thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang để xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ cho cụm dân cư, công suất q = 5m3 ngày đêm và 10m3 ngày đêm

Cũng chính vì lý do này, đề tài “Thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang để xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ cho cụm dân cư, công suất Q = 5m 3 /

Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Trong quá trình Công Nghiệp Hóa - Hiện Đai Hóa đất nước, nước ta ngày càng đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vực kinh tế - xã hội, tuy nhiên, thay vào đó về mặt môi trường ngày càng bị suy giảm trầm trọng, đặc biệt là môi trường nước

Cùng với việc bảo vệ và cung cấp nguồn nước sạch thì việc thải và xử lý nước bị

ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận cũng là vấn đề tất yếu Việt Nam mỗi ngày

nên các tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người

Hiện nay, tại các vùng nông thôn, nổi lên một vấn đề, đó là các cụm dân cư, hộ gia đình không có hệ thống xử lý nước thải mà thải thẳng ra kênh, mương,…làm ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng Mặt khác, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung nơi đây còn gặp nhiều hạn chế do khó có kinh phí để xây dựng, vận hành và bảo dưỡng hệ thống xử lý nước thải Yêu cầu đặt ra là phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải sao cho chi phí xây dựng, vận hành thấp mà vẫn đạt Quy chuẩn xả thải ra môi trường Do đó, việc xây dựng hệ thống đất ngập nước kiến tạo nơi đây là một giải pháp hữu hiệu giúp cải thiện môi trường từ đó góp phần phát triển bền vững và bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Cũng chính vì lý do này, đề tài “Thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo

dòng chảy ngầm theo phương ngang để xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ cho cụm dân cư, công suất Q = 5m 3 /ngày đêm và 10 m 3 /ngày đêm” đã được lựa chọn để

làm khóa luận tốt nghiệp

1.2 Mục tiêu

 Thiết lập sổ tay thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang

 Thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang

để xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ cho cụm dân cư công suất Q =

14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt

1.3 Nội dung

 Thu thập tài liệu về phương pháp xử nước thải sinh hoạt, vận hành và thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo

 Tìm hiểu các loại thực vật ngập nước có khả năng xử lý nước thải sinh hoạt hiệu suất cao đồng thời thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam

 Thiết lập sổ tay thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang

 Tính toán và trình ày ản v thiết kế công trình đất ngập nước kiến tạo dòng

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đồ án nghiên cứu các vấn đề sau:

 Nước thải sinh hoạt (sau bể tự hoại) và các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt,

 Các cụm dân cư nhỏ,

 Sử dụng công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp so sánh: So sánh ưu và nhược điểm của công trình đất ngập nước kiến tạo với công nghệ truyền thống; Giữa công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt với dòng chảy ngầm; So sánh các chỉ tiêu với QCVN hiện hành để từ đó đưa ra phương pháp xử lý thích hợp

 Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan

về xử lý nước thải sinh hoạt, về công trình đất ngập nước kiến tạo

 Phương pháp tham khảo: Tham khảo ý kiến của thầy cô hướng dẫn, thầy cô chuyên ngành

1.6 Đóng góp khoa học, kinh tế và xã hội

 Là cơ sở thiết kế, để từ đây thiết kế nhiều công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang,

 Giúp giảm chi phí xây dựng, vận hành so với hệ thống xử lý nước thải truyền thống,

 Tạo mảng xanh, có cảnh quan đẹp, thân thiện với môi trường

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT, CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP

NƯỚC KIẾN TẠO 2.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân,…và thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác

Hình 2.1 Nước thải sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính theo đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm

đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn, do không có hệ thống thoát nước, nên nước thải thường được thoát nước tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát nước bằng biện pháp tự thấm

2.1.2 Thành phần, đặc tính nước thải sinh hoạt

2.1.2.1 Thành phần

Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

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

 Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

2.1.2.2 Đặc tính

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn có

cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh Chất hữu cơ chứa trong

đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng

là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với môi trường nước (sông, hồ, kênh, rạch,…)

Mức độ gây ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào hai yếu tố cơ ản: tải

trọng chất bẩn và định mức sử dụng nước (hay lưu lượng nước thải) tính trên đầu

người

Tải trọng chất bẩn phụ thuộc vào chế độ sinh hoạt (cách ăn, uống, mức sống v.v…) và tập quán của người dân (ví dụ như tính tiết kiệm làm giảm khối lượng các chất dư thừa thải bỏ) Theo tính toán của nhiều quốc gia đang phát triển và của Việt Nam, tải trọng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt do mỗi người hàng ngày đưa vào môi trường (nếu không qua xử lý) được giới thiệu ở bảng 2.1 (Giá trị lớn hơn trong bảng tương ứng với khi các điều kiện kinh tế xã hội được phát triển hoàn thiện và mức sống được nâng cao)

Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

Chỉ tiêu

Tải trọng chất bẩn (g/người.ngày đêm)

Các quốc gia đang phát triển gần gũi với Việt

Nam

Theo Tiêu chuẩn TCXD -51-84 của Việt Nam

-(Nguồn: PGS.TS Lâm Minh Triết, “Kỹ thuật môi trường”,2015)

Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt được giới thiệu ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng có trong nước thải sinh hoạt

(Nguồn: Davis Cornwell, “Entroduction to Environmental Engineering”,1998)

2.1.3 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt không được xử lý s gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, con người, các loài thủy sinh,…Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt chủ yếu do các thành phần trong nước thải sinh hoạt gây ra

 BOD, COD: Sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm quá mức (nồng độ BOD, COD quá cao) điều kiện yếm khí có thể hình thành Trong quá trình phân hủy yếm khí s sinh ra một số sản phẩm

trường nước

 SS: Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

 Vi trùng gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc , vàng da,…

 N,P: Đây là các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nồng độ N, P trong nước quá cao có thể gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa

 Màu: Gây mất mỹ quan

 Dầu mỡ: Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy vào nước

Nước thải sinh hoạt có chứa một lượng lớn các chất hữu cơ, dầu mỡ, chất dinh dưỡng (N, P) và các vi sinh vật Nước thải sinh hoạt thải ra sông, suối, ao, hồ,….dẫn đến gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật nước, sức khỏe con người, ảnh hưởng tới hoạt động sản xuất kinh doanh, nuôi trồng thủy sản,…Đây cũng là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh ở người như tiêu chảy, kiết lỵ, thương hàn, ung thư,…Do vậy, cần phải có phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt thích hợp để loại bỏ các chất ô nhiễm có trong nước thải tránh gây hại cho môi trường, con người và sinh vật nước

