nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước và thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot công suất 3m3 ngày

66 Bảng4.3 Nồng độ TSS của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước .... Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH v

TÓM TẮT vii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2

1.3 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 3

2.1.1 Định nghĩa nước thải sinh hoạt 3

2.1.2 Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt 3

2.1.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 10

2.1.4 Vai trò và chức năng của từng phương pháp xử lý nước thải 11

2.1.5 Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt điển hình 17

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC 29

2.2.1 Khái niệm công trình đất ngập nước 29

2.2.2 Phân loại công trình đất ngập nước 30

2.2.3 Các loại thực vật thường được sử dụng trong công trình đất ngập nước 34

2.2.4 Cơ chế chuyển hóa dòng vật chất trong công trình đất ngập nước 39

2.2.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 45

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 59

3.1 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU 58

3.2 MÔ HÌNH VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 59

3.2.1 Cấu tạo mô hình nghiên cứu 59

3.2.2 Nguyên tắc hoạt động 59

3.3 PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU 61

3.4 PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ 63

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, NHẬN XÉT VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO HỘ GIA ĐÌNH VỚI CÔNG SUẤT 3M3/NGÀY 65

4.1 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO 64

4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG CÂY LÁC NƯỚC (Cyperus malaccensis lamk) 65

4.2.1 Hiệu quả loại bỏ TSS 65

4.2.2 Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ – COD và BOD5 68

4.2.3 Hiệu quả xử lý nitơ 73

4.2.4 Hiệu quả xử lý phốt pho 80

4.2.5 Hiệu quả xử lý Coliforms 82

4.2.6 Sự chuyển hóa các dạng nitơ và nitơ mất đi 82

4.3 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO DÒNG CHẢY NGẦM THEO PHƯƠNG NGANG SỬ DỤNG CÂY LÁC NƯỚC 83

4.3.1 Lưới chắn rác 85

4.3.2 Bể lắng cát 85

4.3.3 Bể điều hòa 86

4.3.4 Công trình đất ngập nước 87

4.3.5 Ước tính chi phí xây dựng 100

4.3.6 Ước tính chi phí vận hành 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHỤ LỤC 106

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người 4

Bảng 2.2 Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt 4

Bảng 2.3 Chất lượng nước thải đô thị Thành phố Hồ Chí Minh 5

Bảng 2.4 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp Đất ngập nước nhân tạo 33

Bảng 2.5 Những quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thống Đất ngập nước nhân tạo 40

Bảng 2.6 Khả năng hấp phụ photpho của một số vật liệu tự nhiên 43

Bảng 2.7 Tốc độ vận chuyển oxy trong thực vật: lau sậy và cỏ nến 45

Bảng 2.8 Các thông số thiết kế của mô hình 50

Bảng 2.9 Hiệu quả xử lý của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng, thẳng ngang và lai hợp 51

Bảng 3.1 Các phương pháp phân tích mẫu 62

Bảng 4.1 Tính chất nước thải sinh hoạt sau bể tử hoại sử dụng là nước thải đầu vào cho mô hình đất ngập nước kiến tạo theo quy mô phòng thí nghiệm 64

Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước quy mô phòng thí nghiệm 66

Bảng4.3 Nồng độ TSS của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước 68

Bảng 4.4 Nồng độ COD của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước 72

Bảng 4.5 Nồng độ NH4+-N của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước 74

Bảng 4.6 Nồng độ PO43--P của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước 81

Bảng 4.7 Nồng độ TP của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý của các công trình đất ngập nước dòng chảy ngầm đã được ứng dụng ở các nước 82

Bảng 4.8 Hiệu quả loại bỏ Coliforms của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước 82

Bảng 4.10 Các thông số thiết kế bể đất ngập nước kiến tạo 87

Bảng 4.11 Đặc tính vật liệu cho hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm 88

Bảng 4.12 Nhiệt độ không khí trung bình năm một số tỉnh thành ở Tây Nam Bộ 88

Bảng 4.13 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo BOD5 89

Bảng 4.14 Bảng hệ số nhiệt độ 20và hằng số tốc độ phản ứng k20ở 20oC 90

Bảng 4.15 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo NH4+ 91

Bảng 4.16 Thông số tính toán diện tích bề mặt bể tính theo Coliform 93

Bảng 4.17 Bảng ước tính chi phí xây dựng 100

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt 6

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 18

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng quá trình bùn hoạt tính 19

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của song chắn rác 20

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát ngang 21

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát thổi khí 22

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát chuyển động vòng 22

Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của thiết bị tháo cát bằng thủy lực 23

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ngang 25

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng đứng 26

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ly tâm 27

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng trong với tầng cặn lơ lửng.28 Hình 2.13 Sơ đồ mô hình Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bề mặt 31

Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo mô hình Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm theo phương ngang (M.L và cộng sự, 2004) 32

Hình 2.15 Sơ đồ đất ngập nước dòng chảy đứng (Cooper,1996) 33

Hình 2.16 Cây sậy 36

Hình 2.17 Bồn bồn 37

Hình 2.18 Cây lác 38

Hình 2.19 Ruộng lác mọc ở khu vực ranh giới Long An-Thành phố Hồ Chí Minh 38

Hình 2.20 Cây thủy trúc 39

Hình 2.21 Mô hình đất ngập nước kiến tạo thử nghiệm xử lý nước thải ao nuôi cá basa.55 Hình 2.22 Mô hình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải ao nuôi cá tra 56

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu 58

Hình 3.2 Mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang (HFCW) quy mô phòng thí nghiệm LxWxH = 1,2mx0,3mx0,7m 59

Hình 3.3 Sơ đồ các bước thực hiện nghiên cứu 61

Hình 4.1 Biến thiên pH nước thải vào và sau xử lý của mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang sử dụng cây lác nước 65

Hình 4.2 Biến thiên và hiệu quả xử lý TSS của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm 67

Hình 4.3 Biến thiên và hiệu quả xử lý BOD5 68

Hình 4.4 Biến thiên và hiệu quả xử lý COD 69

Hình 4.5 Nồng độ trung bình BOD5 qua các tải trọng 70

Hình 4.6 Nồng độ trung bình COD qua các tải trọng 70

Hình 4.7 Biến thiên và hiệu quả xử lý NH4+-N của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 73

Hình 4.8 Biến thiên và hiệu quả xử lý NO2- của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 76

Hình 4.9 Biến thiên và hiệu quả xử lý NO3- của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 77

Hình 4.10 Biến thiên và hiệu quả xử lý TKN của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 78

Hình 4.11 Biến thiên và hiệu quả xử lý TN của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 79

Hình 4.12 Biến thiên và hiệu quả xử lý PO43--P của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 80

Hình 4.13 Biến thiên và hiệu quả xử lý TP của mô hình đất ngập nước quy mô phòng thí nghiệm sử dụng cây lác nước 81

Hình 4.14 So sánh các thành phần nitơ trong nước thải đầu vào và nước thải sau xử lý của mô hình nghiên cứu này ở các tải trọng hữu cơ khác nhau 83

