khảo sát khả năng sử dụng hệ thực vật cỏ lông tây (brachiaria mutica) xử lý nước thải công nghiệp

Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học a Một số đặc điểm chung của phương pháp kỵ khí Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do một quần thể vi sinhvật

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển Quá trình đô thị hóa và công nghiệphóa diễn ra rất mạnh mẽ, đồng thời cũng đang tạo ra nhiều thách thức lớn về mặt môitrường Trong đó, vấn đề ô nhiễm nước thải công nghiệp đã và đang ngày càng trở nênnghiêm trọng

Cỏ Lông Tây cũng thuộc loại thực vật trôi nổi như lục bình và các loại bèo.Tuy nhiên, Cỏ Lông Tây có thể tạo thành bè nổi phủ kín trên hồ và không bị thoái hóa

Cỏ có khả năng phục hồi cao sau khi cắt định kì Vì vậy, Cỏ Lông Tây có thể được sửdụng để xử lý nước thải liên tục mà không gây ô nhiễm, thích hợp hơn lục bình vàbèo tây do lục bình hay bèo tây có chu kì tàn thối có thể gây ô nhiễm nước thứ cấp

Với nhu cầu cấp thiết trong xử lý nước thải công nghiệp và những đặc điểm đặc

trưng của Cỏ Lông Tây, đề tài: “Khảo sát khả năng sử dụng hệ thực vật Cỏ Lông

Tây xử lý nước thải công nghiệp” đã được tiến hành nhằm tìm ra phương pháp xử lý

nước thải hiệu quả và thân thiện với môi trường

Khảo sát khả năng xử lý của hồ sinh học phủ Cỏ Lông Tây cho thấy hồ hoạtđộng có hiệu quả cao đối với nước thải có độ ô nhiễm chất hữu cơ lớn Với thời gianlưu nước là 1,33 ngày, năng suất xử lý COD đạt 10270 kg/ha.ngày và năng suất xử lý

TN đạt 1530 kg/ha.ngày với nước thải có hàm lượng COD đầu vào là 512,6±14,7mg/l Đối với nước thải có hàm lượng COD đầu vào là 203±5,9 mg/l, nước thải có thểđược xử lý đến loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT bằng hồ sinh học phủ Cỏ LôngTây

Đề tài cũng đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ N/P đến hiệu quả xử lý nước thảicủa hồ sinh học phủ Cỏ Lông Tây Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD và N đềutăng khi tăng tỷ lệ N/P Ở tỷ lệ N/P = 6,11±0,53, hiệu quả xử lý COD đạt71,85±4,09% hiệu quả xử lý TN đạt 63,66±1,4% với thời gian lưu nước là 1,33 ngày

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tiền đề tìm ra giải pháp xử lý nước thải côngnghiệp với giá thành thấp, dễ vận hành, tận dụng các điều kiện sẵn có và thân thiện vớimôi trường

Vietnam is a developing country The process of urbanization andindustrialization is very strong, and is also creating enormous environmentalchallenges In particular, the problem of industrial waste water pollution has becomeincreasingly serious

Para grass is also a floating plant such as water hyacinth and water spinach.However, it can form floating rafts on the lake and not degenerate Para grass is highlyrecoverable after periodic cutting Para grass can be used for continuous wastewatertreatment without pollution, more suitable than water hyacinth and water spinach,

because these plants have a rotting cycle that causes secondary water pollution

With the urgent need for industrial wastewater treatment and the specific

characteristics of Para grass, the research topic of " Investigation of the feasibility of using Para grass for industrial wastewater treatment" has been carried out The aim is

to find an efficient and environmentally-friendly method of wastewater treatment

Study on the treatment capacity of the Para grass reservoir reveals that the lake

is highly effective for wastewater with high organic matter pollution With a waterretention time of 1.33 days, the COD treatment yield was 10270 kg/ha.day and the TNtreatment yield was 1530 kg/ha.day for effluent with an input COD of 512,6 ± 14,7mg/l For effluent with an input COD of 203 ± 5,9 mg / l, if wastewater is treated withthe Para grass covered biological lake, it can be processed to type A according toQCVN 40:2011/BTNMT

The study also investigated the effect of N/P rate on wastewater treatmentefficiency of the Para grass (Brachiaria Mutica) vegetation in the stabilization ponds.The results showed that the COD and N treatment efficiency increased as N/P rateincreased At the N/P rate of 6.11 ± 0.53, the COD removal efficiency was 71.85 ±4.09% The TN treatment efficiency was 63.66 ± 1.4% with water retention time is1.33 days

Research results of the project will be the premise to find solutions forindustrial wastewater treatment with low cost, easy to operate, make use of availableconditions and friendly with the environment

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

ABSTRACT v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3

7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 4

1.1.1 Nguồn gốc, thành phần nước thải công nghiệp 4

1.1.2 Tác động nước thải công nghiệp đến môi trường 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 5

1.2.1 Các giai đoạn chính trong quy trình xử lý nước thải công nghiệp 5

1.2.2 Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học 7

1.3 TỔNG QUAN VỀ HỒ SINH HỌC 10

1.3.1 Khái niệm chung về hồ sinh học 10

SVTH: Phạm Đăng Minh – 0250020237

GVHD: PGS.TS Hồ Thị Thanh Vân

1.3.2 Phân loại hồ sinh học 13

1.3.3 Quá trình sinh học trên các cây thủy sinh 17

1.3.4 Ứng dụng của hồ sinh học trong việc xử lý nước thải 18

1.3.5 Ý nghĩa của hồ sinh học đối với quy trình xử lý nước thải 19

1.3.6 Tổng quan các tài liệu hướng dẫn xây dựng hồ sinh học phủ hệ thực vật để xử lý nước thải 20

1.3.7 Tổng quan các tài liệu hướng dẫn vận hành hồ sinh học phủ hệ thực vật để xử lý nước thải 26

1.4 TỔNG QUAN TÀI LIỆU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI THỦY SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 28

1.4.1 Bèo tây ( Eichoria ) 28

1.4.2 Sậy (Phragmites autralis) 31

1.4.3 Rong xương cá gié (Water Milfoil) 34

1.4.4 Cỏ Lông Tây 35

1.4.5 Ý nghĩa của thủy sinh vật đối với quy trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học 38