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

2.2.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan chứa trong nước thải và được thực hiện ở các công trình xử lý: Song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc các loại

2.2.1.1 Song chắn rác, lưới lọc

Song chắn rác, lưới chắn dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như: giấy, rau, rác,… được gọi chung là rác Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại song chắn rác hoặc chuyển tới

bể phân hủy cặn

Song chắn rác hoặc lưới chắn rác đặt trước trạm ơm trên đường tập trung nước thải chảy vào trạm ơm Song chắn rác thường đặt vuông góc với dòng chảy, song chắn rác gồm các thanh kim loại (thép không rỉ) tiết diện 5x20mm đặt cách nhau 20-50mm trong một khung thép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai

rác và lưới chắn bằng thủ công hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tự động

Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song, lưới chắn rác phải bố trí sàn thao tác đủ chỗ để thùng rác và đường vận chuyển Hiệu quả khử SS của lưới chắn rác khoảng 20%

Hình 2.2 Cấu tạo song chắn rác

2.2.1.2 Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước thải như xỉ than, cát,… Chúng không có lợi đối với quá trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải và xử lý cặn ã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý Cát từ bể lắng đưa đi phơi khô ở sân phơi cát

và sau đó có thể được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng

Có 3 loại bể lắng cát: Bể lắng cát ngang (cả hình vuông và hình chữ nhật), bể lắng cát thổi khí và bể lắng cát dòng xoáy

Bể lắng cát ngang: Dòng chảy đi qua ể theo chiều ngang và vận tốc của dòng chảy được kiểm soát bởi kích thước của bể, ống phân phối nước đầu vào và ống thu nước đầu ra Bể lắng cát ngang chỉ ứng dụng cho trạm xử lý có công suất nhỏ nhưng hiệu quả xử lý không cao

Hình 2.3 Cấu tạo bể lắng cát ngang

1 Song phân phối nước đều theo mặt cắt ngang

2 Mương thu hẹp để giữ vận tốc nước không đổi trong bể lắng cát

3 Thể tích vùng chứa cát

Bể lắng cát thổi khí: Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào ể dọc theo chiều dài thành bể ở độ sâu nhất định để tạo nên dòng chảy xoáy ốc Cát lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực Hiệu suất làm việc của bể lắng cát thổi khí khá cao do thổi khí s tạo được chuyển động vòng kết hợp với chuyển động theo phương thẳng Do tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó mà các chất bẩn hữu cơ lơ lửng

thối rữa

Hình 2.4 Quỹ đạo chuyển động của cát trong bể lắng cát sục khí

Bể lắng cát dòng xoáy (hay còn gọi là bể lắng cát chuyển động vòng): Bể thường

có dạng hình trụ tròn, nước thải được phân phối vào bể theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng chảy xoáy, cát được tách ra khỏi nước và lắng xuống đáy ể dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm

95% lượng cặn có trong nước thải Vì vậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường bố trí xử lý an đầu hay sau khi xử lý sinh học Để có thể tăng cường quá trình lắng ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học (chất keo tụ)

Thông thường trong bể lắng, người ta thường phân ra làm 4 vùng:

- Vùng phân phối nước vào

- Vùng lắng các hạt cặn

- Vùng chứa và cô đặc cặn

- Vùng thu nước ra

Hình 2.5 Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng.

Bể lắng được chia làm 3 loại:

 Bể lắng ngang (có hoặc không có vách nghiêng): Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật Thông thường bể lắng ngang được sử dụng trong các trạm xử lý có

áp dụng công suất bất kỳ cho các trạm xử lý nước không dùng phèn

 Bể lắng đứng: Mặt bằng là hình tròn hoặc hình vuông (nhưng trên thực tế thường sử dụng bể lắng hình tròn), trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương án kính (radian)

 Bể lắng ly tâm: Mặt bằng là hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể rồi thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài

2.2.1.4 Bể lọc

Lọc được ứng dụng để tách tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải,

mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ lại các tạp chất

Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương Có nhiều dạng lọc: Lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi,…

2.2.2 Phương pháp hóa lý

Bản chất quá trình xử lý hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt chất ô nhiễm ra khỏi nước thải Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với phương pháp cơ học, hóa học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

2.2.2.1 Phương pháp kết tủa tạo bông cặn

Phương pháp áp dụng một số chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào tính chất và thành phần của nước thải cũng như của chất khuếch tán cần loại Trong một số trường hợp các chất phụ trợ nhằm chỉnh cho giá trị pH của nước thải tối ưu cho quá trình tạo bông và keo

tụ

Trong một số trường hợp phương pháp loại bớt màu của nước thải nếu kết hợp áp dụng một số chất phụ trợ khác Chất keo tụ thường dùng là phèn nhôm

không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Các chất keo tụ cao phân tử cho phép nâng cao đáng kể hiệu quả của quá trình keo tụ và lắng bông cặn sau đó

2.2.2.2 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp quá trình này cũng dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách

Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường đươc sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn s kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

Hình 2.6 Bể tuyển nổi kết hợp với cô đặc bùn

2.2.2.3 Quá trình hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi để làm sạch triệt để chất hữu cơ trong nước thải, nếu nồng độ các chất này không cao và chúng không bị phân hủy bởi vi sinh hoặc chúng rất độc như thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ

vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm,…

2.2.3 Phương pháp hóa học

2.2.3.1 Phương pháp trung hòa

Nước thải sinh hoạt cần phải trung hòa khi có tính axit hoặc kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải Trung hòa còn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh

pH về 6,6 – 7,6

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm

Ngoài ra, có thể tận dụng nước thải có tính axit trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại Ví dụ như trong dây chuyền công nghệ xi mạ, do có 2 công đoạn: làm sạch bề mặt nguyên liệu cần mạ (đây là công đoạn tạo ra nước thải có tính kiềm mạnh)

và công đoạn tẩy rỉ kim loại (công đoạn này lại tạo ra nước thải có tính axit mạnh) Ta

có thể tận dụng 2 loại nước thải này để trung hòa lẫn nhau

2.2.3.2 Phương pháp oxy hóa khử

 Oxy hóa bằng không khí

Oxy hóa bằng không khí dựa vào khả năng hòa tan của oxy vào nước Phương

khí sục vào vì nếu sục khí quá nặng s làm tăng pH của nước

 Ozon hóa

Ozon hóa tác động mạnh m với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa ằng Ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước Bằng Ozon hóa có thể xử

Ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99% Ngoài ra, Ozon còn oxy hóa các hợp chất Nitơ, phốt pho… Nhược điểm chính của phương pháp này là giá thành cao và thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp

2.2.4 Phương pháp sinh học

Bản chất của quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải bằng phương pháp sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Chúng sử dụng một số chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng

Phương pháp này được sử dụng để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ ộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý

Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp sinh học thành hai nhóm chính sau:

 Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

 Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí

Ngoài ra, còn có phương pháp xử lý nước thải kết hợp giữa vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật kỵ khí

Phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh học được trình bày chi tiết ở hình 2.7

Lọc sinh học

Aerotank

Đĩa quay

Mươ

ng oxy hóa

Ao sinh học

kỵ khí

Lọc

kỵ khí

UASB

Kỵ khí tiếp xúc

Ao,

hồ hiếu khí-kỵ khí

Hình 2.7 Sơ đồ tóm tắt các phương pháp xử lý sinh học

2.2.4.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

a) Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

Ao, hồ sinh học hiếu khí: Oxy cấp cho quá trình oxy hóa chủ yếu do sự khuếch tán

không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật (rong, tảo,…) Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất là 0,3 – 0,5m Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 – 12 ngày Tuy nhiên, do độ sâu nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn Vì thế hồ sinh học chỉ hợp

lý về kinh tế khi kết hợp việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp

Hình 2.8 Hồ hiếu khí

Cánh đồng tưới và bãi lọc: Trong nước thải sinh hoạt có chứa một hàm lượng N, P,

K khá đáng kể Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp cho sự phát triển của thực vật Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường

là N:P:K = 5:1:2 Để sử dụng làm phân ón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ

trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat Các nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m Vì vậy cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi

có mực nước nguồn thấp hơn 1,5m so với mặt đất

Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp Độ dốc của cánh đồng tưới và bãi lọc thường là 0,02

Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3ha, đối với những cánh đồng công cộng diện tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300-1500m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không vượt quá 10-200m

b) Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

Aerotank: Aerotank là quy trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, ở đây các chất hữu

cơ dễ bị phân hủy sinh học bởi vi sinh vật sau đó được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải giảm xuống Không khí trong bể aerotank được tăng cường bằng cách dùng máy sục khí bề mặt, máy thổi khí,…để cung cấp không khí một cách liên tục Quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra trong aerotank bao gồm a giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Thức ăn dinh dưỡng trong nước rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này lại ít Sau khi thích nghi với môi trường, vi sinh vật sinh trưởng rất nhanh và mạnh theo cấp số nhân, vì vậy lượng oxy tiêu thụ giảm dần

 Giai đoạn 2: Sinh vật phát triển ổn định, tốc độ tiêu thụ oxy cũng gần như ít thay đổi Ở giai đoạn này chất hữu cơ ị phân hủy nhiều nhất

 Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài, tốc độ oxy hóa cầm chừng, có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxy tăng lên

Điều kiện áp dụng:

 Thường được áp dụng để xử lý nước thải có tỷ lệ BOD/COD > 0,5 chẳng hạn như nước thải sinh hoạt, nước thải của các ngành nghề chế biến hải sản, mía đường, thực phẩm, giấy,…

 Khoảng pH tối ưu dao động trong khoảng hẹp từ 6,5 – 7,5

 Duy trì hàm lượng dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, hoặc COD:N:P = 150:5:1

 Nước thải có độ ô nhiễm vừa (BOD < 1000 mg/L)

 Không có hàm lượng kim loại nặng như Mn, P , Hg, Ag, Cr,… vượt quá quy định

Hình 2.9 Cấu tạo bể aerotank

Lọc sinh học: Trong bể lọc sinh học, chất thải được lọc qua lớp vật liệu lọc rắn có bao

bọc lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học bao gồm các bộ phận chính sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc

Dựa vào cách bố trí lớp vật liệu lọc, có thể phân bể lọc sinh học thành hai loại chính:

 Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc phun hay lọc nhỏ giọt)

 Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

Ưu và nhược điểm của hai loại bể lọc sinh học được trình bày chi tiết trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Ưu điểm và nhược điểm của bể lọc sinh học với lớp vật liệu không ngập

nước và bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

- Dễ bị tắc ngh n

- Rất nhạy cảm với nhiệt độ

- Không khống chế được quá trình thông khí, dễ sinh mùi

- Bùn dư không ổn định

- Giá thành xây dựng cao (Khối lượng vật liệu lọc tương đối nặng)

- Không cần phải rửa lọc, vì quần thể VSV được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải

- Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau

1 thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng

- Có thể xây dựng bằng bê tông cốt thép hoặc tích hợp thành modum chế tạo

- Dễ dàng trong vận hành, có khả năng tự động hóa

- Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi

- Tổn thất khí cấp cho quá trình, vì phải tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu của VSV mà còn cho nhu cầu cho thủy lực

- Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù

Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactor) là công nghệ tiên tiến trong xử lý

nước thải nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm cacbon (BOD) hoặc BOD/nitrat hóa đồng thời là công nghệ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí xử lý RBC được nghiên cứ và phát triển tại Đức vào những năm 1960, đến nay hệ thống đã được ứng dụng rộng rãi tại 140 quốc gia trên thế giới Các loại nước thải thích hợp cho hệ thống là nước thải có nguồn gốc sinh hoạt như nước thải tại các tòa nhà, khu dân cư, ệnh viện,… và nước thải một số ngành công nghiệp

RBC hoạt động dựa vào nguyên lý tiếp xúc của hệ vi sinh vật ám dính trên đĩa quay (màng sinh học) đối với nước thải và oxy có trong không khí Khi khối đĩa quay

đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh trưởng và phát triển sử dụng hết các chất hữu cơ có trong nước thải

Hình 2.10 Cấu tạo đĩa quay sinh học RBC

Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc

trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương Nước thải có độ nhiễm bẩn cao

