước Cộng hòa xã hộichủ nghĩa Việt Nam khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm2005

- Luật tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 21 tháng 6 năm 2012 củaQuốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

- Áp dụng QCVN 14 - 2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Môi trường và Vụ

Pháp chế trình duyệt và ban hành theo Quyết định 16/2008/QĐ-BTNMT ngày

31 tháng 12 năm 2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường

Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho

phép trong nước thải sinh hoạt

2.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam

Quá trình đô thị hóa tại Việt Nam diễn ra rất nhanh Những đô thị lớn tại

Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề

Đô thị ngày càng phình ra tại Việt nam, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triểnkhông cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

vô cùng thô sơ Vì hệ thống cống rãnh thoát nước còn trong tình trạng thô sơ,

không hợp lý cũng như không theo kịp đà phát triển dân số nhanh như trườnghợp ở các thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Sài Gòn, Hải Phòng, NhaTrang, Đà Nẵng, Cần Thơ…, việc giải quyết và xử lý nước thải này hầu nhưkhông thực hiện được Nước thải sau khi qua mạng lưới cống rãnh được chảythẳng vào sông rạch và sau cùng đổ ra biển cả mà không qua giai đoạn xử lý,

độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn chophép, các thông số chất lơ lửng (SS), BOD; COD; ôxy hòa tan (DO) đều vượt

từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP Có thể nói rằng người Việt Nam đang làm

ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hằng ngày.[1]Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE), nướcthải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là mộtnguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xuhướng càng ngày càng xấu đi Ước tính hiện chỉ có khoảng 6% lượng nướcđược xử lý

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa khiến luồng di cư về đô thị.Song việc thu gom xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt lại không được để ý.Trong vòng ít nhất là 10-15 năm nữa Việt Nam sẽ phải hứng chịu các tácđộng nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử lý Vì vậy ô nhiễm nướcthải sinh hoạt đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt.Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WTO) công bốhồi đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong

do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Còn theo thống kêcủa Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồnnước Người dân ở cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơmắc bệnh do môi trường nước đang ngày càng một ô nhiễm trầm trọng

Từ hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt trên, chúng tôi đi đến nghiêncứu đề tài này để xử lý nước thải sinh hoạt từ nguồn, góp phần giảm ô nhiễm

2.2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt

* Phương pháp xử lý cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để táchcác chất này ra khỏi nước thải Thường sử dụng các phương pháp cơ học nhưlọc qua song chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc.Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng lưu lượng nướcthải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp.

Song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước thải trước hết phải qua song chắnrác Tại đây các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp,rác cây, bao nilon… được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặckênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làmviệc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác phân thành loại thô, trungbình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100

mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm.Theo hình dạng có thể phân song chắn rác và lưới chắn rác Song chắn rác cóthể đặt cố định hay di động

Lắng cát trong xử lý nước thải

Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kíchthước từ 0,2 mm đến 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơmkhỏi bị cát, sỏi bào mòn, tánh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến cáccông trình sinh học phía sau Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: bể lắngngang và bể lắng đứng Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổikhí cũng được sử dụng rộng rãi

Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt qua 0,3 m/s.Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắngxuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý côngtrình tiếp theo

Bể lắng xử lý nước thải

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bểlắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử

lý sinh học (bể lắng đợt 2) Theo dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắngngang và bể lắng đứng

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vậntốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5h Các bể lắngngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m3/ngày.Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từdưới lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nướctrong bể dao động khoảng 45 -120 phút Hiệu suất lắng của bể lắng đứngthường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20 %

Tuyển nổi trong hệ thống xử lý nước thải.

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ởdạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng trong một

số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như cácchất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thườngđược sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bảncủa phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậmtrong thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào phalỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tậphợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo nổi lên bề mặt.Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí,hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30micromet (bình thường từ 50 – 120 micromet) Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác xuất

va chạm và kết dính giữa các hạt sẽ tăng lên, do đó, lượng khí tiêu tón sẽ giảm.Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng

* Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý trong hệ thống xử lý nước thải

Trung hòa

Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH vềkhoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ

xử lý tiếp theo Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

- Trộn lẫn nước thải acid và nước kiềm

- Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid

Keo tụ - tạo bông xử lý nước thải

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keomịn phân tán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet Cáchạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kíchthước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiệntượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏtrong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waaks giữa các hạt.Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữachúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brow và dotác động của sự xáo trộn Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạtduy trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tíchđiện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọccác ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Trạng thái lơlửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tínhbền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này đượcgọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kếtvới các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn vàlắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông

* Phương pháp sinh học

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăncủa vi sinh vật Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khửcác hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ

Phương pháp này dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có khả năngphân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chấtkhoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo từng nhóm vikhuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trìnhkhác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta cóthể sử dụng hồ sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý.

