luận văn kỹ thuật môi trường Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhà vệ sinh tự hoại của một số loài thực vật thủy sinh tại Việt Nam

Do vậy việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng biện pháp sinh hoạt bằng biện pháp sử dụng các loài thực vật thủy sinh là hoàn toàn có thể áp dụng được và đâyđược coi là biện pháp thân thiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhà vệ sinh tự

hoại của một số loài thực vật thủy sinh tại Việt Nam”

Hà Nội - 2012

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này ngoài nỗ lực của bản thân em đã nhậnđược rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, cá nhân trong vàngoài trường

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa TàiNguyên & Môi Trường – Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, các thầy cô giáotrong bộ môn Khoa học đất đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luậntốt nghiệp

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Đỗ NguyênHải, kỹ sư Nguyễn Văn Thịnh, cựng cỏc cán bộ phòng thí nghiệm bộ môn Côngnghệ môi trường đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập tốtnghiệp

Khóa luận này sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự giúp đỡ nhiệttình và hiếu khách của gia đình bác Đào Quang Sánh – thôn Ngọc Cục – xó ThỳcKhỏng – huyện Bình Điền – tỉnh Hải Dương Em vô cùng cảm ơn gia đình bác

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã khuyến khích độngviên em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Sinh viên

Trần Hoài Nam

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích, yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

2.1 Các thông tin về nước thải sinh hoạt và khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng các loài thực vật thủy sinh 3

2.1.1 Các khái niệm 3

2.1.2 Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt 4

2.1.3 Khả năng xử lí nước thải sinh hoạt của thủy thực vật 11

2.1.4 Tác động của nước thải sinh hoạt đến môi trường 12

2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay 12

2.2.1 Phương pháp xử lý lý học 12

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý 13

2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học 15

2.3 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm của hệ thống xử lý nước thải sử dụng các loài thủy sinh 19

2.4 Các thông tin về hệ thống nhà vệ sinh tự hoại 25

2.4.1 Cấu tạo của bể phốt 28

2.4.2 Nguyên lý làm việc 28

2.5 Các nghiên cứu và ứng dụng về thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải 29

2.5.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới 29

2.5.2 Các nghiên cứu và ứng dụng trong nước 35

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu nghiên cứu: 38

3.2 Nội dung nghiên cứu 39

3.3 Phương pháp nghiên cứu 39

3.3.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 39

3.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 39

3.3.3 Phương pháp quan trắc, lấy mẫu 40

3.3.4 Phương pháp phân tích 41

3.3.5 Phương pháp sử lý số liệu 41

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 42

4.1 Đặc tính sinh trưởng và phát triển của bèo tây, bèo tấm, ngổ trong quá trình nghiên cứu 42

4.1.1 Sự thay đổi của chiều dài rễ của bèo tây, bèo tấm, ngổ 42

4.1.2 Sự thay đổi số nhánh của ngổ và bèo tây 46

4.1.3 Sự thay đổi số đốt của ngổ 47

4.1.4 Sự thay đổi chiều dài lá của bèo tây 48

4.1.5 Tổng kết các chỉ tiêu theo dõi ngổ và bèo tây, bèo tấm trong quá trình nghiên cứu 49

4.2 Diễn biến các chỉ tiêu hóa học trong môi trường nước thải tại các bèo tấm, bèo tây, ngổ trong quá trình nghiên cứu 53

4.2.1 Diễn biến các chỉ tiêu đo nhanh trong trong môi trường nước thải tại các bèo tấm, bèo tây, ngổ trong quá trình nghiên cứu 53

4.2.2 Diễn biến giá trị COD trong các bể bèo tấm, bèo tây, ngổ trong quá trình nghiên cứu 57

4.2.3 Diễn biến của các yếu tố dinh dưỡng trong các bể bèo tấm, bèo tây, ngổ trong quá trình nghiên cứu 58

4.3 Mối tương quan giữa một số chỉ tiêu sinh lí thực vật và thông số chất lượng

nước 61

PHẦN 5: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 64

5.1 Kết luận 64

5.2 Kiến nghị 65

PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Khối lượng chất bẩn có trong 1m3 nước thải sinh hoạt 6

Bảng 2.2 Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt cho 1 người 6

Bảng 2.3 Khối lượng chất bẩn có trong NTSH, g/người ngày 6

Bảng 2.4 Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt phát sinh của một số công trình công cộng và cơ sở dịch vụ 7

Bảng 2.5 Phân loại chất rắn trong nước thải loại vừa 8

Bảng 2.6 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đặc trưng 9

Bảng 2.7 Khối lượng các chất có trong nước thải sinh hoạt từ các vùng nông thôn và đô thị của Israel 9

Bảng 2.8 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý 18

Bảng 2.9 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu 18

Bảng 2.10 Sinh khối của rễ và khả năng vận chuyển oxy của một số loài thực vật thủy sinh 22

Bảng 2.11: Đánh giá hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng của bèo tây tại Walt Dishney World Chanels, Florida, USA 33

Bảng 3.1: Các thông số đầu vào của nguồn nước sử dụng làm thí nghiệm 38

Bảng 3.2 Các phương pháp sử dụng để phân tích các thông số 41

Bảng 4.1: Kết quả theo dõi chiều dài rễ thực vật trong các bể thí nghiệm 42

Bảng 4.2: Diễn biến chiều dài rễ bèo tấm và bèo tây theo thời gian 44

Bảng 4.3: Sự thay đổi số nhánh của bèo tây và ngổ 46

Bảng 4.4 : Sự thay đổi số đốt của ngổ trong quá trình nghiên cứu 47

Bảng 4.5 Biễn biến chiều dài lá của bèo tây trong 2 tháng nghiên cứu 48

Bảng 4.4: Các chỉ tiêu theo dõi ngổ trong hai tháng nghiên cứu 50

Bảng 4.6 Các chỉ tiêu theo dõi bèo tây trong hai tháng nghiên cứu 51

DANH MỤC HèNH

Hình 2.1 Các nguồn nước thải hộ gia đình 4

Hình 2.2 Quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong hệ thống xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh [21] 21

Hình 2.3 Quá trình chuyển hóa nitơ trong hệ thống xử lý nước thải sử dụng các loài thực vật thủy sinh sống nổi [21] 24

Hình 2.4 Quá trình loại bỏ photpho trong hệ thống xử lý nước thải sử dụng các loài thực vật thủy sinh [21] 25

Hình 2.5 Các thông số thiết kế cơ bản của bể phốt 28

Hình 4.1: Diễn biến chiều dài rễ của bèo tây, bèo tấm, ngổ 43

trong quá trình nghiên cứu 43

Hình 4.2a Bèo tây tuần 1 45

Hình 4.2b Bèo tây tuần 8 45

Hình 4.3a: Sự thay đổi số nhánh của bèo tây và ngổ trong tháng 2 47

Hình 4.3b: Sự thay đổi số nhánh của bèo tây và ngổ trong tháng 3 47

Hình 4.5 Bể bèo tây trong tuần thứ 8 49

Hình 4.5.a Bể thả ngổ tuần 1 51

Hình 4.5.b Bể thả ngổ tuần 8 51

Hình 4.6 Diễn biến hàm lượng oxy hòa tan tại các bể thí nghiệm trong hai tháng nghiên cứu 53