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 39

2.1 GIỚI THIỆU VỀ KHU CÔNG NGHIỆP TÂN THỚI HIỆP 39

2.2 THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI TẠI TRẠM XLNT TẬP TRUNG KCN TÂN THỚI HIỆP QUẬN 12 42

2.3 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI, CÔNG SUẤT 2700 M3/NGÀY ĐÊM 43

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 45

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 45

3.1.2 Địa điểm thí nghiệm 45

3.1.3 Nội dung nghiên cứu 45

3.1.4 Hóa chất phân tích 47

3.1.5 Thiết bị và dụng cụ phân tích 47

3.1.6 Hóa chất điều chỉnh nồng độ nước thải 48

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54

3.2.1 Mô hình nghiên cứu 54

3.2.2 Quy trình xử lý nước thải công nghiệp bằng hồ sinh học phủ hệ thực vật thủy sinh Cỏ Lông Tây ở quy mô pilot 54

3.2.3 Phương pháp lấy mẫu 55

3.2.4 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 55

3.2.5 Phương pháp phân tích kết quả 56

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57

4.1 Ảnh hưởng của mức độ ô nhiễm COD của nước thải đầu vào đến hiệu quả xử lý nước thải bằng hồ sinh học tùy tiện có bề mặt phủ Cỏ Lông Tây 57

4.1.1 Kết quả xử lý COD 57

4.1.2 Kết quả xử lý Tổng Nitơ 58

4.1.3 Kết quả xử lý NH4

61 4.1.4 Kết quả xử lý Tổng phốt pho 62

4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/P đến hiệu quả xử lý nước thải bằng hồ sinh học tùy tiện có bề mặt phủ Cỏ Lông Tây 63

4.2.1 Kết quả xử lý COD 63

4.2.2 Kết quả xử lý Tổng Nitơ 64

4.2.3 Kết quả xử lý NH4

65 4.2.4 Kết quả xử lý Tổng Phốt pho 66

4.3 Sự biến đổi pH 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 KẾT LUẬN 70

2 KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG 74

PHỤ LỤC B: HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 77

PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 81

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải tổng quát 5

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nước thải 6

Hình 1.3 Hệ thống xử lý kỵ khí UASB 8

Hình 1.4 Hệ thống bùn hoạt tính Aeroten 9

Hình 1.5 Chuỗi hồ sinh học 10

Hình 1.6 Phát triển các hệ thủy sinh vật có vai trò quan trọng trong xử lý nước thải 11 Hình 1.7 Mô hình hoạt động cơ bản của hồ sinh học 12

Hình 1.8 Hồ tự nhiên 13

Hình 1.9 Các loại hồ sinh học trong xử lý nước thải 14

Hình 1.10 Hồ xử lý nước thải 14

Hình 1.11 Hồ hiếu khí 15

Hình 1.12 Hồ kỵ khí 16

Hình 1.13 Hồ tùy tiện 16

Hình 1.14 Mô hình bể bùn hoạt tính hiếu khí 23

Hình 1.15 Hoạt động của hồ kỵ khí 23

Hình 1.16 Hoạt động của hồ tùy tiện 25

Hình 1.17 Cây bèo tây 28

Hình 1.18 Bèo tây có khả năng sinh trưởng và phát triển cực nhanh 29

Hình 1.19 Cây sậy 32

Hình 1.20 Rong xương cá gié 34

Hình 1.21 Cỏ lông tây 35

Hình 2.1 Vị trí KCN Tân Thới Hiệp trên bản đồ 39

Hình 2.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Tân Thới Hiệp 44

Hình 3.1 Mô hình xử lý nước thải bằng hồ sinh học tùy tiện có bề mặt phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây ở quy mô pilot 46

Hình 3.2 Sơ đồ nội dung nghiên cứu đề tài 53

Hình 3.3 Quy trình xử lý nước thải công nghiệp bằng hồ sinh học phủ hệ thực vật thủy

sinh Cỏ Lông Tây 55

Hình 4.1 Hiệu quả xử lý COD của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 57

Hình 4.2 Hiệu quả xử lý Tổng Nitơ của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 59

Hình 4.3 Hiệu quả xử lý NH4+ của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 61

Hình 4.4 Hiệu quả xử lý Tổng phốt pho của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây .62

Hình 4.5 Hiệu quả xử lý COD của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 63

Hình 4.6 Hiệu quả xử lý Tổng Nitơ của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 64

Hình 4.7 Hiệu quả xử lý NH4+ của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 65

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý Tổng Phốt pho của hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây .66

Hình 4.9 Sự biến đổi pH của nước thải trước và sau khi qua hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây 68

Hình PLA.1 Hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây sau khi xây dựng 74

Hình PLA.2 Đục lỗ ống phân phối 74

Hình PLA.3 Hồ sinh học được thả Cỏ Lông Tây phủ 50% diện tích mặt hồ 74

Hình PLA.5 Cỏ Lông Tây phủ toàn bộ mặt hồ 75

Hình PLA.4 Bơm nước thải từ bể thu gom đến bể chứa nước thải 75

Hình PLA.6 Bơm nước thải từ bể chưa nước thải đến hồ Cỏ Lông Tây 75

Hình PLA.7 Nước thải đầu ra ở cuối bể được lấy mẫu để phân tích 76

Hình PLA.8 Bồn điều chỉnh hóa chất 76

Hình PLB.1 Các hóa chất sử dụng trong phân tích các chỉ tiêu nước thải 77

Hình PLB.2 Cuvet 78

Hình PLB.3 Máy quang phổ UV -VIS 78

Hình PLB.4 Bộ mẫu thử phân tích TN 78

Hình PLB.5 Máy đo đa chỉ tiêu HI 83214 78

Hình PLB.6 Phân tích chỉ tiêu COD 79

Hình PLB.7 Phân tích chỉ tiêu TP 79

Hình PLB.8 Phân tích chỉ tiêu TN 79Hình PLB.9 Phân tích chỉ tiêu NH4

79Hình PLB.10 Bộ mẫu thử phân tích NH4

79Hình PLB.11 Tủ nung 80Hình PLB.12 Nước thải trước và sau xử lý qua hồ sinh học 80Hình PLB.13 Hóa chất điều chỉnh nồng độ nước thải 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nhiệm vụ của thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý 17

Bảng 1.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu 18

Bảng 1.3 So sánh hiệu quả xử lý của các hồ sinh học khác nhau 19

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn thiết kế hồ thực vật xử lý bậc 2 21

