đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phương pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây sậy

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN ….…   …… LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA CƠ SỞ SẢN XUẤT HỦ TIẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP CÁNH ĐỒNG LỌC CHẢY TRÀN CÓ TRỒNG CÂY SẬY CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: Th.S NGUYỄN THỊ THU VÂN NGUYỄN THỊ NHƢ XUÂN MSSV: 1110888 TRƢƠNG MINH TOÀN MSSV: 111087 Cần Thơ, tháng 12 năm 2014 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển vƣợt bậc với xu thế “công nghiệp hóa, hiện đại hóa”. Bên cạnh đó nông nghiệp vẫn là thế mạnh hàng đầu của nƣớc ta. Vốn đƣợc thiên nhiên ƣu đãi và có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển nông nghiệp cùng với việc khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã làm cho năng suất và chất lƣợng nông sản ngày càng cao. Đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển các làng nghề chế biến lƣơng thực, thực phẩm nhƣ sản xuất bún, bánh tráng, hủ tiếu… Sản xuất ngày càng phát triển nhƣng vấn đề môi trƣờng vẫn chƣa đƣợc quan tâm đúng mức, nƣớc thải chƣa qua xử lý hoặc xử lý không đạt thải ra môi trƣờng thì làm ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, ảnh hƣởng hệ sinh thái và con ngƣời. Điển hình là cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy ở huyện Chợ Gạo tỉnh Tiền Giang, tuy cơ sở sản xuất hiện nay đã có hệ thống xử lý nhƣng nồng độ ô nhiễm trong nƣớc thải sau xử lý vẫn còn rất cao (COD= 3160 mg/L). Chính vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Đánh giá hiệu quả xứ lý nƣớc thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phƣơng pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây sậy” nhằm góp phần cải thiện tình trạng môi trƣờng nƣớc ở cơ sở sản xuất. Hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc sửa chữa, vận hành và theo dõi các thông số chất lƣợng nƣớc trƣớc và sau xử lý để giá hiệu suất hệ thống là SS, COD, BOD5, tổng N, tổng P, tổng Coliform đƣợc so sánh với cột B QCVN 40:2011/BTNMT. Kết quả xử lý của hệ thống sau khi sửa chữa và vận hành: - Kết quả xử lý của túi biogas BOD5 74,46%, SS 72,13%, COD 57,95%, tổng Nitơ 57,95%, tổng Phospho 52,78%, tổng Coliform 99,88%. - Kết quả cánh đồng xử lý thêm BOD5 16,66%, SS 12,17%, COD 27,47%, tổng Nitơ 27,47%, tổng Phospho 36,47%, tổng Coliform 0,07%. - Kết quả xử lý của hệ thống sau khi sửa chữa pH, tổng Nitơ, tổng Phospho, Coliform đạt loại A QCVN 40:2011/BTNMT; chỉ tiêu COD, SS đạt loại B QCVN 40:2011/BTNMT; chỉ tiêu BOD5 không đạt QCVN 40:2011/BTNMT. Hiệu suất xử lý của hệ thống BOD5 91,12%, SS 84,3%, COD 85,42%, tổng Nitơ 85,42%, tổng Phospho 98,52%, tổng Coliform 99,95%. Nƣớc thải sau khi qua cánh đồng thì không còn màu đen và cũng không còn mùi hôi. i LỜI CẢM TẠ Khi thực hiện một đề tài luận văn tốt nghiệp thực tế khó tránh khỏi những khó khăn, thử thách và những lúc nản chí, bởi với kiến thức chuyên môn vốn có của mình còn rất hạn chế và cả những kinh nghiệm về thực tiễn lại càng hạn hẹp. Vì vậy để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp thì cần phải có sự giúp đỡ của những ngƣời xung quanh trong quá trình thực hiện luận văn. Trƣớc tiên, chúng con xin tỏ lòng cảm ơn và quý trọng sự ủng hộ, sự chăm sóc và quan tâm của gia đình, đặc biệt là đấng sinh thành. Thời gian vừa qua là những gì sẽ đánh dấu bƣớc ngoặc trong cuộc đời của chúng con, nhờ có Cha, Mẹ chúng con mới có đƣợc nhƣ ngày hôm nay. Những lúc đau ốm cũng nhƣ những lúc tinh thần chúng con dƣờng nhƣ suy sụp hoàn toàn, Cha, Mẹ là nguồn động lực tạo niềm tin và sức mạnh, đã động viên con phải đứng dậy để đứng vững trên con đƣờng này. Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời tri ân và lòng cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Thị Thu Vân đã dẫn dắt và hƣớng dẫn chúng tôi từng bƣớc một trong quá trình thực hiện, những lời chỉ bảo tận tình giúp chúng tôi tìm ra hƣớng giải quyết khi gặp bế tắc, nâng cao trình độ và kiến thức bị hỏng để đến giây phút này chúng tôi đã hoàn thành tốt luận văn của mình. Chúng tôi xin gửi đến lời cảm ơn chân thành đến Thầy Lê Hoàng Việt nói riêng, mặc dù Thầy không trực tiếp hƣớng dẫn nhƣng đã tạo ra cơ hội khi chúng tôi không còn sự lựa chọn đề tài luận văn cho mình và các quý Thầy, Cô khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên của bộ môn Kỹ thuật Môi trƣờng nói chung. Trong quá trình thực hiện, do chúng tôi làm mô hình thực tế ở tỉnh Tiền Giang nên đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ từ phía cơ quan và những ngƣời dân nơi chúng tôi làm mô hình về kinh phí lẫn kinh nghiệm chuyên ngành, đồng thời nhận đƣợc rất nhiều sự ủng hộ nhiệt tình của ngƣời thân, bạn bè đã tạo cho chúng tôi niềm tin lẫn nghị lực để vƣợt qua những lúc khó khăn cũng nhƣ lúc vấp ngã. Để thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, chúng tôi đã cố gắng hết khả năng để hoàn thành đề tài nhƣng do thời gian và kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót và khuyết điểm. Kính mong nhận đƣợc sự góp ý của quý Thầy, Cô để đề tài luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 ii Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Cần Thơ, ngày.…..tháng.....năm 2014 Cán bộ hƣớng dẫn iii Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Cần Thơ, ngày.…..tháng.....năm 2014 Cán bộ phản biện iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn này dựa trên nghiên cứu của chúng tôi và các kết quả của nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác. Cần thơ, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Nhƣ Xuân Trƣơng Minh Toàn v MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI .................................................................................................... i LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................ ii Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ................................................................. iii Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN .................................................................... iv LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... v MỤC LỤC ................................................................................................................ vi DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................... ix DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................. x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xii CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................ 2 CHƢƠNG 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................. 3 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƢỚC THẢI ....................................................... 3 2.2 NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP......................................................................... 4 2.3 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH ............................... 6 2.3.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 6 2.3.2 Mục đích, ích lợi và giới hạn ......................................................................... 6 2.3.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nƣớc thải ..................................... 7 2.3.4 Các nhóm thực vật thủy sinh chính ................................................................ 8 2.3.5 Thành phần cơ thể của thực vật thủy sinh.................................................... 10 2.3.6 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong nƣớc bởi thực vật thủy sinh .................. 11 2.3.7 Các ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng...................................................... 13 2.4 PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ .......................................................... 13 2.4.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí ................................................ 13 2.4.2 Các nhóm vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy kị khí .............................. 15 2.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng quá trình phân hủy sinh học kỳ khí .......................... 15 2.5 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG SINH HỌC KỲ KHÍ ........................................................................................................................ 17 2.5.1 Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỳ khí với sinh trƣởng lơ lửng ............ 17 2.5.2 Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỳ khí với sinh trƣởng bám dính ......... 18 vi 2.6 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG CÁNH ĐỒNG LỌC .................................... 19 2.6.1 Các cơ chế xử lý nƣớc thải trong cánh đồng lọc ...................................... 19 2.6.2 Cánh đồng lọc chậm ................................................................................. 21 2.6.3 Cánh đồng lọc nhanh ................................................................................ 21 2.6.4 Cánh đồng lọc chảy tràn ........................................................................... 24 2.7 SƠ LƢỢC VỀ ĐẤT NGẬP NƢỚC KIẾN TẠO ........................................ 27 2.7.1 Khái niệm.................................................................................................. 27 2.7.2 Đặc điểm đất ngập nƣớc ........................................................................... 27 2.8 CÂY SẬY .................................................................................................... 31 2.8.1 Giới thiệu .................................................................................................. 31 2.8.2 Đặc tính cấu tạo ........................................................................................ 31 2.8.3 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nƣớc thải ở Việt Nam .................... 33 2.8.4 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nƣớc thải ở Thế giới ...................... 33 2.9 CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM ĐẶC TRƢNG CỦA NƢỚC THẢI ............. 34 2.9.1 Thông số vật lý ......................................................................................... 34 2.9.2 Thông số hóa học ...................................................................................... 35 2.9.3 Vi sinh vật học .......................................................................................... 36 CHƢƠNG 3 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 38 3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ................................................ 38 3.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM .............................. 38 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm ................................................................................... 38 3.2.2 Phƣơng pháp và phƣơng tiện thí nghiệm .................................................. 39 3.3 PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH................................................................... 42 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 45 4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT ................................................................................ 45 4.1.1 Tổng quan về cơ sở sản xuất..................................................................... 45 4.1.2 Khảo sát tổng quát về qui trình và công nghệ xử lý ................................. 45 4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƢỚNG ................................................ 49 4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ......................................... 51 4.3.1 pH trong nƣớc thải .................................................................................... 51 4.3.2 Hàm lƣợng BOD5 ..................................................................................... 51 vii 4.3.3 Hàm lƣợng SS ........................................................................................... 53 4.3.4 Nồng độ COD ........................................................................................... 54 4.3.5 Tổng Nitơ .................................................................................................. 55 4.3.6 Tổng Phospho ........................................................................................... 57 4.3.7 Tổng Coliform .......................................................................................... 59 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 61 5.1 KẾT LUẬN.................................................................................................. 61 5.2 KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 62 PHỤ LỤC A ............................................................................................................ 63 PHỤ LỤC B ............................................................................................................. 69 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Phân loại nƣớc thải theo phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xử lý ................ 5 Bảng 2.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu .......................................................... 6 Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý ............................ 14 Bảng 2.4 Tổng hợp khả năng chuyển hóa BOD5 và SS của một số cơ sở bằng phƣơng pháp FWS và SFS trên thế giới ................................................................... 34 Bảng 2.5 Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nƣớc thải chƣa qua xử lý ........ 35 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu theo dõi, phƣơng pháp và phƣơng tiện phân tích mẫu ......... 43 Bảng 4.1 Đặc điểm nƣớc thải sản xuất hủ tiếu trƣớc khi sữa chữa mô hình ........... 45 Bảng 4.2 Giá trị pH của thí nghiệm định hƣớng theo từng công đoạn .................... 50 Bảng 4.3 Giá trị COD của thí nghiệm định hƣớng theo từng công đoạn ................ 50 Bảng 4.4 Kết quả chỉ tiêu nƣớc thải sản xuất đầu vào ............................................ 50 ix DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Rong đuôi chồn ........................................................................................ 8 Hình 2.2 Bèo tấm .................................................................................................... 9 Hình 2.3 Lục bình ................................................................................................... 9 Hình 2.4 Cây đƣớc ................................................................................................. 10 Hình 2.5 Cây sậy .................................................................................................... 10 Hình 2.6 Ba giai đoạn của quá trình lên men kỳ khí ............................................. 14 Hình 2.7 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kị khí.............................................. 17 Hình 2.8 Sơ đồ di chuyển của nƣớc thải trong cánh đồng lọc nhanh .................... 23 Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của nƣớc thải trong cánh đồng lọc chảy tràn ............... 26 Hình 2.10 Các vùng hình thành đất ngập nƣớc ..................................................... 28 Hình 2.11 Các loại đất và lƣu lƣợng nƣớc thải ứng dụng cho các cánh đồng lọc . 30 Hình 2.12 Các bộ phận chi tiết của cây lau sậy ..................................................... 32 Hình 3.1 Đá nâng pH ............................................................................................. 38 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm ..................................................................................... 39 Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm................................................................................. 40 Hình 3.4 Cánh đồng Sậy đã phát triển và đang thực hiện quá trình xử lý ............. 41 Hình 4.1 Túi biogas chƣa sửa chữa ....................................................................... 46 Hình 4.2 Lớp vật liệu lọc chƣa sửa chữa ............................................................... 46 Hình 4.3 Cánh đồng lọc chƣa sửa chữa ................................................................. 