Hình 4.7 Chất lượng nước trước và sau khi xử lý ở các bể thí ngiệm 55

Hình 4.8 Diễn biến giá trị pH trong quá trình nghiên cứu 56

Hình 4.9 Diễn biến giá trị COD tại các bể thí nghiệm trong 2 tháng nghiên cứu 57

Hình 4.10 Sự thay đổi giá trị NH4+ và NO3- tại các bể thí nghiệm 59

Hình 4.11 Biễn biến thông số PO 3-4 tại các bể thí nghiệm theo thời gian 60

Hình 4.12b Mối tương quan giữa chiều dài rễ và nồng độ NO3- trong bể bèo bèotây 62

PHẦN 1: MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nông thôn đang là một vấn đề rất nónghổi cần được giải quyết Tình trạng ô nhiễm môi trường chủ yếu là do nước thải vàrác thải đang được xả bừa bãi vào các nguồn nước nói riêng và môi trường nóichung mà không qua một công đoạn xử lý nào cả Một trong nguồn thải góp phầntích cực vào quá trình nhiễm bẩn các thủy vực tại khu vực nông thôn là nước thải từcác nhà vệ sinh tự hoại của người dân Mặc dù trong nước thải luụn cú quỏ trình tựlàm sạch bởi vi sinh vật, thực vật vi và vĩ mô có trong nước thải Nhưng với đặc thùgiàu các yếu tố dinh dưỡng N-P, hàm lượng DO thấp và có mặt một số các kim loạinặng như Cu, Zn, Pb, nước thải từ các nhà vệ sinh tự hoại sẽ gây nhiều khó khăn,thậm chí ức chế quá trình tự làm sạch của thủy vực Từ thực tế đó nhiều thủy vựctrong cộng đồng dân cư đang trờ thành các bãi thải tự nhiên, chứa hàm lượng cácchất ô nhiễm và mầm bệnh cao, gây những mối nguy hiểm tiềm ẩn cho sức khỏecon người

Việc xây dựng những trạm xử lý có quy mô lớn để giải quyết vấn đề này lạivượt quá khả năng kinh tế của người dân nông thôn Chính vì vậy việc nghiên cứulàm sạch nước thải tại chỗ cho các hộ gia đình bằng các công nghệ phù hợp, vừađơn giản, có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi trường,

là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi Phương pháp sử dụng các loại thủy thựcvật nổi để xử lý nuớc thải đã và đang được áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới cũngnhư Việt Nam Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thânthiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thờilàm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa

phương (Jing et al., 2001) [18] Mặt khác, Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu

nóng ẩm, rất thích hợp cho sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh nổi trên mặt

nước do đó khả năng sử dụng các loài thực vật này vào xử lý môi trường nước làrất khả quan.

Đi từ những yêu cầu trên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đỗ Nguyên Hải

em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiờn cứu khả năng xử lý nước thải nhà vệ sinh tự hoại của một số loài thực vật thủy sinh tại Việt Nam.”

PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1 Các thông tin về nước thải sinh hoạt và khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng các loài thực vật thủy sinh

2.1.1 Các khái niệm :

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quỏ trình sử dụng của con người

và đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng

Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùngđất ô nhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành:nước thải sinh hoạt, nước công nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải đô thị.[1]

Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống,

sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa… của khu dân cư, công trình công cộng, cơ sởdịch vụ… Như vậy nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạtcủa con người Một số các hoạt động dịch vụ công cộng như bệnh viện, trường học,

cơ quan, nhà ăn… được coi là nước thải sinh hoạt.[1], [2]

Nước thải nhà vệ sinh là khái niệm dùng để chỉ nước thải sinh hoạt có chứa

phân và nước tiểu Nú có một hàm lượng cao của các chất rắn và đóng góp một sốlượng đáng kể các chất dinh dưỡng (N, nitơ và phốt pho, P) Trong một năm, mỗingười bài tiết ra trung bình khoảng 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu, và 0,55 kg

N và 0,18 kg P trong phân Tại Thụy Điển, các nhà khoa học đã được ước tính rằnggiá trị dinh dưỡng của nước tiểu từ tổng dân số là tương đương với 15-20% sử

dụng phân bón hóa học vào năm 1993 (Esrey et al, 1998) [27]

Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng

nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp,

nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã.[29]

2.1.2 Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt

Phân loại

Nước thải hộ gia đình xuất phát từ một số nguồn

Hình 2.1 Các nguồn nước thải hộ gia đình

Nước thải sinh hoạt gồm nước đen và nước xám

- Nước đen là nước nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phũng vệsinh và thường chiếm 32,5% trong tổng lượng nước thải sinh hoạt

- Nước xám là nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp,các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà và thường chiếm 67,5% tổng lượngnước thải sinh hoạt [2]

Khối lượng nước thải

Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nướccấp Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100-

250 l/người/ngày đêm đối với các nước đang phát triển và từ 150-500l/người/ngày đêm đối với các nước phát triển Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn nướccấp dao động từ 120-180 l/người/ngày đêm ở khu vực đô thị và 90-100l/người/ngày đêm đối với khu vực nông thôn Thông thường lượng nước thải sinhhoạt được lấy từ 70-90% lượng nước cấp Tuy nhiên, lượng nước thải sinh hoạtphát sinh ra còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khíhậu thời tiết và tập tính sinh hoạt của người dân [1]

Nước thải sinh hoạt thường không cố định lượng xả ra theo thời gian trongngày và theo tháng hoặc mùa Lượng nước thải sinh hoạt thường được tính gầnđúng dựa vào kinh nghiệm đánh giá qua qui mô khu vực sinh sống (thành thị,ngoại ô, nông thôn), chất lượng cuộc sống (cao, trung bình, thấp) Việc đo lưulượng lượng nước thải cũng rất cần thiết nếu có điều kiện Trong ngày, việc đolưu lượng có thể thực hiện vào các thời điểm từ 6 – 8h, 11 – 13h và 17 – 19h.Trong năm, nên chọn việc đo nước thải vào mùa hè (tháng 3, 4, 5) Sơ bộ trong

1 ngày đêm, có thể lấy lượng nước thải khoảng 200 – 250 l/người cho khu vực

có dân số P < 10.000 người Khu vực có P > 10.000 người có thể lấy vàokhoảng 300 – 380 l/người Trong hoàn cảnh hiện tại ở khu vực Đồng bằng sôngCửu Long có thể lấy lượng nước thải khoảng 150 – 200 l/người Lượng nướcthải hoạt và tính chất tập trung ô nhiễm thường biến động cao Đối với nướcthải sinh hoạt, có thể lấy theo các bảng sau:

Bảng 2.1 Khối lượng chất bẩn có trong 1m 3 nước thải sinh hoạt [20]

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụthuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia… Tiêu chuẩn lượngnước thải sinh hoạt phát sinh của một số công trình công cộng và cơ sở dịch vụnhư sau:

Bảng 2.4 Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt phát sinh của một số công trình

Nhân viên phục vụ

473-90819-56

Khu triển lãm, giải trí Người tham quan 15-30

(Nguồn: Metcalf and Eddy,Inc.wastewater engineering treatment and reuse)[20]

Trong thiết kế các trạm xử lý nước thải, các thông số về lượng chất rắn lơ

lửng (suspended solids, SS) và BOD5 thường được sử dụng giới hạn Tổng chất rắn (total solids, TS) có thể lấy theo hình 2.1 hoặc chừng 225 l/người.ngđ

hoặc xấp xỉ 800 mg/l Lượng chất rắn lơ lửng có thể lấy chừng 40% tổng lượngrắn, hoặc chừng 350 mg/l

Trong số này, khoảng 200 mg/l là lượng rắn lơ lửng có thể lắng đọngchừng 60% sau khoảng 1 giờ để yên nước, được lấy ra khỏi nước và xử lý vật lý

như một biện pháp lắng sơ cấp (primary settling) Phần cũn lại, chừng 100 mg/

l là những chất không thể lắng đọng và có thể dùng các biện pháp xử lý húa học

hoặc sinh học để loại thải Hầu hết biện pháp xử lý thứ cấp (secondary treatment process) là sinh học Phần còn lại cuối cùng phần lớn là vi chất vô cơ của chất

rắn không lắng đọng được, muốn loại bỏ hoàn toàn phải dùng những biện pháp xử

lý triệt để

Bảng 2.5 Phân loại chất rắn trong nước thải loại vừa

Nguồn: Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, 1991 [12]

Đặc tính nước thải

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài racòn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguyhiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất nhưprotein(40–50%), hydrat cacbon (40 – 50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nướcthải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô Cókhoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó bị phõn huỷ sinh học Ở những khu dân cưđông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý

thớch đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đặc trưng như sau:

Bảng 2.6 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đặc trưng

720500220

4015250.050.2

(Nguồn: Metcalf and Eddy,Inc.wastewater engineering treatment and reuse)[20]

Lượng nước thải sinh hoạt và các tác nhân gây ô nhiễm có trong nước thảisinh hoạt cũng phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn… Do đó có sựkhác nhau giữa cỏc vựng miền trong một khu vực, giữa nông thôn và thànhthị[3] Chính vì vậy tùy từng điều kiện sống cũng như văn hóa vùng miền đó mà

có thể xây dựng biện pháp quản lý và xử lý nước thải sao cho hợp lý đạt hiệu quảnhư mong muốn

Bảng 2.7 Khối lượng các chất có trong nước thải sinh hoạt từ cỏc vựng nông

thôn và đô thị của Israel

(Nguồn: TS Phan Trung Quý và Trần Văn Chiến Hóa học môi trường) [3]

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài racòn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguyhiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất nhưprotein(40–50%), hydrat cacbon (40 – 50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nướcthải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô Cókhoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó bị phõn huỷ sinh học Trong nước thải sinhhoạt của đô thị tổng số coliform từ 106-109 MPN/100ml, fecal coliform từ

104-107 MPN/100ml Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém,nước thải sinh hoạt không được xử lý thớch đáng là một trong những nguồngây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

2.1.3 Khả năng xử lí nước thải sinh hoạt của thủy thực vật:

Mặc dù, nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất ô nhiễm tương đối cao,xong đa phần là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng

Do vậy việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng biện pháp sinh hoạt bằng biện pháp

sử dụng các loài thực vật thủy sinh là hoàn toàn có thể áp dụng được và đâyđược coi là biện pháp thân thiện với môi trường và rẻ tiền Chúng được áp dụngdựa trên cơ sở là các hệ sinh thái vốn có trong tự nhiên, đó là mối quan hệ tương

hỗ hữu cơ giữa các loài có trong đó Các loài cây thực vật thủy sinh nhất là cácloài thực vật thủy sinh sống trôi nổi thường được áp dụng vào quá trình xử lýnước thải sinh hoạt bậc hai hoặc bậc ba Trong quá trình loại bỏ chất nhiễm bẩn,vai trò của các loài thực vật thủy sinh không phải là trực tiếp tham gia vào quatrình phân giải trực tiếp chất ô nhiễm Mà chúng phát triển tạo thành lớpthamrphur trên bề mặt nước nên gia tăng diện tích quang hợp của cây và cungcấp oxy cho môi trường nước [18] Chỳng cú tốc độ phát triển rất nhanh, hệ rễmạnh theo chiều ngang và chiều sâu tạo thành môi trường sống lý tưởng cho cácloài sinh vi sinh vật và giúp phân giải, đồng thời các loài cây này cũng hấp thu

chất dinh dưỡng rất mạnh Theo đánh giá của Huub J Gien, việc ứng dụng các

loài thực vật thủy sinh như: bốo tõy, bèo cái, bèo tấm… vào trong xử lý nướcthải nhất là nước thải sinh hoạt được coi là biện pháp hữu hiệu [18] Chúng vừagóp phần cải tạo chất lượng nước, vừa tái tạo sử dụng nguồn nước, giảm chi phí

xử lý nước thải, tái sử dụng năng lượng thông qua quá trình thu sinh khối để làmphân compost hay sản xuất khí gas

Như vậy, biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng biện pháp sử dụng cácloài thực vật thủy sinh được coi là biện pháp vừa kinh tế lại vừa khoa học, nó cóthể áp dụng sâu rộng trong điều kiện nhiệt đới như nước ta

2.1.4 Tác động của nước thải sinh hoạt đến môi trường

Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm trong nướcthải gây ra [2]:

- COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn vàgây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh tháimôi trường nước Nếu ô nhiễm quỏ mức, điều kiện yếm khí có thể hìnhthành Trong quá trình phõn huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S,NH3, CH4,… làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường

- SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí

- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đờisống của thuỷ sinh vật nước

- Vi trùng gây bệnh: gõy ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêuchảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…

- Amonia, Photphats: đõy là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếunồng độ trong nước quỏ cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá

- Màu: mất mỹ quan

- Dầu mỡ: gây mựi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt

2.2 Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay

2.2.1 Phương pháp xử lý lý học

Xử lý cơ học là nhằm loại bỏ các tạp chất không hoà tan chứa trongnước thải bằng cách gạn, lắng, tuyển nổi và lọc Nó được thực hiện ở các côngtrình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc các loại

- Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại các chất bẩn kíchthước lớn có nguồn gốc hữu cơ

- Bể lắng cát được thiết kế trong công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏcác tạp chất vô cơ, chủ yếu là cát chứa trong nước thải Bể lắng làm nhiệm vụ

giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải Khi cần xử lý

ở mức độ cao (xử lý bổ sung) có thể sử dụng các bể lọc, lọc cát,

- Bể lọc được ứng dụng để loại bỏ các tạp chất lơ lửng kích thước nhỏ bébằng cách lọc chúng qua lưới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc [8]

Về nguyên tắc, xử lý cơ học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý tiếp theo