Hình 4.15 Quy trình công nghệ xử lý áp dụng đất ngập nước kiến tạo 84

Hình 4.16 Thùng rác inox dạng lưới 85

Hình 4.17 Thiết kế độ dốc taluy 98

TÓM TẮT

Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được chứng minh là hiệu quả khi xử lý nước thải sinh hoạt tại nhiều quốc gia trên thế giới Trong nghiên cứu này, một mô hình hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang sử dụng cây

lác nước (Cyperus malaccensis lamk) được xây dựng để tiến hành khảo sát, nghiên

cứu, đánh giá hiệu quả xử lý qua 4 tải trọng hữu cơ 20, 40, 60 và 80 kgCOD/m3.ha.ngày Nước thải đầu vào được pha loãng từ nước thải sau bể tự hoại của khách sạn NewWorld, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh Kết quả quan trắc chất lượng nước trước và sau xử lý qua mô hình đất ngập nước kiến tạo với cây lác nước trong khoảng thời gian gần 6 tháng vận hành cho thấy hiệu quả xử lý của mô hình đối với SS đạt trung bình 89,2%, BOD5 đạt 91,13%, COD đạt 81,3%, NH4-N đạt 94,6%, PO43—P đạt 98,2% Khi vận hành ở tải trọng hữu cơ thích hợp thì nồng độ của SS, BOD5, NO3—

N, PO43—P và tổng coliforms của nước sau xử lý đạt yêu cầu cho phép của quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Dựa trên kết quả nghiên cứu này để thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô pilot công suất 3m3/ngày với cây thực vật nước được sử dụng là cây lác nước Với tính năng sinh trưởng mạnh, khả năng chịu mặn tốt, thích ứng với quá trình biến đổi khí hậu Thiết kế này sẽ phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội, môi trường khí hậu của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, nhằm giúp các cụm dân cư bảo đảm môi trường sống xanh, sạch, đẹp, tăng một phần thu nhập và không phải lo lắng về chi phí xây dựng và vận hành quá nhiều

There are grounds for the system of artificial wetlands have been shown to be effective in treatment of domestic wastewater in many countries around the world In this study, a model of horizontal subsurface flow (SSF) wetland using Cyperus malaccensis Lamk It was built to conduct surveys, research, evaluate the effectiveness

of treatment through 4 organic material loading of 20, 40, 60 and 80 kgCOD /

m3.ha.day Input wastewater before and after the treatment which was taken from septic tanks of NewWorld hotel, situated in District 1, Ho Chi Minh City was diluted

It was operated 6 months and all of the results showed that the horizontal subsurface flow wetland which using Cyperrus malaccensis Lamk can remove 89, 2% of SS, 91,13% of BOD5, 81,3% of COD, 94,6% of NH4-N, 98,2% of PO43--P When it was operated at the appropriate organic material loading, the effluent will qualified the official requirements of QCVN 14:2008/BTNMT Based on the results of this study to design pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetland which using Cyperus malaccensis Lamk As well, it was operated with a capacity of 3 m3/day Additionally, this potential plant is capable of growing strongly, ability to adapt to the climate

the socio-economic conditions, environment and climate of the region Mekong Delta

To be precice, it assist household to ensure a green environment, increase incomes and

not to worry about the high cost of construction and operation

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên vô cùng quan trọng khi mà hàng loạt các sai phạm liên tục được phát hiện, đằng sau các vụ bê bối về môi trường ở nước ta Giống như trường hợp của công ty Formosa ở Hà Tĩnh, hay công ty Vedan,…nó thu hút được quan tâm đông đảo của quần chúng nhân dân, cũng như Đảng và Nhà nước ta Nhưng chúng ta chỉ đang thực sự chú ý đến những vụ ô nhiễm

đã gây ra tác hại lớn đối với môi trường mà bỏ sót đi muôn vàn những trường hợp xả thải một cách bất chấp với quy mô nhỏ hơn Chính những ô nhiễm nhỏ nhoi này nếu cùng tác động lên một khu vực, một đối tượng thì lúc đó, sự ô nhiễm sẽ chẳng khác gì Formosa hay Vedan

Một trong số đó chính là xử lý nước thải sinh hoạt Khi mà việc xử lý còn chưa đúng quy cách, nhiều nơi nước thải sinh hoạt từ các khu vệ sinh được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chưa đạt chất lượng yêu cầu theo quy chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xả ra ngoài môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, tiềm ẩn nguy cơ lây lan dịch bệnh, gây bức xúc trong cuộc sống sinh hoạt của những người bị ảnh hưởng Chưa

kể đến nhiều trường hợp, nước thải và chất thải sinh hoạt được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua bất kỳ phương pháp xử lý nào Để giải quyết vấn đề, chúng ta cần những phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả, thân thiện với môi trường

và với mức chi phí đầu tư, xây dựng thấp hết mức có thể, để bất kỳ nơi đâu, bất kỳ ai cũng có thể áp dụng nhằm đảm bảo một môi trường không ô nhiễm

Các công nghệ xử lý nước thải truyền thống sử dụng trạm xử lý nước thải tập trung như công nghệ bùn hoạt tính sử dụng nhiều năng lượng, chi phí đầu tư và vận hành cao, đặc biệt là chi phí xử lý bùn Trong khi đó, công trình đất ngập nước kiến tạo hay bãi lọc ngập nước (constructed wetland - CW) được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí xử lý thấp được áp dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 1950

để xử lý nhiểu nước thải khác nhau bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải nông nghiệp, nước mưa Nước thải sau xử lý từ công trình đất ngập nước kiến tạo có thể sử dụng vào các mục đích tưới tiêu, nuôi trồng thuỷ sản và sinh khối thực vật có giá trị kinh tế làm biogas, thức ăn gia súc, phân bón, làm tấm lợp, làm chiếu thảm Với những ưu điểm trên, đất ngập nước kiến tạo đã được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải ở các quốc gia như: Đức, Mỹ, Braxin, Mexico, Ai Cập, Iran, Ấn

Mặc dù công trình đất ngập nước kiến tạo đã được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng hiện nay ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu và triển khai áp dụng công trình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải phân tán hoặc xử lý nước thải tại chỗ cho các hộ gia

đình hay các cụm dân cư còn hạn chế Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả

xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây lác nước

thực hiện để góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế và triển khai áp dụng

công trình đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chi phí thấp cho các hộ gia đình hay các cụm dân cư ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long trong khu vực Tây Nam Bộ để

giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững kinh tế xã hội

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang với cây lác nước để xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế và triển khai áp dụng công trình đất ngập nước kiến tạo xử

lý nước thải sinh hoạt

hàng-1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập

nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang ở các tải trọng hữu cơ: 20, 40, 60 và

80 kgCOD/m3.ha.ngày

Thiết kế mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang quy

mô pilot Q = 3m3/ngày

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

2.1.1 Định nghĩa 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 Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào 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 cung 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 trên một 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 tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc bằng biện pháp tự thấm

2.1.2 Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị 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 nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydratcarbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5-10%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/L theo trọng lượng khô

Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy 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 tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với môi trường nước (sông, hồ, kênh rạch,…)

Mức ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: tải trọng

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

Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt được giới thiệu ở Bảng 2.2 Bảng 2.3 giới thiệu chất lượng nước thải đô thị ở Thành phố Hồ Chí Minh

Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

Nguồn: Sách kỹ thuật môi trường- GS.TS.Lâm Minh Triết

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

Nguồn: Davis.Cornwell, “Introduction to environmental Engineering”, 1998

Bảng 2.3 Chất lượng nước thải đô thị Thành phố Hồ Chí Minh

Số mẫu phân tích

Nguồn: Lâm Minh Triết, Báo cáo tổng hợp Đề tài “ Nghiên cứu thành phần và tính chất nước thải đô thị phục vụ thoát nước và xử lý nước thải bảo vệ môi trường TP.Hồ Chí Minh”, 2000.

a Thành phần nước thải

Các thành phần của nước thải (các vật chất có trong nước thải) thường được chia thành

ba nhóm chính: (1) Thành phần vật lý; (2) Thành phần hóa học; và (3) Thành phần sinh học

Thành phần vật lý: biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước

khác nhau, được chia thành ba nhóm:

Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nước thải ở dạng thô (vải, giấy, càng lá

cây, sạn, sỏi, cát, da, lông…); ở

Hình 2.1 Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt

Thành phần hóa học: biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa

học khác nhau, được chia thành hai nhóm:

 Thành phần vô cơ: gồm cát, sét, xỉ, axit vô cơ, kiềm vô cơ, các ion của các muối phân ly…(khoảng 42% đối với nước thải sinh hoạt);

 Thành phần hữu cơ: gồm các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã bài tiết… (chiếm khoảng 58% đối với nước thải sinh hoạt):

 Các hợp chất chứa nito: ure, protein, amin, axit amin…

 Các hợp chất nhóm hydratcarbon: mỡ, xà phòng, xellulose…

 Các hợp chất có chứa photpho, lưu huỳnh

Thành phần sinh học: bao gồm các dạng nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn…

Các thành phần vật lý và hóa học tiêu biểu của nước thải sinh hoạt được thể hiện trên hình 2.1

b Chất rắn tổng cộng (TS) và chất rắn lơ lửng (SS)

Chất rắn tổng cộng trong nước thải bao gồm các chất rắn không tan hoặc lơ lửng

và các hợp chất tan đã được hòa tan vào trong nước

Chất rắng lơ lửng (SS) là chất không tan trong nước thải và được giữ lại trên bề mặt giấy lọc Hàm lượng SS được xác định bằng cách lọc một thể tích xác định mẫu nước thải qua giấy lọc và sấy khô giấy lọc ở 105oC đến trọng lượng không đổi và được tính bằng mg/L Độ chênh lệch khối lượng giữa giấy lọc trước khi lọc mẫu và sau khi lọc mẫu trong cùng một điều kiện cân chính là lượng chất rắn lơ lửng có trong một thể tích mẫu đã được xác định

Đối với nước thải sinh hoạt, hàm lượng SS phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào tiêu chuẩn thoát nước qo, vào kích thước hạt, và vào trọng lượng riêng của chúng Các chất lơ lửng có thể:

 Lắng xuống đáy

 Nổi lên trên bề mặt

 Hoặc ở trạng thái lơ lửng bền

Khi phần cặn trên giấy lọc được đốt cháy thì các chất rắn dễ bay hơi bị cháy hoàn toàn Các chất rắn dễ bay hơi được xem như là phần vật chất hữu cơ, cho dù một vài chất hữu cơ không bị cháy và một vài chất rắn vô cơ bị phân ly ở nhiệt độ cao Vật chất hữu cơ bao gồm các protein, các carbohydrate và các chất béo Sự hiện diện các chất béo và dầu mỡ trong nước thải ở những lượng quá mức có thể gây trở ngại cho quá trình xử lý

Lượng chất béo hoặc dầu mỡ trong một mẫu được xác định bằng cách cho thêm hexane vào một mẫu chất rắn thu được nhờ sự bay hơi Bởi vì các chất béo và dầu mỡ hòa tan trong hexane, cho nên khối lượng của chúng được xác định bằng cách làm bay hơi dung dịch sau khi đã được gạn lọc hoàn tất

Có khoảng 40-65% chất rắn nằm ở trạng thái lơ lửng Các chất rắn này có thể nổi lên trên mặt nước hay lắng xuống dưới đáy và có thể hình thành nên các bãi bùn không mong muốn khi thải nước thải có chứa nhiều chất rắn vào một con sông Một số chất rắn lơ lửng có khả năng lắng rất nhanh, tuy nhiên các chất lơ lửng ở kích thước hạt keo thì lắng rất chậm chạp hoặc hoàn toàn không thể lắng được Các chất rắn có thể lắng được là những chất rắn mà chúng dễ dàng lắng xuống đáy sau 2h để lắng, có thể được

chúng thường được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng nón Imhoff Thông thường, khoảng 60% chất rắn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt là chất rắn có thể lắng được

d Các chất tro, không tro

Các chất không tan trong nước thải sinh hoạt gồm các chất vô cơ và hữu cơ Để xác định chúng, người ta thường tiến hành sấy cặn ở 105oC (để xác định trọng lượng chất khô tuyệt đối), sau đó nung ở t = 600oC để xác định chất tro còn lại Khi nung, các chất hữu cơ cháy hết, còn lại các chất vô cơ ở dạng tro

Độ tro của cặn là tỷ lệ giữa trọng lượng chất tro còn lại và trọng lượng tổng cộng chất khô tuyệt đối của cặn và được tính bằng % Trong nước thải sinh hoạt: hàm lượng chất tro của cặn chiếm 20-30% và hàm lượng chất không tro của cặn chiếm 70-80%

e Các chất keo và các chất tan trong nước thải

Thành phần hóa học của keo và các chất tan chịu ảnh hưởng lớn của: protit, chất béo, hydratcarbon, thực phẩm, và cả của thành phần nước cấp vốn thường có chứa hydrocacbonat, sulfat, clorua…

Trong quá trình trao đổi chất, các chất protit trong cơ thể sống chuyển thành ure {CO(NH2)2} và dưới ảnh hưởng của các vi khuẩn thối rửa trong nước thải sẽ thủy phân thành nito của muối amoni:

CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3

Sau đó phân giải tạo thành amoniac: (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O

Cần phân biệt nito ở dạng khí amoniac hòa tan và nito ở dạng ion amoni (NH4+) trong nước: hàm lượng khí amoniac (NH3) > 4mg/L gây độc hại đối với cá, trong khi

đó NH4+ thì không có tính độc

Các dạng tồn tại của nito trên phụ thuộc vào pH và nhiệt độ của nước:

Khi pH =7 chỉ có ion NH4+

Khi pH = 12 chỉ có khí amoniac hòa tan

Khi 7<pH<12 có thể tồn tại cả hai dạng nito trên

Ngoài nito, các chất hữu cơ trong thành phần của nước thải còn có: C, S, P, K,

Na, Cl ở dạng muối

f Độ màu

Độ màu của nước thải là một thông số thường mang tính chất định tính, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải Nước thải sinh hoạt để chứa quá 6 giờ thường có màu nâu nhạt Màu xám nhạt đến trung bình là đặc trưng của các loại nước thải đã bị phân hủy một phần Nếu xuất hiện màu xám sẫm hoặc đen, nước thải coi như đã bị phân hủy hoàn toàn bởi các vi khuẩn trong điều kiện yếm khí (không

có oxy) Hiện tượng nước thải ngã màu đen thường là do sự tạo thành các sulfide khác nhau, đặc biệt là sulfide sắt Điều này xảy ra khi hydro sulfua được sản sinh ra dưới các điều kiện yếm khí kết hợp với một kim loại hóa trị hai có trong nước thải, chẳng hạn như sắt

g Mùi của nước thải

Việc xác định mùi của nước thải ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt là các phản ứng gay gắt của dân chúng đối với các công trình xử lý nước thải không được vận hành tốt Mùi của nước thải còn mới thường không gây ra các cảm giác khó chịu, nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ được tỏa ra khi nước thải bị phân hủy sinh học dưới các điều kiện yếm khí Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là hydrosulfua (H2S – mùi trứng thối) Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và mercaptan, được tạo thành dưới các điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S Điều đặc biệt quan tâm đối với việc thiết kế các công trình xử lý nước thải là tránh các điều kiện mà ở đó sẽ tạo ra các mùi khó chịu

Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn nhiệt độ của nước cấp do việc xả các dòng nước nóng hoặc ấm từ các hoạt động sinh hoạt, thương mại hay công nghiệp Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì phần lớn các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đêu ứng dụng các quá trình xử lý sinh học mà các quá trình đó thường bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thường thay đổi theo mùa và vị trí địa lý Ở những vùng khí hậu lạnh, nhiệt độ của nước thải có thể thay đổi

từ 7-18oC, trong khi đó ở những vùng có khí hậu ấm áp hơn, nhiệt độ của nước thải có thể thay đổi trong khoảng từ 13 đến 24oC Ở Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam, nhiệt độ của nước thải đô thị thường dao động ở mức 24-29oC, đôi khi lên đến trên 30oC

h Các tính chất nước thải

Nước thải được thể hiện qua ba tính chất cơ bản sau đây:

Tính chất vật lý:

 Khả năng lắng động/nổi lên của chất bẩn;

 Khả năng tạo mùi và các ảnh hưởng của mùi;

 Khả năng tạo màu và các ảnh hưởng của màu;

 Khả năng biến đổi nhiệt độ của nước thải;

 Khả năng giữ ấm của bùn/cặn;

Tính chất hóa học:

 Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn sẵn có trong nước thải;

 Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn sẵn có trong nước thải và các hòa chất thêm vào;

 Khả năng phân hủy hóa học nhờ các lực cơ học và vật lý;

Tính chất sinh học: khả năng phân hủy sinh học các chất bẩn trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, tự nhiên và nhân tạo

2.1.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

Tủy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải, loại nước thải cần xử lý (nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp, nước thải bệnh viện, nước thải

rỉ rác từ các bãi chôn lấp rác,…), lưu lượng nước thải, điều kiện mặt bằng,… mà có thể ứng dụng các phương pháp xử lý khác nhau

Đối với nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị có thể áp dụng các phương pháp

 Khử trùng nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận (sông, hồ,…)

Xử lý bậc một nhằm tách loại ra khỏi nước thải các tạp chất nổi, các chất có kích thước lớn và chất rắc dễ lắng Thường áp dụng các công trình xử lý đơn vị như: song chắn rác – Thiết bị nghiền rác; Bể lắng cát – Sân phơi cát; Bể lắng đợt I;

Xử lý bậc hai nhằm loại bỏ khỏi nước thải các chất hữu cơ dạng hòa tan, dạng keo

và phân tán nhỏ Thực chất của xử lý bậc hai là áp dụng các quá trình xử lý sinh học-

Đó là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các vi sinh vật

Ngoài ra còn có thể áp dụng các phương pháp xử lý nước thải qua đất cho các cụm dân cư - nơi không có điều kiện thoát nước tốt

2.1.4 Vai trò và chức năng của từng phương pháp xử lý nước thải

a Xử lý cơ học

Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý vật lý – xử lý bậc một) là một trong những phương pháp xử lý nước thải khá phổ biến đối với hầu hết các loại nước thải Thực chất của phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học là nhằm loại bỏ khỏi nước thải các chất phân tán khô, các chất vô cơ (cát, sạn, sỏi,…), các chất lơ lửng có thể lắng được bằng cách gạn lọc, để lắng, lọc,… và được thực hiện qua các công trình xử lý đơn vị tương ứng như: song chắn rác (hoặc lưới lược rác), bể lắng cát, bể tách dầu mỡ và các dạng chất nổi khác, bể điều hòa, bể làm thoáng sơ bộ (preaeration), bể lắng, bể lọc

 Song chắn rác được ứng dụng để loại bỏ khỏi nước thải các loại rác và các tạp chất có kích thước lớn hơn 5mm Đối với các tạp chất nhỏ hơn thường sử dụng các loại lưới lược rác với nhiều cỡ mắt lưới khác nhau

 Bể lắng cát được thiết kế nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ mà chủ yếu là cát

có trong các dòng nước thải

 Bể tách dầu mỡ: thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp có chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác Đối với nước thải sinh hoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn nên có thể thực hiện việc tách chúng ngay ở bể lắng đợt I nhờ các thanh gạt thu hồi dầu

ba loại chủ yếu: bể lắng ngang (nước chuyển động theo phương ngang), bể lắng đứng (nước chuyển động theo phương thẳng đứng), và bể lắng lý tâm (nước chuyển động từ tâm ra xung quanh) thường có dạng hình tròn trên mặt bằng Ngoài ra, còn một số dạng bể lắng khác như bể lắng nghiên, bể lắng xoáy được thiết kế nhằm tăng cường hiệu quả lắng

 Bể lọc được ứng dụng để loại bỏ các chất lơ lửng có kích thước nhỏ và được lọc qua lớp vật liệu lọc hoặc lưới lọc, màng lọc chuyên dụng Thường bể lọc được ứng dụng trong xử lý nước thải của một số ngành công nghiệp hoặc xử

lý bổ sung sau giai đoạn xử lý sinh học

Chức năng, nhiệm vụ cụ thể của từng công trình đơn vị này sẽ được đề cập chi tiết hơn ở những phần tiếp theo

Đối với nước thải đô thị, nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công nghiệp khác nhau, xử lý cơ học là một quá trình hầu như không thể thiếu trong các hệ thống

xử lý nước thải Nó là bước ban đầu nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sau đó (nhất là xử lý sinh học, xử lý hóa lý) diễn ra thuận lợi và ổn định hơn Giai đoạn xử lý

cơ học có thể loại bỏ đến 60% các chất không tan và hàm lượng NOS (BOD) có thể giảm 20-30%

Để tăng nhanh hiệu suất công tác của giai đoạn xử lý cơ học (kết thúc giai đoạn

xử lý cơ học thường là bể lắng đợt I) có thể ứng dụng các biện pháp kích thích quá trình lắng như làm thoáng và đông tụ sinh học Quá trình làm thoáng (sục không khí) thường được thực hiện ở mương, máng dẫn nước thải vào bể lắng đợt I hoặc ở trong công trình riêng biệt Bể làm thoáng được đặt trước bể lắng Hiệu suất lắng đạt đến 60% so với 40-50% khi không có làm thoáng

Quá trình đông tụ sinh học được thực hiện ở bể đông tụ sinh học (làm thoáng có

bổ sung bùn hoạt tính) đặt trước bể lắng đợt I và hiệu suất lắng có thể đạt đến 70-75%

b Xử lý sinh học

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phân hủy các chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nước thải nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật Môi trường phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí tương ứng với hai tên gọi thông dụng: quá trình xử lý sinh học hiếu khí và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí) Quá trình xử lý sinh học kị khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mg/L), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả Xử lý sinh học

kỵ khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt I, bùn hoạt tính dư sau khi nén, ) trong trạm xử lý nước thải đô thị và một số ngành công nghiệp Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000 mg/L)

Tùy theo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia làm hai loại:

 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ không khí tự nhiên, do quang hợp của tảo và thực vật nước) với các công trình tương ứng như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật, đất ngập nước,…

 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo (oxy được cung cấp bởi các thiết bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuất trộn cơ giới,…) với các quá trình và công trình tương ứng như sau:

 Quá trình vi sinh vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính):

 Bể bùn hoạt tính thổi khí (aeroten)

 Mương oxy hóa

 Hồ sinh học

 Quá trình vi sinh vật dính bám (quá trình màng vi sinh vật):

 Bể lọc sinh học nhỏ giọt (biophin)

 Bể lọc sinh học cao tải

 Tháp lọc sinh học

 Bể lọc sinh học tiếp xúc dạng đĩa quay (RBC): công trình này còn cho phép kết hợp xử lý nito và photpho trong nước thải (xử lý bậc cao)

 Quá trình vi sinh vật kết hợp: bể sinh học hiếu khí tiếp xúc (có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như aeroten nhưng bên trong bể có trang bị thêm các vật liệu tiếp xúc để làm giá thể cho các vi sinh vật dính bám)