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thiết kế hồ thực vật xử lý bậc 3 22

Bảng 1.6 Các thông số thiết kế cho hồ kỵ khí 24

Bảng 1.7 Thiết kế độ sâu cho hồ tùy tiện 26

Bảng 2.1 Loại hình sản xuất và lượng nước thải phát sinh của các cơ sở trong KCN Tân Thới Hiệp… 40

Bảng 2.2 Thông số nước thải trước xử lý của Trạm xử lý nước thải tập trung KCN Tân Thới Hiệp, Quận 12 42

Bảng 2.3 Lượng nước thải được thu gom xử lý tại nhà máy XLNT tập trung của KCN 43

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu được đo tại từng vị trí lấy mẫu… 55

Bảng 3.2 Các phương pháp phân tích mẫu 56

Bảng PLC.1 Kết quả xử lý của mô hình hồ sinh học phủ Cỏ Lông Tây ở mức độ ô nhiễm hữu cơ khác nhau 81

Bảng PLC.2 Kết quả xử lý của mô hình hồ sinh học phủ Cỏ Lông Tây ở các tỷ lệ N/P khác nhau 82

Bảng PLC.3 Khối lượng xử lý COD trung bình của 1 m2 hồ cỏ phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm của nước thải 83

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxi sinh hóa

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxi hóa học

TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng

UASB Upward-flow Anaerobic SludgeBed Hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao

Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa với tốc độ nhanh cũng đangtạo ra nhiều thách thức lớn về mặt môi trường Trong đó, vấn đề ô nhiễm nước thảicông nghiệp và sinh hoạt đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng Theo ướctính của Sở Tài nguyên - Môi trường TP Hồ Chí Minh, mỗi ngày TP Hồ Chí Minhphát sinh khoảng 500.000 m3 nước thải công nghiệp và khoảng 1,2 triệu m3 nướcthải sinh hoạt Đa số các khu công nghiệp đều đã xây dựng hệ thống xử lý nướcthải tập trung, tuy nhiên chỉ có khoảng 60% lượng nước thải từ các khu côngnghiệp được xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận Lượngnước thải còn lại, một phần do các cơ sở đã được miễn trừ đầu nối tự xử lý, mộtphần khác các cơ sở xử lý chưa đạt quy chuẩn và đã xả trực tiếp ra môi trường.Lượng nước thải chưa xử lý triệt để đã và đang ngày càng gây ô nhiễm môi trườngtrầm trọng, làm suy thoái tài nguyên nước, ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sốngcủa người dân Việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt vàcông nghiệp với giá thành thấp, dễ vận hành, tận dụng các điều kiện sẵn có để xử

lý đạt tiêu chuẩn xả thải trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận để tránh các tác nguy cơ

về ô nhiễm môi trường đang là vấn đề thu hút nhiều sự quan tâm

Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải đã được nghiên cứu và ứngdụng trong thực tế của các nhà máy xử lý nước thải Trong đó, xử lý nước thảibằng hồ sinh học là một trong những công đoạn xử lý phổ biến nhất được bố trí saugiai đoạn xử lý sinh học nhằm mục đích tăng cường hiệu quả xử lý các chất ônhiễm hữu cơ, xử lý chất dinh dưỡng và loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nướcthải trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận Qua đó, nhiều loài thực vật thủy sinh sử dụngtrong hồ sinh học đã được nghiên cứu và cho hiệu quả xử lý nước thải cao như lụcbình, bèo tây, cỏ Vertiver, lau sậy…

Cỏ Lông Tây cũng thuộc loại thực vật trôi nổi như lục bình và các loại bèo.Tuy nhiên, ngoài các đặc điểm tương tự như các loại thực vật thủy sinh trôi nổikhác, Cỏ Lông Tây có một số đặc điểm đặc trưng như: Cỏ Lông Tây có thể tạothành bè nổi phủ kín trên hồ và không bị thoái hóa Cỏ có khả năng phục hồi cao

sau khi cắt định kì Ngoài ra, Cỏ Lông Tây có khả năng phát triển nhanh quanhnăm trong điều kiện khí hậu miền Nam, tăng trưởng và phát triển rất nhanh trongđiều kiện nước thải có Nitơ cao.

Vì vậy, Cỏ Lông Tây có thể được sử dụng để xử lý nước thải liên tục màkhông gây ô nhiễm, thích hợp hơn lục bình và bèo tây do lục bình hay bèo tây cóchu kì tàn thối có thể gây ô nhiễm nước thứ cấp

Với nhu cầu cấp thiết trong xử lý nước thải công nghiệp và những đặc điểm đặc

trưng của Cỏ Lông Tây, đề tài: “Khảo sát khả năng sử dụng hệ thực vật Cỏ Lông

Tây xử lý nước thải công nghiệp” sẽ là tiền đề tìm ra giải pháp xử lý nước thải

công nghiệp với giá thành thấp, dễ vận hành, tận dụng các điều kiện sẵn có và thânthiện với môi trường

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xác định nồng độ nước thải đầu vào phù hợp cho sự phát triển của Cỏ Lông Tây,

từ đó đánh giá khả năng xử lý nước thải công nghiệp thông qua quá trình sử dụngchất ô nhiễm làm nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển sinh khối của Cỏ

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Cỏ Lông Tây (Brachiaria Mutica) được trồng tại Trạm xử lý nước thải tập trungKCN Tân Thới Hiệp, Quận 12, TP.HCM

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Tổng quan tài liệu về nghiên cứu và ứng dụng các công trình hồ

sinh học sử dụng thủy sinh vật Cỏ Lông Tây xử lý nước thải

Nội dung 2: Xây dựng mô hình xử lý nước thải bằng hồ sinh học tùy tiện có bề

mặt phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây ở quy mô pilot

Nội dung 3: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng hồ sinh học tùy

tiện có bề mặt phủ Cỏ Lông Tây ở mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải đầu vào(COD) khác nhau thông qua việc phân tích các chỉ tiêu pH, COD, Tổng P, tổng N,

NH4+

 Nội dung 3.1: Khảo sát ảnh hưởng mức độ ô nhiễm của nước thải đến hiệu quả

xử lý hồ với nồng độ COD lần lượt là 200 mg/l, 350 mg/l, 500 mg/l

Phân tích các chỉ tiêu nước thải (pH, COD, NH4 , Tổng P, tổng N) đầu vào và

ra sau khi xử lý

Từ đó đánh giá, đưa ra khoảng mức độ ô nhiễm giới hạn của nước thải đầu vào thích hợp cho khả năng xử của hồ sinh học xử lý hệ thực vật Cỏ Lông Tây