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý

- Phương pháp hóa học: Thực chất của phương pháp hóa học là đưa vàonước thải chất phản ứng nào đó Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn trong nướcthải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng bay hơi, kết tủa hay hòatan không độc hại hoặc ít độc hại hơn

- Phương pháp hóa lý: Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trìnhvật lý gồm các quá trình cơ bản như trung hòa, tuyển nổi, keo tụ, tạo bông, ly tâm,lọc, chuyển khí, hấp phụ, trích li, cô bay hơi… [8].Tùy thuộc vào tính chất của tạpchất và mức độ cần thiết phải làm sạch mà người ta sử dụng một hoặc một sốphương pháp kể trên như:

+ Trung hòa: Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau, muốn nướcthải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điềuchỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6 Trung hòa bằng cách dựng cỏc dung dịch acid hoặcmuối acid, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải

+ Trao đổi ion: Thực chất của phương pháp trao đổi ion là một quá trìnhtrong đó các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion cú cựng điện tích trongdung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các chất trao đổi ion, chúnghoàn toàn không tan vào nước Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặchữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp

+ Keo tụ và đông tụ : Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt rắnhuyền phù nhỏ có kích thước 10  2

 mm, cũn cỏc hạt nhỏ hơn ở dạng keo khôngthể lắng được Ta có thể tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các

phân tán liên kết vào thành tập hợp các hạt để có thể lắng được Muốn vậy trướchết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng lại với nhau tạothành cỏc bụng lớn hơn để có thể lắng được Quá trình tạo thành các hạt nhỏ từ cáchạt keo được gọi là quá trình đông keo tụ

+ Hấp phụ : Phương pháp hấp phụ được dùng để loại các tạp chất bẩn hòatan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cựng cỏc phương pháp khỏc khụngloại bỏ được do chỳng cú hàm lượng rất nhỏ Thông thường, đây là các hợp chấthòa tan không có độc tính cao hoặc chất có màu, mùi, vị rất khó chịu Các chất hấpphụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, zeolite…một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong quá trình sản xuất như xỉ tro, mạt sắt,trong đó than hoạt tính được dùng nhiều nhất

+ Tuyển nổi : Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc các phân tử trongnước có khả năng tự lắng kém, nhưng lại có khả năng kết dính vào các bọt khí nổitrên bề mặt nước, sau đó người ta tỏch cỏc bọt khí Trong một số trường hợp, quátrình này cũng dùng để tách một số chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt Quatrình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành các hạt bọt nhỏ vào trong nướcthải Các bọt khí dớnh cỏc hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên bề mặt nước Khinổi lên các bọt khí hợp thành bông hạt đủ lớn rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiềuhạt chất bẩn [8]

+ Khử khuẩn : Dựng cỏc hóa chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, độngvật nguyên sinh, giun sán … để làm nước sạch, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổvào nguồn nước hoặc tái sử dụng Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dùng hóa chấthoặc các tác nhân như ozon, tia tử ngoại … Hóa chất khử khuẩn phải đảm bảo cótính độc với vi sinh vật trong thời gian nhất định, sau đó phải được phân hủy hoặcbay hơi, không còn dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào mục đích khác

Phụ thuộc vào điều kiện địa phương và mức độ cần thiết xử lý mà phươngpháp hóa học hay phương pháp hóa lý là giai đoạn cuối cùng (Nếu mức độ xử lý

đạt yêu cầu, có thể xả nước ra nguồn) hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ (thí dụ khử mộtvài các liên kết độc hại ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của các côngtrình xử lý) [8]

2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của

vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Thựcchất của phương pháp sinh học là dựa vào hoạt động sinh tồn của vi sinh vật

để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Chúng sử dụng nguồn chấthữu cơ và các chất khoỏng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trongquá trình dinh dưỡng, chúng nhận được các chất đó làm vật liệu để xây dựng

tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối được tăng lên Đối với nước thải

có tạp chất vô cơ thì phương pháp này dùng để khử các sunfit, muối amoni,muối nitrat (tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn) [1]

Phương pháp sinh học ngày càng được sử dụng rộng rãi vì phương phápnày có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác :

+ Phõn hủy các chất trong nước thải nhanh, triệt để mà không gây ônhiễm môi trường

+ Tạo ra được một số sản phẩm có ích để sử dụng trong công nghiệp vàsinh hoạt (Biogas, etanlo …), trong nông nghiệp (phân bón)

+ Thiết bị đơn giản, phương pháp dễ làm, chi phí tốn kém ít hơn cácphương pháp khác

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp sinh học xử lý nước thải là dung

hệ vi sinh vật để phân hủy các chất có trong nước thải tạo nên các sản phẩmkhông gây hại cho môi trường Các sản phẩm của quá trình phân hủy nướcthải do vi sinh vật có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống sảnxuất như tạo ra Biogas, tạo Protein trong sinh khối của vi sinh vật để làm

thức ăn gia súc, … Hệ vi sinh vật tham gia trong xử lý nước thải có nhiều loạinhư nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn [8] Tùy theo hệ vi sinh vật sử dụng mà cóphương pháp xử lý yếm khí, xử lý hiếu khí hay xử lý tùy tiện Các phươngpháp xử lý sinh học bao gồm:

- Phương pháp hiếu khí:

Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí dựa trên nhu cầu oxy hóacần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và pháttriển Quá trình này của vi sinh vật gọi chung là hoạt động sống, bao gồm cácquá trình dinh dưỡng và phân giải Cả hai quá trình dinh dưỡng và oxy hóa cótrong nước thải đều cần oxy Trên cơ sở như vậy con người đã xây dựng lênmột loạt các công trình xử lý nước thải ứng dụng công nghệ hiếu khí như: Bểaerotank, SBR, mương oxy hóa, màng lọc sinh học …

- Phương pháp yếm khí:

Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí do một quầnthể vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần sự có mặt của oxykhông khí, sản phẩm cuối cùng là một hỗn hợp khớ cú CH4, CO2, N2, H2S,

NH3 … trong đó có tới 65% là khí CH4, vì vậy quá trình này còn gọi là quatrình lên men Metan và quần thể vi sinh vật được gọi là vi sinh vật Metan.Phương pháp yếm khí thường áp dụng đối với nguồn nước thải có tải lượngcác chất ô nhiễm cao và phải đảm bảo phân giải các chất hữu cơ trong điềukiện yếm khí Quá trình này diễn ra trong hai giai đoạn là: axit hóa và metanhóa, với dự tham gia của các vi sinh vật yếm khí Các công trình xử lý nướcthải trong điều kiện yếm khí có thể kể đến như : Bể Biogas, hồ xử lý sinh họcyếm khí, UASB …

- Xử lý nước bằng thực vật thủy sinh:

Thủy sinh thực vật là những loại thực vật sinh trưởng trong môi trườngnước, thực tế nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc pháttriển nhanh và phân bố rộng của chúng Tuy nhiên lợi dụng chúng và mốiquan hệ với hệ vi sinh vật trong nước để xử lý nước thải, thu sinh khối làmphân Compost, thức ăn cho gia súc không những có thể giảm thiểu những bấtlợi gây ra bởi chúng mà còn thu thêm được lợi nhuận [16] Các loài thực vậtthủy sinh thường được sử dụng bao gồm:

+ Thực vật thủy sinh sống chìm trong nước: Chúng là những loại thủythực vật phát triển dưới nước mặt và chỉ phát triển được ở các nguồn nước có

đủ ánh sáng Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước,ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước Tuy nhiên trong hệ thống xử

lý chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxy, cũng như chỗ trú

ẩn cho vi sinh vật

+ Thủy thực vật sống trôi nổi: rễ của loại thực vật này không bám vàođất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và lá của nó phát triển trên mặt nước Nótrôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước Rễ của chúng tạo điều kiện cho

vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải

+ Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có rễ bám vào đấtnhưng thân và lá phát triển trên mặt nước Loại này thường sống ở những nơi

có chế độ thủy triều ổn định

Bảng 2.8 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu

Thuỷ sinh thực vật sống chìm

Hydrilla Hydrilla verticillata

Water milfoil Myriophyllum spicatum

Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi

trôi nổi

Lục bình Eichhornia crassipes

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Salvinia Salvinia spp.

Thuỷ sinh thực vật sống nổi

Sậy Phragmites communis

Bảng 2.9 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý [28]

2.3 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm của hệ thống xử lý nước thải sử dụng các loài thủy sinh

Khi nước thải đi vào trong môi trường, nó thường mang theo các tácnhân ô nhiễm như: Tác nhân ô nhiễm hữu cơ (các chất hữu cơ dễ phân hủysinh học, các chất hữu cơ khó phân hủy hóa học, chất hữu cơ dạng hòa tan,chất hữu cơ dạng không hòa tan …), tác nhân ô nhiễm vô cơ (các chất đinhdưỡng, các loại muối, các kim loại nặng…) Chúng ngay lập tức tác động vớimôi trường và làm biến đổi môi trường theo hướng không có lợi Nếu quátrình trên cứ diễn ra một cách liên tục và không có sự ngăn chặn thì dẫn tớichất lượng môi trường nước sẽ bị suy thoái, đe dọa đến đa dạng sinh học củacác thủy vực và chất lượng cuộc sống của con người [7] Tuy nhiên, do quátrình tự làm sạch của tự nhiên và sự tuần hoàn vật chất nên môi trường nướcluôn ở trạng thái cân bằng, không ô nhiễm

Trên cơ sở mối quan hệ tương tác tự nhiên giữa các thành phần môitrường có trong môi trường nước như: thực vật, tảo, vi sinh vật, nước, đất vàkhông khí nhằm để loại bỏ chất ô nhiễm một cách chủ động hoặc bị động, từ

đó để chúng ta ứng dụng các loài thực vật thủy sinh nhằm loại bỏ các chất ônhiễm có trong nước thải [1] Hiện nay, trên thế giới đã và đang có nhiềunghiên cứu và ứng dụng các loài thực vật thủy sinh khác nhau để xử lý nướcthải, loại bỏ chất ô nhiễm Quá trình hấp thu và loại bỏ chất ô nhiễm của hệthống khi sử dụng các loại thực vật thủy sinh là hiệu quả của một loạt quátrình như: Vật lý, hóa học, sinh học đối với các chất ô nhiễm như: Các bon ởdạng hữu cơ, Nitơ và Phốt pho … Cỏc quỏ trỡnh vật lý, hóa học, sinh họcdiễn ra ở trong nước, bựn đỏy và ở vùng rễ của cây, những quá trình này diễn

ra như sau:

- Quá trình loại bỏ các bon hữu cơ trong nước thải:

Các bon có trong nước thải được đại diện bằng thông số BOD5 và được

sử dụng như nguồn năng lượng cho quá trình đồng hóa của vi sinh vật Cácloài như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm đóng vai trò quan trọng trong việc phân giảicác hợp chất hữu cơ [21] Trong đó vi khuẩn đóng vai trò là các vi sinh vậtmôi trường, chúng phân bố ở khắp nơi trong nước thải như: ở các trầm tíchđáy, phân bố trong nước, ở vùng rễ của các loài cây thủy sinh [14],[21] Các

vi sinh vật thường phân bố tự do trong nước, trên bề mặt các vật chất rắn lơlửng, nhưng giữ vai trò quan trọng nhất là lớp màng vi sinh vật trên bề mặt

rễ, thân hay lá của các loài thực vật thủy sinh [21] Các vi sinh vật tham giaphân giải các hợp chất các bon hữu cơ để sản xuất sinh khối, tái sản xuất vàduy trì sự sống

Các phản ứng phân giải hợp chất hữu cơ của các bon gồm có: phản ứnghiếu khí, thiếu khí (hiếu khí tùy tiện) và kỵ khí Đối với phản ứng hiếu khí,các loài vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxi như là chất nhận điện tử trong quátrình bẻ gẫy các cấu trúc hữu cơ của các bon Nhưng trái lại, các vi khuẩnhiếu khí tùy tiện lại sử dụng oxi ở dạng hợp chất vô cơ như NO3, SO4, CO-2

3

là chất nhận điện tử Thông thường các phản ứng phân giải chất hữu cơ ởdạng thiếu khớ kộm hiệu quả hơn so với dạng hiếu khí [14], [21] Các nghiêncứu gần đây đã chỉ ra rằng quá trình loại bỏ BOD5 trong nước thải sinh hoạtban đầu sẽ tăng nhanh hơn khi thêm vào O2 và NO3 [9] Chỳng đó được xemxét như là các chất nhận điện tử có giá trị và là nhân tố giới hạn khả năng loại

bỏ các bon dạng hữu cơ của các loài thực vật thủy sinh Còn đối với môitrường kỵ khí, vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ như là chất nhận điện tử.Các phản ứng kỵ khí tạo ra sản phẩm là khí CH4 Như vậy, vi sinh vật nóichung và vi khuẩn nói riêng chính là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong

việc loại bỏ chất hữu cơ ra khỏi nguồn nước Chúng sẽ sử dụng chất hữu cơnày, cùng với các chất vô cơ khác như: dinh dưỡng và muối khoáng để xâydựng cơ thể, tăng số lượng vi sinh vật trong nguồn nước Từ đó, thúc đẩy quátrình loại bỏ chất hữu cơ trong nước.

Xét chung cả ba phản ứng hiếu khí, thiếu khí và kỵ khớ thỡ phản ứng

kỵ khí tỏ ra phản ứng có hiệu quả nhấy trong việc loại bỏ chất hữu cơ cótrong nước [19]

Hình 2.2 Quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong hệ thống xử lý

nước thải bằng thực vật thủy sinh [21]

Vai trò quan trọng của các loài thực vật thủy sinh là vận chuyển oxi vàcung cấp nơi cư trú cho vi khuẩn Các loài thực vật thủy sinh có đặc điểm đặcbiệt và duy nhất chỉ có ở chúng là khă năng vận chuyên oxy xuyên qua lá cây,thân cây và rễ cây Oxy trong sau khi được vận chuyển nếu không được tiêuthụ hết trong quá trình hô hấp của rễ có thể sẽ được đưa vào trong nước Các

vi khuẩn hiếu khí sẽ sử dụng nguồn oxy này để phân giải các hợp chất hữu cơ

của các bon [14] Đây là một trong những cơ chế quan trọng của thực vậtnhằm loại bỏ và chuyển hóa các chất ô nhiễm có trong nước.