* Vai trò của thực vật trong xử lý nước thải sinh hoạt

Bảng 2.2 Vai trò của thực vật trong xử lý

 Giảm tốc độ dòng thải tăng tốc độ lắng đọng, giảm nguy cơ xáo trộn ;

 Cung cấp bề mặt dính bám cho các màng sinh học ;

 Nhả khí oxy thông qua quá trình quang hợp tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí ;

 Tiêu thụ chất dinh dưỡng

Rễ và thân cây trong

* Đặc tính vật lý

Sự có mặt của thực vật trong các bãi lọc làm giảm tốc độ dòng chảy tạo

ra điều kiện tốt hơn cho quá trình lắng đọng các chất rắn, giảm nguy cơ sóimòn và xáo trộn, tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và thực vật Trong Môhình đất ướt (hệ thống dòng chảy đứng), thực vật với các chức năng hoạtđộng của hệ rễ làm giảm nguy cơ tắc nghẽn dòng chảy trong lớp vật liệu lọc.Thực vật bao phủ bãi lọc giống như màng sinh học ngăn giữa không khí

ẩm và đất ẩm hoặc bề mặt nước tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa của nhiều thông

số môi trường Giảm tốc độ gió gần mặt đất hoặc mặt nước làm giảm sự xáotrộn của các chất lắng Vì vậy có thể loại bỏ các chất rắn khỏi nước thải bởiquá trình lắng đọng Tuy nhiên nhược điểm của việc giảm tốc độ gió gần bềmặt nước giảm khả năng làm thoáng trong nước

Các tán lá thực vật ngăn khả năng truyền ánh sáng mặt trời, làm cho quátrình sinh sôi của tảo dưới tán cây bị chậm lại Đối với các vùng khí hậu ôn đớicây có thể giữ cho đất khỏi bị đóng băng khi có tuyết bao phủ vào mùa đông

* Tạo bề mặt cho các vi sinh vật phát triển

Thân và lá cây cũng như rễ cây và thân rễ của thực vật đóng vai trò nhưvật liệu lưu giữ tạo bề mặt dính bám cho sự phát triển của màng sinh học cấuthành từ các loại tảo quang hợp và các VSV Những màng sinh học này và cácmàng sinh học bám trên bề mặt các vật liệu khác trong hồ bao gồm cả mô thựcvật đã chết, là nơi diễn hầu hết các quá trình xử lý sinh học trong bãi lọc.[9]

* Cung cấp oxy qua rễ cây

Thực vật trong hồ thải oxy qua bộ rễ Các loài thực vật thân rỗng với hệthống khí đối lưu bên trong có nồng độ oxy tích tụ bên trong thân và rễ câycao hơn các loài chỉ dựa vào sự trao đổi oxy khuếch tán Dòng khí đối lưu làmtăng đáng kể độ dài có khả năng làm thoáng của rễ so với độ dài làm thoángtheo cơ chế khuếch tán Vì vậy thực vật thân rỗng với cơ chế dòng khí đối lưu

có tiềm năng giải phóng ra nhiều oxy từ rễ hơn là các loài không có cơ chếnày Oxy được giải phóng ra từ đầu rễ có tác dụng oxy hóa và khử độc cácchất có hại có trong hệ thân rễ Ngoài oxy ra, rễ cây cũng thải ra các chất khác

như các chất kháng sinh, các hợp chất làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng củacác loài khác, các hợp chất hữu cơ như cacbon hữu cơ.