 Nội dung 3.2: Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải của hồ theo tỉ lệ N/P khác

nhau N/P = 2,0; 4,0; 6,0, (lượng N lựa chọn đầu vào 20-25 mg/l)

Phân tích các chỉ tiêu nước thải (pH, COD, NH4 , Tổng P, tổng N) đầu vào và

ra sau khi xử lý

Từ đó đánh giá, đưa ra tỷ lệ N/P của nước thải đầu vào thích hợp cho quá trình

xử lý nước thải bằng hồ sinh học xử lý hệ thực vật Cỏ Lông Tây

Nội dung 4: Thu thập kết quả, xử lý số liệu

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

- Ý nghĩa khoa học: Đề xuất hướng tiếp cận mới trong kỹ thuật xử lý nước thải

với chi phí thấp, thân thiện với môi trường bằng hồ sinh học phủ hệ thực vậtthủy sinh

- Ý nghĩa thực tiễn: Xử lý được nước thải công nghiệp, đề xuất khả năng và

phạm vi ứng dụng của mô hình hồ sinh học phủ hệ thực vật Cỏ Lông Tây trongthực tế xử lý nước thải với chi phí thấp

7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- Hiện có rất ít các nghiên cứu trong nước và ngoài nước nghiên cứu về hệ thực

vật thủy sinh Cỏ Lông Tây để xử lý nước thải, chủ yếu dùng như nguồn thức

ăn cho gia súc

- Sử dụng hệ thực vật thủy sinh Cỏ Lông Tây để xử lý nước thải là hướng

nghiên cứu phù hợp với xu hướng phát triển bền vững hiện nay: sử dụngphương pháp chi phí thấp, thân thiện với môi trường, không tạo sản phẩm phụkhi xử lý, dễ vận hành, sử dụng loài thực vật sẵn có ở Việt Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

1.1.1 Nguồn gốc, thành phần nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp được tạo nên sau khi đã sử dụng nước trong các quátrình công nghệ sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp Đặc tính ô nhiễm và nồng độcủa nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình công nghiệp và chế

độ công nghệ lựa chọn Loại nước thải này có thể bị ô nhiễm do các tạp chất có nguồngốc vô cơ hoặc hữu cơ Trong thành phần của chúng có thể có chứa các dạng vi sinhvật (đặc biệt là nước thải của các nhà máy giết mổ, nhà máy sữa, bia, dược phẩm), cácchất có ích cũng như các chất độc hại

Trong xí nghiệp công nghiệp, nước thải công nghiệp gồm:

- Nước thải công nghiệp qui ước sạch: là loại nước thải sau khi được sử dụng để

làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà

- Loại nước thải công nghiệp nhiễm bẩn đặc trưng của công nghiệp đó và cần xử

lý cục bộ trước khi xả vào mạng lưới thoát nước chung hoặc vào nguồn nướctùy theo mức độ xử lý

Thành phần gây ô nhiễm chính của nước thải công nghiệp là các chất vô cơ (nhàmáy luyện kim, nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, nhà máy phân bón vô cơ…), cácchất hữu cơ dạng hòa tan ( thông qua chỉ tiêu NOS), các chất hữu cơ vi lượng gây mùi,

vị (phenol, benzen…), các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học hay bền vững sinhhọc (một số dạng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…), một số chất hữu cơ có thể gây độchại cho thủy sinh vật ( benzen, toluen,…) và các chất hưu cơ có thể phân hủy sinh học.Trong nước thải công nghiệp còn có thể có chứa dầu, mỡ và các chất nổi, lơ lửng,kim loại nặng, các chất dinh dưỡng (N, P) với hàm lượng cao

1.1.2 Tác động nước thải công nghiệp đến môi trường

Nước thải khu công nghiệp có hàm lượng chất ô nhiễm cao, nếu không được xử

lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn, nước thải khu công nghiệp sẽ gây tác động xấu tớichất lượng nguồn nước mặt và nước ngầm ở khu vực xung quanh

Trị số BOD trong nước thải công nghiệp càng cao thì mức ô nhiễm hữu cơ cànglớn Khi thải ra nguồn tiếp nhận, nước thải sản xuất sẽ làm giảm lượng oxi hòa tantrong nguồn nước gây ảnh hưởng đến đời sống của các thủy sinh vật, đồng thời cũnggây nguy hại cho con người nếu sử dụng nguồn nước này cho mục đích sinh hoạt tắmgiặt

Sự có mặt của các chất dinh dưỡng như N,P trong nước thải ở nồng độ cao dễgây ra hiện tượng phú dưỡng hóa đất đai và nguồn nước nơi tiếp nhận, tạo điều kiệnthuận lợi cho sự phát triển nhanh chóng của các loài tảo Trong những điều kiện thiếu

1.2.1 Các giai đoạn chính trong quy trình xử lý nước thải công nghiệp

Với xu hướng phát triển mạnh mẽ về các khối ngành công nghiệp nói riêng vànền kinh tế toàn cầu nói chung thì lưu lượng khí thải, nước thải đang ngày càng tăngcao kéo theo rất nhiều hệ lụy đi kèm Hiện nay đã có rất nhiều phương pháp xử lýnước thải đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trong thực tế của các nhà máy

xử lý nước thải Tất cả các phương pháp đều phải có những giai đoạn chính trong quytrình xử lý nước thải bao gồm:

Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nước thải tổng quát

Mỗi giai đoạn đều có những cấu tạo và chức năng riêng biệt góp phần quan trọng vào việc xử lý nguồn nước thải, bao gồm:

 Xử lý sơ bộ để loại bỏ các rác và cặn có kích thước lớn

 Xử lý bậc 1 (xử lý vật lý và hóa lý) để loại bỏ chất rắn lơ lửng và một phần BOD, COD trong nước thải

 Xử lý bậc 2 (xử lý sinh học) để loại bỏ phần lớn thành phần ô nhiễm hữu cơ trong nước thải (BOD và COD)

Xử lý bậc 3 (xử lý bậc cao) để loại bỏ thêm các chất ô nhiễm trong nước thải đểđạt tiêu chuẩn cao hơn trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận hoặc nhằm mục đích tái sửdụng.