Bảng 2.10 Sinh khối của rễ và khả năng vận chuyển oxy của một số loài thực

3,95 +/- 1,862,43 +/- 1,05

1,29 +/- 1,181,27 +/- 0,610,31 +/- 0,110,12 +/- 0,14

Sagittaria

latifplia

0,03 – 0,060,07 – 0,14

1,72 +/- 0,870,61 +/- 0,22

0,11 – 0,53

1,39 +/- 1,490,19 +/- 0,15

(Nguồn: Reddy, K R., and T A DeBusk " State-of-the-art utilization of aquatic plants in water pollution control " )[14]

Theo các nghiên cứu trước đó của Reddy, K R., and T A DeBusk thì quá

trình vận chuyển oxy thông qua cả hai loài thực vật là bèo tấm và bèo tây giữ vaitrò quan trọng trong việc cung cấp oxy cho toàn bộ hệ thống, nó đóng vai trò loại

bỏ tới 90% BOD5 trong nước và 10% BOD5 còn lại được loại bỏ là do oxi khuếchtán từ không khí vào

- Quá trình loại bỏ nitơ : Một trong những vấn đề quan trọng khi xử lý nướcthải là việc loại bỏ nitơ Đó có nhiều vấn đề môi trường và sức khỏe liên quan tới

hàm lượng cao của nitơ trong nước Nồng độ cao nitrat trong nước uống có thểgây ra hội chứng "da xanh" ở trẻ sơ sinh Amoniac không bị ion hóa có thể độc hạiđối với các sinh vật biển và đời sống thủy sinh Lượng nitơ cao cũng góp phần vàohiện tượng phú dưỡng, các chất dinh dưỡng thúc đẩy thực vật tăng trưởng quánhiều làm cạn kiệt oxy trong nước Sự cần thiết loại bỏ nitơ thích hợp là rất quantrọng Các hợp chất nitơ có trong nước thải thường tồn tại ở các dạng nitơ hữu cơ,amoni, nitrat, nitrit.Trong điều kiện quá trình oxy hóa chiếm ưu thế, nitơ thườngtồn tại dưới dạng nitrat và nitrit Ngược lại trong điều kiện quá trình khử chiếm ưuthế, nitơ tồn tại dưới dạng ammonium, đó là trường hợp trong đất vùng đất ngậpnước Một lượng lớn nitơ trong nước thải được loại bỏ thông qua quá trình hấpphụ bởi thực vật và thu hoạch sinh khối của chúng Cùng với đó là các phản ứngnhằm loại bỏ nitơ trong nước, đối với các hợp chất nitơ dạng hữu cơ sẽ được cácloài vi sinh, trong đó đóng vai trò quan trọng là vi khuẩn phõn giải sinh học vàchuyển sang dạng amoni trong suốt quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ

(Mitsch & Gosselink) Ngoài ra phản ứng nitrat hóa cũng giữ vai trò quan trọng

trong việc loại bỏ nitơ từ nước thải Nitrat có trong nước thải được oxi hóa từamoni, phản ứng oxi hóa amoni xảy ra trong vùng rễ bèo dưới tác dụng của các vikhuẩn nitrat hóa như Nitrosomonas, Nitrosobacter … Quá trình này diễn ra thông

qua hai phản ứng nitrat hóa từ amoni và nitrat hóa từ nitrit (Davies & Hart, 1990) Quá trình nitrat hóa sẽ tăng lên khi gia tăng lượng oxy tự do dạng khí dưới

tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí Như vậy, vòng tuần hoàn của nitơ đã được khépkín

Như vậy bộ ba quá trình bao gồm: hấp thụ bởi thực vật thủy sinh nổi, phảnứng nitrat hóa và phản phản ứng nitrat hóa giữ vai trò quyết định trong việc loại

bỏ nitơ có trong nước thải [14]

Hình 2.3 Quá trình chuyển hóa nitơ trong hệ thống xử lý nước thải sử

dụng các loài thực vật thủy sinh sống nổi [21]

- Quá trình loại bỏ photpho trong nước:

+ Việc loại bỏ photpho trong nước diễn ra phức tạp hơn so với quá trìnhloại bỏ nitơ trong nươc thải Bởi vì, ngoài việc bị hấp thụ và sử dụng bởi các loàithực vật thủy sinh sống nổi, vi khuẩn thì photpho cũng hình thành các hợp chấtkhông tan với các ion kim loại như sắt, mangan, canxi, … bị hấp phụ bởi bùn vàcác hợp chất hữu cơ [14] Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng thực vật thủy sinh nóichung trong quá trình sinh trưởng của mỡnh chỳng đó hấp thụ photphat và đượcloại bỏ trong quá trình thu hoạch sinh khối [14], [21]

Hình 2.4 Quá trình loại bỏ photpho trong hệ thống xử lý nước thải sử

dụng các loài thực vật thủy sinh [21]

2.4 Các thông tin về hệ thống nhà vệ sinh tự hoại

Bể tự hoại đầu tiên xuất hiện ở Pháp vào năm 1860, do kỹ sư Fosse Mourasphát minh ra Cho đến nay, loại công trình xử lý nước thải tại chỗ này đã được phổcập trên toàn thế giới Ở Việt Nam, bể tự hoại cũng trở nên ngày càng phổ biến Bể

tự hoại có thể phục vụ cho một khu vệ sinh, một hộ gia đình hay nhóm hộ gia đình,cho các đối tượng thải nước khác như bếp ăn tập thể, nhà hàng, khách sạn, khu dulịch, trường học, bệnh viện, văn phòng làm việc, các cơ sở chăn nuôi và chế biếnnông sản, thực phẩm,

Bể tự hoại được sử dụng phổ biến ở nhiều nơi bởi có nhiều ưu điểm như hiệusuất xử lý ổn định, kể cả khi dòng nước thải đầu vào có dao động lớn, chiếm ít diệntích, giá thành rẻ và việc xây dựng, quản lý đơn giản, nên dễ được chấp nhận Tuynhiên, để phát huy vai trò của công trình xử lý nước thải tại chỗ này, cần thiết kế,thi công xây dựng, lắp đặt và quản lý vận hành, bảo dưỡng bể tự hoại đúng, nhất là

với điều kiện ở nước ta hiện nay, khi phần lớn nước thải, sau khi xử lý sơ bộ ở bể

tự hoại, được xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không qua bất kỳ một khâu xử lýnào tiếp theo Việc hiểu rõ và làm tốt công tác thiết kế, thi công lắp đặt và quản lývận hành - bảo dưỡng bể tự hoại còn góp phần nâng cao nhận thức và huy động sựtham gia của cộng đồng trong xây dựng, quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị và bảo vệmôi trường

