Nghiên cứu xử lý nước thải nông thôn bằng các vật liệu có nguồn gốc từ đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NGUYỄN TUẤN LONG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NÔNG THÔN BẰNG CÁC VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN TUẤN LONG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NÔNG THÔN BẰNG CÁC VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - Năm 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN TUẤN LONG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NÔNG THÔN BẰNG CÁC VẬT LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ ĐẤT

Chuyên ngành: Môi trường và phát triển bền vững

(Chương trình đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN THỊ HẰNG NGA

Hà Nội - Năm 2016

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU 4

1 Tính cấp thiết của đề tài 4

2 Mục tiêu của nghiên cứu 5

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

3.1 Đối tượng nghiên cứu 5

3.2 Phạm vi nghiên cứu 5

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6

4.1 Ý nghĩa khoa học 6

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

5 Kết cấu của luận văn: 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Nước thải nông thôn và các phương pháp xử lý 7

1.1.1 Đặc trưng nước thải nông thôn 7

1.1.2 Các phương pháp xử lý nước thải nông thôn 10

1.2 Chức năng của đất trong xử lý ô nhiễm môi trường Error! Bookmark not

defined

1.3 Đất và các ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải Error! Bookmark not

defined

1.3.1 Sơ lược về đất kết von đá ong Error! Bookmark not defined

1.3.2 Khoáng sét và quá trình xử lý một số chất ô nhiễm có trong nước thải

Error! Bookmark not defined 1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý và tái sử dụng nước thải bằng vật liệu có nguồn gốc từ đất Error! Bookmark not defined 1.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước Error! Bookmark not defined 1.4.2 Các nghiên cứu trong nước về xử lý nước thải bằng vật liệu đất Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG II: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

2.1 Địa điểm và thời gian thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.2.1 Đá ong tự nhiên Error! Bookmark not defined 2.2.2 Đá vôi Error! Bookmark not defined 2.2.3 Cát vàng Error! Bookmark not defined 2.2.4 Sỏi, đá dăm Error! Bookmark not defined 2.2.5 Nước thải Error! Bookmark not defined 2.3 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Lấy và bảo quản mẫu nước thải Error! Bookmark not defined 2.3.2 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phân tích trong phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phân tích thống kê Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

3.1 Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải Error! Bookmark not defined 3.1.1 Đặc điểm nước thải đầu vào: Error! Bookmark not defined

3.1.2 Khả năng xử lý nước thải của hệ thống xếp lớp đa tầng sử dụng các vật

liệu có nguồn gốc từ đất Error! Bookmark not defined 3.1.3 Diễn biến thay đổi của các thông số chất lượng nướcError! Bookmark not defined

3.2 Kết quả thí nghiệm tái sử dụng nước thải Error! Bookmark not defined 3.2.1 Tái sử dụng nước cho nuôi cá Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tái sử dụng nước thải cho tưới cây Error! Bookmark not defined

3.2.3 Thử nghiệm bước đầu tái sử dụng nước thải cho sinh hoạt (nước rửa

nhà vệ sinh và bồn cầu) Error! Bookmark not defined 3.3 Dự tính chi phí cho 1 hộ gia đình xử lý nước thải với bể lọc dung tích 3m 3 (1.5m x 2m x 1m) (Thời gian 10 năm) Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined

Kết luận Error! Bookmark not defined Kiến nghị/Khuyến nghị Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước thải sinh hoạt là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường tại Việt Nam do phần lớn đang xả thẳng ra ngoài môi trường mà không qua

xử lý Nước thải sinh hoạt chiếm đến 80% lưu lượng nước thải, trong đó khoảng 30% là nước thải từ các vùng nông thôn, 70% còn lại có nguồn gốc từ đô thị phần lớn đang được xả thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lý Tình trạng khó khăn trong kiểm soát nước thải đã trở thành mối quan ngại của nhiều địa phương trong cả nước Ở nước ta, nước thải nông thôn có thành phần rất phức tạp do bị trộn lẫn cả nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi từ các hộ gia đình, hầu hết các vùng nông thôn của Việt Nam hiện nay đều chưa có hệ thống phân tách riêng hai loại nước thải này vì thế đã gây rất nhiều khó khăn trong việc xử lý nước thải bảo

vệ môi trường

Ngoài ra, với xu thế phát triển kinh tế trang trại như hiện nay, vấn đề xử lý nước thải nông thôn còn trở nên cấp bách hơn do nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương trong vùng làm bốc mùi hôi thối, nước trong kênh đen nghịt, nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt (nước giếng trong vùng có váng, mùi hôi tanh), tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẩn ngứa và ghẻ lở cao Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường sống dân cư

mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bền vững

Nếu nước thải nông thôn được thu gom và xử lý tại chỗ bằng các loại vật liệu

tự nhiên sẵn có như đất sét, cát sỏi, đá vôi, đá ong…có thể tiết kiệm được đường ống sử dụng cho hệ thống thoát nước chung, giảm tải cho các nhà máy xử lý nước thải tập trung Nước sau xử lý có thể tái sử dụng vào các mục đích như tưới cây, tạo cảnh quan, rửa xe, dội bồn cầu Đây cũng là một trong những giải pháp để phát triển bền vững vùng nông thôn, góp phần xây dựng nông thôn mới, bảo vệ và tiết kiệm nguồn nước cho tương lai