47 Hình 4.4 Túi biogas đã sửa chữa và thay mới ....................................................... 48 Hình 4.5 Lớp vật liệu mới ...................................................................................... 48 Hình 4.6 Cánh đồng sau khi sửa chữa lại .............................................................. 49 Hình 4.7 Giá trị pH của thí nghiệm ...................................................................... 51 Hình 4.8 Hàm lƣợng BOD5 của thí nghiệm ........................................................... 52 Hình 4.9 Hiệu suất xử lý BOD5 của nƣớc thải ...................................................... 52 Hình 4.10 Hàm lƣợng SS của thí nghiệm .............................................................. 53 Hình 4.11 Hiệu suất xử lý SS của nƣớc thải .......................................................... 53 Hình 4.12 Hàm lƣợng COD của thí nghiệm .......................................................... 54 Hình 4.13 Hiệu suất xử lý COD của nƣớc thải ...................................................... 55 Hình 4.14 Hàm lƣợng tổng N của thí nghiệm ....................................................... 56 Hình 4.15 Hiệu suất xử lý tổng N của nƣớc thải ................................................... 56 Hình 4.16 Hàm lƣợng tổng P của thí nghiệm ........................................................ 57 x Hình 4.17 Hiệu suất xử lý tổng P của nƣớc thải .................................................... 58 Hình 4.18 Hàm lƣợng tổng Coliform của thí nghiệm............................................ 59 Hình 4.19 Hiệu suất xử lý tổng Coliform của nƣớc thải ....................................... 59 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu ô-xy sinh hóa COD Nhu cầu ô-xy hóa học DO Nhu cầu ô-xy hòa tan SS Chất rắn lơ lững Tổng N Tổng hàm lƣợng Nitơ Tổng P Tổng hàm lƣợng Photpho VSV Vi sinh vật TSTV Thực vật thủy sinh TOC Tổng các-bon hữu cơ ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu long QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải công nghiệp xii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển vƣợt bậc với xu thế “công nghiệp hóa, hiện đại hóa” và đã gia nhập WTO (tổ chức thƣơng mại thế giới) vào ngày 1/11/2007. Đây cũng là một bƣớc tiến cho nƣớc Việt Nam càng có ƣu thế hơn về nền công nghiệp so với các nƣớc trong và ngoài khu vực Đông Nam Á. Để có đƣợc những thành tựu nêu trên, hiện tại đã có rất nhiều khu công nghiệp, nhà máy chế biến xuất khẩu các loại nhƣ thủy, hải sản, các loại thực phẩm và sản phẩm tiêu dùng cung cấptrong và ngoài nƣớc đã mọc lên hàng loạt do nhu cầu thị trƣờng ngày một nâng cao… Bên cạnh đó, các làng nghề truyền thống càng phát huy sở trƣờng và lợi dụng nguồn tài nguyên sẵn có để phát triển và đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời. Sự phát triển của nền công nghiệp hay nông nghiệp cũng đều dẫn đến sự ô nhiễm và suy thoái về môi trƣờng ngày một trầm trọng hơn. Đây cũng là một vấn đề cần khắc phục và phải có hƣớng giải quyết ở hầu hết tất cả các nƣớc trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Mặt khác, Việt nam vốn dĩ là nƣớc nông nghiệp và có sản lƣợng lúa gạo rất lớn. Ở các vùng miền khác nhau sẽ có những đặc tính về địa hình, khí hậu và nguồn tài nguyên khác nhau. Đặc biệt, khi nhắc đến vùng ĐBSCL thì ngƣời ta sẽ nghĩ ngay đến vùng đất màu mỡ, lƣợng phù sa dồi dào rất thích hợp cho việc trồng lúa nƣớc. Chính vì thế, vùng ĐBSCL là vùng có trữ lƣợng sản xuất và xuất khẩu lúa gạo lớn nhất ở Việt Nam và Tiền Giang hiện là tỉnh có sản lƣợng lúa gạo chủ chốt của vùng, nhờ đó mà những ngƣời dân ở tỉnh này sống chính vào nghề nông, nhƣng bên cạnh đó các làng nghề truyền thống đã tận dụng nguồn lúa gạo phong phú chuyển hóa thành các thực phẩm khác. Ví dụ nhƣ: hủ tiếu, bún, các loại bánh làm từ gạo,… Trong quá trình sản xuất hủ tiếu sẽ thải ra một lƣợng nƣớc có hàm lƣợng chất hữu cơ rất cao, nếu thải ra môi trƣờng trực tiếp sẽ làm ô nhiễm nguồn nƣớc và ảnh hƣởng đến cảnh quan, đời sống sinh hoạt, sức khỏe của ngƣời dân xung quanh, đặc biệt sẽ phá hủy môi trƣờng sinh thái. Chính vì vậy, để khắc phục tình trạng nêu trên chúng ta cần có biện pháp xử lý nƣớc bị ô nhiễm trƣớc khi thải ra môi trƣờng ngoài. Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp để xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm đạt hiệu quả cao nhƣ: xử lý hóa học, xử lý cơ học (lý học), xử lý sinh học… nhƣng ứng với các phƣơng pháp này thì đòi hỏi: - Chi phí thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì rất cao; - Nguồn lợi về mặt kinh tế giảm; - Cần nguồn nhân lực có trình độ cao để quản lý và vận hành; - Máy móc hoạt động sẽ tạo ra tiếng ồn, tạo ra mùi hôi và làm mất mỹ quan. Vì vậy, khi chọn phƣơng pháp xử lý cần phải cân nhắc và tính toán nhƣ thế nào để lợi về mặt kinh tế, về vẻ mỹ quan, xử lý đạt hiệu quả và không gây ảnh hƣởng đến đời sống và sức khỏe của ngƣời dân xung quanh. Đây là một vấn đề cần đƣợc quan tâm. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc là phƣơng pháp tự nhiên, dễ thực hiện và có khả năng xử lý cao thông qua các quá trình lý, hóa, và sinh học tự nhiên SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân diễn ra trong “hệ đất – nƣớc – thực vật” của hệ thống. Đây đƣợc xem là một biện pháp rẻ tiền. Chính vì vậy, cây Sậy (có tên khoa học là Phragmites communis) là loại thực vật thích hợp, vì Sậy rất dễ tìm, sức sống mạnh có thể sống trong môi trƣờng nƣớc ô nhiễm, xử lý đƣợc nƣớc thải. Đặc biệt, cây Sậy có thể sống trong điều kiện khắc nghiệt. Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể phân hủy chất hữu cơ và hấp thu kim loại nặng. Với những vấn đề nêu trên, đề tài “Đánh giá hiệu quả xứ lý nƣớc thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phƣơng pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây Sậy” đƣợc thực hiện. 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá hiện trạng và sữa chửa hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. - Xử lý nƣớc thải bằngcánh đồng lọc với phƣơng pháp trồng “cây Sậy” để cải thiện đƣợc tình trạng ô nhiễm nƣớc của cơ sở sản xuất hủ tiếu. - Xử lý nƣớc thải sau khi ủ gạo lên men, đạt loại B theoQCVN 40-2011-BTNMT Nƣớc thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp. - Tạo cảnh quan cho khu vực. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân CHƢƠNG 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƢỚC THẢI Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng: “Nƣớc thải là hỗn hợp nƣớc và các chất rắn chứa trong nó, đƣợc thải ra từ các khu vực dân cƣ, các cơ quan, các khu thƣơng mại và công nghiệp cộng với lƣợng lớn nƣớc ngầm, nƣớc mặt, nƣớc mƣa đi vào hệ thống thu gom”. Theo các qui định về bảo vệ môi trƣờng của Việt Nam: “Ô nhiễm nƣớc là việc đƣa vào các nguồn nƣớc các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trƣng về thành phần hoặc hàm lƣợng tƣơng đối với môi trƣờng ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hƣởng xấu đến sự phát triển bình thƣờng của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trƣờng ban đầu”. Ngƣời ta phân biệt sự ô nhiễm nƣớc theo nguồn gây ra nó: - Sự ô nhiễm do nguồn xác định (hay còn gọi là nguồn điểm, nguồn đặc trƣng): gây ra do các nguồn gây ô nhiễm có thể xác định đƣợc vị trí, kích thƣớc, bản chất, lƣu lƣợng chất gây ô nhiễm. Các nguồn này bao gồm các điểm xả thải của một cộng đồng hay một xí nghiệp công nghiệp ra sông. - Sự ô nhiễm do các nguồn không xác định (hay còn gọi là nguồn không có điểm, nguồn không đặc trƣng): gây ra do các nguồn gây ô nhiễm không có điểm cố định, không xác định đƣợc vị trí, bản chất, lƣu lƣợng, các tác nhân gây ô nhiễm. Các nguồn này bao gồm nƣớc mƣa chảy tràn qua các khu vực sản xuất nông nghiệp, đƣờng phố đổ vào sông rạch… Các thành phần cấu thành lƣợng của nƣớc thải từ một cộng đồng phụ thuộc vào hệ thống thu gom nƣớc thải mà cộng đồng đó đang sử dụng, và có thể bao gồm các thành phần sau: - Nƣớc thải sinh hoạt: nƣớc thải từ các hộ dân cƣ, các khu thƣơng mại hay các cơ quan hành chính. Nƣớc thải này bao gồm nƣớc tắm giặt, nấu nƣớng. Nƣớc thải này có lƣợng biến thiên theo giờ trong ngày, theo thời tiết, theo các thiết bị sử dụng nƣớc và khả năng cấp nƣớc sinh hoạt. - Nƣớc thải công nghiệp: nƣớc thải từ các nhà máy, lƣợng nƣớc thải phụ thuộc vào loại hình công nghiệp, biến thiên theo giờ trong ngày, ca sản xuất, mùa vụ sản xuất. - Nƣớc mƣa hay nƣớc ngầm đi vào hệ thống cống rãnh: là lƣợng nƣớc ngầm vào các hệ thống cống rãnh thu gom do sự xì hở của các mối nối các ống cống, hay nƣớc mƣa tràn vào từ khe hở của các nắp cống. Lƣợng nƣớc này phụ thuộc chất lƣợng đƣờng cống và mực thủy cấp của khu vực đó. - Nƣớc mƣa (hay do tuyết tan ở các khu vực ôn đới): lƣợng nƣớc này phụ thuộc vào hệ thống thu gom (chung cho cả hai loại nƣớc hay tách riêng từng loại nƣớc). Thành phần của nƣớc thải công nghiệp rất phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, ngƣời sử dụng… Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải cũng đƣợc biến thiên theo mục đích sử dụng trong nhà máy, nó có thể rất cao (nƣớc thải từ quá trình chế biến), hoặc rất thấp (nƣớc thải từ quá trình rửa thiết bị hoặc nƣớc làm nguội). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.2 NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Nƣớc thải công nghiệp là nƣớc thải đƣợc sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất nhƣ nƣớc thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên. Nƣớc thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng nhƣ về lƣợng phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ sử dụng, tính hiện đại của công nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trình độ quản lý của cơ sở và ý thức của cán bộ công nhân viên (Lƣơng Đức Phẩm, 2002). Nƣớc thải công nghiệp đƣợc tạo nên sau khi đã đƣợc sử dụng trong các quá trình công nghệ sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nƣớc thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn. Loại nƣớc thải này có thể bị ô nhiễm do các tạp chất có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ. Trong thành phần của chúng có thể chứa các dạng vi sinh vật (đặc biệt là nƣớc thải của các nhà máy giết mổ, nhà máy sữa, bia, dƣợc phẩm), các chất có ích cũng nhƣ các chất độc hại (Lâm Minh Triết, 2008). Trong xí nghiệp công nghiệp, nƣớc thải công nghiệp bao gồm: - Nƣớc thải công nghiệp quy ƣớc sạch: là loại nƣớc thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà. - Loại nƣớc thải công nghiệp nhiễm bẩn đặc trƣng của công nghiệp đó và cần xử lý cục bộ trƣớc khi xả vào mạng lƣới thoát nƣớc chung hoặc vào nguồn nƣớc tùy theo mức độ xử lý. Trong nƣớc thải công nghiệp có thể chứa dầu, mỡ và các chất nổi, các chất lơ lửng, kim loại nặng, các chất dinh dƣỡng (N, P) với hàm lƣợng cao. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Bảng 2.1 Phân loại nƣớc thải theo phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xử lý STT CHẤT Ô NHIỄM PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ 1 Dầu mỡ và chất rắn lơ lửng: cát, các Cơ học có thể kết hợp hoặc không oxit và hydro kim loại, sợi mũ cao kết hợp với phƣơng pháp kết của su,… tạo bông (lọc, lắng, tuyển nổi) 2 Các chất hữu cơ hòa tan hay ở dạng Phƣơng pháp hấp thụ nhũ, thí dụ nhƣ thuốc nhuộm, hoạt động bề mặt trong chất giặt, phenol và dẫn xuất, các hợp chất khác nhau có chứa nhóm chức dạng nitrat, nitrit và clorua 3 Các ion kim loại Phƣơng thức kết tủa bằng cách thay đổi pH và/hay sử dụng kết tủa bằng muối sunphid 4 H2S, NH3,SO2,VOC Phƣơng thức kết tủa bằng cách thay đổi pH và/hay sử dụng kết tủa bằng muối sunphid 5 CN, Cr, S2 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa học; oxy hóa khử 6 Muối acid và hữu cơ Xử lý bằng phƣơng pháp trao đổi ion hoặc thẩm thấu ngƣợc 7 Đƣờng, protein, phenol và một số Các phƣơng pháp sinh học: yếm các chất hữu cơ dễ phân hủy khác khí, hiếu khí, tự nhiên (Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008) Bên cạnh đó, đặc trƣng ô nhiễm môi trƣờng của các làng nghề sản xuất hủ tiếu là nƣớc thải. Nƣớc thải sản xuất hủ tiếu tại hầu hết các làng nghề và cơ sở sản xuất tƣ nhân trên cả nƣớc đã bị ô nhiễm ở mức độ nghiêm trọng, cụ thể: nƣớc thải sản xuất hủ tiếu của làng nghề Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. Trong quá trình sản xuất hủ tiếu phải dùng nƣớc để ngâm gạo, sau 3 ngày ủ gạo lên men, sẽ lấy những phần gạo lắng xuống để thực hiện công đoạn tráng bánh và tiếp tục các công đoạn khác để tạo ra hủ tiếu thành phẩm, phần nƣớc còn lại sẽ thải ra ngoài. Phần nƣớc này có chứa hàm lƣợng tinh bột và chất hữu cơ rất cao, nếu thải trực tiếp ra môi trƣờng ngoài sẽ gây ô nhiễm cho nguồn nƣớc xung quanh và ảnh hƣởng tới tầng nƣớc ngầm. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.3 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH 2.3.1 Giới thiệu chung Theo Lê Hoàng Việt (2005) cho rằng:Thực vật thủy sinh (TVTS) là các loài thực vật không chỉ sinh trƣởng trong môi trƣờng nƣớc mà chúng còn tồn tại ở trên mặt đất, nó có thể gây ra một số bất lợi cho con ngƣời do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Ở các nguồn nƣớc bị ô nhiễm do có đầy đủ dƣỡng chất, TVTS phát triển nhanh làm trở ngại giao thông cho đƣờng thủy, gia tăng thất thoát nƣớc do bốc thoát hơi nƣớc…Đặc biệt, trong những năm gần đây các vấn đề do thực vật thủy sinh gia tăng do con ngƣời thải ngày càng nhiều chất ô nhiễm vào nguồn nƣớc. Tuy nhiên, chúng ta có thể lợi dụng chúng để xử lý nƣớc thải, làm phân compost, thức ăn cho ngƣời, gia súc để giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng và thu thêm đƣợc lợi nhuận. Bảng 2.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu Tên thông thƣờng Tên khoa học Thực vật thủy sinh sống chìm Hydrilla Water milfoil Blyxa Hydrilla verticillata Myriophyllum spicatum Blyxa aubertii Thực vật thủy sinh sống trôi nổi Lục bình Bèo tấm Bèo tai tƣợng Salvinia Eichhornia crassipes Wolfia arrhiga Pistia stratiotes Salvinia spp Thực vật thủy sinh sống nổi Cattails Bulrush Sậy Typha spp Scirpus spp Phragmites communis Loại (Nguồn: Polprasert, 1989) 2.3.2 Mục đích, ích lợi và giới hạn a) Mục đích Thực vật thủy sinh đƣợc sử dụng để xử lý các chất thải; lấy đi các chất dinh dƣỡng trong nƣớc thải tránh hiện tƣợng phú nhƣỡng hóa các nguồn nƣớc, chuyển các chất dinh dƣỡng này vào trong cơ thể thủy sinh để có sử dụng về sau. Đối với mục tiêu xử lý nƣớc thải, các TVTS tạo điều kiện cho các vi khuẩn bám vào cơ thể chúng để phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử trong nƣớc thải thành các chất vô cơ đơn giản mà TVTS có thể hấp thu đƣợc. TVTS sẽ hấp thu các chất vô cơ vào trong cơ thể chúng, sau đó các chất này đƣợc đƣa ra khỏi nguồn nƣớc khi chúng ta thu hoạch các thủy sinh thực vật. b) Lợi ích Thực vật thủy sinh đƣợc sử dụng trực tiếp hoặc sau khi chế biến để cải tạo đất, làmphân bón, bột g iấy, thức ăn cho ngƣời, gia súc, sản xuất Biogas. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân c) Giới hạn - Hệ thống xử lý nƣớc thải bằng thực vật thủy sinh cần một diện tích lớn. Do đó, nó sẽ là giới hạn chính cho việc áp dụng hệ thống này ở các đô thị. - Hệ thống xử lý nƣớc thải bằng thực vật thủy sinh có hiệu quả thấp trong việc vô hiệu hóa các mầm bệnh. - Thực vật thủy sinh thƣờng sử dụng trong nông nghiệp, chăn nuôi do đó hệ thống này chỉ thích hợp cho nông thôn. 2.3.