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nước thải

1 Thanh hoặc lưới chắn 2 Bể lắng cát 3 Bể lắng cấp I

4 Bể lắng cấp II (hoạt hóa bùn hoặc lọc sinh học)

5 Bể lắng cấp II 6 Bể tiếp xúc clo 7 Bể lắng làm đặc bùn

8 Bể tiêu hủy bùn yếm khí

9 Thiết bị tách nước (lọc khung bản hoặc lọc băng tải)

Xử lý cấp I gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng, bắt đầu từ song (hoặc lưới)chắn và kết thúc sau lắng cấp I Công đoạn này có nhiệm vụ khử các vật rắn nổi cókích thước lớn và các tạp chất rắn có thể lắng ra khỏi nước thải để bảo vệ bơm vàđường ống Hầu hết các chất rắn lơ lửng lắng ở bể lắng cấp I Ở đây thường gồm cácquá trình lọc qua song (hoặc lưới) chắn, lắng, tuyển nổi, tách dầu mỡ và trung hòa [1]

Xử lý cấp II gồm các quá trình sinh học (đôi khi cả quá trình hóa học) có tácdụng khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy bằng con đường sinhhọc, nghĩa là khử BOD Đó là các quá trình hoạt hóa bùn, lọc sinh học hay oxy hóasinh học trong các hồ (hồ sinh học) và phân hủy yếm khí Tất cả các quá trình này đều

sử dụng khả năng của các vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ về dạng ổn định vànăng lượng thấp.[1]

Xử lý cấp III thường gồm các quá trình vi lọc, kết tủa hóa học và đông tụ, hấpphụ bằng than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thấm tích, các quá trìnhkhử các chất dinh dưỡng, clo hóa và ozon hóa.[1]

1.2.2 Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học

a) Một số đặc điểm chung của phương pháp kỵ khí

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do một quần thể vi sinhvật (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần có mặt của oxy không khí Sản phẩmcuối cùng là một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2,…trong đó có tới 65% là CH4

So với hệ thống xử lý hiếu khí, hệ thống xử lý kỵ khí có nhiều ưu điểm như:

- Hệ thống xử lý kỵ khí tiêu thụ rất ít năng lượng vận hành

- Hệ thống xử lý kỵ khí là một hệ thống sản sinh ra năng lượng Sự phân hủy

chất hữu cơ bằng vi sinh kỵ khí sinh ra metan

- Sự hình thành bùn trong quá trình kỵ khí thấp hơn nhiều so với quá trình hiếu

khí nên giảm được chi phí xử lý bùn thải

- Yêu cầu về dinh dưỡng (N,P) của hệ thống xử lý kỵ khí thấp hơn hệ thống xử

lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinhvật hiếu khí

Tuy nhiên hệ thống xử lý kỵ khí có một số nhược điểm sau:

- Giai đoạn khởi động của hệ kỵ khí thường mất nhiều thời gian (6 – 12 tuần)

bởi sự tăng trưởng chậm của hệ vi sinh kỵ khí

- Phương pháp kỵ khí sinh ra rất nhiều mùi hôi thối: H2S từ nước thải chứa sunfat, mercaptan từ các hợp chất chứa nitơ

- Tích tụ amonia trong nước thải do sự phân hủy các chất hữu cơ chứa nitơ b) Hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao UASB

UASB là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngược dòng Nước thải được đưa vào từ đáy bểchuyển động theo chiều thẳng đứng qua lớp bùn hoạt tính vi sinh kỵ khí với vận tốc0,6 – 0,9 m/giờ

Ưu điểm của bể UASB là tải trọng cao, diện tích xây dựng nhỏ nên thích hợp cho cácnhà máy thiếu diện tích dành cho xử lý nước thải kiểu hồ sinh học

Nhược điểm:

- Tạo khí có mùi rất khó chịu

- Hoạt động không thật ổn định

Hình 1.3 Hệ thống xử lý kỵ khí UASB c) Ứng dụng phương pháp kỵ khí

Phương pháp kỵ khí được sử dụng xử lý nước thải có độ ô nhiễm cao, COD vàBOD đến vài ngàn mg/l Các loại nước thải có COD vượt BOD nhiều lần và chứa cáchất hữu cơ phức tạp như tính bột không tan xenluloza….chỉ có thể xử lý bằng phươngpháp kỵ khí Phương pháp kỵ khí thường được xếp là công đoạn xử lý sinh học đầutiên trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải

a) Một số đặc điểm chung của phương pháp hiếu khí

Quá trỉnh phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện có sự tham gia của oxy của mộtquần thể vi sinh trong đó đóng vai trò quan trọng nhất là các vi khuẩn hiếu khí

Phương pháp xử lý hiếu khí có ứng dụng phổ biến nhất trong các hệ thống xử lý nướcthải có áp dụng công đoạn xử lý bằng vi sinh

Phương pháp hiếu khí có các ưu điểm sau:

- Có thể chủ động điều chỉnh thành phần nước thải, điều kiện xử lý (vi khuẩn,

lưu lượng oxy …) để đạt kết quả tốt nhất

- Tạo ra ít mùi khó chịu, không sinh ra các khí độc như phương pháp kỵ khí.

Nhược điểm: chi phí cao hơn các phương pháp sinh học khác do tiêu tốn năng lượngcho máy nén cung cấp oxy

b) Hệ thống bùn hoạt tính Aeroten

Quá trình bùn hoạt tính được thực hiện trong bể aeroten Bể hoạt động bằng hệ visinh trong bùn hoạt tính Bùn được đảo trộn cung cấp oxy liên tục bằng bơm nén khí.Đây là phương pháp hiếu khí được sử dụng phổ biến nhất trong việc xử lý nước thải

Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ xử lý cao Nhược điểm là chi phí năng lượngkhá lớn

Hình 1.4 Hệ thống bùn hoạt tính Aeroten c) Ứng dụng của phương pháp hiếu khí trong xử lý nước thải

Phương pháp hiếu khí được áp dụng trong hầu hết các quy trình xử lý nước thảicông nghiệp của các nhà máy sản xuất thuộc các ngành công nghiệp có nước thải cóthể xử lý bằng vi sinh

Đối với nước thải có độ ô nhiễm không lớn, thường chỉ áp dụng phương pháp xử lýhiếu khí Đối với nước thải có độ ô nhiễm lớn, công đoạn xử lý hiếu khí được bố trítiếp sau công đoạn xử lý kỵ khí

Tham gia xử lý trong hồ sinh học, ngoài các loài vi sinh có trong các thiết bị xử lýhiếu khí và kỵ khí cao tải như các loại vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, vi nấm…còn có mặt rong, tảo, một số loại cây có thể sống trên mặt nước như bèo, rau muống,cỏ.