Đối với nước thải sinh hoạt chỉ cần qua song chắn rác, lắng cát và không qua lắng

1 là có thể đưa vào mương oxy hóa Tải trọng của mương oxy hóa tính theo ùn hoạt

mương Do đó, số lượng bùn giảm khoảng 2,8 lần Thời gian xử lý hiếu khí là 1-3 ngày

Hình 2.11 Cấu tạo mương oxy hóa

2.2.4.2 Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí

Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS Nhiệt độ thích

Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kỵ khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí

Trong quá trình lên men kỵ khí, thường có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chất hữu

cơ nối tiếp nhau:

 Thủy phân: Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme như các polysaccharide và protein thành các phưc chất đơn giản hoặc chất hòa tan như amino axit, axit áo,… kết quả của sự bẻ gãy mạch cacbon chưa làm giảm COD

 Axit hóa: Ở giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành

4,0

 Acetic hóa: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn axit hóa

 Metan hóa: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí Axit

khối

a) Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

Ao hồ kỵ khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí Các vi sinh vật kỵ khí

hoạt động sống không cần oxy của không khí Chúng sử dụng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunfat,… để oxy hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và khí

Hồ kỵ khí thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít dùng để xử lý nước thải sinh hoạt vì nó gây mùi hôi khó chịu Hồ kỵ khí phải đặt cách

xa nhà ở và xí nghiệp thực phẩm 1,5-2 km Để duy trì điều kiện kỵ khí và giữ ẩm cho

hồ trong mùa đông thì chiều sâu hồ phải lớn, thường là 2,4-3,6 m Hồ có 2 ngăn làm việc để dự phòng khi xả bùn trong hồ Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồng đều trong hồ Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn để bùn không thoát ra cùng với nước

Hình 2.12 Hoạt động của hồ kỵ khí.

b) Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

Bể UASB (Upflow Anearobic Sludge Blanket): UASB được thiết kế cho nước thải

có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức min là 100 mg/L, nếu SS > 3000 mg/L thì không thích hợp

để xử lý bằng UASB

Xử lý nước thải UASB là quá trình sinh học kỵ khí, trong đó nước thải s được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v < 1m/h) Cấu tạo của bể UASB thông thường gồm: Hệ thống phân phối nước đáy ể, tầng xử lý và hệ thống tách pha

Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây s diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ ởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định

lỏng và khí, qua đó thì các chất khí s theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp

Hình 2.13 Cấu tạo bể UASB

Lọc sinh học kỵ khí: Gồm hai loại:

 Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ (ANAFIZ): Lọc kỵ khí gắn với sự tăng trưởng của vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể Bể lọc có thể được vận hành ở chế độ dòng chảy ngược hoặc xuôi Giá thể lọc trong quá trình lưu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng có khả năng phân ly các chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa

 Lọc kỵ khí với lớp vật liệu giả lỏng trương nở (ANAFLUX): Vi sinh vật được

cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích là lớn nhất Ưu điểm của phương pháp này là: Ít ị tắc ngh n trong quá trình làm việc với vật liệu lọc; Khởi động nhanh chóng; không tẩy trôi các quần thể sinh học bám trên vật liệu; Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng

Kỵ khí tiếp xúc: Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một

thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn

Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào ể lắng: nước trong đi ra và ùn được lắng xuống đáy Ưu điểm của phương pháp này là có thể chuyển bùn từ bể này sang bể khác một cách dễ dàng; Lọc

thải

2.2.4.3 Phương pháp xử lý nước thải bằng sự kết hợp giữa vi sinh vật hiếu khí và vi

sinh vật kỵ khí

Ao hồ hiếu khí – kỵ khí (Ao hồ tùy nghi): Đây là loại ao hồ phổ biến trong thực tế;

Là sự kết hợp song song hai quá trình: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan ở trong nước và phân hủy kỵ khí cặn lắng ở vùng đáy

Ở tầng trên của hồ, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước xảy ra nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời Ở tầng dưới các chất hữu cơ

Hình 2.14 Hoạt động của hồ tùy nghi

2.2.5 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Hình 2.15 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 1

Bể tự hoạiNước thải sinh hoạt

Đất ngập nước kiến tạo

Chlorine

Nguồn tiếp nhận

Hầm Biogas

Hình 2.16 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 2

Hình 2.17 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 3

Song chắn rácNước thải sinh hoạt

Máy thổi khí

Nguồn tiếp nhận

Vận chuyểnRác thô

Nước tuần hoàn

Bùn tuần hoànBùn

Bùn

Không khí

Không khí

Xe chở ùn

Hình 2.18 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 4

Song chắn rácNước thải sinh hoạt

nén bùnChlorine

Máy thổi khí

Nguồn tiếp nhận

Vận chuyểnRác thô

Nước tuần hoàn

Bùn

Bùn

Xe chở ùn

Bể tiếp xúc

Để xử lý nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng, dường như cần phải

sử dụng kết hợp các phương pháp xử lý nước thải lại với nhau Tuy nhiên, tùy thuộc vào lưu lượng nước thải, nồng độ chất ô nhiễm, diện tích xây dựng, chi phí đầu tư,…

mà người ta đưa ra sơ đồ công nghệ phù hợp để xử lý nước thải đạt yêu cầu Trên thực

tế, có một số công trình (units) mà trong đó có sự kết hợp giữa các phương pháp xử lý khác nhau và Đất ngập nước kiến tạo là một trong số đó Hệ thống đất ngập nước kiến tạo là sự kết hợp giữa phương pháp cơ học (lắng, lọc,….), phương pháp trao đổi ion và phương pháp sinh học (gồm cả sinh học hiếu khí lẫn kỵ khí) Ngoài ra, còn có quá trình hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật, giúp cho hiệu quả của công trình cao hơn

2.3 Tổng quan về công trình đất ngập nước

2.3.1 Các định nghĩa về đất ngập nước

Thuật ngữ đất ngập nước được hiểu theo nhiều cách, tùy theo quan điểm, người ta

có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau Hiện nay có khoảng hơn 50 định nghĩa về

đất ngập nước được sử dụng (theo Dugan, năm 1990)