* Sự hấp thụ chất dinh dưỡng

Thực vật trong bãi lọc cần có chất dinh dưỡng để sống và phát triển vàchúng hấp thụ các chất dinh dưỡng chủ yếu qua bộ rễ Một vài loài hấp thụqua thân cây mọc dưới nước và lá từ môi trường xung quanh Vì các thực vậttrong hồ thường phát triển rất tốt nên có một lượng đáng kể các chất dinhdưỡng trong phần sinh khối mới tạo thành Khả năng hấp thụ dinh dưỡng củathực vật lớn do đó có khả năng loại bỏ, làm giảm nồng độ N, P và hợp chấthữu cơ trong nước thải

* Đặc tính sinh học của một số loài thực vật thủy sinh

Các thực vật loại này bao gồm các loài như : Phát Lộc (Dracaena Sanderia) Thủy trúc (Cyperus involucratus Poire), Cỏ Vetiver (Vetiverri zizanioides),Sậy (Phramites), Cói nước (Cypeus), Cỏ nến (Typha), bấc

(Juncus), cói giài (Scirpus), rau mác (Sagittaria) Các cây này do sống trong

môi trường nước nên không cần ăn sâu vào trong đất để tìm nước nên rễ của chúng phát triển nông rộng để có thể hấp thu được dinh dưỡng, lượng khí O2

có trong lớp đất và giữ cho cây đứng được

Cơ chế loại bỏ các chất thải cơ bản như sau :

+ Lắng, lọc, hấp thụ chất rắn lơ lửng, photspho, nito, kim loại nặng vàchất hữu cơ đã bị hấp thụ

+ Màng vi sinh vật trong vùng rễ, lọc : phân hủy dị dưỡng các chất hữu cơ.+ Trong vùng hiếu khí: Phân hủy sinh học chất hữu cơ, Nito hóa, kết tủahydroxit sắt và mangan

+ Trong vùng kỵ khí khử nitrat, kết tủa và lắng muối sunphit với các kim loại.+ Diệt trùng bằng hệ thống : lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ nhiệt độ, pH.+ Thực vật trong xử lý nước thải bằng mô hình giúp tạo vùng rễ, lỗ xốp,vận chuyển oxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại nặng,

2.2.3 Một số nghiên cứu về ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý nước thải

- Ở Na Uy, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lýnước thải sinh hoạt vào năm 1991 Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở Na

Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờcác bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và với chiphí thấp.

- Ở miền bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để

xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý đô thị Nhìn chung, khử nito làmục đích chính, mặc dù hiệu quả xử lý TSS và BOD cũng khá cao Nghiêncứu của J.L.Andersson, S.Kallner Bastviken và K.S.Tonderski đã đánh giáhoạt động trong 3 – 8 năm của bốn bãi lọc trồng cây quy mô lớn (diện tích 20– 28 ha)[2]

- Tại Đan Mạch, hướng dẫn chính thức mới về xử lý nước thải tại chỗnước thải sinh hoạt gần đây đã được Bộ Môi Trường Đan Mạch công bố, ápdụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn Trong hướng dẫn này người

ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, chophép đạt hiệu suất khử BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90% Hệ thống này cóthể bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách photpho bằng PAC trong bểphản ứng lắng, cho phép loại bỏ 90% Photpho

 Nghiên cứu về loại bỏ vi sinh vật trong nước thải

Ở Đức, một chương trình nghiên cứu về mặt vi sinh vật - sự tồn tại vàchết của các mầm bệnh trong nước thải được thực hiện bởi nhóm nghiên cứuHagendorf Ulrich, Diehl Klaus và nhiều người khác trong nhiều năm, trên cácmẫu nước lấy từ ba bãi lọc trồng cây xử lý nước thải đã qua xử lý sơ bộ (bể tựhoại nhiều ngăn, hồ) và từ nước thải sinh hoạt đã qua xử lý sơ bộ Nồng độ củacác vi sinh vật chỉ thị hay các mầm bệnh được xác định ở nhiều vị trí và các bậccủa hệ thống xử lý Với số liệu từ hơn 3600 phân tích vi sinh, so sánh với các sốliệu từ một hệ thống đã vận hành được 18 năm cho phép đưa được cả các yếu tốvận hành vào trong đánh giá