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nƣớc thải Theo Lê Anh Tuấn (2009) cho rằng: Thực vật thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong xử lý nƣớc thải, là tác nhân làm sạch nƣớc tự nhiên. Do tiến trình quang hợp, thực vật thủy sinh đã liên kết môi trƣờng hữu cơ và vô cơ lại. Cây thủy sinh có trong nƣớc sẽ làm thay đổi đặc điểm hóa học của nƣớc, có tác dụng làm các chất dinh dƣỡng trong đất chuyển đổi và chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển trong điều kiện bão hòa hoặc cận bão hòa. Thực vật trong đất ngập nƣớc tham gia quá trình vận chuyển của chu trình thủy văn nƣớc mặt và nƣớc ngầm. Có nhiều vai trò làm nổi bật ảnh hƣởng của thực vật trong đất ngập nƣớc: - Vai trò quan trọng thứ nhất của thực vật trong xử lý nƣớc thải là tác động lý học của nó. Các phần cơ thể của thực vật làm ổn định bề mặt đất ngập nƣớc, làm giảm vận tốc dòng chảy, tăng khả năng lắng và giữ lại các chất rắn của nƣớc thải trong khu vực xử lý nƣớc nhân tạo, tăng thời gian tiếp xúc giữa thực vật và nƣớc thải, do đó khả năng hấp thụ đạm và ion cũng gia tăng. Các khí khổng trong cây giúp vận chuyển oxy từ lá xuống rễ, sau đó đƣa ra khu vực đất xung quanh tạo nguồn oxy để cho các hoạt động phân hủy các chất ô nhiễm của các vi sinh vật hiếu khí. - Vai trò quan trọng thứ hai của thực vật thủy sinh là ảnh hƣởng đến tính thẩm thấu của đất, khi chúng ta nhổ cây sẽ tạo nên những lỗ rỗng lớn làm tăng sự thẩm thấu của nƣớc và gia tăng tác động qua lại giữa thực vật và nƣớc thải. - Vai trò thứ ba là phóng thích các hợp chất hữu cơ: thực vật có khả năng phóng thích một lƣợng lớn các chất hữu cơ thông qua rễ của chúng. Lƣợng chất hữu cơ mà thực vật phóng thích có thể lên đến 25% lƣợng carbon đƣợc cố định qua quá trình quang hợp, đây có thể là nguồn cung cấp carbon cho quá trình khử nitrat của các vi sinh vật. Khi các phần cơ thể chết của thực vật bị hoại sinh đây cũng sẽ là một nguồn carbon lâu dài cho các vi sinh vật. - Vai trò thứ tƣ là thực vật tạo một diện tích lớn cho vi khuẩn bám và phát triển màng sinh học (biofilm). Vi khuẩn chịu trách nhiệm chính trong việc phân hủy các chất ô nhiễm, kể cả quá trình khử đạm. Khi các phần cơ thể thực vật chết đi sẽ tạo thành giá bám cho các vi sinh vật. - Vai trò thứ năm là tạo nên môi trƣờng hiếu khí trong đất: các thực vật vận chuyển oxy từ khí khổng trong lá, thấm xuống vùng rễ cung cấp oxy cho các quá trình phân hủy hiếu khí của các vi sinh vật ở đây. Trong các loài thực vật trồng ở đất ngập nƣớc nhân tạo, Sậy là loài tỏ ra thích hợp nhất trong quá trình khử đạm, 50% sinh khối của Sậy nằm ở dƣới đất (bộ rễ và thân chồi) làm cho khả năng vận chuyển oxy SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân từ trên xuống lớn hơn các loài thực vật khác, do đó nó sẽ cung cấp đầy đủ oxy cho quá trình nitrat hóa (thấp nhất là 2 mg/L). Tốc độ của quá trình nitrat hóa là yếu tố giới hạn chính cho việc khử đạm của đất ngập nƣớc kiến tạo. - Vai trò thứ sáu là tạo cảnh quan cho hệ thống xử lý: đất ngập nƣớc tạo môi trƣờng sinh sống cho các sinh vật hoang dã, do đó nó sẽ tạo đƣợc vẽ mỹ quan cho khu vực xử lý (Lê Anh Tuấn, 2009). 2.3.4 Các nhóm thực vật thủy sinh chính Theo Alley (1976) đƣợc trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt (2003) thì việc chọn loài thực vật để thiết kế hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo dựa trên loài thực vật tăng trƣởng tốt trong điều kiện khí hậu tại chỗ và sự thích nghi đối với sự thay đổi thời tiết hàng ngày và theo mùa là điều cần thiết. a) Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm Thực vật sống chìm sinh trƣởng và phát triển phía dƣới mặt nƣớc suốt cả vòng đời của nó. Hầu hết, các loài thực vật sống chìm có rễ bám vào lớp bùn đáy lấy các dƣỡng chất cần thiết cho chúng từ lớp bùn đáy, một số ít dƣỡng chất và vi lƣợng sẽ đƣợc chúng hấp thu từ nƣớc. Tuy nhiên, có một số loài không có rễ và trôi nổi tự do nhƣ rong Đuôi chồn (Coon’s tail – Ceratophyllum demersum). Đối với loài thực vật thủy sinh này thì tất cả các bộ phận quang hợp đều nằm dƣới mặt nƣớc (Lê Anh Tuấn, 2009). Chúng gây nên các tác hại nhƣ làm tăng độ đục của nguồn nƣớc, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nƣớc. Hình 2.1 Rong đuôi chồn (Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%8D_Rong_x%C6%B0%C6%A1ng_c%C 3%A1) b) Nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi Lá và thân của các loài thực vật này nổi trên mặt nƣớc, đối với các loài có rễ thì rễ của chúng trôi lơ lửng trên nƣớc và không dính bám xuống nền đáy (Lê Anh Tuấn, 2009) nó trôi nổi trên mặt nƣớc theo gió và dòng nƣớc (Lê Hoàng Việt, 2003). Một số loại thực vật trôi nổi nhƣ bèo Tấm, Lục Bình, bèo Cái, các loại này có bộ rễ dài ngoài tác dụng hấp thu dƣỡng chất còn tạo đối trọng giữ cây trên mặt nƣớc (Lê Anh Tuấn, 2009). Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào rễ phân hủy các chất thải (Lê Hoàng Việt, 2003). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 2.2 Bèo tấm CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 2.3 Lục bình (Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%A5c_b%C3%ACnh) c) Nhóm thực vật thủy sinh sống nổi Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhƣng thân và lá phát triển trên mặt nƣớc, chúng phát triển ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định (Lê Hoàng Việt, 2003). Đây là các loài sống chiếm ƣu thế trong các vùng đất ngập nƣớc, phát triển nơi có mực thủy cấp thấp hơn mặt đất 50 cm đến mực nƣớc ngập 150 cm cao hơn mặt đất. Thân và lá của nhóm này có cấu tạo bởi các khoang chứa khí, rễ có thể phát triển thành hệ thống rễ thở. Điều kiện ngập úng chìm trong nƣớc tạo nên sự thích nghi của loài với cấu tạo đặt biệt của thân và rễ giúp vận chuyển oxy từ không khí xuống vùng rễ. Các loài có hình thức này bao gồm: Sậy (Phragmites australis), cỏ Năng (Eleocharis australis), Bồn bồn (Typha australis), cỏ Nến (Crirpus australis) và loài Lúa hoang (Zizania australis). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 2.4 Cây đƣớc CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 2.5 Cây Sậy (Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%8D_%C4%90%C6%B0%E1%BB%9Bc) 2.3.5 Thành phần cơ thể của thực vật thủy sinh Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng: a) Hàm lượng nước Cơ thể thực vật thủy sinh chứa một lƣợng nƣớc khá cao từ 85 – 95% trọng lƣợng cơ thể. Nó biến thiên từ 90 – 95% đối với thực vật thủy sinh sống trôi nổi, 84 – 95% đối với thực vật thủy sinh sống chìm và 76 – 90% đối với thực vật thủy sinh sống nổi. b) Hàm lượng khoáng Hàm lƣợng khoáng trong thực vật thủy sinh biến thiên tùy theo địa phƣơng và mùa. Hàm lƣợng khoáng biến thiên từ 8 – 60% (trọng lƣợng khô) tùy theo hàm lƣợng khoáng trong nguồn nƣớc. Hàm lƣợng Phospho, magne, sodium, sulfur, manganese, đồng và kẽm tƣơng tự nhƣ các thực vật cạn, nhƣng hàm lƣợng Fe, Ca, K thì cao hơn. c) Hàm lượng Protein Đối với hầu hết các thực vật thủy sinh (TVTS) thì 80% đạm tổng số dƣới dạng protein.TVTS chứa từ 8 – 30% protein thô (trọng lƣợng khô) tƣơng đƣơng với thực vật cạn. Hàm lƣợng protein của các TVTS này biến động tùy theo hàm lƣợng chất dinh dƣỡng của môi trƣờng sống của chúng và mùa. Tuy nhiên ở hầu hết các loài TVTS hàm lƣợng lysine và methionine thƣờng thấp hơn so với các thực vật cạn. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.3.6 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong nƣớc bởi thực vật thủy sinh Thực vật ở vùng ngập nƣớc đóng vai trò quan trọng trong xử lý nƣớc thải nhƣ một tác nhân làm sạch nƣớc tự nhiên. Do tác dụng của tiến trình quang hợp, cây cỏ trong đất ngập nƣớc làm thay đổi đặc điểm hóa học của nƣớc, có tác dụng làm các chất dinh dƣỡng trong đất chuyển đổi và chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển trong điều kiện bão hòa hoặc cận bão hòa. Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng:các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sẽ đƣợc loại bỏ bởi các thực vật thủy sinh theo các cơ chế sau: a) Cơ chế loại bỏ BOD5 Trong các ao xử lý các chất rắn lắng đƣợc sẽ lắng xuống đáy ao và sau đó bị phân hủy bởi các VSV yếm khí. Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hòa tan đƣợc loại đi bởi các hoạt động của VSV nằm: - Lơ lửng trong nƣớc. - Bám vào bùn lắng. - Bám vào thân và rễ của các TVTS. Vai trò chính của việc loại chất hữu cơ là do các hoạt động của VSV, việc hấp thu trực tiếp do các TVTS không đáng kể nhƣng các TVTS tạo giá bám cho các VSV thực hiện vai trò của mình. Nếu các ao xử lý không bị nạp quá tải thì BOD5 của nƣớc thải đầu ra ở giai đoạn TVTS phát triển tốt từ 3 – 10mg/L, BOD5 của nƣớc thải đầu ra ở giai đoạn TVTS chết đi từ 5 – 20mg/L. b) Cơ chế loại các chất rắn Ở các bể xử lý nƣớc thải bằng TVTS, thời gian tồn lƣu của nƣớc thải trong bể khá lâu, do đó nó có khả năng loại cả cặn bã và chất rắn lơ lửng. Các hạt keo hay các chất rắn không lắng đƣợc sẽ bị loại bỏ một phần do các cơ chế sau: các hạt keo bị loại bỏ bởi quá trình hoạt động của các vi sinh vật và bởi sự va chạm và kết dính với các chất rắn khác. Các chất rắn nổi sẽ bám vào bề mặt các thực vật và bị phân hủy bởi các hoạt động của vi sinh vật hiếu khí. Các chất rắn lắng đƣợc sẽ lắng xuống đáy ao và bị phân hủy bởi các vi sinh vật yếm khí. Hàm lƣợng của SS đầu ra sẽ phụ thuộc vào vận tốc nƣớc và dòng chảy rối trong ao, loại thực vật trong ao và thời điểm trong năm. Một lợi điểm của các ao xử lý theo kiểu này là hạn chế đƣợc sự phát triển của tảo, hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của gió trên bề mặt ao, do đó hàm lƣợng SS đầu ra rất thấp thông thƣờng là dƣới 20mg/L, vào mùa hè và mùa thu có thể xuống dƣới 10mg/L. c) Cơ chế loại nitơ Nitơ trong nƣớc thải có thể bị loại bởi các cơ chế sau đây: SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 11 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Bị hấp thu bởi thực vật và sau đó thực vật đƣợc thu hoạch và đƣa khỏi hệ thống. - Sự bay hơi của amoniac. - Quá trình nitrat hóa và khử nitrat của các vi sinh vật. Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat góp phần lớn nhất. Thực vật cung cấp giá bám cho các vi khuẩn nitrat hóa. Để quá trình nitrat hóa có thể xảy ra hàm lƣợng DO phải ở mức 0,6 - 1,0 mg/L. Quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí và quá trình này cần phải cung cấp thêm nguồn cacbon cho các vi sinh vật tổng hợp các tế bào của nó và pH phải duy trì ở mức trung tính. Tốc độ của quá trình khử nitrat phụ thuộc vào: - Các điều kiện môi trƣờng cần thiết cho các hoạt động của vi khuẩn nhƣ nguồn cacbon, pH, nhiệt độ - Diện tích bề mặt của lớp trầm tích dƣới đáy ao - Khả năng phóng thích N2 tạo ra bởi quá trình khử nitrat vào khí quyển (không bị giữ lại ở bên dƣới lớp thực vật). d)Cơ chế loại Phospho Phospho trong nƣớc thải đƣợc khử đi do các TVTS hấp thu vào cơ thể hay là bị hấp phụ hay kết tủa. Trong đó cơ chế khử Phospho bằng hiện tƣợng kết tủa và hấp phụ góp phần quan trọng nhất. Cuối cùng Phospho sẽ đƣợc loại bỏ khỏi hệ thống qua việc: - Thu hoạch các TVTS - Vét bùn lắng ở đáy e) Cơ chế khử các kim loại nặng Kim loại nặng đƣợc khử khỏi nƣớc thải bằng các cơ chế sau: - Hấp thụ bởi các TVTS. - Kết tủa dƣới dạng các oxit, hidroxit, cacbonat phosphat và sulfides kim loại. - Trao đổi ion và hấp phụ bởi sét ở đáy bể hoặc các hợp chất hữu cơ trong bể. Thực vật có khả năng tích tụ cáckim loại nặng trong cơ thể của chúng với nồng độ 3 lần lớn hơn nồng độ trong nƣớc thải, khả năng loại bỏ kim loại nặng theo cơ chế này rất thấp so với các cơ chế khác. Do đó, sự loại bỏ kim loại nặng trong các ao TVTS chủ yếu là do quá trình kết tủa, trao đổi ion và hấp phụ. Các cơ chế trên phụ thuộc vào khả năng oxy hóa khử, pH, sự hiện diện của các khoáng sét, các chất hữu cơ không hòa tan và nồng độ của các chất cùng kết tủa và các hợp chất có liên quan nhƣ sulfur, Phospho, sắt, nhôm, manganese và cacbonate. d) Cơ chế loại các chất hữu cơ khó phân hủy Các chất hữu cơ khó phân hủy sẽ bám vào các thực vật và bị loại bỏ thông qua các quá trình lý học, hóa học và sinh học trong ao. g) Cơ chế khử các VSV VSV có thể bị khử do các nhân tố lý, hóa và sinh học trong bể xử lý, bao gồm: - Các nhân tố lý học nhƣ là do sự lắng tụ của VSV xuống đáy bể, hoặc là sự tiếp xúc của các VSV với ánh sáng mặt trời (UV). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Các nhân tố hóa học nhƣ là các hiện oxi hóa khử, các độc tố trong bể xử lý. - Các nhân tố sinh học nhƣ là sự cạnh tranh của các VSV tự nhiên khác hoặc chết đi do không tìm đƣợc ký chủ thích hợp. Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý Phần cơ thể Nhiệm vụ Rễ và/ hoặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển. Lọc và hấp thu các chất rắn. Thân và/ hoặc lá ở mặt nƣớc hoặc phía trên mặt nƣớc Hấp thu ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản đƣợc sựphát triển của tảo. Làm giảm ảnh hƣởng của gió lên bề mặt xử lý. Làm giảm sự trao đổi khí giữa nƣớc và khí quyển. Chuyển oxy từ lá xuống rễ. (Nguồn: Polprasert, 1989) 2.3.7 Các ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng Việc sử dụng TVTS có thể gây nên sự lan truyền các mầm bệnh do: - Mầm bệnh có trong nƣớc thải (ảnh hƣởng trực tiếp tới các công nhân). - Các độc tố (kim loại nặng, thuốc trừ sâu) và mầm bệnh trong các TVTS (ảnh hƣởng đến SV tiêu thụ). - Các TVTS tạo nơi trú ẩn và phát triển cho các côn trùng gây bệnh. 2.4 PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ Nguyên tắc của phƣơng pháp này là sử dụng các vi sinh vật kị khí và vi sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nƣớc thải, ở điều kiện không có oxy hòa tan với nhiệt độ, pH,… thích hợp để có các sản phẩm dạng khí (CO2, CH4) (Nguyễn Văn Phƣớc, 2003). Quá trình phân hủy kị khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát: (CHO)nNS CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào Vi Sinh. 2.4.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí Theo Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt (2009) đã trích dẫn, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau để khái quát hóa các cơ chế sinh học của quá trình phân hủy yếm. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp, liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên, ngƣời ta thƣờng đơn giản hóa chúng bằng phƣơng pháp sau đây: Chất hữu cơ lên men CH4 + CO2 + H2 + H2S yếm khí Quá trình phân hủy yếm khí đƣợc chia thành 3 giai đoạn: SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 13 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Giai đoạn 1: Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử (thủy phân và lên men) - Giai đoạn 2: Tạo nên các acid hữu cơ trong đó chủ yếu là acid acetic. - Giai đoạn 3: Tạo methane 4% 76% Chất hữu cơ 52%cao phân tử 28% Acid hữu cơ 24% H2 Methane Acid acetic 20% Giai đoạn I Giai đoạn II Thủy phân và lên men Tạo axit acetic, H2 72% Giai đoạn III Sinh CH4 Hình 2.6 Ba giai đoạn của quá trình lên men kỳ khí (Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2003) Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân Các chất hữu cơ cao phân tử nhƣ protein, chất béo, carbonhydrates, cellulose, lignin sẽ bị phân hủy bởi các enzyme ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn). Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hòa tan đƣợc sẽ làm nguyên liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn 2. Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi các protein thành các aminacit, cacbohyrate thành các đƣờng đơn, chất béo thành các acid béo chuỗi dài. Tuy nhiên các chất hữu cơ nhƣ cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản đây là một giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí. Bởi vì lúc đó các vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong hầm và các yếu tố môi trƣờng nhƣ là pH và nhiệt độ. Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh acid Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ đƣợc chuyển hóa thành acid axetic, H2 và CO2 bởi vi khuẩn Acetic. Tỉ lệ của các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ VSV trong hầm ủ và các điều kiện môi trƣờng. Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh methane Ở giai đoạn này, các nhóm vi sinh vật methane sẽ chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn 2 thành CH4 và các sản phẩm khác. Vi khuẩn methane là những vi khuẩn yếm khí bắt buộc có tốc độ sinh trƣởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 14 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân đoạn 2. Methane đƣợc sản xuất từ hai cách: các vi khuẩn methane sử dụng acid acetic làm nguyên liệu chính và một số chất khác để sản xuất methane (70% methane đƣợc tạo ra từ đây), methane còn lại đƣợc sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ acid formic nhƣng phần này không quan trọng. Các phản ứng có thể đƣợc biểu diễn qua các phƣơng trình sau: Nguyên liệu CO2 + H2 + acetate Nguyên liệu propionate + butyrate + ethnol CH3COO- + H2O 4H2 + HCO3- + H CH4 + HCO3- + năng lƣợng CH4 + 3H2O + năng lƣợng 2.4.2 Các nhóm vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy kị khí Có nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau tham gia vào quá trình kỳ khí. Phản ứng chung của quá trình nhƣ sau (Polprasert, 1989): Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S. Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2004. Các vi khuẩn tham gia vào quá trình lên men yếm khí đƣợc chia ra làm bốn nhóm chính:     Nhóm 1: Vi khuẩn thủy phân (Hydrolytic bacteria) Nhóm 2: Vi khuẩn lên men axit (Fermentative acidogenic bacteria) Nhóm 3: Vi khuẩn Acetic (Acetogenic bacteria) Nhóm 4: Vi khuẩn Methane (Methanogens) 2.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng quá trình phân hủy sinh học kỳ khí Theo Lê Hoàng Việt (2014) cho rằng các nhân tố làm ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh học kỳ khí nhƣ sau: Chế phẩm vi sinh để cấy Các vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy yếm khí thƣờng có mặt sẵn trong các loại chất thải hữu cơ, do đó không cần phải sử dụng thêm chế phẩm vi sinh để cấy cho các hệ thống. Tuy nhiên, thời gian nhân đôi của các vi khuẩn tạo methane rất lâu từ 3 – 30 ngày (Gererardi, 2003). Do đó, khi khởi động hệ thống ta nên cho nƣớc thải của một hệ thống phân hủy yếm khí đang hoạt động vào hệ thống mới làm chất mồi cho mẻ ủ để rút ngắn thời gian khởi động. Hàm lượng chất rắn (total solid – TS) trong nguyên liệu nạp cho hệ thống Các hệ thống phân hủy yếm khí cho tới nay thƣờng đƣợc vận hành ở khoảng nồng độ chất rắn khác nhau (Monnet, 2003): - Loại vận hành ở nồng độ chất rắn thấp: hàm lƣợng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho loại này nên đƣợc điều chỉnh ở mức 5 đến < 10%, 90 – 95%, còn lại là nƣớc. - Loại vận hành ở nồng độ chất rắn trung bình: hàm lƣợng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho loại này nên đƣợc điều chỉnh ở mức 15 – 22%. - Loại vận hành ở nồng độ chất rắn cao: hàm lƣợng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho loại này nên đƣợc điều chỉnh ở mức 22 – 40%. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 15 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Qui trình lên men ƣớt với 90 – 95% là nƣớc là qui trình đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc thải. Điều kiện yếm khí tuyệt đối Sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong bình ủ đòi hỏi phải ở điều kiện yếm khí hoàn toàn. Vì sự có mặt oxygen sẽ ảnh hƣởng lớn khả năng hoạt động của VSV tạo khí methane, sự tạo khí methane có thể giảm đi hoặc ngừng hẳn. Thời gian lưu tồn nước Tùy theo loại nƣớc thải và điều kiện môi trƣờng có thời gian lƣu nƣớc () khác nhau, thời gian lƣu nƣớc phải đủ lâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỳ khí xảy ra. Bể phân hủy kỳ khí tăng trƣởng dính bám có thời gian lƣu nƣớc 1 – 10 ngày trong khi bể kỳ khí tăng trƣởng lơ lửng đòi hỏi 10 – 60 ngày. Nhiệt độ Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa sẽ ảnh hƣởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. - Từ 25 - 400C: thích hợp cho các VSV ƣa ấm. - Từ 50 – 650C: thích hợp cho các VSV ƣa nhiệt (ƣa nóng). Tóm lại: khi nhiệt độ tăng, tốc độ sinh khí tăng nhƣng ở nhiệt độ trong khoảng 40 450C thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kiềm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 650C trở lên. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm Độ pH đƣợc điều chỉnh ở mức 6,6 – 7,6; tối ƣu trong khoảng 7 – 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo axit có thể chịu đựng pH thấp khoảng 5,5 nhƣng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH ở đó. Ảnh hưởng của độ mặn Theo kết quả nghiên cứu của Trung tâm Năng Lƣợng Mới - Đại Học Cần Thơ (2011) cho thấy vi khuẩn tham gia quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muốn ăn NaCl trong nƣớc. Với nồng độ < 0,3‰ khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể. Nhƣ vậy, việc phát triển hầm ủ Biogas tại các vùng nƣớc lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều. Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp Ảnh hƣởng của lƣợng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng hai nhân tố sau: - Hàm lƣợng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3*ngày hay kg VS/m3*ngày. - Thời gian lƣu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ. Lƣợng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane. Vậy, để duy trì sự ổn định cho quá trình phân hủy kỳ khí, ta phải tuân thủ các điều kiện sau: - Không có oxy. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 16 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Không có hàm lƣợng quá mức kim loại nặng. - Giá trị hỗn hợp từ 6,6 – 7,6. - Phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1.000 – 1.500 mg/L làm dung dịch đệm để ngăn pH giảm xuống dƣới 6,2. - Nhiệt độ của hỗn hợp (nƣớc thải) từ 27 – 380C. - Phải có đủ dƣỡng chất theo tỉ lệ COD: N: P = 350: 5: 1 và nồng độ thấp của kim loại sắt… (Theo Trịnh Xuân Lai, 2009). 2.5 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG SINH HỌC KỲ KHÍ Theo Lƣơng Đức Phẩm (2009) cho rằng: Các công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học kỳ khí đƣợc chia thành những nhóm nhƣ sau: Công nghệ xử lý kị khí Sinh trƣởng lơ lửng Xáo trộn hoàn toàn Tiếp xúc kị khí Sinh trƣởng bám dính UASB Lọc kị khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Hình 2.7 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kị khí 2.5.1 Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỳ khí với sinh trƣởng lơ lửng Đó là quá trình phân hủy kỳ khí đƣợc xáo trộn hoàn toàn và đƣợc thực hiện trong công trình thƣờng đƣợc gọi là bể methane. Việc sinh khí methane hay phân hủy các chất hữu cơ trong bể methane có thể thực hiện ở 35 - 370C hoặc 50 - 550C. Gồm có hai phƣơng pháp: a) Xử lý bằng phương pháp “tiếp xúc kỵ khí” (ANALIFJ – tiếng Pháp):bể lên men có thiết bị trộn và có bể lắng riêng. Theo phƣơng pháp này, công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn. Giữa hai thiết bị chính có đặt một thiết bị khử khí để loại khí tắt trong các vục vón. Phƣơng pháp này ít chịu ảnh hƣởng bởi lƣu lƣợng, thích hợp đối với việc xử lý phân chuồng, xử lý các nƣớc thải đặc nhƣ trong công nghiệp đồ hộp, công nghiệp hóa chất, công nghiệp bột giấy… Hiệu quả của phƣơng pháp: loại bỏ BOD5 tới 80 – 950C và COD tới 60 – 90%. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 17 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân b) Xử lý nước thải ở lớp bùn kỵ khí với dòng hướng lên (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) hay còn gọi là “lên men ở lớp bùn – ANAPULSE” UASB là quy trình kị khí có tầng bùn dòng chảy ngƣợc. Bể phản ứng đƣợc làm bằng bê tông, thép không gỉ và đƣợc cách nhiệt với bên ngoài. Trong bể phản ứng với dòng nƣớc dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đƣợc đặt cùng với bể phản ứng. Khí methane đƣợc tạo ra ở giữa lớp bùn. Hỗn hợp khí – lỏng và bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Một số bọt khí và bùn khí bám vào sẽ nổi lên sau đó va vào lớp chắn phái trên, các bọt khí bị vỡ và hạt bùn đƣợc tách ra lại lắng xuống dƣới. Hiệu quả của phƣơng pháp: loại bỏ đƣợc 75 – 85% COD. 2.5.2 Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỳ khí với sinh trƣởng bám dính Đây là phƣơng pháp xử lý kỳ khí nƣớc thải dựa trên cơ sở sinh trƣởng dính bám với vi khuẩn kỳ khí trên các giá bám. Hai quá trình phổ biến của phƣơng pháp này là lọc kỳ khí và lọc với vật liệu trƣơng nở, đƣợc dùng để xử lý nƣớc thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trƣởng gắn kết cũng đƣợc dùng để khử nitrat. Các phƣơng pháp lọc kỳ khí: a) Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá bám hữu cơ (ANAFIZ) Trong phƣơng pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá bám bằng chất dẻo, có dòng nƣớc đẩy chảy qua. Bể lọc kỳ khí thích hợp cho việc xử lý nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm thấp ở nhiệt độ không khí ngoài trời. b) Xử lý nước thải bằng lọc kỵ khí với vật liệu giả lỏng trương nở (ANAFLUX) Với phƣơng pháp này vi sinh vật đƣợc cố định trên lớp vật liệu đƣợc giãn nở bởi dòng nƣớc dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích lớn nhất. ANAFLUX thích hợp với nƣớc thải có COD 2,5 g/l, nghĩa là các loại nƣớc thải của xí nghiệp thực phẩm (rƣợu, bia, đồ hộp, sữa,…), công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, hóa dƣợc,… Hiệu quả của phƣơng pháp: loại bỏ đƣợc 70 – 90% COD. c) Bể kỵ khí Ở trong bể kỳ khí, vi sinh vật kỳ khí phân hủy các chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối ở dạng khí, chủ yếu là CH4, CO2 và các sản phẩm trung gian sinh mùi nhƣ H2S, axit hữu cơ,… Bể kỳ khí có thể dùng xử lý nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao nhƣ protein, dầu mỡ, không có chứa các chất có tính độc với vi sinh vật, đủ chất dinh dƣỡng và nhiệt độ nƣớc tƣơng đối cao. Phƣơng pháp này thích hợp cho nƣớc thải lò mổ, chế biến thịt gia súc, gia cầm. Hiệu quả xử lý BOD5 là từ 50 – 70%. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 18 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.6 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG CÁNH ĐỒNG LỌC Theo Lê Hoàng Việt (2014), các hệ thống xử lý nƣớc thải trên nền đất còn đƣợc gọi là cánh đồng lọc. Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc là việc tƣới lên bề mặt của một cánh đồng với lƣu lƣợng có tính toán để đạt đƣợc mức xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của “hệ đất – nƣớc – thực vật” của hệ thống. Ở các nƣớc đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ. Do đó việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc đƣợc coi nhƣ là một biện pháp rẻ tiền. Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt đƣợc ba mục tiêu: - Xử lý nƣớc thải. - Tái sử dụng các chất dinh dƣỡng có trong nƣớc thải để sản xuất. - Nạp lại nƣớc cho các túi nƣớc ngầm. So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lƣợng hơn. Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cần năng lƣợng để vận chuyển và tƣới nƣớc thải lên đất, trong khi xử lý nƣớc thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lƣợng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lƣu nƣớc thải và bùn… Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế nhƣ cần một diện tích lớn, phụ thuộc vào cấu trúc và điều kiện khí hậu. Tùy theo tốc độ di chuyển, đƣờng đi của nƣớc thải trong hệ thống ngƣời ta chia cánh đồng lọc ra làm 3 loại: - Cánh đồng lọc chậm (SR : slow rate process) - Cánh đồng lọc nhanh (RI: rapid infitration process) - Cánh đồng lọc chảy tràn (OF: overland flow process) 2.6.1 Các cơ chế xử lý nƣớc thải trong cánh đồng lọc a) Đối với chất thải rắn Trong các hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc co chảy trên mặt đất, các chất rắn lơ lửng bị giữ lại một phần do tác động của quá trình do vận tốc của dòng chảy chậm đi, một phần bị giữ lại do quá trình lọc bởi các thực vật hay xác bả của chúng. Ngoài ra, khi nƣớc thải ngấm qua các lỗ rỗng của đất, các chất rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại do quá trình lọc. Độ dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thƣớc của các chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất và vận tốc của nƣớc thải. Lƣu lƣợng nƣớc thải càng cao, các hạt đất càng lớn thì bề dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc càng lớn. Đối với cánh đồng lọc chậm do lƣu lƣợng nƣớc thải áp dụng cho hệ thống thấp nên các chất rắn lơ lửng có kích thƣớc lớn sẽ bị giữ lại ngay trên bề mặt đất, các chất rắn lơ lửng có kích thƣớc nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở vài centimet đất mặt. Một điều khác cần chú ý là nếu hàm lƣợng chất lơ lửng quá cao nó sẽ lắp đầy các lỗ rỗng của đất làm giảm khả năng thấm lọc của đất, cũng nhƣ làm nghẹt các hệ thống tƣới. Do đó, chúng ta cần phải thiết kế và vận hành phù hợp để tránh làm giảm khả năng thấm lọc của đất. Trong trƣờng hợp đã xảy ra sự cố này ta nên cho cánh đồng lọc “nghỉ” một thời gian để các quá trình tự nhiên phân hủy các chất rắn lơ lửng tích tụ này, phục hồi lại khả năng thấm lọc của đất. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 19 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân b) Các chất hòa tan Các chất hòa tan trong nƣớc thải có thể bị pha loãng do nƣớc mƣa. Ngoài ra, các quá trình chuyển hóa học và sinh học có thể loại bỏ đƣợc các chất này. Tuy nhiên, ở những vùng khô hạn có tốc độ bốc hơi nƣớc cao, các chất này có thể bị tích tụ lại (ví dụ các muối khoáng). c) Các chất hữu cơ Các chất hữu cơ trong nƣớc thải bất kể là ở dạng hòa tan hay chất rắn lơ lửng, đƣợc loại bỏ bởi các hoạt động của vi sinh vật đất, các quá trình sinh học này thƣờng diễn ra ở phần rễ của thảm thực vật. Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ thƣờng tạo thành các màng vi sinh vật bám trên bề mặt các hạt đất, thực vật hay xác bã thực vật. Số lƣợng vi khuẩn trong đất biến thiên từ 1 – 3 tỉ cá thể/g đất, sự đa dạng của chúng cũng giúp cho quá trình phân hủy có thể phân hủy chất hữu cơ tự nhiên hoặc nhân tạo. Sự hiện diện hay không của oxy trong khu vực này cũng ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình phân hủy và sản phẩm cuối cùng của hệ thống. Hàm lƣợng oxy có trong khu vực này tùy thuộc vào cấu trúc (độ rỗng) của đất. Thƣờng thì các hệ thống tự nhiên đƣợc thiết kế để có thể duy trì đƣợc điều kiện hiếu khí (lƣu lƣợng nạp BOD5 thấp hơn khả năng vận chuyển của oxy vào hệ thống), do đó, quá trình phân hủy các chất hữu cơ chủ yếu là do các vi sinh vật hiếu khí, nhờ đó, vận tốc quá trình đƣợc đẩy mạnh, chất thải đƣợc phân hủy hoàn toàn hơn và không tạo ra mùi hôi. Do sự phân hủy các vi sinh vật đất, các hợp chất chứa nitơ, Phospho, lƣu huỳnh chuyển từ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ và phần lớn đƣợc đồng hóa bởi hệ thực vật. Khi hệ thống đƣợc thiết kế để nitrat hóa nƣớc thải, ta phải tạo những chu kỳ thiếu khí thích hợp cho quá trình. Lƣu ý quá trình khử nitrat cũng có thể diễn ra nếu lƣu lƣợng nạp chất hữu cơ quá cao, đất quá mịn, thƣờng xuyên ngập nƣớc, mực thủy cấp cao, pH đất trung tính hoặc kiềm nhẹ, nhiệt độ ấm… d) Nitơ Các hợp chất hữu cơ chứa nitơ ở dạng các chất rắn lơ lửng sẽ bị loại bởi quá trình lắng và lọc. Các hợp chất hữu cơ chứanitơ có thể bị kết hợp với mùn. Một ít các hợp chất hữu cơ chứa nitơ bị thủy phân thành các acid amin hòa tan và tiếp tục bị phân hủy thành NH4-N. NH4-N hòa tan trong nƣớc thải có thể đƣợc loại bỏ trực tiếp bởi quá trình bốc hơi NH3. Việc loại bỏ NH4-N theo con đƣờng này chỉ khoảng 10%, ngoại trừ trƣờng hợp diễn ra ở các ao cố định nƣớc thải có thời gian tồn lƣu dài và pH thay đổi liên tục. Hầu hết NH4-N trong nƣớc thải đầu vào và NH4-N do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ đƣợc hấp thụ tạm thời ở bề mặt các hạt đất do phản ứng trao đổi ion. Lƣợng NH4-N sẽ đƣợc thực vật hấp thụ hay tiếp tục chuyển hóa thành NO3-N (trong điều kiện hiếu khí). NO3-N mang điện tích âm, do đó nó không bị hấp phụ bởi các hạt keo đất và do đó, nó vẫn nằm trong nƣớc thải và nếu không đƣợc thực vật hấp thu nó sẽ thẩm lậu xuống nƣớc ngầm, NO3-N bị hấp thu bởi thực vật, nhƣng quá trình này chỉ diễn ra ở khu vực rễ thực vật trong quá trình tăng trƣởng. Để thực sự loại bỏ NO3-N ra khỏi hệ thống ta phải thu hoạch thực vật và vận chuyển nó ra khỏi hệ thống. NO3-N còn có thể bị loại bỏ bằng quá trình khử nitrat, tuy nhiên để có thể loại bỏ NO3-N bằng con đƣờng này, chúng ta phải cung cấp các điều kiện môi trƣờng cần thiết nhƣ: điều kiện thiếu khí, tỉ lệ C/N thích hợp (thấp nhất là 2/1 tính theo TOC và tổng N). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 20 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân e) Phospho Phospho đƣợc loại bỏ chủ yếu thông qua quá trình kết tủa và hấp phụ hóa học. Các orthophosphat bị hấp phụ bởi các hạt sét và các thành phần hữu cơ trong phức hệ đất. Việc kết tủa diễn ra bởi calcium (ở pH trung tính hay kiềm) và bởi sắt hoặc nhôm (ở pH acid) với vận tốc chậm hơn quá trình hập phụ tự nhiên, nó có độ quan trọng nhƣ nhau. Các photphat đã bị hấp phụ rất khó bị rửa trôi và thẩm lậu. Khả năng loại bỏ Phospho phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa nƣớc thải và phức hệ đất, do đó, khả năng loại bỏ Phospho của các hệ thống chảy tràn hay các ao, hồ rất thấp. f) Các chất vi lượng (chủ yếu là kim loại) Các chất này đƣợc loại bỏ chủ yếu bởi quá trình hấp phụ kết hợp với kết tủa và một phần ít bởi sự hấp thu của thực vật. Khả năng tích tụ của các kim loại trong đất và trầm tích rất cao, đặc biệt là ở pH trên 6,5. Ở pH thấp và điều kiện yếm khí, một vài loại loại có khả năng bị hòa tan trở lại vào dung dịch. g) Các mầm bệnh, ký sinh trùng Các mầm bệnh và ký sinh trùng bị tiêu diệt do tồn tại bên ngoài ký chủ một thời gian dài, canh tranh với các vi sinh vật đất, bám trên các bộ phận của thảm thực vật sau đó bị tiêu diệt bởi tia UV trong bức xạ mặt trời. 2.6.2 Cánh đồng lọc chậm Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nƣớc thải thông qua đất và hệ thực vật ở lƣu lƣợng nạp thải cho hệ thống khoảng vài cm/tuần. Các cơ chế xử lý diễn ra khi nƣớc thải di chuyển trong đất và thực vật, một phần nƣớc thải có thể di chuyển vào nƣớc ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình bốc hơi nƣớc và hô hấp của thực vật. Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống đƣợc khống chế hoàn toàn nếu có thiết kế chính xác. Cánh đồng lọc chậm đƣợc chia làm hai loại: loại I và loại II. Loại I chủ yếu dùng để xử lý nƣớc thải, cho nên việc thiết kế lƣu lƣợng nạp nƣớc không phụ thuộc vào nhu cầu nƣớc của thảm thực vật mà phụ thuộc vào độ thấm dẫn của đất và các thành phần trong nƣớc thải. Loại II dùng để tái sử dụng nƣớc cho mục đích canh tác, tƣới cây cảnh. Nƣớc thải đƣợc tƣới cho cánh đồng lọc chậm bằng biện pháp tƣới trên bề mặt thông qua các rãnh hay tƣới bằng vòi phun. Để duy trì trạng thái hiếu khí trong đất ngƣời ta thƣờng áp dụng biện pháp tƣới theo chu kỳ (một chu kỳ bao gồm khoảng thời gian tƣới và một thời gian nghỉ), thông thƣờng mỗi chu kỳ kéo dài từ 4 – 10 ngày. 2.6.3 Cánh đồng lọc nhanh Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc nhanh là việc đƣa nƣớc thải vào các kênh đào ở khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với một lƣu lƣợng nạp lớn. Các điều kiện địa lý nhƣ độ thấm lọc của đất, mực thủy cấp rất quan trọng đối với việc ứng dụng phƣơng pháp này. Nƣớc thải sau khi thấm lọc qua đất đƣợc thu lại bằng các ống thu nƣớc đặt ngầm trong đất hoặc các giếng khoan. Mục tiêu của phƣơng pháp xử lý này là: - Nạp nƣớc cho các túi nƣớc ngầm, hoặc nƣớc mặt. - Tái sử dụng các chất dinh dƣỡng và trữ nƣớc thải lại để sử dụng cho các vụ mùa. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 21 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phƣơng pháp này giúp xử lý triệt để các loại nƣớc thải và ngăn chặn sự xâm nhập mặn của nƣớc biển vào các túi nƣớc ngầm. Tuy nhiên các dạng đạm hữu cơ có thể chuyển hóa thành đạm nitrat và đi vào nƣớc ngầm, nếu vƣợt quá tiêu chuẩn 10 mg/L khi sử dụng chúng làm nƣớc sinh hoạt gây bệnh methemoglobinenia ở trẻ em. Nếu khu vực xử lý nằm trong tình trạng yếm khí H2S sẽ sinh ra làm nƣớc ngầm có mùi hôi. Hiệu suất sử lý SS, BOD5, Coliform trong phân của hệ thống gần nhƣ triệt để, hiệu suất khử nitơ khoảng 50%, Phospho khoảng 70 – 95%. Các điểm cần lƣu ý cho quá trình thiết kế là lƣu lƣợng nạp nƣớc thải 10 – 250 cm/tuần. Thời gian nạp kéo dài 0,5 – 3 ngày sau đó cho đất nghỉ 1 – 5 ngày. Độ sâu của mực nƣớc ngầm từ 2 – 3 m, độ dốc thƣờng nhỏ hơn 5%. Để xác định khả năng thấm lọc của đất ngƣời ta thƣờng khoan lỗ có đƣờng kính từ 100 – 300 cm. Đáy của lỗ nằm ngang mực nƣớc với tầng đất cần cho thiết kế, đổ đầy nƣớc, độ thấm lọc đƣợc xác định theo hai cách: độ sâu của lớp nƣớc rút đi trong một khoảng thời gian nhất định hay là thời gian cần thiết để nƣớc trong lỗ rút xuống một mức nào đó. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 22 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 2.8 Sơ đồ di chuyển của nƣớc thải trong cánh đồng lọc nhanh (Nguồn: US EPA, 2003) SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 23 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.6.4 Cánh đồng lọc chảy tràn Cánh đồng lọc chảy tràn là phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong đó nƣớc thải đƣợc cho chảy tràn lên bề mặt cánh đồng có độ dốc nhất định, đi ngang qua các cây trồng, sau đó tập trung lại trong các kênh thu nƣớc. a) Đặc điểm của cánh đồng lọc chảy tràn Mục đích:  Xử lý nƣớc thải đến mức của các quá trình xử lý cấp II, cấp III;  Tái sử dụng chất dinh dƣỡng để trồng các thảm cỏ hoặc tạo các vành đai xanh;  Hiệu suất xử lý SS, BOD5, của hệ thống từ 95 – 99%, hiệu suất khử nitơ khoảng 70 – 90%, Phospho khoảng 50 – 60%. b) Các bước chủ yếu trong quá trình thiết kế cánh đồng lọc chảy tràn bao gồm - Đánh giá và lựa chon địa điểm; - Lựa mức độ tiền xử lý; - Chọn hệ thống phân phối nƣớc; - Xác định các thông số thiết kế cần thiết - Xác định nhu cầu trữ nƣớc thải; - Tính diện tích đất cần thiết; - Bố trí các thành phần của hệ thống; - Chọn cây trồng; - Thiết kế chi tiết các thành phần của hệ thống; - Xác định các nhu cầu quan trắc, quản lý hệ thống. c) Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế o o o o Đất ít thấm nƣớc sét hoặc sét pha cát; Lƣu lƣợng nạp thải thô là 10 cm/tuần; Lƣu lƣợng nạp nƣớc thải sau xử lý nƣớc cấp I là 15 – 20 cm/tuần; Lƣu lƣợng nạp nƣớc thải sau xử lý nƣớc cấp I là 25 – 40 cm/tuần; Độ sâu của mực nƣớc ngầm không cần thiết. Độ dốc khoảng 2 – 4 %, chiều dài đƣờng đi của nƣớc thải không nhỏ hơn 36 m. Thời gian nạp kéo dài 6 – 8 giờ sau đó cho đất nghỉ 16 – 18 giờ, vận hành 5 – 6 ngày/tuần. Ƣu điểm và nhƣợc điểm khi áp dụng cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây Sậy trong mô hình xử lý nƣớc thải. Ƣu điểm  Làm sạch hiệu quả: Phân hủy các chất gây ô nhiễm đạt yêu cầu về tiêu chuẩn môi trƣờng.  Vận hành ổn định: Phƣơng pháp có tính ổn định cao do khả năng đệm và tự điều hòa sinh học tốt quanh năm.  Chi phí lắp đặt và vận hành thấp. - Điện năng sử dụng cho máy móc thiết bị rất ít hoặc không có. - Không sử dụng hóa chất nên giảm chi phí và không gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 24 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP     CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Không tốn chi phí xử lý bùn: Vì hệ thống không sản sinh ra bùn hay các chất thải khác. - Quy trình vận hành đơn giản nên phí bảo dƣỡng thấp. - Vật liệu thí nghiệm đơn giản, dễ tìm nhƣ cây Sậy. Ít tốn thời gian khi theo dõi, quan sát mô hình trong quá trình xử lý. Mô hình xử lý hiếu khí tự nhiên, tận dụng tài nguyên sẵn có. Không cần đội ngũ quản lý có trình độ chuyên môn cao. Tính linh động cao: - Dễ dàng thiết kế cánh đồng theo chiều ngang hay dọc tùy theo nhu cầu và điều kiện - Phân hủy hầu hết các chất dinh dƣỡng có trong dòng thải nhƣ các hợp chất của Phospho, nitơ, sun fua và nhiều chất khác. - Quá trình nitrat hóa và khử nitơ xảy ra đồng thời vì vậy phân hủy đƣợc nitơ có trong ammoni và nitrat. - Loại trừ hiệu quả các tác nhân gây bệnh. Nhƣợc điểm  Diện tích cho mô hình xử lý lớn.  Dễ dị ảnh hƣởng bởi yếu tố bên ngoài nhƣ: khí hậu, nhiệt độ, tính chất đất của mô hình, đông vật gây hại…  Thời gian xử lý chậm. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 25 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của nƣớc thải trong cánh đồng lọc chảy tràn (Nguồn: US EPA, 2003) SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 26 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.7 SƠ LƢỢC VỀ ĐẤT NGẬP NƢỚC KIẾN TẠO 2.7.1 Khái niệm Theo Lê Anh Tuấn, Lê Hoàng Việt & Guido Wyseure (2009), trích dẫn: - “Đất ngập nƣớc là vùng đất của đầm lầy, miền đầm lầy, bãi than bùn hoặc vùng nƣớc, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thƣờng kỳ hoặc tạm thời, nƣớc đứng hoặc đang chảy, nƣớc ngọt, nƣớc lợ hoặc mặn, bao gồm cả vùng biển nơi độ sâu dƣới mức thủy triều thấp không quá 6 m”. - “Đất ngập nƣớc có thể kết hợp các vùng đất ven sông và vùng ven biển liền kề, các vùng đảo hoặc vùng biển có độ sâu dƣới 6 m so với mực nƣớc triều thấp”. 2.7.2 Đặc điểm đất ngập nƣớc Theo Lê Anh Tuấn (2009) cho rằng: Có 3 đặc điểm để đánh giá và phân loại đất ngập nƣớc: nguồn nƣớc, thực vật và đất. a) Nguồn nƣớc Đất ngập nƣớc phải có sự hiện diện của nƣớc, bất kể nguồn nƣớc có từ đâu nhƣ: nƣớc mƣa, nƣớc do tuyết tan, nƣớc trong ao hồ, đầm lầy, sông suối, kênh mƣơng, cửa biển, vùng biển cạn hoặc nƣớc ngầm, nƣớc đọng trong đất, nƣớc trong các lớp thổ nhƣỡng… Sự có mặt của nƣớc có thể là thƣờng xuyên hoặc theo mùa hoặc thay đổi bất thƣờng do các tác động thiên nhiên hoặc con ngƣời. Đất ngập nƣớc có thể chứa nhiều loại nƣớc có chất lƣợng nƣớc khác nhau nhƣ: nƣớc mặn, nƣớc chua, nƣớc kiềm, nƣớc ngọt, nƣớc thải từ sinh hoạt, nƣớc thải sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, khai khoáng,… Có chứa chất vô cơ hoặc hữu cơ, nƣớc bùn,… Mô tả đặc điểm thủy văn nguồn nƣớc có lẽ là một tiêu chí quan trọng nhất cho việc hình thành và quản lý các loại đất ngập nƣớc và tiến trình trong đất ngập nƣớc (Mitsch và Goselink, 2000). Nguồn nƣớc hiện diện trong vùng đất ngập nƣớc có thể ở: (a) Vùng trũng chứa nƣớc mặt (Hình a); (b) Vùng trũng chứa nƣớc ngầm đổvào (Hình b); (c) Vùng dòng chảy trên sƣờn dốc (Hình c) và (d) vùng trũng ngập lũ (Hình d). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 27 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 2.10 Các vùng hình thành đất ngập nƣớc (Nguồn: Lê Anh Tuấn, 2009) b) Thực vật Do sự hiện diện của đất và nƣớc, thực vật có thể phát triển trên vùng đất ngập nƣớc. Thực vật trên vùng đất ngập nƣớc là nền tảng của chuỗi thực phẩm và là yếu tố chính của dòng năng lƣợng trong toàn hệ thống đất ngập nƣớc (Cronkvà Siobhan, 2001). Sự hiện diện các loài thực vật khác nhau trong vùng đất ngập nƣớc rất phong phú. Nhiều tác giả đã liệt kê và mô tả loài thực vật này nhƣ Sarah (1997), Cronkvà Siobham (2001). Các loài thực vật sống trong vùng đất ngập nƣớc còn đƣợc các nhà thực vật học gọi bằng tên là cây ƣa nƣớc (hydrophytes, hoặc water loving plants), chúng thích nghi trong điều kiện ẩm ƣớt, yếm khí, bao gồm các khả năng (US- EPA 2007): - Nhiều loài có những túi khí đặc biệt gọi là mô khí (aerenchyma) trong rễ và thân cho phép oxygen khuếch tán từ những mô hô hấp của cây và rễ của chúng. - Một số cây thân gỗ bơm oxygen từ lá (một sản phẩm của quang hợp) tới bộ rễ nằm trong đất bão hòa nƣớc. Tiến trình này cho phép tạo các phản ứng trao đổi dinh dƣỡng cần thiết với đất xung quanh. - Một số cây phát hệ thống rễ cạn, thân phình hoặc bộ rễ mọc ra từ thân xõa ra trên mặt đất. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 28 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Các loại cây ƣa nƣớc trong môi trƣờng nƣớc mặn phát triển những thanh cản ngăn chặn hoặc kiểm soát muối tại mặt rễ và những cơ quan đặc biệt có khả năng bài tiết muối qua các gân lá. Thực vật ở đất ngập nƣớc còn có thể phân loại dựa vào sự quan sát hình dạng của chúng: - Thực vật có thân lá, cành, hoa, trái vƣợt ttrên mặt nƣớc(Emergent plants). Điển hình là các cây cỏ đuôi mèo (Cattails), cây cói (Rushes), cây thủy trúc (Umbrella plant – Cyberusalternifolius). - Thực vật có lá trải rộng nổi trên mặt nƣớc, thân và rễ dƣới mặt nƣớc. Hoa và trái vƣợt trên mặt nƣớc (Floating plants). Điển hình nhƣ cây hoa súng (water lily), bèo tấm (duckweek). - Thực vật ngập chìm hoàn toàn dƣới mặt nƣớc (Submergent plants). Điển hình nhƣ các loại tảo, rong. - Cây bụi (Shrubs) đầu thấp, cho thân gỗ mềm với nhiều cành nhỏ. - Cây thân gỗ có thể cao hơn 5 m, có thể một thân hoặc một thân nhiều nhánh. Điển hình nhƣ các loại tràm, đƣớc, bần, mắm,… Nhóm các cây này thƣờng tạo nên một quần thể thực vật đất ngập nƣớc rộng lớn dạng rừng cây. c) Đất Đất đƣợc định nghĩa nhƣ là một vật liệu tự nhiên không bền vững hiện diện trên mặt đất, cây trồng phần lớn tồn tại trên đất. Đất ở vùng đất ngập nƣớc (Wetland soil) thƣờng đƣợc gọi là “đất có chứa nƣớc” (hydric soil). Đặc điểm của đất nền là một chỉ định quan trọng trong mô tả thủy văn đất ngập nƣớc. Phần lớn đất ngập nƣớc tồn tại ở những nơi đất ở trạng thái bão hòa hoặc cận bão hòa do đất ngập nƣớc. Các vùng đất này thƣờng là những nơi đất trũng, đất thấp hoặc những nơi có dòng chảy đi qua hoặc là nơi mà nƣớc ngầm có thể dâng trào, phún xuất làm cho đất bị sũng ƣớt, ngậm nƣớc hoặc bị ứ nƣớc. Do đất bị ngâm trong nƣớc một thời gian khá dài, trong điều kiện yếm khí nên đất nguyên thủy thành đất ngập nƣớc mà ở đó chỉ một số loài thực vật đặc biệt có thể sống đƣợc. Có bốn điều kiện để cho đất trở nên yếm khí ở khu đất ngập nƣớclà: - Đất phải bị bão hòa đến điểm không thể tiếp nhận oxygen trong không khí. Đất phải chứa các nguồn hữu cơ có thể bị oxy hóa hoặc phân hủy đƣợc. Đất phải có chứa một số quần thể vi khuẩn hô hấp để có thể oxy hóa chất hữu cơ. Nƣớc trong đất phải bị ứ đọng hoặc di chuyển chậm. Khi đánh giá đất ngập nƣớc cần lƣu ý mô tả đặc điểm địa hình, địa mạo, độ dốc, tính chất thổ nhƣỡng, màu sắc của nền đất nhƣ ví dụ trên hình. Các chỉ số về hình thái đất cũng đƣợc sử dụng để nhận dạng đất của đất ngập nƣớc. Dƣới đây là một số chỉ số tổng quát:     Sự tích tụ của chất hữu cơ. Màu sắc của đất theo tầng đất. Sự hiện diện các đốm, các vằn trong đất. Sự phân biệt Ion sắt hoặc mangan. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 29 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân  Mức giảm Sulphur và carbon (chẳng hạn trong đất phèn). Hình 2.11 Các loại đất và lƣu lƣợng nƣớc thải ứng dụng cho các cánh đồng lọc (Nguồn: Polprasert, 1989) SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 30 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.8 CÂY SẬY 2.8.1 Giới thiệu Cây Sậy tên khoa học là Phragmites communis thuộc họ lau Sậy, có tên tiếng Anh là Common Reed. Theo Trung tâm quốc gia nƣớc sạch và Vệ sinh môi trƣờng nông thôn (2009), phƣơng pháp dùng lau Sậy để xử lý nƣớc thải do giáo sƣ Kathe Seidel ngƣời Đức đƣa ra từ những năm 60 của thế kỷ XX. Khi nghiên cứu khả năng phân hủy các chất hữu cơ của cây cối, ông nhận thấy điểm mạnh phƣơng pháp này chính là tác dụng đồng thời của rễ, cây và các vi sinh vật tập trung quanh rễ trong đó, loại cây có nhiều ƣu điểm nhất là Sậy. Không nhƣ các cây khác tiếp nhận oxy không khí qua khe hở trong đất và rễ, lau Sậy có một cơ cấu chuyển oxy ở bên trong từ trên ngọn cho đến tận rễ. Quá trình cũng diễn ra trong giai đoạn tạm ngừng sinh trƣởng của cây. Nhƣ vậy, rễ và toàn bộ cây lau Sậy có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất oxy đƣợc rễ thải vào khu vực xung quanh và đƣợc vi sinh vật sử dụng cho quá trình phân hủy hóa học. Ƣớc tính số lƣợng vi khuẩn trong đất quanh rễ loại cây này có thể nhiều nhƣ số vi khuẩn trong các bể hiếu khí kỹ thuật, đồng thời phong phú hơn về chủng loại từ 10 – 100 lần. Chính vì vậy, các cánh đồng lau Sậy có thể xử lý đƣợc nhiều loại nƣớc thải có chất độc khác nhau và nồng độ ô nhiễm lớn. Hiệu quả xử lý nƣớc thải sinh hoạt (với các thông số nhƣ amoni, nitrat, photphat, BOD5, COD, tổng Coliform) đạt tỉ lệ phân hủy 92 – 95%. Còn đối với nƣớc thải công nghiệp có chứa kim loại thì hiệu quả xử lý COD, BOD5, crom, đồng, nhôm, sắt, chì, kẽm đạt 90 – 100%. Việc nghiên cứu giấy Ucraina cho biết, cây Sậy vẫn mọc tốt trong nƣớc ao có nồng độ chất chì cao gấp 4000 lần nƣớc bình thƣờng hoặc có hàm lƣợng phenol 500 mg/l (chỉ cần 0,2 mg phenol trong 1 lít nƣớc đủ làm chết cá). Thậm chí, sau 20 ngày, cây Sậy đã lọc sạch tất cả các chất độc này. Vì vậy, ngƣời ta thƣờng trồng Sậy trong ao để khử độc chất thải của các nhà máy và bảo về cá nuôi. 2.8.2 Đặc tính cấu tạo Theo Phạm Hoàng Hộ (2000), Sậy lớn lên trong những đầm lầy hoặc theo những bờ của ao, hồ, sông, suối. Chúng cũng có thể lớn lên trong những vùng nƣớc khô cạn hoặc ngay cả những chổ khô. Sậy cạnh tranh rất mạnh so với các loại cây khác. Chúng thƣờng mọc chung với những loại cây khác và phát triển rất mạnh. Sậy phát triển rất nhanh là do rễ của chúng phát triển rất mạnh, rễ của chúng trải ra xung quanh và đi xuống mặt đất rất nhanh. Sậy là một loại cây có thể sống rất lâu. Mặc dù khi đã chặt thân, lá, thậm chí bông đã chết nhƣng rễ chúng vẫn phát triển. Ngƣời ta sử dụng Sậy để ngăn chặn sự ô nhiễm, hấp thụ chất ô nhiễm trong đất. Rễ của chúng có thể giữ lại các chất ô nhiễm trong đất. Chúng ta có thể sử dụng Sậy để làm giấy, làm rổ, giỏ, làm chổi. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 31 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Cây Sậy là một loài cây có thể sống trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt và phù hợp với khí hậu Việt Nam. Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể phân hủy chất hữu cơ và hấp thu kim loại nặng trong nƣớc thải y tế. Cây Sậy có thân dày và có thể cao tới 4 m sau 5 năm. Rễ cây Sậy có khả năng làm tăng lƣợng oxy trong bể cát và đảm bảo khả năng chảy qua cát. Các bộ phận của Sậy: - Thân:Sậy là một loại cỏ lâu năm, cao đến 3 mét, thân to 1 – 1,5 cm, bọng mỏng cơm, lóng dài 10 – 13 cm. - Lá: có phiến rộng 1 – 3 cm, hình vảy hẹp, dài 15 – 25 cm, không gân chính, không lông, trên phiến lá thƣờng có vết nhăn nằm ngang, bìa nhám, lông ở mép. - Hoa: hoa màu vàng dợt, tạo thành chùm tụ tán lớn, cao đến 50 cm, các nhánh hoa hơi xụ, gié bọng rông 1 – 1,5 cm mang 6 – 10 hoa, cọng có lông nhƣ tơ. Hình 2.12Các bộ phận chi tiết của cây lau Sậy (Nguồn: Khoa học và đời sống, 2003) Phân loại Theo Phạm Hoàng Hộ (2000) Sậy ở Việt Nam có 3 loài là: Arundo donax, phragmites, hramites australis. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 32 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Sự sinh trưởng và phát triển Sậy mọc hoang nơi đất ẩm, nhiều nắng, có thể chịu đƣợc nƣớc ngập suốt mùa mƣa từ tháng 5 – 10 dƣơng lịch, gặp ở khắp cao độ, theo Taylor các đám Sậy rộng lớn chỉ xuất hiện trên vùng đất cát pha sét mà cứ định kì đất lại bị khô đi dến độ sâu nào đó. Sậy có thểsinh trƣởng và phát triển trong khoảng pH 2 – 8. Trổ hoa vào tháng 6 – 8 dƣơng lịch, ở nhiệt độ tối ƣu là 12 – 230C, trái vào tháng 11 – 12 dƣơng lịch, tại U Minh năng suất thân lá đến 20 – 25 tấn/ha.năm; cây thƣờng già, khô vào giữa mùa nắng từ tháng 12 – 3 dƣơng lịch. Theo Kondrat và Eva (1975), loại Sậy có tiết một chất độc làm cho các loại tảo Microcystis, Lynbya không sống đƣợc. 2.8.3 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nƣớc thải ở Việt Nam Tháng 4/2003, Trƣờng Đại học Cần Thơ đã xây dựng một khu đất ngập nƣớc kiến tạo với kiểu chảy ngầm nằm ngang nhằm thực nghiệm khả năng xử lý nƣớc thải sinh hoạt dân cƣ ở Khu I. Cây trồng đƣợc chọn là Sậy (là Phragmites communis) với mật độ trồng ban đầu là 25 cây/m2. Khu thực nghiệm là một bể xây bằng bê-tông cốt thép hình khối chữ nhật có kích thƣớc phần lọc qua cát là 12m × 1,6m × 1,1m. Ở phần đáy của đoạn xử lý qua cát có 5 van nhỏ để lấy mẫu nƣớc. Phía hai đầu của phần xử lý đều có bể chứa nƣớc đầu vào (1,6×1,6×1,8m3) và đầu ra. Thực nghiệm cho thấy hệ rễ cây Sậy đã hút khá nhiều lƣợng nƣớc thải vào trong hệ thống. Nhờ khả năng hút nƣớc mạnh của rễ Sậy, các chất ô nhiễm trong nƣớc thải đƣợc Sậy hấp thu biến thành sinh khối. Chất lƣợng nƣớc thải đƣợc cải thiện rõ rệt qua quá trình chảy ngầm trong khu đất ngập nƣớc kiến tạo với cây trồng là Sậy nhƣ trong thực nghiệm. Kết quả đo đạc này ở Đại học Cần Thơ góp phần dữ liệu xác định lƣợng thoát hơi từ Sậy khi đạt chiều cao trƣởng thành mà trƣớc đó chƣa có thực nghiệm. Nghiên cứu này cũng là cơ sở để chọn loại cây trồng cho việc xử lý nƣớc thải qua khu đất ngập nƣớc kiến tạo ở một khu vực nhiệt đới gió mùa, trong đó Sậy là một ứng viên nổi bậc cho việc quyết định chọn lựa (Lê Anh Tuấn, 2011). 2.8.4 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nƣớc thải ở Thế giới Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng lau Sậy (còn gọi là phƣơng pháp thiết bị rễ cây) là phƣơng pháp đã và đang đƣợc áp dụng tại nhiều nƣớc ở châu Âu. Tại nhiều nguồn nƣớc thải khác nhau và đã thu đƣợc những thành công nhất định. Rất nhiều thiết bị rễ cây đã đƣợc xây dựng để xử lý nƣớc thải sinh hoạt, công nghiệp, bãi rác và nông nghiệp. Ví dụ nhƣ về nƣớc thải sinh hoạt. Trên một diện tích là 7500 m2 có thể xử lý nƣớc thải của khoảng 1000 đến 4000 dân. Thiết bị này có thể áp dụng cho mỗi hộ gia đinh có 4 nhân khẩu đến các làng xã, thị trấn trên 20009 dân. Các thông số về nitơ ammon, mitrat, Phospho, BOD5 tại những nơi đặc biệt nhƣ Hunggari, Canada, Thụy Sĩ cho tỉ lệ phân hủy từ 92 đến 96%. Nƣớc thải công nghiệp có chứa lƣu huỳnh và asen hay nƣớc thải nông nghiệp có chứa nhiều phân gia súc không thể sử dụng đƣợc do chúng chứa nhiều nitơ và Phospho cũng đƣợc lọc sạch. Thiết bị rễ cây đặt ở Pháp để xử lý nƣớc thải chứa kim loại đã phân hủy những chất nhƣ BOD5, COD, crom, đồng, nhôm, sắt, chì, kẽm từ 90 đến 100%. Tại các sân bay quốc tế Klothen ở Zurich (Thụy sỹ) và Schonefeld Berlin (CHLB Đức) đã sử dụng thiết bị rễ cây để xử lý nƣớc thải đặc biệt phát sinh sau khi lau, rửa máy bay. Bề mặt máy bay đƣợc phun nƣớc glycol, nƣớc này sẽ đƣợc thu gom lại và lọc sạch. Đặc biệt chú SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 33 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân ý là nƣớc rò rỉ từ các bãi rác vì bên cạnh rác sinh hoạt còn có chất thải độc hại của công nghiệp. Tại Đức, một thiết bị rễ cây rộng khoảng 2500 m2 hoạt động từ năm 1984 và xử lý nƣớc rò rỉ rất độc từ bãi rác. Qua phân tích nƣớc chảy ra từ thiết bị xử lý nƣớc thải rễ cây cho thấy tất cả các chất này đã bị phân hủy từ 85 đến 99%. Ở nƣớc Mỹ ngƣời ta đã sử dụng quá nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải bằng thực vật (trong đó có lau Sậy). Bằng phƣơng pháp này 80% nitơ và Phospho đã đƣợc chuyển hóa. Bảng 2.4 Tổng hợp khả năng chuyển hóa BOD5 và SS của một số cơ sở bằng phƣơng pháp FWS và SFS trên thế giới BOD mg/L STT 1 2 3 4 5 6 Tên Dự Án Listowel Ontario Santee, CA Sydney Arcata , CA Emmisbrug, MD Gustine, CA Lƣu lƣợng Dạng 17 _ 240 11.35 132 3.78 FWS SFS SFS FWS SFS FWS Đầu vào 56 118 33 36 62 150 Đầu ra 10 30 4.6 13 18 24 SS mg/L Đầu vào 111 57 57 43 30 140 % giảm Đầu ra BOD 8 82 5.5 75 4.5 86 31 71 8.3 71 19 84 SS 93 90 92 73 73 86 (Nguồn: Gray, 2004) Chú thích: - FWS: phƣơng pháp lọc với mô hình đất ngập nƣớc có dòng chảy ngang trên bề mặt. - SFS: phƣơng pháp lọc với mô hình đất ngập nƣớc nhân tạo có dòng chảy ngầm. 2.9 CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM ĐẶC TRƢNG CỦA NƢỚC THẢI 2.9.1 Thông số vật lý  Hàm lượng chất rắn lơ lửng Theo Trần Đức Hạ (2002), các chất rắn lơ lửng trong nƣớc thải 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…).  Mùi Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nƣớc thải chƣa qua xử lý bao gồm các chất nhƣ sau: SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 34 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Bảng 2.5 Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nƣớc thải chƣa qua xử lý Chất tạo mùi hôi Công thức hóa học Mùi A-min CH3NH2,(CH3)3N Tanh của cá Ammoniắc NH3 Mùi nƣớc tiểu Diamine NH2(CH2)4, NH2(CH2)5NH2 Mùi cá rửa Khí sunfua hydrô H2 S Mùi trứng thối Mercaptans (v.d. methyl và ethyl) CH3SH, CH3(CH2)SH Mùi bắp cải thối Mercaptans (v.d. T=butyl và crotyl ) (CH3)3CSH, CH3(CH2)3SH Mùi chồn hôi Hợp chất hữu cơ chứa lƣu huỳnh (CH3)2S, (C6H5)2S Mùi bắp cải thối Skatole C9H9N Mùi phân (Nguồn: Gray, 2004)  Độ màu Nƣớc thải vừa đƣợc thải ra có màu xám nhạt, tuy nhiên khi nó di chuyển trong hệ thống thu gom một thời gian và khi điều kiện yếm khí hình thành trong hệ thống thu gom màu nƣớc sẽ đậm dần và cuối cùng chuyển thành màu đen. Màu đen của nƣớc thải do sự hình thành các sulfide kim loại trong quá trình yếm khí. (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014). 2.9.2 Thông số hóa học  pH của nƣớc thải pH là chỉ số đặc trƣng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thƣờng đƣợc dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nƣớc. pH của nƣớc thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nƣớc thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 – 7,6. Các loài vi khuẩn phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trƣờng có pH từ 7 – 8. Ngoài ra pH còn ảnh hƣởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng khi tạo bông cặn bằng phèn nhôm.  Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD) COD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nƣớc bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nƣớc. COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ và đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nƣớc từ đó có thể lựa chọn phƣơng pháp xử lý phù hợp.  Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD) BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định. Chỉ SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 35 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nƣớc thải. BOD càng lớn thì nƣớc thải bị ô nhiễm càng cao và ngƣợc lại. Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nƣớc thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong nƣớc thải.  Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO) DO là lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nƣớc (cá, lƣỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thƣờng đƣợc tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nƣớc nằm trong khoảng 8 – 10ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự quang hợp của tảo. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nƣớc giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nƣớc của các thuỷ vực.  Nitơ và các hợp chất chứa nitơ Trong nƣớc mặt cũng nhƣ nƣớc ngầm nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Dƣới tác động của nhiều yếu tố hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nitơ này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại trong nƣớc và có độc tính đối với con ngƣời.  Phospho và các hợp chất chứa Phospho Trong các loại nƣớc thải, Phospho hiện diện chủ yếu dƣới các dạng Photphate.Các hợp chất Photphat đƣợc chia thành Photphat vô cơ và Photphat hữu cơ. Phospho là một chất dinh dƣỡng đa lƣợng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định Phospho tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thƣờng của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phƣơng pháp sinh học. Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tƣợng phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.  Chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nƣớc và ƣa nƣớc tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nƣớc. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp. 2.9.3 Vi sinh vật học Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nƣớc thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho ngƣời. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nƣớc và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán. Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nƣớc thƣờnggây các bệnh về đƣờng ruộtnhƣ: dịch tả do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thƣơng hàn do vi khuẩn Salmonella typhosa... SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 36 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Virus: có trong nƣớc thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ƣơng, viêm tủy xám, viêm gan... Thông thƣờng khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt đƣợc virus. Giun sán: Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con ngƣời có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của ngƣời và động vật là nguồn đƣa giun sán vào nƣớc. Tuy nhiên, các phƣơng pháp xử lý nƣớc hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả (Lƣơng Đức Phẩm, 2007). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 37 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân CHƢƠNG 3 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN Địa điểm: - Thực hiện tại cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. - Các chỉ tiêu hóa lý đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm của Trung Tâm Ứng Dụng và Khoa Học Công Nghệ thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. Thời gian thực hiên là học kì I, năm học 2014 – 2015. 3.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm Nƣớc thải sản xuất hủ tiếu ở cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang. Nƣớc thải đƣợc thu gom và chuyển trực tiếp đến túi ủ biogas, nƣớc thải ban đầu có mùi hôi chua và có chứa cặn lơ lửng. “Cây Sậy” đƣợc thu tại nhà dân cách cơ sở 1 km, Sậy đƣợc lựa chọn làm thí nghiệm là cây đang phát triển ở giai đoạn hơn 1 tháng sau khi trồng, lá xanh và thân tròn khỏe mạnh, không có hiện tƣợng héo úa; đƣợc phân bố đồng đều trên cánh đồng với tỉ lệ khoảng 60 – 80 cây/m2. Lớp vật liệu lọc là cát và đá 1x2 với tỉ lệ 1 khối cát, 2 khối đá. Đá nâng pH (xuất xứ USA) có thành phần hóa học chính MgO 97%, CaCO3; tỷ trọng là 1400 kg/m3; có dạng hạt màu trắng sữa, cứng, khô rời, có góc cạnh với kích thƣớc hạt nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 mm và tan dần trong nƣớc, bổ sung định kì mỗi tháng một lần, không cần rửa. Tốc độ lọc từ 12 – 15 m/h. Chức năng của đá là nâng pH của nƣớc thải đầu vào trƣớc khi cho vào bể yếm khí, đạt từ 7,2 đến 7,6 và bổ sung chất khoáng cho nƣớc. Trong khoảng này, vi sinh vật phát triển tốt và khả năng xử lý đạt hiệu quả cao. Hình 3.1 Đá nâng pH SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 38 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 3.2.2 Phƣơng pháp và phƣơng tiện thí nghiệm - Sơ đồ thí nghiệm Nƣớc thải đầu vào Kích thƣớc cánh đồng là dài: rộng= 14 m: 5 m. Cùng kích thƣớc hố thu nƣớc. Bể yếm khí Kích thƣớc bể là dài: rộng sâu= 10 m: 3 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Hố thu nƣớc Kích thƣớc hố là dài: rộng sâu= 0,95 m: 0,95 m: 1,5 m; chiều sâu ngập nƣớc là 1,2 m. Cánh đồng lọc chảy tràn Kênh thu nƣớc thải đầu ra Thải ra sông Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 39 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Mô hình thí nghiệm: Nƣớc thải đầu vào Bể yếm khí 5 4 3 2 1 Hố thu nƣớc Lớp lọc (cát, đá) ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Cánh đồng lọc chảy tràn ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Hố thu nƣớc Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 40 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 3.4 Cánh đồng Sậy đã phát triển và đang thực hiện quá trình xử lý - Thuyết minh mô hình thí nghiệm: Mô hình cánh đồng lọc chảy tràn tạo cảnh quan và xử lý nƣớc thải hủ tiếu.Sau khi ủ gạo lên men nƣớc thải đƣợc cho qua bể yếm khí (túi ủ biogas), đầu ra của túi ủ chảy vào hố thu với kích thƣớc (dài: rộng: sâu= 0,95m: 0,95m: 1,2m), sau đó dùng máy bơm đƣa lên lớp lọc (gồm cát và đá, đá 1x2) bằng cách đặt các van ống ngầm với chiều sâu 0,5 m. Khi qua lớp lọc, một phần nƣớc thải chảy xen qua lớp đá, chui vào các lỗ rỗng của đất rồi ngoi lên mặt và chảy sang tầng đất mặt có trồng thực vật (cây Sậy), phần nƣớc này sẽ chảy tràn và ngấm xuống phần rễ của thực vật và lỗ rỗng của đất để xử lý, một phần nƣớc bị bốc hơi và đƣợc thực vật sử dụng, sau khi dòng nƣớc chảy đi đến hết cánh đồng sẽ gom lại trong một hố thu (cùng kích thƣớc với hố thu đầu ra biogas). Xác định phần nƣớc thải nếu đã đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông. Nếu chƣa đạt thì cho phần nƣớc đó trở ngƣợc lại hố thu sau túi ủ biogas.  