Theo điều 1.1 của công ước Ramsar về đất ngập nước công bố năm 1971 đã định nghĩa từ đất ngập nước như sau: “Đất ngập nước là vùng đất của đầm lầy, miền ngập lụt, bãi than bùn hoặc vùng nước, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thường kỳ hoặc tạm thời, nước đứng hoặc đang chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc mặn, bao gồm cả vùng biển nơi độ sâu dưới mức thủy triều thấp không quá 6m Đất ngập nước có thể kết hợp các vùng đất ven sông và vùng ven biển liền kề, và các vùng đảo hoặc vùng biển có độ sâu dưới 6m so với mực nước triều thấp”

Theo chương trình quốc gia về điều tra đất ngập nước của Mỹ: Về vị trí phân bố, đất ngập nước là những vùng đất chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và hệ sinh thái thủy vực Những nơi này mực nước ngầm thường nằm sát mặt đất hoặc thường xuyên được bao phủ bởi lớp nước nông Đất ngập nước phải có ba thuộc tính

sau (theo Cowardin và cộng sự, năm 1979):

 Có thời kỳ nào đó, đất thích hợp cho phần lớn các loài thực vật thủy sinh;

 Nền đất hầu như không ị khô

 Nền đất không có cấu trúc không rõ rệt hoặc ão hòa nước, bị ngập nước ở mức cạn tại một số thời điểm nào đó trong mùa sinh trưởng hàng năm

Theo các nhà khoa học Canada: Đất ngập nước là đất ão hòa nước trong thời gian dài đủ để hỗ trợ cho các quá trình thủy sinh Đó là những nơi khó tiêu hóa nước, có thực vật thủy sinh và các hoạt động sinh học thích hợp với môi trường ẩm ướt

Theo các nhà khoa học New Zealand: Đất ngập nước là một khái niệm chung để chỉ những vùng đất ẩm ướt từng thời kỳ hoặc thường xuyên Những vùng ngập nước ở mức cạn và những vùng chuyển tiếp giữa đất nước Nước có thể là nước ngọt, nước

mặn hoặc nước lợ Đất ngập nước ở trạng thái tự nhiên hoặc đặc trưng ởi các loài thực vật và động vật thích hợp với điều kiện sống ẩm ướt

Theo các nhà khoa học Australia: Đất ngập nước là vùng đầm lầy, bãi lầy than bùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kỳ, nước tĩnh hoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm cả bãi lầy và những khu rừng ngập mặn lộ ra khi thủy triều xuống thấp

Theo liên đoàn các kỹ sư quân đội Mỹ (1987) đã định nghĩa đất ngập nước là các vùng đất bị ngập hoặc bão hòa bởi nước mặt và nước ngầm theo một tần số hoặc thời đoạn cần thiết, và theo các tình huống thông thường mà hình thành, có sự hiện diện phổ biến các loài thực vật tiêu biểu thích nghi với điều kiện đất ão hòa nước

Theo hai nhà khoa học nổi tiếng chuyên về đất ngập nước, Kadlec và Knight

(1996), đất ngập nước là vùng nằm giữa vùng đất cao và vùng nước Vùng đất cao là

vùng đất có cao độ cao hơn điểm thoát ra ngoài mặt đất của mức thủy cấp mùa lũ Vùng nước là vùng đất thấp hơn mực nước thấp nhất, hoặc nói cách khác đó chính là điểm thoát nước ra ngoài của mực thủy cấp trong mùa khô

Hiện nay, định nghĩa theo công ước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất

2.3.2 Các chức năng của đất ngập nước

2.3.2.1 Chức năng sinh thái của đất ngập nước

- Nạp nước ngầm: Nước được thấm từ các vùng đất ngập nước xuống các tầng ngậm nước trong lòng đất, nước được giữ lại ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùng đất ngập nước khác cho con người sử dụng

- Hạn chế ảnh hưởng của lũ lụt: Bằng cách giữ và điều hòa lượng nước mưa như bồn chứa tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế

lũ ở vùng hạ lưu

- Ổn định vi khí hậu: Do chu trình trao đổi chất và nước trong các hệ sinh thái,

quyền làm cho vi khí hậu địa phương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định

- Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn: Nhờ lớp phủ thực vật, đặc biệt là rừng ngập mặn ven biển, thảm cỏ,… có tác dụng làm giảm sức gió của

ão và ào mòn đất của dòng chảy bề mặt

- Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm: Vùng đất ngập nước được coi như là ể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc (chất thải sinh hoạt và công nghiệp)

- Giữ lại chất dinh dưỡng: Làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của các sinh vật sống trong hệ sinh thái đó

- Sản xuất sinh khối: Rất nhiều vùng đất ngập nước là nơi sản xuất và xuất khẩu sinh khối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang

dã cũng như vật nuôi

- Giao thông thủy: hầu hết sông, kênh, rạch, cá vùng hồ chứa nước lớn, vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa,… đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long, vận chuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của các cộng đồng địa phương

- Giải trí, du lịch: Các khu bảo tồn đất ngập nước như Tràm chim (Tam Nông, Đồng Tháp) và Xuân Thủy (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long, cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung, thu hút nhiều du khách đến tham quan giải trí

- Thủy sản: Các vùng đất ngập nước là môi trường sống và là nơi cung cấp thức

ăn cho loài thủy sinh có giá trị kinh tế cao như cá, tôm, cua, động vật thân mềm,…

- Tài nguyên cỏ và tảo biển: Nhiều diện tích đất ngập nước ven biển có những loại tảo, cỏ biển là nguồn thức ăn của nhiều loài thủy sinh vật và còn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc, làm phân ón và dược liệu

- Sản phẩm nông nghiệp: Các ruộng lúa nước chuyên canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác đã tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng khác của vùng đất ngập nước

- Cung cấp nước ngọt: Nhiều vùng đất ngập nước là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc và sản xuất công nghiệp

- Tiềm năng năng lượng: Than bùn là một nguồn nhiên liệu quan trọng, các đập, thác nước cũng là nguồn cung cấp năng lượng Rừng tràm Việt Nam có khoảng

305 triệu tấn than bùn cung cấp nguồn năng lượng lớn Lớp than ùn này được dùng làm phân ón và ngăn cản quá trình xì phèn