Ở nước ta hiện nay, có rất nhiều các kỹ thuật xử lý nước được phổ biến và ứng dụng Tuy nhiên chủ yếu là xử lý bằng hóa chất hay các chế phẩm sinh học Mặc dù hiệu quả xử lý rất cao, nhưng giá thành rất đắt, không phù hợp với nguồn thu nhập thấp của nông dân Theo thói quen và tập quán, người dân vẫn thải trực tiếp ra kênh thoát nước hoặc ao, vườn trong gia đình Do đó, môi trường nông thôn

sẽ không được cải thiện nếu áp dụng kỹ thuật xử lý nước chi phí cao Vì vậy, việc tìm ra biện pháp sử dụng các vật liệu tự nhiên sẵn có mà vẫn đảm bảo được khả năng xử lý nước thải hiệu quả có chi phí thấp, thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình ở nông thôn là rất cần thiết

Xuất phát từ các vấn đề nêu trên đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải nông thôn bằng các vật liệu có nguồn gốc từ đất” được thực hiện nhằm đề xuất công

nghệ chi phí thấp áp dụng vào thực tiễn để xử lý và tái sử dụng nước thải, góp phần giảm thiểu tác động của BĐKH, hạn chế ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nguồn nước

2 Mục tiêu của nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt nông thôn bằng các vật liệu sẵn có tại các vùng nông thôn Việt Nam, khuyến cáo các hộ gia đình áp dụng để xử lý và tái sử dụng nước thải nông thôn bền vững với chi phí thấp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Vật liệu tự nhiên bao gồm đất, đá ong, cát sỏi, đá vôi được kết hợp để xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi vùng nông thôn

Nước thải từ các hộ dùng nước thôn Do Lộ, Phường Yên Nghĩa, Quận Hà Đông, Hà Nội

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Mô hình thí nghiệm trong phòng: Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý nước thải nông thôn bằng các vật liệu đất, đá ong, cát sỏi, đá vôi kết hợp (các thông số đo đạc gồm: pH, BOD5, COD, T-N, T-P, TSS, Coliforms)

- Xử lý nước thải từ các hộ dùng nước thôn Do Lộ, Phường Yên Nghĩa, Quận Hà Đông, Hà Nội áp dụng công nghệ chi phí thấp;

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn đánh giá được khả năng/hiệu suất hấp phụ chất ô nhiễm trong nước thải bao gồm BOD, COD, TN, TP, TSS bằng kỹ thuật xếp hỗn hợp các lớp đất đa tầng, làm cơ sở để áp dụng cho các công trình phân tán để xử lý nước thải nông thôn

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Ứng dụng để xử lý nước thải nông thôn áp dụng cho các hộ gia đình tại thôn

Do Lộ, Phường Yên Nghĩa, Quận Hà Đông, Hà Nội sử dụng các vật liệu có nguồn gốc từ đất và công nghệ xử lý chi phí thấp

5 Kết cấu của luận văn:

Luận văn gồm:

Phần mở đầu

Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Địa điểm, thời gian, phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả nghiên cứu

Kết luận và kiến nghị

Phụ lục kết quả nghiên cứu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Nước thải nông thôn và các phương pháp xử lý

1.1.1 Đặc trưng nước thải nông thôn

Nước thải nông thôn gồm nước thải sinh hoạt, làng nghề và chăn nuôi, chiếm trên 30% tổng lượng thải trực tiếp ra các sông hồ, hay kênh rạch dẫn ra sông [Nguyễn Quang Vinh, 2016] Nước thải nông thôn là nước thải đầu ra của các hoạt động sinh hoạt của con người bao gồm cả nước thải xám và nước thải toilet kết hợp với nước thải chăn nuôi gia súc và nước thải sản xuất làng nghề được thải vào hệ thống cống rãnh tiêu thoát nước trước khi xả thải vào hệ thống

kênh tiêu

Thành phần nước thải nông thôn gồm 2 loại:

- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người, gia súc: chuồng trại, toilet;

- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa tẩy, vệ sinh, sàn nhà

Nước thải sinh hoạt chứa các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Tính chất của nước thải nông thôn được thể hiện trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: Đặc trưng một số nguồn nước thải tại vùng nông thôn, khu ven đô

và làng nghề Mẫu nước đầu vào

chưa xử lý pH

COD (mgO/l)

BOD (mgO/l)

TSS (mg/L)

Coliform MPN/100mL

Mẫu nước đầu vào

chưa xử lý pH

COD (mgO/l)

BOD (mgO/l)

TSS (mg/L)

