Xử lý nước thải bằng đất ngập nước

Xử lý nước thải bằng đất ngập nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MÌNH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG  TÊN ĐỀ TÀI: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÓM: LỚP: KHÓA: GVHD : LG8X 07CM 2007 TS Trương Thanh Cảnh Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh THÁNG 10 NĂM 2009 DANH SÁCH NHÓM Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG CHÍNH CHƯƠNG 1: CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Ở NHỮNG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI .5 I Khái niệm đất ngập nước II Giới thiệu hệ thống mô đất ngập nước III Vai trò thực vật Các loài thực vật ngập nước Dự trữ dinh dưỡng tiềm .11 Sự tích lũy carbon đất từ rễ .12 Quá trình phóng thích oxygen từ rễ 14 Sự trao đổi chất xennobiotic 17 Sự thoát nước 19 Ảnh hưởng cấu trúc đất 19 IV Vai trò vi sinh vật 21 V Những khía cạnh công nghệ .22 CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG NHỮNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC .24 I Sơ lược bãi lọc trồng 24 II Ứng dụng 25 Trên giới 25 Ở Việt Nam 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh LỜI NÓI ĐẦU “Đất ngập nước”, khái niệm mà tưởng tượng được, đa dạng độc đáo hình dung Như biết, nước ta có bờ biển dài, mà diện tích đất ngập nước chiếm 1/3 diện tích nước, nghĩa khoảng 7-10 ha, phân bố vùng châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long, hệ sinh thái đầm phá, bãi bùn, vùng cửa sông vùng ngập mặn dọc theo bờ biển từ Móng Cái đến Hà Tiên Đất ngập nước hệ sinh thái đặc thù, có ý nghĩa quan trọng phát triển kinh tế-xã hội, bảo vệ môi trường đa dạng sinh học Trước hết vùng có suất sinh học cao, cung cấp nguồn lương thực thực phẩm chủ yếu để nuôi sống người Đồng thời vùng đất có chức bảo vệ môi trường điều tiết nguồn nước ngầm, khống chế lũ lụt, bảo vệ bờ biển, ổn định vi khí hậu…Đặc biệt hơn, gần có nghiên cứu ứng dụng loài thực vật, sinh vật ngập nước việc xử lý nước thải, bật đới rễ vi sinh vật Nhóm tìm hiểu trình bày lại số kiến thức thu vấn đề báo cáo Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh CHƯƠNG 1: CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC Ở NHỮNG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI I KHÁI NIỆM ĐẤT NGẬP NƯỚC: Đất ngập nước (wetland) hiểu phần đất có chứa nước đất thường xuyên dạng bão hoà cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất ngập nước diện vùng trũng thấp cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nước, vườn cây, rừng ngập nước mặn nước ngọt, cửa sông tiếp giáp với biển, … Vùng ĐBSCL xem vùng đất ngập nước rộng lớn nước ta có đủ yếu tố định nghĩa Đất ngập nước xem vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm nông lâm ngư nghiẹp nhạy cảm mặt môi trường sinh thái Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn có khả xử lý chất thải qua trình tự làm tác động lý hóa sinh học phức tạp Tuy nhiên, việc xử lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, phải có nhiều diện tích khó kiểm soát trình xử lý nên nhà khoa học đề xuất biện pháp xây dựng khu xử lý nước thải qua đất (land treatment) Khu gọi khu đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) hay hệ thống mô đất ngập nước, chữ “kiến tạo” hiểu hệ thống thiết kế xây dựng vùng đất ngập nước việc xử lý nước thải hiệu hơn, giảm diện tích đặc biệt quản lý trình vận hành mức đơn giản Xử lý nước thải đất ngập nước kiến tạo áp dụng khoảng 100 năm Mỹ Châu Âu gần nước Châu Á Châu Úc Việc nghiên cứu kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo nhiều khoảng 20 năm nay, đặc biệt công trình Kadlec Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993), Kadllec et al (2000), Solano etal (2003), Vymazal (2005), … cho thấy hiệu xử lý chất ô nhiễm Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), lượng oxy hòa tan (DO), tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform, … có giảm đáng kể nước thải Có kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo theo hình thức chảy: loại chảy tự mặt đất (free surface flow) loại chảy ngầm đất (subsurface flow) Loại chảy tự tốn tạo điều hòa nhiệt