1.3.1 Khái niệm chung về hồ sinh học

Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo mà nơi đó diễn qua các quátrình chuyển hóa sinh học các thành phần trong nước Trước khi được ứng dụng rộngrãi trong xử lý nước thải, hồ sinh học được ứng dụng nhiều trong việc cung cấp nướcnuôi trồng thủy sản, phục vụ tưới tiêu cho trồng trọt và điều hòa dòng chảy mùa mưa,

hệ thống thoát nước đô thị

Hình 1.5 Chuỗi hồ sinh học

Hồ sinh học được xem là một trong những hướng xử lý sinh học hiệu quả và đãđược áp dụng dùng để xử lý nguồn nước thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu

cơ xảy ra một cách tự nhiên tương tự như quá trình tự làm sạch của nguồn nước Trong

hồ, sự xử lý các chất thải được thực hiện ở các quá trình vật lý (lắng đọng, bốc hơi,khuếch tán ), quá trình hóa học (kết tủa, ôxi hóa khử ), đặc biệt là quá trình sinh họctrong đó hoạt động của vi sinh vật đóng vai trò chủ đạo trong việc phân hủy các chấthữu cơ Các hoạt động sinh học diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinhphức tạp giữa các nhóm vi khuẩn, tảo và các thực vật thủy sinh Cho đến nay hồ sinhhọc được sử dụng phổ biến để xử lý thứ cấp nước thải sinh hoạt và nhiều ngành côngnghiệp ở các khu xử lý nước thải tập trung

Hệ vi sinh vật của hồ sinh học thường có các vi sinh vật, nguyên sinh động vật,thực vật thủy sinh như tảo, rêu, bèo,…Trong hồ sinh học các loại thực vật đóng vai tròquan trọng trong việc ổn định chất lượng nước và tùy từng loại nhóm thủy vật thủysinh sẽ phù hợp cho việc xử lý từng loại nước thải Các loài thực vật thủy sinh đượcphân chia thành ba loại chính:

 Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉphát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng Chúng gây nên các tác hại như làmtăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước Do đócác loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải

 Thủy thực vật sống trôi nổi: rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơlửng trên mặt nước, thân và lá của nó phát triển trên mặt nước Nó trôi nổi trên mặtnước theo gió và dòng nước Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào đểphân hủy các chất thải

 Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và

lá phát triển trên mặt nước Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổnđịnh

Hình 1.6 Phát triển các hệ thủy sinh vật có vai trò quan trọng trong xử lý nước

thải

Vi sinh vật sử dụng oxy từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từkhông khí để oxy hóa các chất hữu cơ và rong tảo trong hồ lại tiêu thụ CO2, photphat

và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ của vi sinh vật Để hồhoạt động bình thường cần phải giữ pH và nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ không được thấphơn 6oC

Hình 1.7 Mô hình hoạt động cơ bản của hồ sinh học

Ưu điểm của mô hình xử lý nước thải bằng hồ sinh học:

 Đây là mô hình với chi phí thấp, dễ thiết kế, xây dựng và vận hành

 Không yêu cầu cung cấp năng lượng ( vì mô hình này sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng mặt trời)

 Hệ vi sinh vật có khả năng chịu đựng được độ kim loại năng tương đối cao (>30mg/l)

 Hiệu quả loại bỏ cao với các chất rắn , BOD và các mầm bệnh,

 Chịu được tải trọng va đập hữu cơ và thủy lực

 Loại bỏ chất dinh dưỡng cao, nếu kết hợp với nuôi trồng thủy sản

 Không có vấn đề với ruồi hoặc mùi nếu được thiết kế và bão dưỡng một cách chính xác

 Có thể được xây dựng và sửa chữa với các vật liệu có sẵn tại địa phương

Nước thải có thể được tái sử dụng trong nuôi trồng thủy sản hoặc để tưới tiêu trong nông nghiệp [2]

Nhược điểm của mô hình xử lý nước thải bằng hồ sinh học:

 Thời gian xử lý khá dài ngày

 Đòi hỏi mặt bằng rộng.

 Trong quá trình xử lý phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên như thời tiết, khí hậu, …Vào mùa đông nhiệt độ xuống thấp làm thời gian và hiệu quả xử lý kéo dài hơn so vớicác mùa còn lại hoặc mưa lụt sẽ làm tràn ao hồ gây ô nhiễm cho các đối tượng khác

 Để ứng dụng một cách hiệu quả nhất công trình hồ sinh học vào quy trình xử lýnước thải cần phải thực hiện các biện pháp nhằm phát huy ưu hiểm và hạn chế nhữngkhuyết điểm trên một cách triệt để

1.3.2 Phân loại hồ sinh học

Có nhiều cách thức để phân loại hồ Chúng ta có thể sử dụng phương pháp đơngiản để phân loại dựa trên từng loại chuyển hóa có thể xảy ra và cơ chế tiếp nhận cơchất khác nhau [3]

Hồ sinh học có thể được chia thành hai loại chính là hồ tự nhiên và hồ nhân tạo(hiếu khí, kỵ khí, tùy tiện)

1.3.2.1 Hồ tự nhiên

Được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt Trái Đất Hồ tự nhiên trước đây,khi chưa chịu tác động đáng kể của con người thường là những hồ sinh thái có độ đadạng sinh học cao, là nơi cư trú của nhiều loài động thực vật Đến nay dưới tác độngcủa bàn tay con người, một số hồ đã bị xóa sổ, một số bị khai thác đến cạn kiệt

Hình 1.8 Hồ tự nhiên

Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên: oxy cần thiết cho quá trình chủ yếu do sựkhuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước nhưrong, tảo Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, chiều sâu của hồ khoảng 30-40cm Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo BOD khoảng 250 - 300 kg/ha.ngày Thời giannước lưu trong hồ khoảng 3 - 12 ngày.