Hiệu quả xử lý của quá trình xử lý sinh học nhân tạo có thể đạt 90-95% theo NOS (BOD)

Trong kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị và nước thải của một số ngành công nghiệp, xử lý sinh học (xử lý bậc hai) thường được tiến hành sau giai đoạn

xử lý cơ học (xử lý bậc một)

Trong giai đoạn xử lý sinh học (xử lý bậc hai), sinh khối bùn hoạt tính tăng lên liên tục và đồng thời các màng VSV già cỗi luôn được tách ra khỏi các vật liệu lọc, do

đó cần phải loại bỏ chúng ra khỏi nước thải ở bể lắng đợt II

Bùn lắng ở bể lắng đợt II (bùn hoạt tính) một phần được đưa trở lại bể aeroten để tăng nhanh quá trình oxy hóa sinh hóc – gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn (thường chiếm 40-50% thể tích bùn); Phần còn lại là bùn hoạt tính dư và được dẫn đến các công trình

xử lý cặn/bùn

Tuy giai đoạn xử lý sinh học nhân tạo thường đạt hiệu quả xử lý khá cao nhưng cũng không loại bỏ hết các vi trùng trong nước thải, do vậy cần thực hiện giai đoạn khử trùng trước khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận Việc khử trùng thường được thực hiện bằng clo và các hợp chất của clo ở bể tiếp xúc với thời gian tiếp xúc là 30 phút

c Xử lý hóa học

Xử lý hóa học thường được ứng dụng để xử lý nước thải một số ngành công nghiệp, nhất là trong trường hợp nước thải công nghiệp có chứa các chất ô nhiễm thuộc nhóm acid, bazo, các kim loại nặng và các hợp chất hóa học đặc biệt khác Các phương pháp xử lý hóa học gồm có: trung hòa, oxy hóa và điện hóa Phương pháp hóa học và hóa lý còn sử dụng để thu hồi các chất quí có trong nước thải của một số ngành công nghiệp, hoặc để khử các chất độc hoặc các chất gây ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn

 Phản ứng phân hủy chất độc hại,…

Xử lý hóa học có thể là giải pháp độc lập để xử lý nước thải công nghiệp trước khi xả vào cống thoát nước chung của đô thị, hay trước khi xả vào nguồn tiếp nhận nếu chất lượng nước thải sau xử lý đạt yêu cầu quy định

Trong nhiều trường hợp, xử lý hóa học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi tiến hành xử lý sinh học hoặc hóa lý Trong một số trường hợp khác, xử lý hóa học có thể tiến hành sau xử lý sinh học nhằm mục đích xử lý triệt để nước thải (xử lý bậc cao)

d Xử lý hóa lý

Phương pháp xử lý hóa lý là một trong những phương pháp thông dụng trong xử

lý nước thải công nghiệp Giai đoạn xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc

xử lý kết hợp với xử lý cơ học, sinh học, hóa học trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đầy đủ

Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng để xử lý nước thải gồm có: keo

tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trích ly, trao đổi ion

 Keo tụ là quá trình kết các hạt keo chứa trong nước thải do chuyển động nhiệt, do xáo trộn và kết quả của quá trình này là từ các hạt keo rất bé tạo nên tổ hợp có kích thước lớn hơn và dễ dàng lắng xuống đáy Các chất keo

tụ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải là phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và phèn sắt (FeSO4.7H2O)

 Tuyển nổi là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha: khí – nước và hình thành hỗn hợp “hạt rắn – bọt khí” nổi lên trên mặt nước và sau đó được loại bỏ đi

 Hấp phụ là quá trình thu hút hay tập trung các chất bẩn trong nước thải lên

bề mặt của chất hấp phụ Các chất hấp phụ thông dụng trong kỹ thuật xử lý nước thải bao gồm: than hoạt tính hạt, than hoạt tính bột, than xương, đất hoạt tính (bentonit), silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, tro bếp,…

 Trao đổi ion thường được ứng dụng để xử lý các kim loại nặng có trong nước thải bằng cách cho nước thải chứa kim loại nặng đi qua cột nhựa trao đổi cation, khi đó các cation kim loại nặng được thay thế bằng các ion hydro (hoặc Na+) của nhựa trao đổi Khử kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp trao đổi ion cho ta nước thải đầu ra có chất lượng rất cao Đáng tiếc là một số hợp chất hữu cơ trong nước thải có thể làm bẩn nhựa cũng như các vi sinh vật phát triển trên bề mặt hạt nhựa làm giảm hiệu quả của chúng Thêm vào đó, việc tái sinh nhựa thường tốn kém và chất thải đậm đặc từ quá trình tái sinh nhựa đòi hỏi phải có biện pháp xử lý

và thải bỏ hợp lý để không gây ô nhiễm môi trường

e Xử lý bậc cao

Xử lý bậc cao nhằm loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải để tránh xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa các nguồn tiếp nhận nước thải; cũng như khi có yêu cầu xử lý cao để tái sử dụng nước thải Các phương pháp xử lý bậc cao thường được áp dụng để xử lý nước thải bao gồm:

 Quá trình sinh học từng mẻ (A/O)

 RBC (Rotating Biological Contactors)

 Màng vi sinh vật/Bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt II

 Rác đã được nghiền nhỏ ở song chắn rác

 Cặn lắng ở bể tiếp xúc

 Cặn lắng từ quá trình keo tụ - khử màu,…

Cặn bùn nói chung có mùi hôi khó chịu, nguy hiểm về mặt vệ sinh môi trường: ruồi, muỗi, gặm nhấm, côn trùng Xử lý bùn cặn nhằm mục đích ổn định cặn hữu cơ tránh tạo ra các mùi hôi khó chịu và giảm độ ẩm của cặn để thuận lợi cho việc vận chuyển và sử dụng/thải bỏ bùn cặn

Để xử lý ổn định cặn tươi (phần lớn là các chất cặn bã hữu cơ) thường áp dụng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí (lên men cặn) trong các công trình tương ứng:

 Thiết bị lọc ép bùn (dạng băng tải, dạng tấm)

 Thiết bị lọc chân không

 Phương pháp nhiệt:

 Sân phơi bùn

 Thiết bị sấy khô bùn

 Thiêu đốt bùn

2.1.5 Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt điển hình

a Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị hay khu dân cư tập trung thường được xử lý qua hai giai đoạn cơ bản: Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học hoặc lý học) và xử lý bậc 2 (xử lý sinh học) Sau đó nước thải được khử trùng trước khi xả vào nguồn tiếp nhận Trong nhiều trường hợp, khi yêu cầu xử lý ở mức độ cao hơn như cần loại bỏ các hợp chất của nito, photpho,… ra khỏi nước thải để tránh xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, hay khi có yêu cầu về tái sử dụng nước thải cho các mục địch khác nhau,… thì có thể bổ sung thêm giai đoạn xử lý bậc cao (xử lý triệt để)

Trong quá trình xử lý nước thải thường sản sinh ra các loại bùn/cặn: cặn tươi từ

bể lắng đợt I ở giai đoạn xử lý sơ cấp (xử lý bậc I), bùn hoạt tính hoặc màng vi sinh vật

dư từ bể lắng đợt II của giai đoạn xử lý sinh học (xử lý bậc II) Các loại bùn/cặn này cần phải được xử lý thích đáng để tránh gây ô nhiễm môi trường Ở hình 2.2 giới thiệu

sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng quá trình bùn hoạt tính

b Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học/vật lý)