độ khu vực cao loại chảy ngầm hiệu xử lý hơn, tốn diện tích đất nhiều phải giải thêm vấn đề muỗi côn trùng phát triển Đất ngập nước kiến tạo kiểu chảy ngầm lại phân hai kiểu chảy: chảy ngang (horizontal flow) (hình 1) chảy thẳng đứng (vertical flow) (hình 2) Việc chọn lựa kiểu hình tùy thuộc vào địa hình lượng máy bơm Đôi người ta phối hợp hai hình thức xử lý Nhiều loại trồng cho vùng đất ngập nước kiến tạo lựa chọn để tham gia vào trình hấp thu chất ô nhiễm nước thải, nhiều loại sậy, năn, lác, cỏ Vetiver (cho loại chảy ngầm) lục bình, hoa súng, bèo loại, … Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Hình 1: Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang Hình 2: Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh II GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐẤT NGẬP NƯỚC: Ngày hệ thống mô hệ thống đất ngập nước có chấp thuận quốc tế phương pháp xử lý nước thải bên cạnh kỹ thuật thông thường Các nhà khoa học nhìn nhận hệ thống đất ngập nước tự nhiên đồng cỏ ẩm ướt; vùng đầm lầy, vũng lầy; hồ chứa nước thải tự nhiên; hồ nước ngọt, nhỏ, nông cửa sông; vùng đất ngập nước khác xây dựng người với dòng chảy nằm ngang lớp mặt hay dòng chảy thẳng đứng (hoặc nằm ngang) lớp sâu bên dưới.(Kadlec, 1987; Wissing, 1995) Một cách tổng quát, hệ thống mô đất ngập nước định nghĩa vùng đất ngập nước mô theo mục đích định xây dựng khu vực phi ngập nước để xử lý nước ô nhiễm Trong thực tế, tất hệ thống xử lý nước thải (chủ yếu nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp, nông nghiệp, nước rỉ rác…) thường sử dụng kết hợp với phương pháp xử lý khác (Wissing, 1995) Nói chung, chất tham gia phản ứng với tính chất vật lý – hóa học ảnh hưởng quan trọng làm biến đổi trình sinh học cụ thể yếu gây tương tác loài thực vật, vi sinh vật, đất – chất ô nhiễm xem “ black box ” thông tin không đầy đủ Các thông tin chi tiết vai trò đa dạng loài thực vật, lắng tập hợp vi sinh( loài vi sinh vật cộng sinh) khác nhau, tương tác hợp chất sinh học tạp chất cụ thể kết hợp với vật liệu lớp lọc giúp tạo phương pháp xử lý hiệu cách cho phép thiết lập hệ thống mẫu Do đó, mục đích việc làm phải đáp ứng điều kiện cần thiết để tăng cường tương tác sinh học lớn đới rễ cây- nỗ lực cần Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh thiết để phát triển hệ thống đơn giản rẻ tiền nhằm xử lý vấn đề nước thải quốc gia phát triển Vì vậy, chương tập trung nói trình sinh học đới rễ cây, bật ứng dụng dòng chảy tầng mặt nước hình thành vùng đất ngập nước III VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT: Các loài thực vật ngập nước: Có hàng trăm loài thực vật ngập nước khác (Mũhlberg, 1980) Việc ứng dụng loài thực vật hệ thống mô đất ngập nước để xử lý nước thải phụ thuộc vào đặc điểm thích nghi chúng trồng vùng đất ngập nước chịu đựng thông số cực hạn khác hóa học đất nước (hoặc nước thải), ví dụ như:  Hàm lượng Oxygen (với môi trường chủ yếu kỵ khí, có mặt H2S)  Giá trị pH Nhóm: LG8X Page Xử lý nước thải đất ngập nước  GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Thành phần độc tính nước thải (phenol, chất hoạt động bề mặt, thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng, v.v… )  Độ mặn Đa số loài thực vật đầm lầy trồng điều kiện trên, chúng thích ứng điều kiện yếm khí nhiều đất cách tác động đến đường thu nhận không khí vào rễ nước Nhiều thập kỷ trôi qua, nhiều loài trồng thử điều kiện cực hạn Các thí nghiệm thực tế tìm hàng chục loài khác có thề thích nghi với điều kiện Gần đây, loài tăng trưởng nhanh trồng thử hệ thống mô vùng đất ngập nước Bảng Các loài thực vật sử dụng phổ biến để xử lý nước thải hệ thống mô ngập nước Loài Pharagmite australis (cây sậy) Đặc điểm Phân bố toàn cầu Giá trị pH tối ưu: – Typha latifolia Ngưỡng chịu đựng độ mặn: < 45g/l Phân bố toàn cầu Giá trị pH tối ưu: – 10 Typha angustifolia Ngưỡng chịu đựng độ mặn: < 1g/l Phân bố toàn cầu Giá trị pH tối ưu: – 10 Ngưỡng chịu đựng độ mặn: 15 – 30 Scripus sp (cây cỏ nến) g/l Phân bố toàn cầu Juncus sp (cây bấc, cói) Giá trị pH tối ưu: – Phân bố toàn cầu Giá trị pH tối ưu: – 7.5 Ngưỡng chịu đựng độ mặn: – 25 g/l, Nhóm: LG8X Page 10 