Coliform MPN/100mL

sinh hoạt

làng nghề

Vân Hà -

Bắc Giang

khô Mùa

Nước thải

tại xã Hồng

Hà, Chương

Mỹ - HN

Chăn

3

Nước thải chung

Nước thải

vùng nông

thôn ven đô

và làng

nghề

Tái chế

3

Chăn nuôi 7,05 1348,0 671,3 277,9 16.000.10

3

Sinh

3

Nước thải

tập trung

trên kênh –

xã Minh

Khai – Hoài

Đức – Hà

Nội

6,47 1600,9 960,3 955,9 60.000.103

Nước thải

tập trung

trên kênh –

Thị trấn

6,82 896,52 537.60 386,02 1.000.103

Mẫu nước đầu vào

chưa xử lý pH

COD (mgO/l)

BOD (mgO/l)

TSS (mg/L)

Coliform MPN/100mL

Lim – Tiên

Du - Bắc

Ninh

Nước thải

chế biến

tinh bột Tân

Hòa

Nước thải

chế biến

rượu Đại

Lâm

Nguồn: [Nguyễn Quang Vinh, 2016]

Bảng 1.2: So sánh tính chất nước thải nông thôn với nước thải đô thị

TT Thông số ĐVT Nước thải

đô thị

Nước thải Nông thôn

QCVN 14:2008/ BTNMT

TT Thông số ĐVT Nước thải

đô thị

Nước thải Nông thôn

QCVN 14:2008/ BTNMT

Nguồn: [Nguyễn Quang Vinh, 2016]

Nhìn chung, nước thải nông thôn có nồng độ chất ô nhiễm thấp hơn nước

thải đô thị Thành phần đặc trưng của nước thải chăn nuôi có hàm lượng hữu cơ,

vô cơ, khoáng…hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi chiếm khoảng 70- 80 %, bao gồm protein, lipid, hydrocacbon và các dẫn xuất như cellulose, acid amin Hàm lượng các chất vô cơ chiếm từ 20 - 30% bao gồm đất, cát, bụi muối phosphate, muối nitrat, ion Cl-, SO4 2-, PO4 3-…, lượng Nito, Photpho lớn, có mùi,

có màu Ngoài ra, trong loại nước thải này chứa nhiều vi khuẩn, vi trùng gây bệnh cho con người, ảnh hưởng tới môi trường như E.coli, samonella, shigenla…chúng

là tác nhân gây nên bệnh tả, thương hàn, kiết lỵ… Vì vậy, rất cần thiết phải xử lý nước thải chăn nuôi trước khi thải ra môi trường

1.1.2 Các phương pháp xử lý nước thải nông thôn

Phương pháp Hóa - Lý

Bản chất của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào

đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học tạo thành chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan không độc hại hay không gây ô nhiễm môi trường, trong đó hấp phụ và trao đổi ion là phương pháp hóa – lý thường áp dụng nhất

Hấp phụ: Là một hiện tượng (quá trình) xảy ra khi một chất khí hay chất

lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp, gây ra sự tăng nồng độ của một chất trên

bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn-khí; rắn-lỏng; lỏng-khí) Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ, bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Trần Hồng Côn (2005), Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị xử lý asen trong nước cho quy mô hộ gia đình và cụm dân cư, Sở Khoa học và Công

nghệ Hà Nội, Hà Nội, Mã số 01C- 09/11-2005-1

2 Trần Đức Hạ (2002), Xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

3 Nguyễn Thị Hằng Nga (2014a), “Nghiên cứu khả năng xử lý Asen (As) trong nước bằng sản phẩm phong hóa nhiệt đới”, Tuyển tập Hội nghị khoa học thường niên năm 2014, ISBN: 978-604-82-1388-6, trang 307-309

4 Đỗ Thị Vân Thanh (1995), Laterit - đá ong hóa và sự thoái hóa đất của một

số tỉnh vùng đồi Trung du miền Bắc Việt Nam, Báo cáo đề tài cấp Bộ

B-93 05-97, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội

5 Trần Thị Thu Thủy (2007), Nghiên cứu khả năng khử Flo trong nước bằng

đá ong tự nhiên, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đề tài sinh viên nghiên cứu

khoa học, 13 trang

6 Đặng Đức Truyền (2011), Nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải bằng đá ong biến tính phủ nano bạc, Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa

học và Công nghệ, Hà Nội

7 Ngô Thị Mai Việt, Phạm Tiến Đức, Phạm Luận và Trần Tứ Hiếu (2009),

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp của vật liệu đá ong biến tính có

gia thêm đất hiếm và khảo sát khả năng ứng dụng trong phân tích, làm giàu

các kim loại nặng”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Tập 14, Số 2,

trang 110-116

8 Nguyễn Quang Vinh (2016), Tái sử dụng nước thải - Giải pháp hiệu quả trong xử lý môi trường tại các vùng nông thôn mới, Viện Khoa học thuỷ lợi

http://www.vawr.org.vn/index.aspx?aac=CLICK&aid=ARTICLE_DETAIL

&ari=2101&lang=1&menu=&mid=-135&pid=1&title=tai-su-dung-nuoc- thai -giai-phap-hieu-qua-trong-xu-ly-moi-truong-tai-cac-vung-nong-thon-moi