2.3.2.3 Giá trị đa dạng sinh học

Giá trị đa dạng sinh học là thuộc tính đặc biệt và quan trọng của đất ngập nước Nhiều vùng đất ngập nước là nơi cư trú rất thích hợp của các loài động vật hoang dã, đặc biệt là loài chim nước, trong đó có nhiều loài chim di trú

Chỉ riêng hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng cửa sông ven biển, một kiểu hệ sinh thái được tạo thành bởi môi trường trung gian giữa biển và đất liền, là một hệ sinh thái

có năng suất cao, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học Đó là nơi cung cấp các lâm sản, nông sản và hải sản có giá trị kinh tế cao Bên cạnh vai trò điều hòa khí hậu, hạn chế xói lở, ổn định và mở rộng bãi bồi

Giá trị đa dạng sinh học của đất ngập nước bao gồm cả giá trị văn hóa, nó liên quan tới cuộc sống tâm linh, các lễ hội truyền thống phản ánh ước vọng của người dân địa phương sống trong đó và các hoạt động du lịch sinh thái,… Giá trị văn hóa ao gồm cả tri thức bản địa của người dân trong nuôi trồng, khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và cách thích ứng của con người với môi trường tự nhiên (lũ lụt, hiện tượng ngập nước theo mùa và lũ lụt của thiên nhiên,…) Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh mối quan hệ giữa tự nhiên, xã hội, ngôn ngữ và văn hóa là không thể nào tách rời, nó thể hiện lòng tin của con người Thông thường nơi nào có giá trị đa dạng sinh học cao thì cũng là nơi cư trú của người dân bản địa Người ta chưa thống kê được bao nhiêu xã hội truyền thống nhưng loại trừ các cư dân thành thị còn khoảng 85% dân số thế giới sống ở các vùng địa lý khác nhau: vùng địa cực, vùng

sa mạc, các vùng rừng nhiệt đới và vùng đất ngập nước,…tất cả các yếu tố tự nhiên này góp phần không nhỏ tạo nên văn hóa truyền thống của người dân địa phương Bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên trong đó có các hệ sinh thái đất ngập nước cũng là ảo vệ cái nôi văn hóa truyền thống

2.3.3 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo, các loại hình đất ngập nước kiến tạo và

cơ chế các quá trình xử lý trong đất ngập nước

2.3.3.1 Định nghĩa đất ngập nước kiến tạo

Đất ngập nước kiến tạo được định nghĩa là một hệ thống công trình xử lý nước thải được kiến thiết và tạo dựng mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của đất ngập nước tự nhiên với cây trồng chọn lọc

Đất ngập nước kiến tạo được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải, các mục tiêu khác như điều tiết lũ lụt, bổ cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác nguyên liệu thô, tạo môi trường tự nhiên cho các động vật hoang dã chỉ là các mục tiêu phụ Các chất ô nhiễm của nước thải, có thể từ mưa chảy tràn trên sườn dốc, nước thải sinh hoạt, nước thải từ sản xuất dân dụng hoặc công nghiệp,… khi qua đất ngập nước

kiến tạo s bị giữ lại bởi chất nền (đất, cát, sạn sỏi,…) và cây trồng, cuối cùng nước s trở nên sạch s hơn

Ưu điểm lớn nhất của phương thức xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo so với các biện pháp xử lý nước thải khác do chúng rất hợp với điều kiện tự nhiên, đơn giản trong xây dựng, dễ quản lý, ít hao tốn năng lượng, hóa chất, hiệu quả xử lý khá tốt và chi phí vận hành thấp Tuy vậy, trở ngại lớn của việc xây dựng đất ngập nước kiến tạo hiện nay nó cần một khu đất tương đối rộng

2.3.3.2 Lịch sử nghiên cứu đất ngập nước kiến tạo

Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt, được xây dựng trên cơ sở sinh thái đất ngập nước tự nhiên, cho mục tiêu chính là xử lý nước thải Vào đầu những năm 1950,

ý định đầu tiên sử dụng thực vật đất ngập nước để loại bỏ các chất ô nhiễm khác nhau

từ nước thải là do K.Seidel ở Đức (Vymazal, 2005) Sau đó, trong giai đoạn 1960 –

1980, Seidel và các cộng sự tại viện Max Planck ở Đức sau nhiều nghiên cứu đã đề

xuất kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt (Kickuth, 1977; Seidel, 1976)

Một công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt hoàn chỉnh đã được xây dựng ở

Hà Lan vào những năm 1967 – 1969 để xử lý nước thải cho một vùng đất dùng để cắm trại Những năm sau đó, lần lượt có khoảng 20 khu đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt được xây dựng ở Hà Lan Rất nhiều nghiên cứu khoa học về tác dụng của cây cỏ ở vùng đất ngập nước trong việc xử lý nước thải đã được công bố từ năm 1955 đến cuối thập niên 1970 Tuy nhiên, loại hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt lại không được các nước châu Âu khác áp dụng mà hầu hết các nước ở đây lại chuộng kiểu hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang Năm 1974, vùng Othfresen ở Đức xây dựng hoàn chỉnh một khu đất ngập nước dòng chảy ngầm theo phương ngang Trong thời kỳ an đầu, ở Đức và Đan Mạch, đất dùng là đất sét nặng

Hệ thống này cho kết quả nước đầu ra tốt nhưng do độ dẫn thủy lực thấp nên về sau bị tình trạng úng nước cục bộ, vì vậy có hệ thống phải chỉnh sửa theo kiểu dòng chảy mặt Cuối thập niên 1980 ở Anh Quốc, đất được thay bằng sạn sỏi đã sàng rửa và lần này cho kết quả khá thành công Vào giữa những năm 1985, Trung Tâm Nghiên Cứu

Nước Anh Quốc (the British Water Research Centre) lần đầu tiên đã chứng minh tiềm

năng cải thiện chất lượng nước của dòng chảy ngang qua các hệ thống xử lý bằng sậy Vào khoảng giữa năm 1985 – 1990, công ty Weyerhaeuser bắt đầu nghiên cứu hai hệ thống đất ngập nước chảy mặt thí điểm riêng biệt để xử lý nước thải của nhà máy giấy

và bột giấy Vùng lõm khu xử lý được trồng các loại cây cỏ giây (Spartina

cynosuroides), cỏ đuôi mèo (Typha latifolia), sậy (Phragmites australis)