Xử lý bậc 1 (xử lý cơ học/vật lý) là giai đoạn xử lý ban đầu đối với nước thải sinh hoạt nhằm chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn xử lý tiếp theo (xử lý bậc 2 và xử lý bậc cao, nếu cần) Nhiệm vụ của giai đoạn này là loại bỏ ra khỏi nước thải các chất phân tán thô, có kích thước lớn (chủ yếu là rác), các chất vô cơ (cát, sạn, sỏi,…), các chất lơ lửng có thể lắng được (chủ yếu là các thành phần hữu cơ)

Trong giai đoạn xử lý bậc 1 thường bao gồm các công trình xử lý đơn vị như: song chắn rác (hoặc lưới lược rác), bể lắng cát, bể điều hòa, bể làm thoáng sơ bộ (preparation) hay đông tụ sinh học (áp dụng khi nồng độ chất lơ lửng sau bể lắng I còn cao hơn 150 mg/L) và bể lắng đợt I

c Song chắn rác

Song chắn rác được thiết kế nhằm mục đích tách loại rác rưởi và các tạp chất

không tan có kích thước lớn ra khỏi nước thải Song chắn rác thường có khoảng cách giữa các khe hở 15mm, có thể giữ lại các tạp chất thô như các loại rác, nhánh cây, thanh gỗ, lá cây, giấy, rễ cây, nilong, vải vụn rách,…trong đó vải vụn thông thường

chiếm 60-70% lượng rác tổng cộng

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Rác thô này có hàm lượng chất rắn dễ bay hơi (VSS) cao, khoảng 80-90% hàm lượng chất rắn Hàm lượng chất rắn vào khoảng 15-20% trọng lượng, có khối lượng riêng khoảng 640-960 kg/m3 (Metcalf & Eddy, 1991) Rác có thể được lấy ra khỏi song chắn rác bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bị cào rác cơ khí Các trạm xử lý có công suất lớn hoặc trung bình đòi hỏi thiết bị cào rác cơ khí nhằm giảm thiểu sức lao động và những mối nguy hiểm cho công nhân vận hành trạm xử lý, giữ cho song chắn

Nước thải sinh hoạt

rác luôn sạch sẽ và tránh trường hợp chảy tràn do bít nghẹt rác Rác sau khi thu gom có thể xử lý bằng các biện pháp như:

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt ứng dụng quá trình bùn

hoạt tính

Chú thích: A: Nước thải từ hệ thống thoát nước đô thị tới;

B:Nước thải sau xử lý xả ra sông

C: Nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý (sông)

3 Bể lắng cát ngang 18 Trạm khí nén

5 Bể làm thoáng sơ bộ (b) Hỗn hợp cát – nước

6 Bể lắng ly tâm đợt I (c) Cặn tươi

7 Bể bùn hoạt tính (Aeroten) (d) Bùn hoạt tính

8 Bể lắng ly tâm đợt II (e) Bùn hoạt tính tuần hoàn

9 Mương trộn clo với nước thải (f) Bùn hoạt tính dư

10 Bể tiếp xúc (g) Rác đã được nghiền nhão

14 Bể metan (l) Cặn đã được lên men

15 Bể làm sạch khí biogas (m) Nước tách từ sân phơi bùn

Nghiền vụn rác bằng máy nghiền rác cơ giới, sau đó cho vào dòng chảy và chúng

sẽ được lắng lại ở bể lắng đợt I, hoặc dẫn trực tiếp đến công trình xử lý cặn tươi (bể metan)

Chuyên chở tới các bãi rác của thành phố để tiếp tục xử lý ở đó (khi công suất trạm xử lý không lớn);

Chôn lấp hợp vệ sinh ngay trong khu vực trạm xử lý (với công suất nhỏ);

Phơi khô và đốt cháy cùng với bùn đã nén

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của song chắn rác

d Bể lắng cát

Đây là công trình được thiết kế nhằm mục đích loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại cặn nặng khác (vỏ trứng, mảnh xương, hạt ngũ cốc, cà phê,…) có trọng lượng riêng lớn hơn các hạt cặn hữu cơ lơ lửng dễ lên men Các tạp chất lắng đọng dưới đáy

bể lắng cát thường có tính chất dễ tách nước, trơ, tương đối khô, độ ẩm khoảng 65%, trọng lượng riêng khoảng 1600 kg/m3 Nếu các tạp chất này không được tách loại

13-ra khỏi nước thải, có thể gây ảnh hưởng lớn đến công trình phía sau như mài mòn thiết

bị, lắng cặn trong ống, mương, gây khó khăn trong việc xả bùn (cặn tươi ở bể lắng đợt I) có lẫn cát trong bùn, rút ngắn thời gian làm việc của bể metan do phải tháo rửa cát ra khỏi bể Bể lắng cát thường được thiết kế theo ba loại: bể lắng cát ngang, bể lắng cát chuyển động vòng và bể lắng cát thổi khí

Trong bể lắng cát ngang, dòng chảy theo hướng ngang và vận tốc được kiểm soát theo kích thước bể, cửa phân phối đầu vào và máng tràn đầu ra Bể lắng cát ngang thường được thiết kế sao cho vận tốc dòng chảy trong bể đạt gần giá trị 0,3 m/s với thời gian lưu nước từ 45 đến 90 giây

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát ngang

1.Thiết bị cào cát cơ giới; 2.Thiết bị nâng thủy lực; 3 Tám chắn trước; 4 Tấm chắn sau; 5, 6 Van; 7 Ống dẫn nước công tác phục vụ cho thiết bị nâng thủy lực; 8 Ống dẫn bùn cát

Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào bể dọc theo chiều dài của thành

bể ở độ sâu nhất định để tạo dòng nên chảy xoắn 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 sẽ 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 không lắng xuống, nên

trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát, đến 90-95%, và ít bị thối rửa

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát thổi khí

1-Cửa phân phối nước thải vào bể; 2-Quĩ đạo chuyển động của nước;

3-Máng tràn tháo nước ra khỏi bể;

4-Quĩ đạo chuyển động của hạt cát; 5-Rãnh tập trung cát;

6-Ống phân phối khí

Bể lắng cát chuyển động vòng 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 bể dưới tác dụng của trọng lức và lực ly tâm (Hình 2 6)

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lắng cát chuyển động

vòng

1-Ống dẫn nước thải vào bể;

2-Nước thải đã được tách cát;

3-Bộ phận làm lệch dòng chảy;

4-Miệng thải 5-Bề mặt tiếp xúc với oxy 6-Quĩ đạo chuyển động của hạt cát; 7-Bộ điều chỉnh dòng chảy bên dưới; 8-Dòng chảy bên dưới của hạt cát 9-Cửa tháo cát;

10-Bộ điều chỉnh dòng chảy xoáy

11-Thành bể xoáy

Trong hai dạng bể lắng cát đầu, cát sau khi lắng có thể được lấy ra khỏi bể bằng thủ công hoặc bằng thiết bị bơm dâng thủy lực, hoặc sử dụng các thiết bị cơ khí như gàu cạp, bơm trục vít, bơm khí nén, bơm phản lực v.v… Trong trường hợp sử dụng thiết bị bơm dâng thủy lực để tháo cát ra khỏi các bể lắng cát, hỗn hợp cát – nước có tỷ

lệ nước rất cao nên cần phải làm ráo cát trước khi vận chuyển đến nơi khác Việc làm ráo cát có thể tiến hành trên sân phơi cát

Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của thiết bị tháo cát bằng thủy lực