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Hình minh họa cách đơn giản trình ảnh hưởng đến đầu vào, vận chuyển, tiêu thụ phát thải phân tử khí Sự chênh lệch nhiệt độ bên T nhiệt độ môi trường xung quanh T non hình thành nên dòng di chuyển không khí từ môi trường vào (hiệu ứng Knudsen) Nhiệt độ bên T1 cao, số dòng di chuyển không khí tăng lên nhằm hạn chế dòng di chuyển ngược trở lại môi trường cuối làm cho áp suất bên P tăng lên Phần áp suất dư dương P1 cộng với áp suất dư âm P mô tiêu thụ oxygen rễ có độ hòa tan CO2 cao so với lượng O2 tiêu thụ thông qua dòng đối lưu không khí bên thực vật nhờ hệ thống mô thông khí Nhờ có dòng đối lưu khí mà hiệu suất cung cấp O2 cao so với có dòng khuếch tán O2 Điều đảm bảo cung cấp đủ O2 suốt trình vận chuyển đến đầu rễ sâu rễ loài Phragmites Cuối cùng, dòng khí thoát từ già có cân áp suất áp suất dư dương P non so với áp suất P môi trường bao quanh già Nhóm: LG8X Page 15 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Dòng oxygen xuyên vào rễ có vai trò không hô hấp rễ Đó rễ trẻ phóng thích oxygen qua vách ngăn rễ vào môi trường đất rễ (Armstrong cộng sự, 1991) Sự tạo oxygen môi trường đất rễ làm thay đổi điều kiện oxy hóa – khử vùng thiếu oxygen dẫn đến trình oxy hóa hữu vô Tùy vào loại thực vật đầm lầy mà lượng oxygen giải phóng vào môi trường đất rễ khác đo thực nghiệm kỹ thuật khác Một số phương pháp thí nghiệm tiến hành, phần số nhằm mục đích tìm giá trị oxygen chỗ Bởi số khó khăn thiết bị không đồng thông số trình nên việc tính toán lượng oxygen giải phóng mức độ điều dễ dàng (Birx, 1993) Phần lớn nghiên cứu tập trung vào đánh giá thất thoát gốc oxygen dung dịch thiếu oxygen, có sử dụng vi điện cực chủ yếu, thông qua thí nghiệm nhỏ lên toàn rễ hay phần (Armstrong cộng sự, 1994; Brix Schierup, 1990) Kết cho thấy lượng oxigen giải phóng vào khoảng 10 – 160 mg/phút/cm2 (tính diện tích bề mặt rễ) Một số thí nghiệm khác sử dụng toàn phần khoang rễ để tính toán lượng oxygen thoát từ rễ dung dịch thiếu oxygen Các lần thử nghiệm lâu dài thực điều kiện dòng chảy liên tục hay không liên tục Kết thử nghiệm cho thấy lượng oxgen giải phóng thay đổi không cố định loài thực vật nào, vào khoảng 1.52 µ mol O2/h/g khối lượng khô rễ (Bedford cộng sự, 1991; Gries cộng sự, 1990) Các thử nghiệm kết không đồng nêu bật phụ thuộc lượng Oxygen giải phóng vào nhân tố ảnh hưởng khác nhau, bao gồm cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp, nhiệt độ bên lá, nhiệt độ đới rễ cây, yếu tố khí động học, phát triển rễ mặt đất, tính bán thấm vách ngăn rễ, nồng độ oxygen bên mô bào thực vật, trạng thái oxy hóa – khử đới rễ Tất ảnh hưởng đến hấp thu phóng thích oxygen đới rễ Năm 1994, Sorell Armstrong, tiến Nhóm: LG8X Page 16 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh hành đo lượng oxygen tạo dung dịch oxygen hòa tan, tốc độ giải phóng oxygen dung dịch oxy hóa – khử (E h = -200mV) cao 80 lần Theo tài liệu chưa công bố Wiebner Kuschk, ông nhấn mạnh thêm tầm quan trọng oxy hóa – khử giải phóng vào đới rễ Trong điều kiện thử nghiệm cụ thể, lượng O2 giải phóng chi Scirpus vào khoảng 170 µ mol O2/h/g khối lượng khô rễ Eh = -240mV Người ta thấy dòng Oxygen nói phụ thuộc nhiều vào oxy hóa – khử, loài thực vật, cường độ ánh sáng Ở loài Typha latifolia, kết điều tra ban đầu chí cho thấy lượng Oxygen tối đa giải phóng cao nhiều Vì tính chất quan trọng trình việc xử lý nước thải tự nhiên hay hệ thống mô tự nhiên, lượng oxygen giải phóng chỗ phải nghiên cứu cách hệ thống với tất thông số cần thiết loài thực vật khác Sự trao đổi chất xenobiotic: Xenobiotic gì? Đó chất ngoại lai sinh từ bên thể có hoạt động giống hoóc-môn hay estrogen thể có tác động sâu sắc đến cân hoóc-môn (xeno có nghĩa hay ngoại lai) Thuật ngữ "xenobiotic" để chất có tác dụng giống hoóc-môn Đi tiên phong việc ứng dụng loài thực vật đầm lầy xử lý nước thải Seidel (1968) Bà người thí nghiệm khả loại bỏ dẫn xuất phenol loài thực vật đầm lầy (được trồng bình lớn ngập nước) Vì thí nghiệm tiến hành điều kiện vô trùng theo mẻ, nói khả loại bỏ nói hoạt động kết hợp vi sinh vật thực vật Hơn nữa, liên quan đến khả chịu đựng thực vật, ngưỡng cố