Các nghiên cứu cho thấy rằng hiệu suất loại bỏ trung bình của các visinh vật chỉ thị và các mầm bệnh nằm trong khoảng 1,5 - 2,5 đơn vị log với hệthống xử lý một bậc và 3 - 5 đơn vị log đối với hệ thống xử lý nhiều bậc.Không có sự khác nhau đáng kể giữa bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang

và dòng chảy đứng Hiệu suất loại bỏ vi sinh vật trong các bãi lọc trồng cây rõràng là hơn hẳn so với hệ thống bùn hoạt tính truyền thống

 Nghiên cứu xử lý bùn bể phốt bằng bãi lọc ngầm trồng cây

Viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan, kết hợp với Viện Khoa học

và Công nghệ Môi Trường liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG đã tiếnhành nghiên cứu thực nghiệm xử lý phân bùn bể phốt lấy từ Bangkok bằng hệthống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng với cây cỏ nến (Typha)tại AIT liên tục từ năm 1997 tới nay Tải trọng TS bằng 250 kg/m2.năm đượccoi là tải trọng tối ưu để xử lý phân bùn Cần ngăn cản sự héo rủ của cỏ nếnvào mùa khô bằng cách tưới nước bãi lọc bằng nước sau xử lý 65% nước từphân bùn được thu qua hệ thống thu nước và 35% bay hơi Bãi lọc được vậnhành gần 4 năm, không phải sửa chữa hệ thống thấm Chất rắn tích lũy chứahàm lượng trứng giun thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng trong nông nghiệpđối với bùn cặn So sánh với sân phơi bùn truyền thống, bãi lọc ngầm trồngcây cho phép thời gian lưu giữ bùn khô lớn hơn nhiều (5 - 6 năm) Ưu điểmcủa phương pháp xử lý phân bùn bằng bãi lọc trồng cây là bộ rễ tạo ra cấutrúc xốp, với hệ thống mao mạch nhỏ li ti trong bãi lọc, giúp cho quá trìnhkhử nước của hệ thống được duy trì trong nhiều năm mà không bị tắc

 Nghiên cứu tại Việt Nam

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòngchảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Việt Anh vànhóm nghiên cứu thực hiện Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả về hiện quảloại bỏ các chất ô nhiễm như : với sơ đồ bậc 1, chất lượng nước đầu ra sau bể lọctrồng cây cho phép đạt tiêu chuẩn nước loại B đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP

- Xây dựng mô hình hệ thống Đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thảisinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, thành phố Việt Trì do GS.TSKHDương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện Kết quả cho thấy chất lượng nướcthải đầu ra sau khi đã được xử lý bằng các biện pháp sinh học mang lại kếtquả tương đối tốt, nước không có mùi hôi, số lượng vi khuẩn coliform giảm đi

rõ rệt, các chỉ số ô nhiễm COD, BOD5 ở dưới ngưỡng cho phép, các chỉ sốNH4+, NO3- rất thấp

2.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt.

2.3.1 Quá trình kỵ khí trong UASB

Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi Gatze Lettinga và các

cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những năm 1970, nó

thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới caotại các vùng nhiệt đới Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượngchất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể [27].Nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng hạt.Quá trình sinh hóa diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp hạt bùn này Khí sinh

ra sẽ kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể tạo ra sự khuấy trộn đều giữa bùn

và nước Khi lên đến đỉnh các bọt khí sẽ va chạm với các tấm chắn nghiêng,các bọt khí được giái phóng tự do còn bùn được rơi xuống theo trọng lực.Tấm chắn được đặt nghiêng trong vùng tách pha để tăng tiết diện, tiết diệndòng chảy tăng do đó làm giảm tốc độ lắng của pha rắn tại vùng này, bùnđược tích tụ trên bề mặt tấm chắn nghiêng khi đủ lớn tách ra và rơi xuốngvùng lắng

Nguồn: Nguyễn Việt Anh, 2007

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo bể UASB

So sánh với các kỹ thuật xử lý yếm khí khác, trên nhiều phương diện chothấy kỹ thuật UASB là phương án tốt nhất Thông thường thời gian lưu là 6ngày cho vùng khí hậu nhiệt đới, chiều cao bể 4-6m, vận tốc nước dâng v =0,6-0,9 m/h [4]

2.3.2 Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed)

進進進進進進

進進進 進進進