Từ năm 1985 đến nay, hàng trăm hệ thống đất ngập nước đã được xây dựng khắp thế giới, đặc biệt ở cá quốc gia châu Âu (Áo, Bỉ, Đan Mạch, Pháp, Đức, Thụy Điển,

Thụy Sĩ, Hà Lan, Anh Quốc), Bắc Mỹ,Úc và châu Á (Trung Hoa và Ấn Độ) Tháng 9/1990, Hội nghị Quốc tế về đất ngập nước kiến tạo đã được họp tại Cambridge, Anh Quốc để giới thiệu một tài liệu hướng dẫn của châu Âu về thiết kế và vận hành các hệ

thống xử lý cho nền đất trồng Sậy (Cooper và Findlater, 1990) Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt dùng chất nền là sạn sỏi thường được dùng rộng rãi ở Mỹ (Reed

cùng cộng sự, 1995) Một nghiên cứu tại Tây Ban Nha đã kết luận đất ngập nước kiến

tạo là một giải pháp bền vững để xử lý nước thải các khu làng xã nhỏ (Solano cùng

cộng sự, 2003) Có thể liệt kê theo dòng thời gian một loạt các nghiên cứu có báo cáo

theo hướng dẫn dùng đất ngập nước để xử lý nước thải (Moshiri, 1993):

 1956 - Thực nghiệm xử lý nước thải trại chăn nuôi;

 1975 - Vận hành xử lý nước thải nhà máy tinh lọc dầu mỏ;

 1978 - Vận hành xử lý nước thải nhà máy dệt;

 1978 - Thực nghiệm xử lý nước thải có axit của mỏ khoáng;

 1979 - Vận hành xử lý nước thải ao nuôi cá;

 1982 - Vận hành xử lý nước thải có axit của mỏ khoáng;

 1982 - Thực nghiệm làm giảm sự phú dưỡng hóa ao hồ;

 1982 - Vận hành xử lý nước thải chảy tràn do mưa ở đô thị;

 1983 - Thực nghiệm xử lý nước thải nhà máy giấy và bột giấy;

 1985 - Thực nghiệm xử lý nước thải nhà máy chế biến hải sản;

 1988 - Vận hành xử lý nước rỉ rác ủ phân compost;

 1989 - Thực nghiệm xử lý nước thải nhà máy chế biến củ cải đường;

 1989 - Vận hành làm giảm sự phú dưỡng hóa ao hồ;

 1990 - Thực nghiệm xử lý nước thải bùn hút ở cảng;

 1991 - Vận hành xử lý nước thải nhà máy giấy và bột giấy

Hơn 10 năm qua đến nay, nhiều nhà khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau đã có những nghiên cứu sâu và rộng cho nhiều giải pháp liên quan đến hệ thống đất ngập nước Hiện nay, hệ thống đất ngập nước kiểu lai giữa dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm phổ biến ở châu Âu Nhiều mô hình toán và vật lý mới cho dòng chảy nước thải qua đất ngập nước kiến tạo đã được thành lập bên cạnh những thành tựu đo đạc tiến bộ trong thủy văn, sinh thái học, hóa học, môi sinh học và quản lý tài nguyên thiên nhiên Các công bố quan trọng có thể kể: Phương trình chuyển vận chất ô nhiễm hòa tan

trong nước ngầm (Schnoor, 1996); mô hình mô phỏng kín động lực học của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm (Wynn và Liehr, 2000); ảnh hưởng của các đặc trưng ô

nhiễm trong thiết kế đất ngập nước, gồm cả ảnh hưởng các tiềm thế của sự phân bố

thời gian tồn lưu và hằng số tốc độ loại bỏ chất ô nhiễm bậc 1 (Kadlec cùng cộng sự,

2000); thử nghiệm thủy lực chất lưu vết tại các vùng đất ngập nước Predo Riverside

County, California, US và đánh giá so sánh đường cong xuyên tuyến (Breakthrough –

BTC) của hai hóa chất Rhodamine WT và Bromide lên việc xác định đặc tính thủy lực

của đất ngập nước kiến tạo (Lin cùng cộng sự, 2003)

2.3.3.3 Các loại hình đất ngập nước kiến tạo

Hình 2.19 Phân loại các kiểu đất ngập nước kiến tạo (Lê Anh Tuấn, 2009)

Có hai kiểu hệ thống xử lý nước bằng đất ngập nước kiến tạo cơ ản, đó là hệ

thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt tự do (Constructed Free surface Flow

Wetlands – CFFW) và hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm (Constructed Subsurface Flow Wetlands – CSFW) Hai kiểu phân biệt cơ ản này lại được phân chia

theo nhiều kiểu khác nhau theo chức năng xử lý của loại thực vật được trồng và đặc điểm dòng chảy Trong một số trường hợp, một hệ thống xử lý kiểu lai (hybrid treatment system), bằng cách kết hợp pha cả hai hệ thống đất ngập nước cơ ản trên Hình 2.19 mô tả sự phân loại này

a) Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt

Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt thích hợp với các loại cây phát triển với độ

ngập nước dưới 0,4m (Kadlec et al., 2000) Vùng nước mặt có thể kết hợp với thiết kế

tối ưu về thủy lực và tạo điều kiện môi trường sinh sống cho các động vật hoang dã

Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt sử dụng một vỉa đất hoặc sỏi như một chất nền cho các loại cây trồng mọc rễ và tăng trưởng Chiều sâu lớp đất nền trong đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt thường vào khoảng 0,6 đến 1,0 m, đáy nền được thiết kế

có độ dốc để tối thiểu hóa dòng chảy tràn trên mặt Khi thiết kế một khu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt cần phải xem xét cách mô phỏng chế độ thủy văn trong một lưu vực cạn, có quy mô nhỏ được xây dựng với loại đất và cây trồng thủy sinh với sự cân bằng nước của hệ thống Lượng nước chảy và ra khỏi đất mặt và bị tổn thất do bốc thoát hơi

và thấm ên trong khu đất ngập nước Người ta phân biệt các dạng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt chủ yếu qua loại thực vật thủy sinh trồng trên đó (hình 2.20)