định nồng độ không tính toán cụ thể Với kết thử nghiệm điều kiện thứ nghiệm khác, Felgner Meissner (1968) kết luận hoạt động thực vật loại bỏ phenol không đáng kể, chủ yếu trình tự phân hủy Nhóm: LG8X Page 17 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh vi sinh vật Kickuth (1968) phát lượng phenol khoảng 0.08 mg chuyển vào mô bào thực vật (khoảng 0.08 mg) thí nghiệm thẩm thấu vô trùng (loài Scirpus lacustris) Khi phát chất chuyển hóa quan trọng picolinic acid, người ta cho phần lớn phenol chuyển hóa thông qua catechol phân đôi vòng meta Ở loài Lemna gibba, chất phenol − β − D − glucopyranoside xác nhận chất chuyển hóa loại bỏ phenol (Barber cộng sự, 1995) Nhiều nghiên cứu tiến hành loài Eichhornia crassipes màu xanh tía Wolverton Mc Kown (1976) ước lượng phần phenol loại bỏ vào khoảng 100 mg 2.75 g sinh khối khô loài thực vật thủy sinh 72 O’ Keeffe cộng (1987) nghiên cứu loại bỏ vài chất tương tự phenol Tốc độ loại bỏ hợp chất đồng phân ưu tiên vị trí para – meta – ortho Khi trình loại bỏ cao hiển nhiên độc tính chúng tăng lên Nồng độ độc tính phenol vào khoảng 400 mg/l với catechol sản phẩm chuyển hóa chu trình Nhiều tài liệu khác tập trung giải thích chuyển hóa dạng hóa học loài thực vật cạn Năm 1992, Sandermann phân chia trình trao đổi chất (sự chuyển hóa) xenobiotics thực vật thành pha: pha chuyển hóa, pha tiếp hợp pha phân chia Một số enzyme chủ yếu tham gia vào trình gồm cytochrome P450, glutathione transferase, carboxyl esterase, O –, N – glucosyl transferase O –, N – malonyl transferase Bước cuối trình khử độc gồm có đường chính: - Xuất sản phẩm cho không bào thực vật - Xuất sản phẩm vào không gian ngoại bào - Tích lũy sản phẩm vào lignin hay vào thành phần khác vách tế bào Mặc dù mô tả cho biết khả giải độc xenobiotic chúng có vai trò không đáng kể vấn đề phân hủy chất hữu độc hại đất tạo nên môi trường ngập nước so sánh với vi khuẩn Nhóm: LG8X Page 18 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Sự thoát nước: Không đóng vai trò quan trọng hệ sinh thái, thoát nước thực vật ảnh hưởng đến khả ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bùn/đất Tốc độ bốc thoát nước thay đổi với biên độ rộng Tốc độ khu rừng mưa nhiệt đới vào khoảng 1.5 – m/arce, so sánh với mức 0.4 – 0.5 m/acre cánh đồng ngũ cốc cánh rừng trung tâm Châu Âu; vùng đất ngập nước với loài thực vật đầm lầy giá trị vào khoảng 1.3 – 1.6 m/acre (Larcher, 1994) Tốc độ lệ thuộc vào đa dạng thông số định kiểu khí hậu vi mô hệ sinh thái Các thông số tổng hợp Kadlec Knight (1996) Trong phương pháp xử lý nước thải cách mô vùng đất ngập nước, lượng nước bốc thoát nước vào mùa hè trung tâm Châu Âu khoảng – 15 mm/d, nghĩa vào khoảng 20 – 50% lượng nước tất dòng chảy khu vực Do đó, lượng mát phải lưu tâm đánh giá mùa ấm áp (Schutte Fehr, 1992) Ảnh hưởng cấu trúc đất: Một khía cạnh trình liên quan đến đới rễ tương đối phức tạp tương tác rễ/thân rễ (rễ giả) với cấu trúc đất Các thông số vật lý thành phần hóa học đất phân bố kích thước hạt, khoảng không gian hở, kích thước hiệu hạt đất, mức độ không đồng hệ số bán thấm nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hệ thống xử lý sinh học Các thông số vật lý nói nguyên nhân làm cho trạng thái đất mang tính chất thủy học đặc biệt ảnh hưởng đến cung cấp dinh dưỡng cho đới rễ Nó ảnh hưởng đáng kể đến thời gian lưu nước thải, hệ thống mô vùng đất ngập nước vấn đề loại bỏ tạp chất Sự phát triển rễ tạo thay đổi tính chất vật lý đất (Kickuth, 1994; Wissing, 1995) Mặt khác, rễ sinh khối vi sinh làm tắc nghẽn lỗ thông thoáng đất Ngoài ra, phát triển rễ Nhóm: LG8X Page 19 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh tự phân hủy vi sinh rễ chết thúc đầy hình thành lỗ thoáng thứ cấp Trong hệ thống mô phỏng, thông số ảnh hưởng đến tính chất thủy học đất phân bố kích cỡ hạt ban đầu Nhiều thí nghiệm điều tra nghiên cứu sâu sắc nhiểu năm qua Đức cho kết tốt có liên quan đến điều kiện thủy học đất, đồng thời liên quan đến loại bỏ tạp chất sử dụng hỗn hợp cát sỏi lọc (Borner, 1990; Netter, 1990; Wissing, 1995) Với hệ thống mô có dòng chảy đứng, có tồn cấp độ hạt tương đối nhỏ cỡ d10 vào khoảng 0.06 – 0.1 mm Với hệ thống có dòng chảy ngang, có cấp độ hạt lớn 0.1 mm, tất đánh giá (Wissing, 1995) Sự phân bố cấp hạt từ 0.6 mm trở lên với tính chất phân bố khác nhau, người ta tìm chứng cho biết hệ số hiệu độ thấm vào khoảng 10-8 m/s (Bahlo Wach, 1993; Wissing, 1995) Người ta tìm ảnh hưởng cấp độ hạt diện tich bề mặt cố định hiệu cho phát triển màng sinh học Chúng tác động tích cực đến phát triển rễ tính dẫn điện nước rễ, nhờ mà loại bỏ tạp chất nhìn chung tăng lên đáng kể Một nghiên cứu khoa học thực nhiều năm toàn hệ thống mô vùng đất ngập nước, thử nghiệm loại vật liệu đất khác có độ thấm Kf < 10-8 m/s để tối ưu hóa vùng phát triển lớp màng sinh học (biofilm) hấp phụ chất hóa học gây ô nhiễm Những hệ thống nói gặp phải vấn đề liên quan tới thủy lực, chủ yến xuất dòng xoáy nhỏ bề mặt vùng ngập nước thay đổi điều kiện thủy lực dự đoán từ trước (vì phát triển rễ suốt thời gian thực không để tâm đến) (Bornert, 1990; Netter, 1990) Mặc dù giá trị Kf có tăng đôi chút (khoảng 10 -7 m/s) điều kiện thủy lực không thay đổi đáng kể Sự phát triển rễ sậy ghi nhận vùng có độ sâu khoảng 20 – 30 cm Do mà khu vực phân nhánh vị trí đáy lớp đất đệm hiệu rõ rệt Nhóm: LG8X Page 20 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh IV VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT: Như đề cập phần trước, thực vật không đóng vai trò trình chuyển hóa hay khoáng hóa lượng chất hữu cơ/dinh dưỡng mà vi sinh vật.Mặc dù phụ thuộc vào lượng oxygen ban đầu loài thực vật đầm lầy phương pháp chuyển hóa khác diện acceptor (chất nhận electron), thành phần chất nước thải vi sinh vật chuyển hóa đường khác mô tả chương Ở vị trí có dòng chảy lớp mặt, gần rễ rễ mặt đất, trình hiếu khí thường chiếm ưu Ngược lại, vùng có oxygen tự không ổn định, trình kỵ khí nitrat hóa, khử sulfate, chuyển hóa methane, v.v… thường diễn Mặc dù điều kiện oxy hóa – khử khác nhau, vị trí đại diện cho “hệ sinh thái kỹ thuật vi mô” có khả phát triển thành kiều tế bào khác thông qua trình trao đổi chất Sự cố định vi sinh vật lớp màng sinh học (biofilm) gắn hạt đất rễ đóng vai trò quan trọng Một số vi sinh vật ngày nghiên cứu để biết ảnh hưởng loại thực vật đến quần lạc chúng đới rễ Những kết ban đầu thực lúa mì, lúa mạch đen, cỏ ống cỏ ba trồng hai loại đất khác (có độ ẩm khoảng 70%) mô tả Grayson cộng (1998) Trong điều kiện thế, quẩn thể vi sinh vật bị ảnh hưởng nhiều loại đem gieo loại đất đem trồng Người ta cho loài thực vật khác có chất dịch tiết vào đới rễ khác thông qua chúng thể tác động chọn lọc lên quần lạc vi sinh Mặt khác, điều kiện vùng đất ngập nước, có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến quần thể vi sinh đới rễ Đặc biệt, trường hợp có nhiều nước tải lượng tạp chất cao, lượng dịch tiết từ rễ không đáng kể so sánh với lượng carbon tạp chất Vì thế, Calhoun King (1998) báo cáo cho liên hợp tạo methane từ rễ ba loài thực vật lớn nước điều kiện tương tự phòng thí nghiệm Nhóm: LG8X Page 21 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh cách rõ ràng Tuy nhiên, hình dung khu vực mô đất ngập nước mà có tải lượng chất thải thấp ý nghĩa chúng lại lớn chất lắng đọng rễ (dịch tiết tề bào chết) lại có vai trò quan trọng chuyển hóa vi sinh nhằm phân hủy hợp chất hữu V NHỮNG KHÍA CẠNH VỀ CÔNG NGHỆ: Những kiến thức tích lũy thời gian qua thường liên quan đến khả loại bỏ tạp chất nhờ kết hợp yếu tố bao gồm nước, thực vật đất dẫn đến việc ứng dụng hệ thống yếu tố tự nhiên trên, từ tạo nên hệ thống nhân tạo với hình thái phi tự nhiên khác Wissing (1995) phân chia hệ thống thành nhóm chính: - Hệ thống aquaculture: nhóm có đặc điểm lớp đất hoạt tính phủ đáy, bao gồm ao, rãnh, mương với phát triển mạnh loài thủy sinh thực vật thực vật lơ lửng tự nước - Hệ thống hydrobotanical: nhóm có lớp đất mỏng đáy, hình thành loại bỏ loài thực vật thủy sinh, thực vật đầm lầy vi sinh vật ao, rãnh, mương có phát triển mạnh chủ yếu loài thực vật đầm lầy - Hệ thống soils: đặc điểm nhóm có lớp đất dày đáy, có nhóm nhỏ Nhóm có dòng chảy theo phương ngang bề mặt (mực nước thải bề mặt lớp đất) Nhóm có dòng chảy theo phương thẳng đứng với đặc tính xuôi dòng hay ngược dòng tính chất