1-Nước công tác; 2-Ống dẫn nước phun ( 100-150 mm); 3-Vòi phun (d = 40 mm); 4-Ống hút cát (d = 150 mm); 5-Buồng trộn; 6-Cổ khuếch tán; 7-Ống đẩy

e Bể điều hòa

Khi lưu lượng và hàm lượng chất bẩn thay đổi nhiều theo giờ, cần thiết phải xây dựng bể điều hòa nhằm mục đích điều hòa lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ của nước thải Tránh hiện tưởng lắng cặn trong bể điều hòa và để tăng cường khả năng xáo trộn đồng đều khối tích nước, có thể sử dụng biện pháp thổi khí hoặc khuấy trộn cơ khí cho

bể

f Bể làm thoáng sơ bộ và đông tụ sinh học

Quá trình làm thoáng sơ bộ (hay đông tự sinh học), ngoài mục đích tăng cường hiệu quả lắng của bể lắng đợt I, còn giúp loại bỏ kim loại nặng và một số chất ô nhiễm khác có ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý sinh học ở giai đoạn sau, đồng thời nhằm tách dầu mỡ, giảm mùi, tăng hiệu quả xử lý NOS (BOD), phân bố đồng đều các chất lơ lửng và chất nổi Quá trình này có khả năng làm tăng hiệu quả lắng ở bể lắng đợt I đến 65-70% Thời gian làm thoáng khoảng 15-20 phút với lưu lượng khí nén từ 0,75 đến 3,0 m3 khí/m3 nước thải

Kết cấu bể lắng đợt I thường có ba dạng: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng

ly tâm Bể lắng ngang còn được thiết kế với dạng cải tiến hơn là bể lắng với vách nghiên Áp dụng loại bể lắng nào trong từng trường hợp cụ thể còn phụ thuộc vào công suất trạm xử lý, điều kiện địa chất công trình, tính chất cặn lắng v.v… Hệ thống thu gom cặn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan trọng của bể lắng Trong bể lắng ngang,

hệ thống thu gom cặn lắng thường có hai dạng: thanh gạt với hệ thống dây xích truyền động và cầu di động Trong bể lắng ly tâm, hệ thống gạt cặn và váng nổi thường là hệ thống gạt ly tâm với hai dạng cơ cấu truyền động: cố định và di động (kiểu xe rùa) Cặn lắng ở bể lắng đợt I còn gọi là cặn tươi có tỷ trọng khoảng 1,03-1,05, hàm lượng chất rắn khoảng 4-12%, độ ẩm khoảng 93-95%

h Bể lắng ngang

Có cấu tạo giống như một bể chứa hình chữ nhật (Hình 2.8), nước được phân phối đều ở đầu vào của bể và chuyển động ngang dọc theo chiều dài bể với tốc độ 5-10 mm/s và chảy ra ở đầu kia của bể Theo phương chuyển động của nước, các hạt cặn sẽ lắng xuống đáy bể và từ đó nó được tập trung về đầu bể lắng nhờ hệ thống gạt cặn cơ giới Chiều sâu trung bình của lớp nước trong bể có thể từ 2 đến 3,5 m Chiều dài bể tối thiểu gấp 10 lần chiều sâu Bể lắng ngang thích hợp cho các nhà máy nước có công suất lớn (trên 30.000 m3/ngd), đòi hỏi diện tích xây dựng rộng và thường xây dựng ngoài trời Nhà máy nước Thủ đức- TPHCM sử dụng bể lắng ngang với 05 đơn nguyên hoạt động đồng thời hoặc luân phiên nhau nhưng không có hệ thống gạt cặn cơ giới

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ngang

1.Ống dẫn nước vào bể lắng; 2 Mương phân phối nước vào đầu bể; 3 Vách ngăn

hướng dòng; 4 Động cơ truyền động cho hệ thống thanh gạt cặn; 5 Hộc lắp đặt xích

truyền động; 6 Mặt nước trong bể lắng; 7 Máng thu chất nổi; 8 Vách ngăn cuối bể; 9

Máng thu nước có thể điều chỉnh được; 10 Mương tập trung nước sau lắng; 11 Ống

dẫn nước đến công trình xử lý tiếp theo (bể lọc); 12 Xích truyền động; 13 Thanh gạt

cặn; 14 Hố tập trung cặn lắng; 15.Ống xả cặn dười áp lực thủy tĩnh

i Bể lắng đứng

Có cấu tạo là một bể hình trụ tròn với đáy hình nón (Hình 2.9), nước chảy trong

bể theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên với tốc độ 0,5-0,7 mm/s, còn cặn lắng

xuống đáy bể và được xả ra ngoài Ở trung tâm bể thường kết hợp xây dựng bể phản

ứng Đường kính bể lắng đứng thường không vượt quá 10m Tỷ số giữa đường kính và

chiều cao bể D/H = 1,5-2 Bể lắng đứng thích hợp với trạm có công suất nhỏ hơn

10.000 m3/ngd và xử lý có dung phèn

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng đứng

1-Đường ống dẫn nước vào bể; 2- Ống trung tâm; 3-Miệng lọc ống trung tâm; 4-Tấm hắt; 5- Máng vòng thu nước sau khi lắng; 6- Ống dẫn nước ra khỏi bể lắng đến công trình xử lý tiếp theo (bể lọc); 7- Máng thu chất nổi; 8- Thanh đỡ máng thu chất nổi; 9- Ống xả chất nổi; 10- Ống xả bùn

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng ly tâm

1.Vách ngăn chất nổi; 2 Dụng cụ hớt váng nổi; 3 Thanh gạt chất nổi; 4 Lan can; 5 Mặt sàn quay; 6 Động cơ truyền động; 7 Bề mặt bể; 8 Mực nước trong bể lắng; 9 Máng thu chất nổi; 10 Ngăn tập trung chất nổi; 11.Trụ đỡ liên kết quay cho hệ thống thanh gạt chất nổi; 12 Vách ngăn hướng dòng; 13 Cửa phân phối nước vào bể lắng;

14 Ống trung tâm; 15 Khung quay trung tâm; 16 Tay cào cặn; 17 Thanh gạt cặn; 18 Chổi cao su; 19 Ống dẫn nước vào bể lắng; Ổng xả cặn bể lắng; 20 Ống xả cặn

Ngoài ba loại bể lắng nói ở trên, hiện nay người ta còn dùng tương đối phổ biến

bể lắng trong với tầng cặn lơ lửng (Hình 2.11) Ở bể này nước chuyển động từ dưới lên trên, với tốc độ thích hợp, trong bể sẽ dần dần hình thành một tầng cặn lơ lửng Tầng cặn này có tác dụng hấp phụ các hạt keo, cặn lơ lửng ở trong nước, làm cho nước được trong hơn

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bể lắng trong với tầng

Trong nước thải sinh hoạt thường có chứa một hàm lượng đáng kể các chất hữu

cơ hòa tan ở dạng hòa tan, dạng keo và phân tán nhỏ (thông qua chỉ tiêu BOD) mà chúng chưa được xử lý hiệu quả ở giai đoạn xử lý bậc 1 Các chất hữu cơ này nếu

không được kiểm soát và quản lý tốt sẽ gây ô nhiễm môi trường nước của nguồn tiếp nhận: làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước vốn rất quan trọng đối với đời sống thủy sinh vật, bốc mùi hôi thối do phân hủy yếm khí,… Do đó cần phải tiến hành giai đoạn xử lý bậc 2 để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ này đến một mức độ cần thiết trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