Dù rằng không phải tất cả các loại thực vật thủy sinh đều phù hợp cho một khu xử lý

nước bằng đất ngập nước (Kadlec at al., 2000), nhưng chúng ta có thể tìm những loại thực vật thân lớn phổ biến như: Sậy (Phragmites australis), Lác hến (Scripus spp.), Năng (Eleochris spp.) bèo Tấm (Lemma spp.), Sen (Nelumbo spp.) và Súng vàng (Nuphar spp.); thực vật mọc nổi lan trên mặt nước thành những vạt thảm như: Sậy (Phragmites australis), Cỏ nến (Scripus spp.); và các loài thực vật sống ngập chìm trong nước như các loại Thủy thảo (Elodea spp.), rong Kim ngư (Myriophyllum spp.)

và rong Thủy kiều (Najas spp.)

b) Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm

Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm được thiết kế như một thủy vực hoặc một kênh dẫn với đáy không thấm (lót tấm trải nylon, vải chống thấm) hoặc lót đất sét với độ thấm nhỏ để ngăn cản hiện tượng thấm ngang và có một chiều sâu các lớp dẫn thấm thích hợp để trồng cây thủy sinh phát triển được

Có hai kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm được phân loại theo tính chất dòng chảy: hệ thống dòng chảy ngang (hình 2.21) và hệ thống dòng chảy đứng (hình 2.22) Việc lựa chọn kiểu dòng chảy ngang hay đứng tùy thuộc vào địa hình, đặc điểm nước thải và lượng nước thải Nguyên tắc vận hành chung là nước thải s chảy từ phía có độ cao lớn của khu đất ngập nước đi qua lòng dẫn với lớp đất nền và trồng cây thủy sinh Nước thải s được xử lý qua quá trình hóa lý và hóa sinh phức tạp gồm thấm rút, hấp thụ, bốc hơi và thoái biến do vi sinh Cuối cùng nước thải đã xử lý s được dẫn qua các lớp sạn, sỏi, đá để thoát ra ngoài Đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm còn có nhiều tên gọi khác nhau, tùy theo tác giả: bãi lọc ngầm có cây trồng, phương pháp vùng rễ, hệ thống lọc kết hợp giữa cây trồng và cát

Hình 2.20 Các kiểu đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt (Lê Anh Tuấn, 2009)

Hình 2.21 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang

(Vymazal, 1997)

Hình 2.22 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng

(Cooper, 1996)

c) So sánh đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm

Bảng 2.4 liệt kê các ưu điểm và nhược điểm của hai kiểu đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm Với bảng so sánh này, có thể nói đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm có nhiều ưu thế hơn đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt Nước thải chảy qua các lớp nền như cát, sỏi có thể tránh được sự bốc mùi hôi, sự phơi

ày màu đen của nước thải, sự phát triển của tảo và ảnh hưởng của mầm bệnh do nước

tích tụ Diện tích của khu đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm nhỏ hơn đất ngập nước kiến tạo dòng chảy mặt nếu so sánh ở cùng lưu lượng Nhiều nơi trên thế giới dùng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm với chất nền là cát sỏi như một biện

pháp tiền xử lý các nguồn đa tạp của nước thải đô thị Tuy vậy, cũng có nơi chọn phương án ố trí đất ngập nước kiến tạo ở cuối hệ thống xử lý nước thải như iện pháp lọc qua đất cuối cùng trước khi thải ra môi trường

Hầu hết các hệ thống ở Mỹ thường chọn kiểu đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang trong khi ở châu Âu lại chuộng đất ngập nước kiến tạo dòng

chảy ngầm theo phương đứng (Davis, 1995) Lý giải sự lựa chọn này là do ở châu Âu

có độ dốc lớn, trong khi ở Mỹ, thế đất bằng phẳng chiếm ưu thế nhiều hơn Ở Đồng bằng sông Cửu Long (Việt Nam), hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngang có

vẻ phù hợp hơn kiểu chảy theo phương đứng do cao trình mực nước ngầm tầng trên khá cao, chỉ cách mặt đất tự nhiên chừng vài chục cm

d) Đất ngập nước kiến tạo kiểu lai hợp

Đất ngập nước kiến tạo kiểu lai kết hợp giữa các kiểu đất ngập nước kể trên (hình 2.23, 2.24 và 2.25) Mục đích của việc xây dựng kiểu này là gia tăng hiệu quả của khả

năng loại bỏ chất ô nhiễm (Donald, 2000), ví dụ như một hệ thống đất ngập nước kiến

tạo kiểu lai hợp giữa dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm có thể cho phép quá trình nitrit hóa hiếu khí trước sau đó tiếp theo là quá trình khử nitrat hóa yếm khí Tuy nhiên, như trên hình 2.25, một hệ thống xử lý kiểu lai phối hợp giữa hai hệ thống dòng chảy đứng và dòng chảy ngang, dòng chảy đứng có thể s lấy các ưu điểm của hệ

dòng chảy đứng để cung cấp điều kiện nitrat hóa (Vymazal, 2005)

Khu xây dựng đất ngập nước kiến tạo kiểu lai s làm gia tăng chi phí đất đai, xây dựng, quản lý vận hành và một số phiền toái về mùi hôi, mầm bệnh có thể có

Hình 2.23 Hệ thống đất ngập nước kiến tạo kết hợp dòng chảy mặt và dòng chảy

ngầm (Lê Anh Tuấn, 2009)

Hình 2.24 Hệ thống kết hợp đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo

phương ngang (trước) và theo phương đứng (sau) (Lê Anh Tuấn, 2009)

Hình 2.25 Hệ thống kết hợp đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo

phương đứng (trước) và theo phương ngang (sau) (Lê Anh Tuấn, 2009)

Bảng 2.4 So sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kiểu hình

đất ngập nước kiến tạo Kiểu đất

 Dễ thiết kế hơn hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm và

hệ thống xử lý nước thải truyền thống

 Có thể sử dụng đối với nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao

 Tối thiểu hóa thiết bị cơ khí, năng lượng và kỹ năng quản lý

 Rủi ro cho trẻ em và gia súc

Dòng chảy

ngầm

 Loại bỏ hiệu quả nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng các chất rắn lơ lửng (TSS), kim loại nặng

 Chi phí vận hành thấp hơn hệ thống đất ngập nước dòng chảy mặt

 Chi phí đầu tư và chi phí về lâu dài ít hơn so với hệ thống xử lý nước thải truyền thống

 Giảm thiểu mùi hôi và côn trùng (đặc biệt là muỗi)