liên tục hay ngắt quãng dòng chảy Những hệ thống mô đất ngập nước theo hệ thống thứ ba sử dụng rộng rãi với biến thể kỹ thuật khác (về thiết kế, thiết bị ngoại vi, v.v…) Chúng phân biệt kích cỡ hạt lớp đáy Trong kiểu trên, hệ thống xem hiệu đáp ứng vấn đề chất thải cụ thể đặc thù địa phương Thêm vào đó, kết hợp Nhóm: LG8X Page 22 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh phương pháp thông thường xử lý chất thải trước sau gia tăng khả có Các hệ thống mô đất ngập nước thiết kế với tính nghệ thuật cao chấp nhận rộng rãi nhiều nơi nhiều công ty chuyên trách nhiều quốc gia khác Nhóm: LG8X Page 23 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG NHỮNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC I SƠ LƯỢC VỀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY: Đất ngập nước nhân tạo( hệ thống mô đất ngập nước) hay bãi lọc trồng công nghệ xử lý sinh thái mới, xây dựng nhằm khắc phục nhược điểm bãi đất ngập nước tự nhiên mà có ưu điểm đất ngập nước tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng hoạt động tốt so với đất ngập nước tự nhiên diện tích, nhờ đáy bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý chế độ thủy lực kiểm soát Độ tin cậy hoạt động bãi lọc nhân tạo nâng cao thực vật thành phần khác bãi lọc nhân tạo quản lý mong muốn Các hệ thống bãi lọc khác dạng dòng chảy, môi trường loại thực vật trồng bãi lọc Có thể phân loại bãi lọc trồng thành hai loại: bãi lọc trồng ngập nước bãi lọc ngầm trồng Các loài thực vật trồng phổ biến bãi lọc Cỏ nến, Sậy, Cói, Bấc, Lách Đối với bãi lọc trồng ngập nước, đáy bãi lọc lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, người ta rải lớp vải nhựa trống thấm Trên lớp trống thấm đất vật liệu lọc phù hợp cho phát triển cuả thực vật có thân nhô lên mặt nước Dòng nước thải chảy ngang bề mặt lớp vật liệu lọc Hình dạng bãi lọc thường kênh dài hẹp, chiều sâu lớp nước nhỏ, vận tốc dòng chảy chậm thân trồng nhô lên khỏi bãi lọc điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thủy lực kiểu dòng chảy đẩy Bãi lọc ngầm trồng xuất gần Cấu tạo Bãi lọc gồm thành phần tương tự bãi lọc trồng ngập nước, nước thải chảy ngầm lớp lọc bãi lọc Lớp lọc, nơi thực vật phát triển Nhóm: LG8X Page 24 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh thường có đất, cát, sỏi đá, xếp thứ tự từ xuống dưới, giữ độ xốp lớp lọc Dòng chảy có dạng chảy từ lên, từ xuống hay chảy theo phương nằm ngang Kiểu dòng chảy phổ biến bãi lọc ngầm dòng chảy ngang Hầu hết hệ thống thiết kế với độ dốc 1% Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải lọc nhờ tiếp xúc với bề mặt hạt vật liệu lọc va vùng rễ thực vật trồng bãi lọc Vùng ngập nước thường thiếu ôxy, thực vật bãi lọc vận chuyển lượng ô xy đáng kể tới hệ thống rễ, tạo nên tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ vùng rễ Cũng có vùng hiếu khí lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp đất không khí Qua thí nghiệm ứng dụng thực tế cho thấy Bãi lọc trồng loại bỏ chất hữu có khả phân huỷ sinh học, chất rắn, Nitơ, Phốtpho, kim loại nặng, hợp chất hữu cơ, kể vi khuẩn vi rút Các chất ô nhiễm loại bỏ nhờ nhiều chế đồng thời bãi lọc lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi chất vi sinh vật hấp thụ thực vật II ỨNG DỤNG : Trên giới: Tại miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng ngập nước sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích khử nitơ, hiệu xử lý tổng Phốtpho BOD cao Năm 1991, bãi lọc trồng dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt xây dựng Na Uy Ngày nay, vùng nông thôn Na Uy, phương pháp trở nên phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ bãi lọc vận hành với hiệu suất cao chí vào mùa đông yêu cầu bảo dưỡng thấp Có thể xây dựng bãi lọc điều kiện vị trí Mô hình quy mô nhỏ áp dụng phổ biến Na Uy hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng bãi lọc ngầm trồng dòng chảy ngang Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD thực Nhóm: LG8X Page 25 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh trình nitrat hóa điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật "ngủ" vào mùa đông Tại Đan Mạch, Hướng