Trong bể tự hoại diễn ra quá trình lắng cặn và lên men, phân huỷ sinh học kỵkhí cặn lắng Các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cặn đã lắng, chủ yếu là cácHydrocacbon, đạm, béo, được phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí và các loại nấmmen Nhờ vậy, cặn lên men, bớt mùi hôi, giảm thể tích Chất không tan chuyểnthành chất tan và chất khí (chủ yếu là CH4, CO2, H2S, NH3, ) Các yếu tố ảnhhưởng đến hiệu quả xử lý nước thải và tốc độ phân huỷ bùn cặn trong bể tự hoại:nhiệt độ và các yếu tố môi trường khác; lưu lượng dòng thải và thời gian lưu nướctương ứng; tải trọng chất bẩn (rất phụ thuộc vào chế độ dinh dưỡng của người sửdụng bể hay loại nước thải nói chung); hệ số không điều hoà và lưu lượng tối đa;các thông số thiết kế và cấu tạo bể: số ngăn bể, chiều cao, phương pháp bố tríđường ống dẫn nước vào và ra khỏi bể, qua các vách ngăn,

Bể tự hoại được thiết kế và xây dựng đúng cho phép đạt hiệu suất lắng cặn trungbình 50 - 70% theo cặn lơ lửng (TSS) và 25 - 45% theo chất hữu cơ (BOD và

COD) (Nguyễn Việt Anh và nnk, 2006, Bounds, 1997, Polprasert, 1982) Các mầm

bệnh có trong phân cũng được loại bỏ một phần trong bể tự hoại, chủ yếu nhờ cơchế hấp phụ lên cặn và lắng xuống, hoặc chết đi do thời gian lưu bùn và nước trong

bể lớn, do môi trường sống không thích hợp Cũng chính vì vậy, trong phõn bựn bể

tự hoại chứa một lượng rất lớn các mầm bệnh có nguồn gốc từ phân

Bể tự hoại ở hầu hết các nước đều tiếp nhận và xử lý cả hai loại nước thảitrong hộ gia đình - nước đen và nước xám Nước thải sau bể tự hoại được dẫn tới

các công trình xử lý tại chỗ (bãi lọc ngầm, bể sinh học hiếu khí, vv ) hay tậptrung, theo cụm,

Bể tự hoại được du nhập vào Việt Nam thời kỳ Pháp thuộc Thời đó, chỉ cómột số công trình xây dựng mới có trang bị bể tự hoại (có hoặc không có ngăn lọc),

xử lý cả nước đen và nước xám Dần dần, do sự phát triển của đô thị, các công trìnhđược cơi nới, xây dựng thờm, cỏc khu như mới mọc lên, nhưng việc xây dựng cáctuyến cống thu gom nước thải và tách riêng nước thải ra khỏi nước mưa không theokịp với sự phát triển, người ta đấu thẳng đường ống dẫn nước xám và nước nhà bếp

ra ngoài hệ thống cống chung, chỉ còn có nước đen chảy vào bể tự hoại Đây là bứctranh rất phổ biến ở các đô thị ở Việt Nam hiện nay Phương thức này cũng đã lanrộng nhanh chóng ra các vùng ven đô và vùng nông thôn Nhiều bể tự hoại đượcthiết kế, xây dựng và vận hành không đúng quy cách về kích thước tối thiểu, cách

bố trí đường ống, vách ngăn, làm sinh ra dòng chảy tắt trong bể, sục bùn và vángcặn, bể bị rò rỉ làm ô nhiễm và nước ngầm thấm vào, Đúng ra, bùn cặn trong bể

tự hoại phải được hút theo chu kỳ từ 1 đến 3 năm, nhưng trong thực tế, nhiều bể tới

7 hoặc 10 năm mới được hút, khi hộ gia đình gặp phải những vấn đề như tắc, trànnước, mùi hôi, , nên hiệu quả làm việc thấp

Bên cạnh loại bể tự hoại truyền thống, cũn cú cỏc loại bể tự hoại sau: bể tựhoại có ngăn lọc hiếu khí, ngăn lọc kỵ khí, hay cú lừi lọc tháo lắp được; bể tự hoạivới các vách ngăn mỏng dòng hướng lên (bể BAST); bể tự hoại với các vách ngănmỏng dòng hướng lên và ngăn lọc kỵ khí (bể BASTAF); bể tự hoại có ngăn bơm(trong hệ thống thoát nước gồm các bể tự hoại và đường ống áp lực); các loại bể tựhoại khác, kết hợp với các quá trình xử lý như xử lý hiếu khí có sục khí nhân tạo,

cú dũng tuần hoàn, có thu khí sinh học, [11]

2.4.1 Cấu tạo của bể phốt

Loại bể phốt 1 ngăn: có kích thước trung bình: BxHxL (m): 0.8ì1.0ì0.91 (m)Loại bể phốt 2 ngăn có kích thước trung bình: BxHxL (m): 1.2ì1.0ì0.91 (m)Ống vào bể phốt: 02 ống dẫn nối từ bể xí, bệ tiểu khu WC vào bể phốt; Ống ra bểphốt: ống dẫn nối từ bể phốt ra hố ga kiểm tra và thoát ra ngoài cống thoát nướcchung của khu vực, Ống thông hơi cho bể phốt; Ống thông hút cặn bể phốt: dùngống mềm di động luồn trong ống ra bể phốt để thụng hỳt cặn Toàn bộ quá trìnhthụng hỳt cặn được thực hiện hoàn toàn bên ngoài hàng rào nhà dân; Hố ga kiểmtra: được xây dựng bên ngoài hàng rào nhà dân, tại vị trí thuận tiện cho thụng hỳtcặn [11]

Hình 2.5 Các thông số thiết kế cơ bản của bể phốt 2.4.2 Nguyên lý làm việc

Nước thải từ bể xí, tiểu của các khu vệ sinh WC được dẫn theo các đườngống thoát trong nhà hộ dân đưa vào bể phốt, tại đây nước thải được xử lý sinh họcyếm khí, cặn có trong nước thải được lên men lắng xuống đáy bể, nước được tách

ra và chảy ra hố ga kiểm tra mạng lưới cống thoát chung( hoặc dẫn sang ngăn thunước rửa chảy ra hố ga kiểm tra-bể phốt kiểu mới 2 ngăn)

Bố trí đường ống dẫn từ bể phốt sang ngăn thu nước rửa theo nguyên lý chảytràn do chênh lệch mực nước, nước được dẫn sang ngăn thu theo hướng từ dướilên Tại ngăn thu nước rửa tập trung tất cả lượng nước thải sinh hoạt (nước giặt,tắm, rửa….) và lượng nước sau xử lý đấu nối hệ thống cống chung

Lượng cặn trong bể phốt sẽ được định kỳ hút cặn Công tác thao tác hút cặn sẽđược thực hiện hoàn 0toàn bên ngoài hàng rào nhà dân Ong hút cặn sẽ được luồnđến tận khu cặn lắng trong bể phốt qua hố ga kiểm tra bên ngoài nhà dân Lượngcặn sau khi hút từ bể phốt sẽ được chuyên chở đến bãi đổ tập trung.