Đối với nước thải sinh hoạt, giai đoạn xử lý bậc 2 thường tập trung vào các quá trình xử lý sinh học nước thải nhưng ở đó chỉ tập trung vào quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các vi sinh vật (VSV), còn các quá trình sinh học khác như quá trình nitrat hóa hay quá trình khử nitrat sẽ được ứng dụng khi có yêu cầu xử lý nước thải triệt để hơn (xử lý bậc cao) mà chúng sẽ được đề cập tiếp ở những phần sau Quá trình khoáng hóa là quá trình phân giải các liên kết hữu cơ dưới tác dụng của VSV thành CO2 và H2O Trong quá trình này, VSV sử dụng chất hữu cơ để làm nguồn dinh dưỡng cho sự sinh tồn và phát triển Tùy thuộc vào loại vi sinh vật khác nhau: qúa trình hiếu khí (các vi sinh vật cần oxy cho quá trình xử lý), quá trình kỵ khí (các vi sinh vật không có nhu cầu oxy) và quá trình tùy nghi (có hay không có oxy cũng được) Các

vi sinh vật tham gia vào các quá trình này có thể ở trạng thái lơ lửng hoặc dính bám vào giá thể tương ứng với các tên gọi khác nhau: quá trình vi sinh vật lơ lửng (hay còn gọi là quá trình bùn hoạt tính); quá trình vi sinh vật dính bám (hay còn gọi là quá trình màng vi sinh vật); quá trình vi sinh vật kết hợp (vừa lơ lửng, vừa dính bám)

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC

2.2.1 Khái niệm công trình đất ngập nước

Đất ngập nước (wetland) là phần đất có chứa nước trong đất, thường xuyên ở dạng bão hòa hoặc cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở các vùng trũng thấp như cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, …Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khả năng xử lý chất thải thông qua quá trình tự làm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp

Tuy nhiên, việc xử lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, phải

có nhiều diện tích và khó kiểm soát quá trình xử lý nên các nhà khoa học đã đề xuất ra biện pháp xây dựng các khu xử lý nước thải qua đất (land treatment) Khu này được gọi là khu đất ngập nước nhân tạo (ĐNNNT) (constructed wetland) Đất ngập nước nhân tạo được hiểu là hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước, nhưng việc xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý được quá trình vận hành ở mức đơn giản

Đất ngập nước nhân tạo thường được quy hoạch sẵn thành từng thửa và từng ô Bên dưới của khu đất thường được lót bằng lớp vật liệu không thấm nước (tránh nước thải ảnh hưởng đến nước ngầm), bên trên lớp đáy lót này sẽ được rải đá dâm hay cát để

hỗ trợ cho sự phát triển của các loại thực vật trồng trong khu đất Với việc quản lý và kiểm soát dễ dàng hơn thì đất ngập nước nhân tạo có thể khắc phục được những khuyết điểm của đất ngập nước tự nhiên Độ tin cậy trong quá trình hoạt động của phương pháp này cũng cao hơn so với phương pháp tự nhiên, do thực vật và các thành phần khác trong đất ngập nước nhân tạo có thể được kiểm soát quản lý Một thuận lợi khác

là nước thải đầu ra có thể được thu hồi và xử lý, điều này có thể tạo ra một lượng nước lớn cho mục đích tái sử dụng nước

Có thể sử dụng các vật liệu lọc khác nhau trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo Thực vật trồng trong đất ngập nước nhân tạo thường là các loại thực vật thuỷ sinh lưu niên, thân thảo, thân xốp, rễ chùm, nổi trên mặt nước, ngập hẳn trong nước, hay trồng trong nước nhưng thân cây nhô lên trên mặt nước

2.2.2 Phân loại công trình đất ngập nước

Có thể phân các loại đất ngập nước nhân tạo ra thành 2 nhóm chính:

 Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bề mặt (Free Water Surface Wetland – FWS)

 Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm (Subsurface Flow Wetland –SFS)

a Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bề mặt (FWS)

Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên Cấu tạo của FWS bao gồm lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển và có lớp nước trên mặt Dưới đáy được thiết kế lớp chống thấm nhằm hạn chế sự rò rỉ, thất thoát nước Chiều cao mực nước của FWS dao động từ vài cm đến 0,8 m Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0,3 m Dòng nước thải sẽ được cho chảy ngang qua lớp vật liệu lọc Hình dạng của FWS thường là kênh dài và hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thủy lực kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow)

Các khu đất sử dụng thường là các rãnh hẹp với tỉ lệ dài/rộng thấp nhất là 6:1 Các thông số hoạt động thông thường là: Thời gian lưu nước từ 5-10 ngày, tải trọng thủy lực từ 2,5 - 5 cm/ngày, tải trọng hữu cơ theo BOD5 từ 100-110 kg BOD5/ha.ngày, chiều cao lớp nước bề mặt < 0,5m.[2]

Hình 2.13 Sơ đồ mô hình đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bề mặt

Tùy theo loại thực vật, FWS được chia thành 4 loại:

 FWS với thực vật nửa ngập nước

 FWS với thực vật nổi

 FWS với thực vật lá nổi

 FWS với thực vật ngập nước hoàn toàn

b Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm (SFS)

Hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm còn được biết đến với một số tên gọi khác như bãi lọc ngầm, hệ thống xử lý vùng rễ hoặc bể lọc vi sinh với vật liệu sỏi

Cấu tạo của đất ngập nước có dòng chảy ngầm (Subsurface flow system - SFS) về căn bản cũng giống như đất ngập nước có dòng chảy mặt, nhưng khác nhau ở dạng dòng chảy Trong SFS, nước thải được phân bố thành dòng chảy ngầm bên trong lớp vật liệu lọc, dòng chảy có dạng thẳng đứng từ trên xuống dưới hoặc có dạng chảy theo phương nằm ngang Đáy của SFS được chống thấm bằng lớp đất sét tự nhiên hoặc các loại tấm phủ chống thấm nhân tạo giống như trong các hệ thống đất ngập nước dòng chảy mặt, độ dốc đáy thường lớn hơn 1% Lớp vật liệu lọc trong SFS thường bao gồm nhiều lớp nhỏ như: Đất, cát, sỏi và đá Các lớp này được xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới, vừa là nơi cho thực vật phát triển đồng thời cũng có tác dụng ngăn giữ cơ giới và hấp phụ các chất ô nhiễm trong quá trình xử lý, (Kadlec và cộng sự, 2006)

Đất ngập nước nhân tạo chảy ngầm theo phương ngang (Horizontal subsurface flow system– H-SFS): Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm qua vùng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang

Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với các vùng hiếu khí, yếm khí Các vùng hiếu khí ở xung quanh rễ do cây quang hợp và vận chuyển oxy vào trong bề mặt Khi nước thải chảy qua vùng rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống H-SFS là cỏ sậy

Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo mô hình đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm

theo phương ngang (M.L và cộng sự, 2004)

1 Đầu vào, 2 Ống thoát nước ngang, 3 Lớp vật liệu chống thấm, 4 Đá lọc, 5

Sỏi lọc, 6 Thực vật xử lý, 7 Đầu ra

Đất ngập nước nhân tạo chảy ngầm theo kiểu thẳng đứng (Vertical subsurface

flow system –V-SFS): Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước

sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý

để đưa ra ngoài Các hệ thống V-SFS thường được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại,… Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học

Trong đất ngập nước, trạng thái bão hòa của nước khiến cho hàm lượng oxy tự do trong đất không cao, tồn tại một vùng hiếu khí trong lớp lọc nằm sát bề mặt tiếp xúc giữa đất và không khí Ngoài ra có một tiểu vùng hiếu khí khác nằm trong lớp vật liệu lọc thường được gọi là vùng rễ Oxy được thực vật vận chuyển xuống rễ và khuếch tán ra vùng xung quanh đi vào đất làm cho vùng này có hàm lượng oxy cao

Đây là nơi các vi sinh vật bám dính phát triển thuận lợi và có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý các chất ô nhiễm