dẫn thức gần xử lý chỗ nước thải sinh hoạt Bộ Môi trường Đan Mạch công bố, áp dụng bắt buộc nhà riêng nông thôn Trong hướng dẫn này, người ta đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng, cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% nitrat hóa đạt 90% Hệ thống bao gồm trình kết tủa hóa học để tách Phốtpho bể phản ứng -lắng, cho phép loại bỏ 90% Phốtpho Ngoài công kể trên, nghiên cứu khác Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha cho thấy bãi lọc trồng loại bỏ vi sinh vật gây bệnh nước thải sinh hoạt nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác Không thế, thực vật nước từ bãi lọc trồng chế biến, sử dụng để thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ nguồn lượng thân thiện với môi trường Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bãi lọc ngầm trồng mẻ, bước đầu số trung tâm công nghệ môi trường trường đại học áp dụng thử nghiệm Các đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp Việt Nam "Xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam" Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); "Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì" Trường Đại học Quốc gia Hà Nội cho thấy hoàn toàn áp dụng phương pháp điều kiện Việt Nam Theo GS.TSKH Nguyễn Nghĩa Thìn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) Việt Nam có đến 34 loại sử dụng để làm môi trường nước Các loài hoàn toàn dễ kiếm tìm tự nhiên chúng có sức sống mạnh mẽ Nhóm: LG8X Page 26 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Ở Việt Nam: Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bãi lọc ngầm trồng mẻ, bước đầu số trung tâm công nghệ môi trường trường đại học áp dụng thử nghiệm Các đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp Việt Nam "Xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam" Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); "Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì" Trường Đại học Quốc gia Hà Nội cho thấy hoàn toàn áp dụng phương pháp điều kiện Việt Nam Theo GS.TSKH Nguyễn Nghĩa Thìn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) Việt Nam có đến 34 loại sử dụng để làm môi trường nước Các loài hoàn toàn dễ kiếm tìm tự nhiên chúng có sức sống mạnh mẽ PGS TS Nguyễn Việt Anh, Chủ nhiệm Đề tài hợp tác nghiên cứu Trường Đại học Tổng hợp Linkoeping (Thụy Điển) Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị khu công nghiệp "Xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc trồng cây" cho biết: "Chúng tiến hành thử nghiệm Bãi lọc ngầm trồng có dòng chảy thẳng đứng sử dụng vật liệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự hoại, trồng loại thực vật dễ kiếm, phổ biến nước ta Cỏ nến, Thủy trúc, Sậy, Phát lộc, Mai nước Kết khả quan, nước thải đạt tiêu chuẩn xả môi trường hay tái sử dụng lại Đây công nghệ xử lý nước thải điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái địa phương Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý từ bãi lọc trồng có giá trị kinh tế Công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam, cho quy mô hộ, nhóm hộ gia đình, điểm du lịch, dịch vụ, trang trại, làng nghề ” Trường Đại học Cần Thơ tiến hành khảo sát khả xử lý nước Nhóm: LG8X Page 27 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh thải sinh hoạt nước thải từ ao cá nuôi nước biện pháp đất ngập nước kiến tạo kiểu chảy ngầm nằm ngang từ năm 2003 đến Các nghiên cứu thực nghiệm tiến hành khuôn viên trường thực địa với hợp tác nông dân Cần Thơ Kết cho thấy, triển vọng khả thi cho việc xử lý nước thải vùng ĐBSCL Một số hình ảnh bãi lọc trồng cây: Hình ảnh loài thực vật trồng bãi lọc Hình ảnh cấu tạo bãi lọc trồng Nhóm: LG8X Page 28 Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp phương pháp sinh học, PGS TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 2007 www.yeumoitruong.com www.google.com.vn Nhóm: LG8X Page 29 [...]