2.5 Các nghiên cứu và ứng dụng về thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải 2.5.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Khả năng hấp thụ, phân giải và sử dụng các nguồn vật chất hữu cơ như mộtnguồn dinh dưỡng là một hoạt động sinh lý, sinh hóa bình thường giúp cho các loàithực vật tồn tại và phát triển Lợi dụng đặc điểm này, nhiều công trình nghiên cứu

đã tập trung vào việc ứng dụng thực vật để hấp thụ và phân giải các tác nhân ônhiễm, phục vụ việc xử lý ô nhiễm hữu cơ từ các nguồn nước thải tập và vùng nước

bị ô nhiễm ở cỏc vựng chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản tập trung Tuy nhiên, khảnăng hấp thụ và phân giải của các loài thực vật không hoàn toàn giống nhau Chođến nay, đã có nhiều nhà khoa học khác nhau nghiên cứu về các loài thực vật thủysinh có khả năng xử lý nước thải và đã phát hiện tới 45 loài cây sống ở cỏc vựng

đất lầy có khả năng xử lý nước thải (Sasser et al, 1995a) [26] như : bốo tõy, bèo

cái, bèo tấm, bèo tổ ong, cây thủy trỳc, cõy ngổ đất, cỏ vetiver, rong đuôi chó, rongxương cá, cây sậy, …Tuy nhiên, không phải tất cả chúng có thể ứng dụng vào việcloại bỏ chất ô nhiễm, mà chúng phải thỏa mãn các điều kiện nhất định để đảm bảomang lại hiệu quả cả về môi trường lẫn kinh tế như :

+ Cú khả năng thích ứng với điều kiện thời tiết ở địa phương

+ Có tốc độ quang hợp lớn

+ Có năng lực vận chuyển oxy cao

+ Đồng hóa tốt các chất ô nhiễm

+ Có khả năng chống chịu được với điều kiện thời tiết thay đổi

+ Chống chịu tốt với sâu bệnh

+ Dễ quản lý.

( K.R.Reddy and T.A.Debusk)

Trên cơ sở những ngiờn cứu này, người ta đã xây dựng thành nhiều hệthống xử lý nước thải có sử dụng các loài thực vật thủy sinh như: hệ thống đấtngập nước sử dụng thực vật thủy sinh sống nổi (floating macrophyte wetlandsystem), hệ thống đất ngập nước có trồng cây (Constructed wetland system), bãilọc ngầm có dòng chảy ngang (Subsurface flow, SSF)…Chúng được gọi chung lại

là các hệ thống đất ngập nước (Wetland systems), những hệ thống này ngày càngđược ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải, nhất là nước thải sinh hoạt và nước thảichăn nuôi Chúng tỏ ra có hiệu quả khi tiến hành xây dựng ở các cộng đồng dân cưnhỏ [22]

Theo các kết quả nghiên cứu trước đây thỡ cỏc loài thực vật thủy sinh thânrỗng, khả năng tăng sinh khối lớn là những loài có khả năng hấp thụ cao Phương

pháp dùng lau sậy xử lý nước thải do giáo sư Kathe Seidel người Đức đưa ra từ

những năm 60 của thế kỷ trước Khi nghiên cứu khả năng phân hủy các chất hữu cơcủa cõy, ụng nhận thấy ưu thế của phương pháp này chính là tác dụng đồng thờigiữa rễ, cây và các vi sinh vật ở vùng rễ Trong đó, loại cây có nhiều ưu điểm nhất

là lau sậy Ôxy được vận chuyển từ lá xuống rễ, rồi được rễ thải vào khu vực xungquanh và được vi sinh vật sử dụng cho quá trình phân hủy hiếu khí Số lượng vikhuẩn trong đất quanh rễ loại cây này có thể nhiều như số vi khuẩn trong các bểhiếu khí kỹ thuật (aeroten), đồng thời phong phú hơn về chủng loại từ 10-100 lần.Chính vì vậy, các cánh đồng lau sậy có thể xử lý được nhiều loại nước thải có chấtđộc hại khác nhau và nồng độ ô nhiễm lớn Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt (vớicác thông số như amoni, nitrat, phosphat, BOD5, COD, coliform) đạt tỷ lệ phânhủy 92-95% Còn đối với nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng thì hiệu quả

xử lý COD, BOD5, crom, đồng, nhôm, sắt, chì, kẽm, đạt 90-100% Nước sau xử lý

đạt tiêu chuẩn loại B Độ pH và các chỉ số sinh hóa ổn định cho phép vi sinh vậthoạt động bình thường, riêng chất rắn lơ lửng đạt loại A(50 mg/l)

Từ những năm 1955, hệ thống đất ngập nước dùng để xử lý nước thải đãđược biết đến và từ năm 1985 đến nay hàng trăm hệ thống đất ngập nước (WS)được xây dựng trên toàn thế giới, đặc biệt ở các nước Châu Âu, Bắc Mỹ, Úc và

Châu Á Một số nghiên cứu có thể kể tới là của Kickuth, 1978 thử nghiệm với nước thải khu mỏ; Huntsman, 1979 thử nghiệm với nước thải ao nuôi cá; Pesavento,

1982 thử nghiệm sự giảm phú dưỡng của hồ; Silverman, 1983 thử nghiệm với nước thải sản xuất và nước thải bột giấy; Wolverton, 1985 thử nghiệm với nước thải chế

biến thực phẩm; Pauly, 1989 thử nghiệm với nước thải nhà máy chế biến củ cảiđường Những năm gần đây, một vài mô hình ứng dụng đã được xây dựng và chohiệu quả như: Ứng dụng xử lý nước thải bằng bèo tấm ở Hoa Kỳ, Bangladesh,Trung Quốc Bèo tấm được ứng dụng để xử lý nước thải trong chăn nuôi bò sữa

(Culley et al, 1981) [18]….Theo kết quả từ những nghiên cứu trờn thỡ sản lượng

bình quân hàng năm của bèo tấm có thể đạt 20 tấn/ha, nếu so với đậu tương thì bèotấm có thể tạo ra lượng protein tích lũy cao hơn gấp 10 lần Chính vì vậy, đây là

một nguồn protein có chất lượng cao về dinh dưỡng (Hillman and Culley, 1987; Culley et al, 1981; Edwards, 1990) [18] Điều này dã tạo nên sự kết hợp giữa việc

nuôi bèo tấm và ao nuôi cá đã và đang được áp dụng ở Bangladesh Bên cạnh việc

sử dụng bèo tấm , hiện nay cũng đã có nhiều nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý

nước thải đối với nhiều đối tượng khác nhau Theo tác giả Theosphile FONKOU và

cs [13] khi tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của Bèo cái ở

Cameroon đã chỉ ra rằng : Với thời gian lưu nước nhỏ nhất là 15 ngày và lớn nhất

là 25 ngày thì bèo cái có tốc độ sinh trưởng ở khoảng 7,5 – 8,5 DM/ngày Như vậy,theo lý thuyết lượng sinh khối thu được sẽ khoảng 2737,5g – 3102g DM/m2/năm.Hiệu suất xử lý đối với nguồn nước đầu vào cú cỏc chỉ số như: BOD5 = 605mg/l;