Hồ hiếu khí làm thoáng bằng nhân tạo: nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinhhóa từ các thiết bị như bơm khí nén hoặc máy khuấy cơ học Vì được tiếp khí nhân tạonên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5m Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400 kg/ha.ngày.Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 - 3 ngày Do chiều sâu hồ lớn nên việc làmthoáng cũng khó đảm bảo toàn phần nên chúng làm việc như hồ tùy tiện

Hình 1.11 Hồ hiếu khí b) Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh hóa tựnhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh kỵ khí [2] Loại hồ này thườngdùng để xử lý nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng, ít dùng để xử lý nước thải sinhhoạt vì nó gây mùi khó chịu Hồ kỵ khí phải đặt cách xa nhà ở và xí nghiệp thực phẩm1,5 - 2km

Hình 1.12 Hồ kỵ khí c) Hồ tùy tiện

Là một loại hồ thường gặp trong tự nhiên, nó được sử dụng rộng rãi nhất trongcác hồ sinh học Trong hồ này xảy ra 2 quá trình song song: quá trình oxy hóa hiếu khícác chất hữu cơ và quá trình phân hủy metan cặn lắng Xét theo chiều sâu của hồ cóthể chia ra 3 vùng: lớp trên là vùng hiếu khí, lớp giữa là vùng trung gian, còn lớp dưới

là vùng kỵ khí Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong hồchủ yếu nhờ quang hợp của rong tảo dưới tác dụng của bức xạ mặt trời và khuếch tánqua mặt nước dưới tác dụng của sóng gió Hàm lượng oxy hòa tan vào ban ngày nhiềuhơn ban đêm

Hình 1.13 Hồ tùy tiện

Đồ án tốt nghiệp

Khảo sát khả năng sử dụng hệ thực vật Cỏ Lông Tây (Brachiaria Mutica) xử lý nước thải công nghiệp.

Chiều sâu của hồ ảnh hưởng lớn đến sự xáo trộn, tới các quá trình oxy hóa vàphân hủy trong hồ Chiều sâu trong hồ thường lấy vào khoảng 0,9 -1,5m Tỷ lệ chiềudài, chiều rộng hồ thường lấy là 1:1 hoặc 2:1 Ở những vùng có nhiều gió nên làm hồ

có diện tích rộng, còn ở vùng ít gió nên làm hồ có nhiều ngăn Nếu đất đáy hồ dễ thấmnước thì phải phủ lớp đất sét dày 15cm Bờ hồ có đáy dốc nên trồng cỏ trên bờ hồ

1.3.3 Quá trình sinh học trên các cây thủy sinh

Phân hủy sinh học đóng vai trò rất quan trọng trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm ởdạng vô cơ và hữu cơ trong nước thải, bao gồm:

- Phân hủy sinh học hiếu khí, kỵ khí: là quá trình chuyển hóa của các vi sinh vật

đang cư trú trong lớp vật liệu hay sống bám trên thên và rễ thực vật thủy sinh.Quá trình chuyển hóa tạo ra NH4+, CO2 là nguồn dinh dưỡng cho thực vật pháttriển sinh khối và tạo ra khí O2 làm giàu môi trường nước tạo thuận lợi cho vikhuẩn hiếu khí phát triển tiếp tục chuyển hóa các chất

- Tích tụ thực vật: là sự hấp thụ, giữ lại các nguyên tố vô cơ trong thực vật

- Ổn định thực vật: là khả năng cô lập các hợp chất vô cơ trong rễ thực vật

- Phân hủy thực vật: cây trong vùng đất ngập nước sẽ sản xuất ra các enzym

giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong suốt quá trình thoát hơinước của chúng

- Phân hủy ở rễ: thực vật sẽ cung cấp chất dịch làm tăng quá trình phân hủy các

hợp chất hữu cơ bằng vi sinh vật

- Sự thoát, bốc hơi nước ở thực vật: là sự hấp thụ và thoát hơi của các hợp chất

dễ bay hơi thông qua lá cây

Bảng 1.1 Nhiệm vụ của thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý.

Rễ và/hoặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển

Lọc và hấp thu chất rắnThân và/hoặc lá ở mặt nước hoặc phía

trên mặt nước

Hấp thu ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản

sự phát triển của tảoLàm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt

xử lýLàm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển

Chuyển oxi hóa từ lá xuống rễ

Bảng 1.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu.

Thuỷ sinh thực vật sống chìm

Hydrilla Hydrilla verticillataWater milfoil Myriophyllum spicatum

Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi

trôi nổi

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Thuỷ sinh thực vật sống nổi

1.3.4 Ứng dụng của hồ sinh học trong việc xử lý nước thải.

Ngoài những ứng dụng như nuôi trồng thủy sản, tích trữ nguồn nước tưới tiêucho cây trồng, tạo cảnh quan, điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước

đô thị hoặc các khu công nghiệp, khu dân cư thì ứng dụng của hồ sinh học trong việc

xử lý nước thải đang ngày càng được chú trọng và phát triển

Hồ sinh học được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải Hiện có khoảng gần5.000 hồ xử lý nước thải sinh hoạt ở Mỹ, trong tổng số 12.500 hồ xử lý trên thế giới.Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng để xử lý một số loại nước thải công nghiệp Hồ kỵkhí thường được dùng để tiền xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, nhưng chủ yếu

là xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao

Ngoài ra, hồ kỵ khí còn dùng để tiền xử lý nước thải chăn nuôi trước khi được đưa vàomôi trường đất.

Hồ tùy tiện trước đây thường dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.Hiện nay, hồ tùy tiện được dùng nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý,hoặc xử lý các dòng thải thứ cấp từ các hệ thống xử lý khác như các thiết bị lọc, hồhiếu khí, hồ kỵ khí, … Nhiều hồ xử lý tùy tiện thường có kích thước nhỏ Trên thực tếngười ta thường sử dụng kết hợp hệ thống hồ tùy tiện/hiếu khí, đôi khi kết hợp với hồ

kỵ khí thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở những nước pháttriển do giá thành thấp và khả năng kiểm soát các sinh vật gây hại có hiệu quả

Hồ hiếu khí lúc đầu được dùng để xử lý nước thải bột giấy và ngành công nghiệpsản xuất giấy, sau đó nó được sử dụng rộng rãi trong xử lý các loại nước thải côngnghiệp khác nhau Kể từ 1960, hồ hiếu khí lại được ứng dụng trong xử lý nước thảisinh hoạt Nhiều hệ thống thật ra là hồ tùy tiện/hiếu khí bởi vì năng lượng thông khíthông thường không đủ để hòa tan hoàn toàn các chất rắn sinh học, khiến cho chấtlượng dòng ra kém Hiện nay, hồ hiếu khí ngày càng đạt hiệu quả cao trong xử lý nướcthải sinh hoạt trước khi xả thải ra môi trường nước mặt Hồ thực vật được sử dụng vớimục đích xử lý nước thải sinh hoạt, khu du lịch, các cụm dân cư nhỏ, nước thải côngnghiệp và xử lý bậc 3 đối với nước thải công nghiệp, với chi phí đầu tư, vận hành, bảotrì thấp và có khả năng khử pathogen (các vi sinh vật gây hại) cao Nước sau xử lýthích hợp cho tưới tiêu phục vụ nông nghiệp.[4]

Bảng 1.3 So sánh hiệu quả xử lý của các hồ sinh học khác nhau [27].