... Xử lý nước thải bằng đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG NHỮNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC I SƠ LƯỢC VỀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY: Đất ngập nước nhân tạo( hệ thống mô phỏng đất ngập nước) hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên mà vẫn có được những ưu điểm của đất. .. lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích chính là khử nitơ, mặc dù hiệu quả xử lý tổng Phốtpho và BOD cũng khá cao Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã được xây dựng ở Na Uy Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này đã trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt,... chất hữu cơ độc hại trong đất cũng như tạo nên môi trường ngập nước nếu so sánh với các vi khuẩn Nhóm: LG8X Page 18 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước 6 GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Sự thoát hơi nước: Không chỉ đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái, sự thoát hơi nước của thực vật còn ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng công nghệ xử lý nước thải và bùn /đất Tốc độ bốc thoát hơi nước thay đổi với biên độ... trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác Không những thế, thực vật nước từ bãi lọc trồng cây còn có thể được chế biến, sử dụng để thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng. .. phân hủy, nước thải sau xử lý từ bãi lọc trồng cây còn có giá trị kinh tế Công nghệ này rất phù hợp với điều kiện của Việt Nam, nhất là cho quy mô hộ, nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, các trang trại, làng nghề ” Trường Đại học Cần Thơ đã tiến hành các khảo sát khả năng xử lý nước Nhóm: LG8X Page 27 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh thải sinh hoạt và nước thải từ... thống được xem là hiệu quả nhất nếu như nó đáp ứng những vấn đề chất thải cụ thể và đặc thù của từng địa phương Thêm vào đó, sự kết hợp các Nhóm: LG8X Page 22 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh phương pháp thông thường về xử lý chất thải trước và sau cũng sẽ gia tăng khả năng hiện có Các hệ thống mô phỏng đất ngập nước hiện nay được thiết kế với tính nghệ thuật cao và được chấp... Quốc gia Hà Nội) thì Việt Nam có đến 34 loại cây có thể sử dụng để làm sạch môi trường nước Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ Nhóm: LG8X Page 26 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước 2 GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh Ở Việt Nam: Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm... ở những vùng đất ngập nước với các loài thực vật đầm lầy thì giá trị này vào khoảng 1.3 – 1.6 m/acre (Larcher, 1994) Tốc độ này lệ thuộc vào sự đa dạng các thông số quyết định kiểu khí hậu vi mô ở hệ sinh thái Các thông số này cũng đã được tổng hợp bởi Kadlec và Knight (1996) Trong phương pháp xử lý nước thải bằng cách mô phỏng vùng đất ngập nước, lượng nước mất đi do sự bốc thoát hơi nước vào mùa... cho rằng sự liên hợp tạo methane từ rễ của ba loài thực vật lớn trong nước dưới các điều kiện tương tự phòng thí nghiệm Nhóm: LG8X Page 21 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh đã không thể hiện một cách rõ ràng Tuy nhiên, chúng ta hình dung rằng trong những khu vực mô phỏng đất ngập nước mà có tải lượng chất thải thấp thì ý nghĩa của chúng lại lớn hơn và các chất lắng đọng của... số những hình ảnh về bãi lọc trồng cây: Hình ảnh loài thực vật trồng trên bãi lọc Hình ảnh cấu tạo của bãi lọc trồng cây Nhóm: LG8X Page 28 Xử lý nước thải bằng đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, PGS TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội, 2007 2 www.yeumoitruong.com 3 www.google.com.vn Nhóm: LG8X ... THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI I KHÁI NIỆM ĐẤT NGẬP NƯỚC: Đất ngập nước (wetland) hiểu phần đất có chứa nước đất thường xuyên dạng bão hoà cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất. .. Page Xử lý nước thải đất ngập nước GVHD:TS.Trương Thanh Cảnh II GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐẤT NGẬP NƯỚC: Ngày hệ thống mô hệ thống đất ngập nước có chấp thuận quốc tế phương pháp xử lý nước thải. .. thống mô đất ngập nước định nghĩa vùng đất ngập nước mô theo mục đích định xây dựng khu vực phi ngập nước để xử lý nước ô nhiễm Trong thực tế, tất hệ thống xử lý nước thải (chủ yếu nước thải sinh