Sơ lƣợc chi tiết về các công đoạn xử lý nƣớc thải Nước thải đầu vào: do quá trình sản xuất hủ tiếu có công đoạn ủ gạo lên men nên nƣớc thải có vị chua và mùi hôi, trong nƣớc thải chứa hàm lƣợng tinh bột và chất SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 41 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân hữu cơ rất cao, pH chỉ khoảng từ 5 đến 5,5. Vì vậy, nƣớc thải cần phải đƣợc xử lý để tránh gây ra hiện trạng ô nhiễm cho các khu vực xung quanh. Bể yếm khí (Biogas): gồm có 5 ngăn, mỗi ngăn chứa gần 8 m3nƣớc thải, tổng cộng bể chứa đƣợc khoảng 38 – 40 m3 nƣớc thải.Thời gian tồn lƣu trung bình của bể là 5 – 6 ngày. Ở đây, nƣớc thải đƣợc giữ lại trong môi trƣờng yếm khí tuyệt đối và pH đạt từ 7,2 đến 7,6, vi sinh vật phân hủy kị khí sau 5 – 6 ngày thì nƣớc thải đầu ra có màu đen nhạt và giảm bớt mùi hôirất nhiều so với nƣớc thải ban đầu. Cánh đồng lọc: trƣớc khi cho nƣớc thải đầu ra của bể yếm khí qua cánh đồng thì nƣớc thải đã đƣợc cho qua một lớp vật liệu lọc là cát, đá nhằm loại bỏ một phần hàm lƣợng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng. Trên cánh đồng lọc thì mật độ lau Sậy đƣợc phân bố đồng đều, tại đây nƣớc thải có thể đƣợc loại bỏ hàm lƣợng chất ô nhiễm rất cao, với cơ chế loại bỏ chất hữu cơ bằng các vi sinh vật phân hủy bám lên rễ của Sậy, đồng thời rễ của chúng có thể giữ lại các chất ô nhiễm trong đất. 3.3 PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH Bước 1: Chuẩn bị mô hình: Thay mới túi ủ Biogas và vệ sinh hầm ủ. Rửa và đào đất trong mô hình. Kiểm tra và thay mới các đƣờng ống (nếu không thể sử dụng đƣợc) Chuẩn bị cây trồng và vật liệu lọc (cát, đá) mớivới tỉ lệ cát, đá là 1 : 2 (1 khối cát và 2 khối đá), cát nằm bên dƣới và đá nằm bên trên phần cát. Lớp lọc có kích thƣớc dài: rộng: sâu=1 m: 5 m: 0,6 m, tổng thể tích là 3 m3. - Đặt vật liệu đá nâng pH (20kg) trƣớc công đoạn túi ủ biogas, điều chỉnh pH đạt trung tính. - Bước 2: Chuẩn bị thí nghiệm: - Cấy vi sinh vào túi ủ biogas, tạo môi trƣờng cho vi sinh phát triển. Trồng cây vào mô hình với mật độ khoảng 20 cây/m2. Chăm sóc và theo dõi sự phát triển của cây một cách thƣờng xuyên. Sậy sau khi đƣợc trồng khoảng 70 ngày thì Sậy phát triển với mật độ là 60 – 80 cây/m2, khi đó cho cây làm quen với môi trƣờng nƣớc thải dần. Bước 3: Tiến hành thí nghiệm: - Điều chỉnh nƣớc thải đầu vào, pH>7 trƣớc khi cho qua bể yếm khí. - Cho nƣớc thải qua bể yếm khí với thời gian lƣu tồn là 5 – 6 ngày. - Điều tiết nƣớc thải từ hố thu sang lớp lọc, sao cho lƣợng nƣớc thải phối đều trên cánh đồng. - Điều chỉnh thời gian tồn lƣu trên cánh đồng khoảng 3 giờ. - Quan sát dòng chảy mặt và sự sinh trƣởng của cây trồng. - Tiến hành phân tích mẫu nƣớc thảiđịnh hƣớng thu đƣợc: pH, COD. - Kiểm tra chất lƣợng nƣớc có đạt loại BtheoQCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp, thì thải ra sông. Bước 4: Thu mẫu phân tích Tiến trình và phƣơng pháp lấy mẫu: SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 42 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Chuẩn bị 3 chai nhựa với thể tích 1L. - Ghi nhãn dán và kí hiệu trên thân chai nhựa: tên mẫu nƣớc, vị trí và ngày lấy mẫu. - Tiến hành thu mẫu nƣớc thải chảy xuống ở đầu ra. - Mẫu sau khi thu đƣợc trữ trong tủ trữ và phân tích. Ta phân tích với 3 mẫu sau: - Mẫu đầu vào: pH,BOD5,SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform. - Mẫu đầu ra của túi ủ Biogas: pH,BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho,Tổng Coliform. - Mẫu đầu ra của cánh đồng: pH, BOD5, SS, COD, Tổng N, Tổng Phospho, Tổng Coliform. Bảng 3.1Các chỉ tiêu theo dõi, phƣơng pháp và phƣơng tiện phân tích mẫu Chỉ tiêu Phƣơng pháp Phƣơng tiện Đo trực tiếp Máy đo pH ORION 230A Phƣơng pháp lọc và xác định trọng lƣợng Giấy lọc Phễu lọc Tủ sấy Memmert UI 40 Máy hút chân không, Cân điện tử CP 324S Phƣơng pháp Winkler cải tiến Chai BOD Tủ ủ hiệu Velp FOC 225E Các hóa chất và dụng cụ cần thiết Phƣơng pháp Dicromate Ống nghiệm COD Tủ sấy Memmert UI 40 Các hóa chất và dụng cụ cần thiết Tổng N Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Dung dịch brucine – sulfanilic: Tổng P Phƣơng pháp đo quang phổ Máy quang phổ UV – VIS Thuốc thử Molipdat pH SS BOD5 COD Tổng Phƣơng pháp MPN Coliform Ống nghiệm 10mL Tủ ủ Tủ khử trùng Bước 5: Tạo cảnh quan môi trƣờng - Dọn cỏ xung quanh mô hình. Làm sạch và thiết kế mô hình thoáng mát. Bón phân cho cây trồng. Chăm sóc cây thƣờng xuyên. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 43 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Bước 6: Xử lý số liệu và viết bài: Số liệu đƣợc xử lý bằng phần mềm MS Excel 2007 (phƣơng pháp ANOVA). Nội dung luận văn đƣợc viết bằng phần mềm MS Word 2007. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 44 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT 4.1.1 Tổng quan về cơ sở sản xuất Cơ sở sản xuất Thủy ở ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang . Đây là vùng có khí hậu ôn hòa, biến động nhiệt độ giữa các thời điểm trong năm, trong ngày không cao, không bị ảnh hƣởng của lũ lụt. Nhiệt độ thay đổi theo mùa trong năm, về mùa mƣa nhiệt độ có xu hƣớng thấp hơn nhiệt độ vào cuối mùa khô. Chênh lệch nhiệt độ không lớn (khoảng 3oC). Vận tốc gió trung bình vào khoảng 2,2 – 2,3 m/s. Hƣớng gió chính phụ thuộc hoàn toàn vào các tháng trong năm. Lƣợng mƣa trung bình hằng năm trong khu vực khoảng 1900mm, hơn 80% lƣợng mƣa vào các tháng mùa mua (tháng 4 đến tháng 11). Lƣợng nƣớc thải của cơ sở sản xuất phát sinh từ quá trình ngâm gạo, vo gạo… 4.1.2 Khảo sát tổng quát về qui trình và công nghệ xử lý a) Hệ thống thoát nƣớc - Lƣu lƣợng nƣớc thải của cơ sở sản xuất: 6 – 8 m3/ngày. - Nƣớc thải của quá trình ngâm gạo, vo gạo, lọc bột tự chảy về hố thu, ở đây nƣớc thải đƣợc hệ thống bơm đƣa vào túi biogas của hệ thống xử lý. - Từ túi biogas nƣớc thải chảy vào một hố thu đƣợc đặt sau túi ủ, ở đây có máy bơm tự động khi mực nƣớc dâng lên ở một mức nhất định thì máy bơm sẽ hoạt động và phân phối nƣớc lên cánh đồng. - Nƣớc thải chảy về cuối cánh đồng chảy vào hố thu thì đƣợc bơm thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận. b) Đánh giá hệ thống Do đây là mô hình đã đƣợc xây dựng từ đầu năm 2012 và khi bắt đầu thí nghiệm đã cho vận hành mô hình thử thì các số liệu không đạt và bất ổn vì không có ngƣời trực tiếp quản lý và chăm sóc nên mô hình hầu nhƣ bị hỏng toàn bộ. Bảng 4.1 Đặc điểm nƣớc thải sản xuất hủ tiếu trƣớc khi sửa chữa mô hình STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị theo từng công đoạn Đầu vào 1 pH - 2 COD mg/L Đầu ra Biogas Đầu ra cánh đồng 5,2 5,74 6,43 3250 3400 3160 Qua Bảng 4.1 cho thấy, mô hình đã bị hỏng ở công đoạn túi ủ Biogas và công đoạn cánh đồng lọc hiệu quả xử lý không cao. Vì thế cần phải thi công sửa chữa mô hình. Hệ thống trước khi sửa chữa. - Túi biogas sử dựng lâu bị thủng nhiều chỗ làm cho hệ thống yếm khí không đƣợc kính khí làm cho vi sinh vật yếm khí hoạt động không hiệu quả, cặn của gạo trong SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 45 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân quá trình sản xuất lắng trong túi biogas nhiều làm cho pH cao và cũng làm ức chế sự phát triển của vi sinh vật dẫn đến khả năng xử lý của hệ thống yếm khí bị hạn chế và làm ảnh hƣởng đến toàn bộ hệ thống yếm khí. Hình 4.1 Túi biogas chƣa sửa chữa - Lớp vật liệu lọc, do thời gian sử dụng lâu nên cát đá đã bị đen, sự tích tụ chất rắn lơ lững trong quá trình lọc ở đây cũng làm cho khả năng lọc của lớp vật liệu lọc giảm đi rất nhiều và do đất len vào trong đá làm cho hệ thống ống bị tắt nghẽn trong quá trình sử dụng nên cần phải thay thế lớp vật liệu lọc và sửa chữa lại hệ thống phân phối nƣớc trên cánh đồng. Hình 4.2 Lớp vật liệu lọc chƣa sửa chữa SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 46 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân - Nƣớc thải cách đồng lọc hiện tại nồng độ ô nhiễm quá cao do túi biogas bị hƣ và một phần do gà, vịt tác động đến làm cho thực vật chỉ còn vài bụi sống. Do cánh đồng không có thực vật và nƣớc chảy lâu ngày tạo nên một đƣờng mòn, nƣớc thải khi qua lớp vật liệu lọc thì theo đƣờng mòn đó chảy thẳng đến hố thu. Nƣớc thải qua cánh đồng hầu nhƣ không đƣợc xử lý làm cho nƣớc đầu ra vẫn còn ô nhiễm. Hình 4.3 Cánh đồng lọc chƣa sửa chữa Tóm lại: Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại bị hƣ hại rất nhiều, nƣớc thải ra ngoài môi trƣờng nồng độ ô nhiễm còn khá cao. Với nồng độ COD= 3160 mg/L thì nồng độ ô nhiễm này rất cao nếu thải trực tiếp ra môi trƣờng ngoài thì làm ảnh hƣởng đến nguồn tiếp nhận và đồng thời cũng ảnh hƣởng trực tiếp đến các hệ sinh thái trong khu vực, hơn thế nữa là ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời. Vì vậy cần phải khắc phục và sửa chữa lại hệ thống xử lý nƣớc thải, để không làm ô nhiễm môi trƣờng xung quanh.  Giải thích: Nguyên nhân xử lý nƣớc thải không đạt ở cả 2 công đoạn là do: - pH7. Sau khi nâng pH trong nƣớc thải trƣớc khi cho vào mô hình thí nghiệm thì giá trị pH đầu ra tăng và nằm trong khoảng qui định. Bên cạnh đó, màu nƣớc thải đầu ra Biogas có màu đen nhạt và có mùi hôi nhẹ. Bảng 4.3 Giá trị COD của thí nghiệm định hƣớng theo từng công đoạn Số lần phân tích Giá trị COD theo từng công đoạn (mg/L) Đầu vào Đầu ra Biogas Đầu ra cánh đồng 1 3869 984 490 2 3933 582 135 QCVN 40:2011/BTNMT cột B 150 Giá trị phân tích mẫu đƣợc thực hiện ở thí nghiệm định hƣớng lần thứ nhất và thí nghiệm định hƣớng lần hai thì nồng độ COD đầu ra của nƣớc thải giảm rất nhiều. Khi đó, tiến hành phân tích mẫu chính thức. Bảng 4.4 Kết quả chỉ tiêu nƣớc thải sản xuất đầu vào Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 40-2011/BTNMT Cột B 1 pH - 5,5 5,5-9 2 BOD5 mg/L 1157 50 3 SS mg/L 430 100 4 COD mg/L 3869 150 5 Tổng N mg/L 36 40 6 Tổng P mg/L 10,6 6 7 Tổng Coliform MPN/100mL 5200000 5000 STT Kết quả phân tích nƣớc thải sản xuất đầu vào trình bày ở Bảng 4.4 cho thấy nồng độ chất ô nhiễm trong nƣớc thải rất cao. Hàm lƣợng BOD5, SS, COD, tổng N, tổng P, tổng Coliform lần lƣợt là: 1157 mg/L, 430 mg/L, 2735 mg/L, 36 mg/L, 10,6 mg/L, 5,2×106 MPN/100mL. Xét hai chỉ tiêu BOD5 và COD so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT ở cột B) thì nồng độ BOD5 và COD trong nƣớc thải vƣợt mức cho phép gần 23,1 lần và 18,2 lần. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 50 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 4.3.1 pH trong nƣớc thải pH trong nƣớc thải có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nƣớc thải áp dụng quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong khoảng 7,2÷7,6. Vì vậy, khi nƣớc thải đầu vào pH= 5,5 thì vi khuẩn không thể phát triển tốt nên ta cần điều chỉnh pH đầu vào sao cho pH>7 nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển. Hình 4.7 Giá trị pH của thí nghiệm Qua Hình 4.7 cho thấy các giá trị pH trong nƣớc thải sau xử lý đều nằm trong khoảng cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT cột A (6 – 9). Nguyên nhân là do đã nâng pH trƣớc khi đƣa nƣớc thải vào bể yếm khí với điều kiện pH này thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật nói chung, sau khi cho vào túi ủ nƣớc thải đƣợc tồn lƣu khoảng 5 – 6 ngày thì đầu ra Biogas pH của nƣớc thải tăng. Đồng thời khi nƣớc thải đƣợc cho qua cánh đồng lọc, diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh sáng ở cánh đồng làm cho thực vật phát triển, quá trình quang hợp của cây lấy đi CO2 của nƣớc làm nồng độ pH trong nƣớc tăng. 4.3.2 Hàm lƣợng BOD5 SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 51 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 4.8 Hàm lƣợng BOD5 của thí nghiệm Hình 4.9 Hiệu suất xử lý BOD5 của nƣớc thải Nhận xét Qua hai Hình 4.8 và 4.9 cho thấy, nồng độ BOD5 của nƣớc thải đầu vào là 1186,33 mg/L, sau khi qua xử lý thì hàm lƣợng giảm rất nhiều. Hàm lƣợng BOD5 qua công đoạn là túi ủ Biogas và cánh đồng có trồng Sậy lần lƣợt là 303 mg/L đến 105,33 mg/L. Nƣớc thải đầu ra sau khi đƣợc xử lý cho thấy nồng độ BOD5 không đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B (50 mg/L). Hiệu suất xử lý của BOD5 rất cao. - Công đoạn Biogas là 74,46% - Cánh đồng lọc là 16,66% - Toàn bộ hệ thống là 91,12% SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Ở công đoạn túi ủ Biogas, nồng độ BOD5 giảm xuống còn rất thấp và hiệu quả xử lý rất cao. Trong Hình 4.8 cho thấy, toàn bộ hệ thống xử lý đƣợc 91,12% thì công đoạn túi ủ đã xử lý đƣợc 74,46%, còn lại là công đoạn cánh đồng Sậy xử lý thêm là 91,12% - 74,46%= 16,66%. Nguyên nhân nồng độ BOD5 giảm xuống thấp nhƣng chƣa đạt theo Quy chuẩn là do khi đƣa nƣớc thải vào hệ thống yếm khí thì thời gian tồn lƣu của nƣớc thải ngắn khoảng 5 – 6 ngày, với thời gian này thì vi sinh vật không phân hủy hết các hợp chất hữu cơ và do tính chất nƣớc thải thiếu dƣỡng chất, khi xét theo tỉ lệ BOD5: N: P là 100: 5: 1 thì hàm lƣợng Nitơ thiếu (BOD5: N: P là 100: 3: 1) nên khả năng xử lý của BOD5 không cao. Để quá trình xử lý loại bỏ BOD5 cao hơn cần kéo dài thời gian tồn lƣu. 4.3.3 Hàm lƣợng SS Chất rắn lơ lửng (SS) là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) nằm lơ lửng trong nƣớc thải. Hình 4.10 Hàm lƣợng SS của thí nghiệm Hình 4.11 Hiệu suất xử lý SS của nƣớc thải SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 53 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Nhận xét Giá trị SS sau khi xử lý giảm rất nhiều qua các công đoạn xử lý đƣợc thể hiện trong Hình 4.10 và nằm trong khoảng 58 mg/L đến 77 mg/L. Nƣớc thải đầu ra sau khi đƣợc xử lý cho thấy hàm lƣợng SS đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B (150 mg/L). Hiệu suất xử lý của SS rất cao đƣợcthể hiện trong Hình 4.11: - Công đoạn Biogas là 71,94% - Cánh đồng lọc là 12,25%. - Toàn bộ hế thống là 84,19%. Ở công đoạn túi ủ Biogas, hàm lƣợng SS giảm xuống còn rất thấp và hiệu quả xử lý rất cao. Tất cả các công đoạn xử lý đƣợc 84,19% thì công đoạn túi ủ đã xử lý đƣợc 71,94%, còn lại là công đoạn cánh đồng Sậy xử lý thêm là 86,51% - 71,94%= 11,16%. Nguyên nhân là do bể yếm khí gồm có 5 ngăn, khi đƣa nƣớc thải vào bể yếm khí thì nƣớc chảy qua hết 5 ngăn thì vận tốc nƣớc thải giảm xuống nên các chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy bể, một phần do vi sinh vật phân hủy, vì vậy hàm lƣợng SS giảm rất nhiều. Mặt khác các hạt chất rắn lơ lửng có kích thƣớc lớn khi đi qua lớp vật liệu lọc đã lắng đọng và bị giữ lại. Các chất rắn có kích thƣớc nhỏ sẽ bị loại bỏ một phần do quá trình hoạt động của vi sinh vật trên cánh đồng. 4.3.4 Nồng độ COD Để đánh giá một cách đầy đủ lƣợng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ trong nƣớc thải ngƣời ta sử dụng chỉ tiêu nhu cầu oxy hóa học COD. Hình 4.12 Hàm lƣợng COD của thí nghiệm SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 54 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 4.13 Hiệu suất xử lý COD của nƣớc thải Nhận xét Qua Hình 4.12 cho thấy COD trong nƣớc thải đầu vào rất cao nhƣng sau khi xử lý đã giảm đáng kể. Nồng độ COD nƣớc thải đầu vào là 3869 nhƣng sau xử lý ở 2 công đoạn chỉ còn lại lần lƣợt là 569 mg/L và 125,67 mg/L. Nƣớc thải đầu ra sau khi đƣợc xử lý cho thấy hàm lƣợng COD đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B (100mg/L). Do hàm lƣợng chất hữu cơ khá cao nên việc đạt chỉ tiêu loại A là việc rất khó. Hiệu suất xử lý của COD rất cao đƣợc thể hiện ở Hình 4.13 nhƣ sau: - Công đoạn Biogas là 85,09%. Cánh đồng lọc là 11,62%. Toàn bộ hệ thống là 96,71%. Nguyên nhân làm cho nồng độ COD giảm đáng kể do khi đƣa nƣớc thải vào hệ thống yếm khí, các vi sinh vật kị khí phân giải các hợp chất hữu cơ tạo ra chất khí, đồng thời trên cánh đồng lọc các rễ của thực vật và đất làm giá bám cho vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo các chất vô cơ cho cây hấp thu để phát triển. 4.3.5 Tổng Nitơ Nitơ là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật do nó là một nguyên tố cần thiết để tạo nên các protein và axit nucleic. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 55 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 4.14 Hàm lƣợng tổng N của thí nghiệm Hình 4.15 Hiệu suất xử lý tổng N của nƣớc thải Nhận xét Qua Hình 4.14 cho thấy, hàm lƣợng Nitơ giảm đáng kể. Nguyên nhân là do nƣớc thải sau khi đƣa vào hệ thống phân hủy kị khí (túi ủ Biogas) đã diễn ra quá trình lên men yếm khí nhằm phân hủy các chất hữu cơ, giải phóng khí NH3 làm giảm hàm lƣợng Nitơ. Bên cạnh đó, sau khi nƣớc thải lên cánh đồng là do cây Sậy hấp thu NH4+ để gia tăng sinh khối và rễ của cây vừa là giá bám vừa cung cấp oxy cho vi sinh vật phân giải chất hữu cơ. Ngoài ra, nƣớc thải đầu ra Biogas chứa các hạt rắn lơ lửng có chứa Nitơ hữu cơ bị giữ lại khi qua lớp vật liệu lọc, sau đó nƣớc thải đƣợc đƣa lên cánh đồng có thực vật, vi sinh vật chuyển hóa thành amoni tiếp tục bị các vi sinh vật và thực vật hấp thu. Nƣớc thải đầu ra sau khi đƣợc xử lý đã phân tích cho thấy hàm lƣợng tổng Nitơ đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A (20 mg/L). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 56 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hiệu suất xử lý của N cũng khá cao đƣợc thể hiện trong Hình 4.15, và cụ thể nhƣ sau: - Công đoạn Biogas là 57,95%. Cánh đồng lọc là 27,47% Toàn bộ hệ thống là 85,42%. Nếu chỉ xét ở công đoạn túi ủ Biogas thì hàm lƣợng Nitơ đã giảm xuống còn rất thấp và hiệu quả xử lý rất cao. Toàn bộ các công đoạn xử lý đƣợc 85,42% thì công đoạn túi ủ đã xử lý đƣợc 57,95% còn lại là công đoạn cánh đồng Sậy xử lý thêm 85,42% - 57,95%= 27,47%. Mặt khác, nếu xét về nƣớc thải đầu vào theo tỉ lệ BOD5 :N : P= 100: 5: 1) thì hàm lƣợng Nitơ bị thiếu (BOD5: N: P là 100: 3: 1) nhƣng thiếu không đáng kể, trong khi đó, các bộ phận bị chết và phân hủy của cây đã làm tăng hàm lƣợng Nitơ trong nƣớc. Vì vậy, hàm lƣợng Nitơ mặc dù thiếu nhƣng cũng đƣợc bổ sung trong quá trình xử lý, tạo sự cân bằng hàm lƣợng Nitơ giúp cho khả năng xử lý của mô hình đạt hiệu quả. Do đó, đầu ra nƣớc thải thì hàm lƣợng tổng N vẫn giảm đáng kể so với đầu vào. 4.3.6 Tổng Phospho Các nguyên tố dinh dƣỡng chủ yếu P và N sẽ thúc đẩy quá trình gia tăng sinh khối ở các loài thực vật, đặc biệt là các loài tảo và có thể dẫn đến hiện tƣợng phú dƣỡng hóa cho nguồn tiếp nhận nƣớc thải. Hình 4.16 Hàm lƣợng tổng P của thí nghiệm SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 57 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hình 4.17 Hiệu suất xử lý tổng P của nƣớc thải Nhận xét Qua Hình 4.16 cho thấy, hàm lƣợng Phospho đầu ra giảm đáng kể. Nguyên nhân là do cây Sậy cần nhu cầu dƣỡng chất nhiều nhƣ Phospho, do đó Sậy càng phát triển thì sự hấp thu Phospho của Sậy càng lớn, nên góp phần loại bỏ Phospho trong nƣớc thải.Mặt khác, trong điều kiện yếm khí nhƣ nƣớc thải đƣợc xử lý trong túi ủ Biogas thì dƣới điều kiện này vi khuẩn sử dụng năng lƣợng có đƣợc từ sự phân hủy các polyphosphat, mà chúng đƣợc dự trữ ở dạng poly ß và điều chỉnh pH qua màng tế bào chất. Hiện tƣợng này dẫn đến sự giải phóng các Phospho vô cơ; các chất hữu cơ đơn giản nhƣ axetat đƣợc vi sinh vật sử dụng và dự trữ nội bào ở dạng PHB (poly ß – hydroxybutyrate). Trong điều kiện hiếu khí nhƣ nƣớc thải đƣợc đƣa lên cánh đồng lọc thì năng lƣợng từ sự trao đổi chất dự trữ PHB có sự hiện diện của oxy hoặc NO3 đƣợc sử dụng để tích lũy polyphosphat bên trong tế bào, dƣới những điều kiện này thì các chất Phospho vô cơ đƣợc tế bào sử dụng và dự trữ ở dang polyphosphat.Vì vậy, sau các công đoạn xử lý yếm khí – hiếu khí thì hàm lƣợng Phospho có trong nƣớc thải đƣợc loại bỏ đáng kể. Nƣớc thải sau khi đã xử lý cho thấy hàm lƣợng tổng Phospho đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A (4 mg/L). Hiệu suất xử lý của Phospho cũng khá cao đƣợc thể hiện trong Hình 4.17, và cụ thể nhƣ sau: - Công đoạn Biogas là 52,78%. Cánh đồng lọc là 36,74%. Toàn bộ hệ thống là 89,52%. Nếu chỉ xét về công đoạn túi ủ Biogas, hàm lƣợng Phospho giảm xuống còn rất thấp và hiệu quả xử lý rất cao. Toàn bộ công đoạn xử lý đƣợc 89,52% thì công đoạn túi ủ đã xử lý đƣợc 52,78% còn lại là công đoạn cánh đồng Sậy xử lý thêm 89,52% 52,78%= 36,74%. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 58 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 4.3.7 Tổng Coliform Chỉ tiêu về tổng Coliform là chỉ tiêu để qui định chất lƣợng các loại nƣớc thải. Hình 4.18 Hàm lƣợng tổng Coliform của thí nghiệm Hình 4.19 Hiệu suất xử lý tổng Coliform của nƣớc thải Nhận xét Khả năng loại bỏ Coliform của mô hình là rất lớn, Coliform nƣớc thải đầu vào là 5,2×106 (MPN/100mL) sau khi xử lý chỉ còn 2,733×103 (MPN/100mL), giảm gấp gần 2000 lần. Hiệu quả xử lý rất cao. Nƣớc thải sau khi đã xử lý và đƣợc phân tích cho thấy hàm lƣợng tổng Coliform đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A (3000 MPN/100mL). SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 59 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Hiệu suất xử lý của Coliform cũng rất cao đƣợc thể hiện trong Hình 4.19, và cụ thể nhƣ sau: - Công đoạn Biogas là 99,88%. Cánh đồng lọc là 0,07. Toàn bộ hệ thống là 99,95%. Ở công đoạn túi ủ Biogas, hàm lƣợng tổngColiform giảm xuống còn rất thấp và hiệu quả xử lý rất cao. Tất cả công đoạn xử lý đƣợc 99,95% thì công đoạn túi ủ đã xử lý đƣợc 99,88% còn lại là công đoạn cánh đồng Sậy xử lý thêm 99,95% 99,88%= 0,07%. Nguyên nhân, hiệu suất xử lý của túi ủ Biogas rất cao và gần nhƣ tuyệt đối 100% là do chỉ tiêu tổng coliform đa phần là hệ vi sinh vật hiếu khí khi nƣớc thải qua hệ thống yếm khí thì vi sinh vật hiếu khí chết nên hàm lƣợng tổng Coliform giảm mạnh. Bên cạnh đó là do sự cạnh tranh dinh dƣỡng của hệ vi sinh sẵn có trong nƣớc thải, cộng thêm sự phát triển của các động vật nguyên sinh trên cánh đồng, yếu tố môi trƣờng nhƣ tia tử ngoại và nhiệt độ cũng góp phần lớn trong việc loại bỏ Coliform. Tuy hiệu quả xử lý tổng Coliform của túi ủ Biogas rất cao, nhƣng khi nƣớc thải qua thêm công đoạn cánh đồng thì nƣớc thải đầu ra mới đạt tiêu chuẩn để thải ra bên ngoài. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 60 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Hệ thống xử lý trƣớc khi sữa chữa: do hệ thống yếm khí và cánh đồng lọc bị hƣ hại nghiêm trọng, nƣớc thải sau khi qua hệ thống xử lý nồng độ ô nhiễm vẫn còn cao (COD= 3160 mg/L), nƣớc thải sau xử lý có màu đen và còn có mùi hôi. Hệ thống sau khi đã sữa chữa thì nƣớc thải sau khi xử lý đƣợc cải thiện rất nhiều nƣớc thải không còn màu đen và cũng không còn hôi nữa. - Túi biogas đã đƣợc thay mới và các ngăn chứa nƣớc cũng đƣợc vệ sinh. Kết quả xử lý của túi biogas, BOD5 74,46%, SS 72,13%, COD 57,95%, tổng Nitơ 57,95%, tổng P 52,78%, tổng Coliform 99,88%. Khí biogas đƣợc sinh ra nhiều và làm căng túi biogas và màu đen, mùi hôi của nƣớc thải giảm đi đáng kể so với trƣớc khi sữa chữa. - Kết quả xử lý nƣớc thải sau khi cánh đồng lọc đã sửa chữa và đƣợc trồng cây Sậy xử lý thêm, BOD5 16,66%, SS 12,17%, COD 27,47%, tổng Nitơ 27,47%, tổng P 36,47%, tổng Coliform 0,07%. Hệ thống đã đƣợc sữa chữa và vận hành khá ổn định, nƣớc thải sau khi qua cánh đồng thì không còn màu đen và cũng không còn mùi hôi. - Kết quả xử lý nƣớc thải sau khi qua hệ thống pH, tổng Nitơ, tổng P, tổng Coliform đạt loại A QCVN 40:2011/BTNMT; chỉ tiêu COD, SS đạt loại B QCVN 40:2011/BTNMT riêng chỉ tiêu BOD5 không đạt loại B QCVN 40:2011/BTNMT. Hiệu suất xử lý của hệ thống lần lƣợt là BOD5 91,12%, SS 84,3%, COD 85,42%, tổng Nitơ 85,42%, tổng P 98,52%, tổng Coliform 99,95%. 5.2 KIẾN NGHỊ Trong nƣớc thải do có quá nhiều chất rắn và chúng cần đƣợc loại bỏ trƣớc khi đƣa vào hệ thống, vì vậy ta cần một bể lắng để loại bỏ chất rắn để cho hệ thống hoạt động đƣợc hiệu quả hơn. Cánh đồng lọc có diện tích còn hạn chế, vì vậy cần có thí nghiệm với diện tích cánh đồng lọc lớn hơn để xử lý nƣớc thải đƣợc hiệu quả hơn và để dự phòng khi hệ thống quá tải mà hệ thống vẫn hoạt động ổn định. Cây Sậy vẫn còn tiếp tục phát triển nên không thể đánh giá đƣợc khả năng xử lý tối đa của cây, Cần có thí nghiệm khi cây Sậy trƣởng thành hơn và sự tác động của thời tiết theo mùa cũng nhƣ ảnh hƣỡng của sâu bệnh đến quá đến khả năng xử lý của cây Sậy trên cánh đồng. Cần có những nghiên cứu khác về khả năng xử lý nƣớc thải của các loài thực vật khác trên cánh đồng lọc nhƣ: Thủy trúc, Bồn Bồn, cỏ Nến… SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 61 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Hoàng Việt (2000). Nguyên lí các quá trình xử lý nƣớc thải. Đại học Cần Thơ. 2. Lê Hoàng Việt (2003). Giáo trình Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải. Đại học Cần Thơ. 3. Lê Hoàng Việt (2005). Giáo trình quản lý và tái sử dụng chất thải hữu cơ.Đại Học Cần Thơ. 4. Lê Hoàng Việt (2009). Bài giảng Kỹ thuật xử lý nƣớc thải.Đại học Cần Thơ. 5. Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014. Giáo trình kỹ thuật xử lý nƣớc thải tập 1. Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ. 6. Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014. Giáo trình kỹ thuật xử lý nƣớc thải tập 2. Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ. 7. Lê Anh Tuấn (2005). Bài giảng Công trình xử lý môi trƣờng. Đại Học Môi Trƣờng. 8. Lê Anh Tuấn, Lê Hoàng Việt & Guido Wyseure. Đất ngập nƣớc kiến tạo. NXB Nông nghiệp TP. Hồ Chí Minh. 9. QCVN 40:2011/BTNMT Nƣớc thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trƣờng, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp. 10. Lê Văn Cát, 2007. Xử lý nƣớc thải giàu hợp chất Nitơ và Phospho. NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội. 11. Lƣơng Đức Phẩm, 2007. Công nghệ xử lý nƣớc thải bằng công nghệ sinh học. Nhà xuất bản giáo dục. 12. Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng (2003)a. Công nghệ sinh học môi trƣờng. Tập 1.Công nghệ xử lý nƣớc thải.Nhà xuất bản Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. 13. Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng(2003)b. Công nghệ sinh học môi trƣờng. Tập 2.Xử lý chất thải hữu cơ.Nhà xuất bản Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. 14. Nguyễn Văn Phƣớc (2007). Giáo trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt và công nghiệp bằng công nghệ sinh học. 15. Trần Đức Hạ (2002). Xử lý nƣớc thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội. 16. Trịnh Xuân Lai (2000). Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nƣớc sạch. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 17. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng & Nguyễn Phƣớc Dân, 2008. Xử lý nƣớc thải đô thị và công nghiệp. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 18. Polprasert C., 1989. Organic Waste Recycling. Join Willey & Sons. 19. Gray N. F., 2004. Biology of wastewater treatment. Imperial College press. 20. US EPA, 2003. Wastewater Technology factsheet – Rapid Infiltration land treatment. Municipal Technology branch – US EPA. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 62 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân PHỤ LỤC A Phụ lục A.1 Ảnh máy bơm bị hỏng ở hố thu đầu ra Biogas, nƣớc ứ lại và có màu rất đen Phụ Lục A.2 Ảnh thực tế toàn bộ cánh đồng chỉ còn vài bụi cỏ Vetivet còn sống SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 63 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục A.3 Ảnh thực tế công đoạn may túi ủ Biogas Phụ lục A.4 Ảnh thực tế bơm xả nƣớc trong túi ủ Biogas SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 64 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục A.5 Ảnh thực tế gáp túi ủ Biogas vào bể Phụ lục A.8 Ảnh thực tế khi lắp xong túi ủ Biogas và sự sinh khí trong túi làm túi căng. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 65 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục A.6 Ảnh thực tế khi sửa chữa cánh đồng Phụ lục A.7 Ảnh thực tế đào bỏ vật liệu lọc để thay mới SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 66 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục A.8 Ảnh thực tế cánh đồng đã sửa chữa hoàn toàn và cây Sậy đƣợc trồng khoảng 7 ngày Phụ lục A.9 Ảnh thực tế cho nƣớc thải qua cánh đồng khi Sậy đã phát triển (khoảng 70 ngày kể từ khi trồng) SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 67 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục A.10 Ảnh thực tế lấy mẫu nƣớc thải đầu vào Phụ lục A.11 Ảnh thực tế chai mẫu nƣớc đem phân tích gồm 3 công đoạn: đầu vào, đầu ra Biogas, đầu ra cánh đồng. SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 68 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân PHỤ LỤC B Phụ lục B.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào của cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang chƣa xử lý. ĐƠN VỊ LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 - 5.5 5.67 5.8 BOD5 mg/L 1157 1213 1189 1.186,33±28,1 SS mg/L 430 446 423 433±11,79 COD mg/L 3869 3761 3822 3.817,33±54,15 Tổng N mg/L 36 37 34 35,67±1,53 Tổng P mg/L 10.6 12 10.3 10,97±0,91 CHỈ TIÊU pH Tổng Coliform MPN/100mL 5200000 5300000 5400000 TRUNG BÌNH 5,66±0,15 5300000±100000 Phụ lục B.2 Kết quả phân tích các chỉ tiêu của cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang đƣợc xử lý ở công đoạn Biogas. ĐƠN VỊ LẦN 1 LẦN 2 LẦN 3 - 7.36 7.29 7.32 7.32±0,04 BOD5 mg/L 316 302 291 303±12,53 SS mg/L 142 114 106 120.67±18,9 COD mg/L 573 564 570 569±4,58 Tổng N mg/L 15 16 14 15±1 Tổng P mg/L 5.37 5.14 5.02 5.18±0,18 MPN/100mL 6300 6100 5900 6100±200 CHỈ TIÊU pH Tổng Coliform TRUNG BÌNH Phụ lục B.3 Kết quả phân tích các chỉ tiêu của cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang đã xử lý hoàn toàn. CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ - LẦN 1 7.45 LẦN 2 7.41 LẦN 3 7.44 BOD5 mg/L 116 103 97 105.33±9,71 SS mg/L 77 69 58 68±9,54 COD mg/L 128 113 136 125.67±11,68 Tổng N mg/L 7 4.6 4 5.2±1,59 mg/L 1.25 1.16 1.03 1.15±0,11 MPN/100mL 3400 2500 2300 2733.33±585,95 pH Tổng P Tổng Coliform SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 TRUNG BÌNH 7.43±0,02 69 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân Phụ lục B.4 Hiệu suất xử lý nƣớc thải cơ sở sản xuất hủ tiếu Thủy, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang qua từng công đoạn ĐƠN VỊ (1) (2) (3) pH - - - - BOD5 % 74.46 16.66 91.12 SS % 72.13 12.17 84.3 COD % 85.09 11.62 96.71 Tổng N % 57.95 27.47 85.42 Tổng P % 52.78 36.74 89.52 Tổng Coliform % 99.88 0,07 99.95 CHỈ TIÊU Chú thích: (1) Hiệu suất đầu ra Biogas so với đầu vào (2) Hiệu suất xử lý thêm của cánh đồng (3) Hiệu suất đầu ra cánh đồng so với đầu vào SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 70 [...]... nêu trên, đề tài Đánh giá hiệu quả xứ lý nƣớc thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phƣơng pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây Sậy đƣợc thực hiện 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá hiện trạng và sữa chửa hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất hủ tiếu Thủy, ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang - Xử lý nƣớc thải bằngcánh đồng lọc với phƣơng pháp trồng cây Sậy để cải thiện... Hiệu quả xử lý BOD5 là từ 50 – 70% SVTH: Nguyễn Thị Nhƣ Xuân 1110888 Trƣơng Minh Toàn 1110871 18 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CBHD: Nguyễn Thị Thu Vân 2.6 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG CÁNH ĐỒNG LỌC Theo Lê Hoàng Việt (2014), các hệ thống xử lý nƣớc thải trên nền đất còn đƣợc gọi là cánh đồng lọc Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc là việc tƣới lên bề mặt của một cánh đồng với lƣu lƣợng có tính toán để đạt đƣợc mức xử. .. xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của “hệ đất – nƣớc – thực vật” của hệ thống Ở các nƣớc đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ Do đó việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc đƣợc coi nhƣ là một biện pháp rẻ tiền Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt đƣợc ba mục tiêu: - Xử lý nƣớc thải - Tái sử dụng các chất dinh dƣỡng có trong nƣớc thải. .. hành và bảo quản hệ thống xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn Tuy nhiên, việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế nhƣ cần một diện tích lớn, phụ thuộc vào cấu trúc và điều kiện khí hậu Tùy theo tốc độ di chuyển, đƣờng đi của nƣớc thải trong hệ thống ngƣời ta chia cánh đồng lọc ra làm 3 loại: - Cánh đồng lọc chậm (SR : slow rate process) - Cánh đồng lọc nhanh... dƣới Hiệu quả của phƣơng pháp: loại bỏ đƣợc 75 – 85% COD 2.5.2 Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỳ khí với sinh trƣởng bám dính Đây là phƣơng pháp xử lý kỳ khí nƣớc thải dựa trên cơ sở sinh trƣởng dính bám với vi khuẩn kỳ khí trên các giá bám Hai quá trình phổ biến của phƣơng pháp này là lọc kỳ khí và lọc với vật liệu trƣơng nở, đƣợc dùng để xử lý nƣớc thải chứa các chất cacbon hữu cơ Quá trình xử lý. .. Lâm Minh Triết, 2008) Bên cạnh đó, đặc trƣng ô nhiễm môi trƣờng của các làng nghề sản xuất hủ tiếu là nƣớc thải Nƣớc thải sản xuất hủ tiếu tại hầu hết các làng nghề và cơ sở sản xuất tƣ nhân trên cả nƣớc đã bị ô nhiễm ở mức độ nghiêm trọng, cụ thể: nƣớc thải sản xuất hủ tiếu của làng nghề Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang Trong quá trình sản xuất hủ tiếu phải dùng nƣớc để ngâm gạo, sau 3 ngày ủ gạo lên men, sẽ... để sản xuất - Nạp lại nƣớc cho các túi nƣớc ngầm So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lƣợng hơn Xử lý nƣớc thải bằng cánh đồng lọc cần năng lƣợng để vận chuyển và tƣới nƣớc thải lên đất, trong khi xử lý nƣớc thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lƣợng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lƣu nƣớc thải và bùn… Do ít sử dụng các thiết bị cơ. .. process) - Cánh đồng lọc chảy tràn (OF: overland flow process) 2.6.1 Các cơ chế xử lý nƣớc thải trong cánh đồng lọc a) Đối với chất thải rắn Trong các hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc co chảy trên mặt đất, các chất rắn lơ lửng bị giữ lại một phần do tác động của quá trình do vận tốc của dòng chảy chậm đi, một phần bị giữ lại do quá trình lọc bởi các thực vật hay xác bả của chúng Ngoài ra, khi nƣớc thải ngấm... dùng để khử nitrat Các phƣơng pháp lọc kỳ khí: a) Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá bám hữu cơ (ANAFIZ) Trong phƣơng pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá bám bằng chất dẻo, có dòng nƣớc đẩy chảy qua Bể lọc kỳ khí thích hợp cho việc xử lý nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm thấp ở nhiệt độ không khí ngoài trời b) Xử lý nước thải bằng lọc kỵ khí với vật liệu giả... suất xử lý SS của nƣớc thải 53 Hình 4.12 Hàm lƣợng COD của thí nghiệm 54 Hình 4.13 Hiệu suất xử lý COD của nƣớc thải 55 Hình 4.14 Hàm lƣợng tổng N của thí nghiệm 56 Hình 4.15 Hiệu suất xử lý tổng N của nƣớc thải 56 Hình 4.16 Hàm lƣợng tổng P của thí nghiệm 57 x Hình 4.17 Hiệu suất xử lý tổng P của nƣớc thải 58 Hình 4.18 Hàm lƣợng tổng Coliform của thí nghiệm