1.3.5 Ý nghĩa của hồ sinh học đối với quy trình xử lý nước thải

Phương pháp sinh học được sử dụng để làm sạch nước thải sinh hoạt, cũng nhưnước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S,amoniac, nitrit, nitrat,

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các hoạt động sống của vi sinh vật đểphân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm hòa tan trong nước thải Các vi sinh vật sử dụngcác chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và sinh năng lượng đểduy trì hoạt động sống của chúng Nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh họccuối cùng sẽ làm cho các chỉ tiêu BOD và COD giảm đến mức cho phép.[2]

Phương pháp sinh học ngày càng được sử dụng rộng rãi vì phương pháp này cónhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác:

 Phân hủy các chất trong nước thải nhanh, triệt để mà không gây ô nhiễm môi trường

 Có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí methane)

 Thiết bị đơn giản, phương pháp dễ làm, chi phí tốn kém ít hơn các phương phápkhác

Trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải, khâu xử lý bằng hồ sinh học làmột trong những công đoạn xử lý phổ biến nhất được bố trí sau giai đoạn xử lý sinhhọc nhằm mục đích tăng cường hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, xử lý chấtdinh dưỡng và loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải trước khi đổ ra nguồn tiếpnhận

1.3.6 Tổng quan các tài liệu hướng dẫn xây dựng hồ sinh học phủ hệ thực vật để

xử lý nước thải.

Trong thiết kế hồ sinh học cần chú ý tới bốn thông số quan trọng là:

 Nhiệt độ: thông thường nhiệt độ thiết kế được hiểu là nhiệt độ không khí trongtháng lạnh nhất, trong một quý hay trong khoảng thời gian hoạt động nông nghiệp

 Diện tích bề mặt: Đây là thông số chỉ dùng khi thiết kế hồ tùy tiện và hồ tự nhiên, không dùng cho hồ kị khí vì các lớp váng phát sinh trên bề mặt hồ kỵ khí

sẽ làm ngăn cản quá trình thoát hơi nước.

 Dòng chảy: Khi thiết kế dòng chảy phù hợp có thể đạt đến 80% hiệu quả tiêuthụ nước thải trong nhà Thiết kế dòng chảy có thể dựa vào kinh nghiệm thực tế hoặctình trạng kinh tế xã hội địa phương, cũng như nhu cầu sử dụng nước thực tế

 BOD: Nếu có nước thải thì ta có thể đo được BOD Nếu không, ta có thể ước tính từ các công thức dưới đây :

L  1000 B

i Q

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo có chiều sâu từ 2 – 4,5m; sức chứa tiêu chuẩnkhoảng 400 kg BOD/ha.ngày; thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 – 3 ngày

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn thiết kế hồ thực vật xử lý bậc 2 [28].

SS < 10 mg/l

Có sự chuyển hóa N

 Tải lượng chất hữu cơ

+ Trong toàn bộ bề mặt hệ thống 100 kg BOD/ha.ngày

+ Bề mặt ô đầu tiên

 Thời gian lưu

 Nhiệt độ nguồn nước

 Chiều sâu cột nước

300 kg BOD/ha.ngày

6 ngày

200 C

< 0,9 m

 Tải lượng nước

 Hình dạng bể

 Diện tích bể

 Kiểm soát muỗi

 Thống kê kết quả

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thiết kế hồ thực vật xử lý bậc 3 [28].

SS < 10 mg/l

TP và TN < 5mg/l

 Tải lượng chất hữu cơ

+ Trong toàn bộ bề mặt hệ thống <50 kg BOD/ha.ngày

+ Bề mặt ô đầu tiên

 Thời gian lưu

 Nhiệt độ nguồn nước

 Chiều sâu cột nước

 Tải lượng nước

< 0,4 hacần thiếtmỗi tuần

< 800 m3/ha.ngàyHình chữ nhật, tỷ lệ dài: rộng = 1: 3

< 0,4 ha Cần thiết Hàng tháng

Dòng vào (Chất hữu cơ và

dinh dưỡng, BOD cao)

Ống dẫn nước ra Ống dẫn nước vào

Hình 1.14 Mô hình bể bùn hoạt tính hiếu khí 1.3.6.2 Hồ kỵ khí

Hình 1.15 Hoạt động của hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí thường được thiết kế (theo kinh nghiệm) có diện tích bằng 10 – 20%diện tích hồ tùy tiện Thời gian lưu nước trong mùa hè là 1,5 ngày, trong mùa đôngkhông quá 5 ngày Đặc điểm cấu tạo của hồ:

i

a

+ Hồ nên có 2 ngăn làm việc để dự phòng khi xả bùn trong hồ

+ Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, phải đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồngđều trong hồ, nếu diện tích hồ nhỏ hơn 0,5ha chỉ cần một miệng xả; nếu lớn hơn thìphải bố trí thêm

+ Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn đểbùn không thoát ra ngoài cùng với nước

Hồ kỵ khí có thể thiết kế một cách hoàn chỉnh, không phát sinh mùi có hại và khó chịudựa trên thông số thể tích dòng vào có BOD ( l , g/m3ngày), được cho bởi:

Bảng 1.6 Các thông số thiết kế cho hồ kỵ khí [29]

Nhiệt độ T( 0 C) Thể tích dòng vào (g/m 3 ngày) Loại bỏ BOD (%)

V

1.3.6.3 Hồ tùy tiện

Hồ tùy tiện thường sâu từ 1,5 – 2,5m (4 - 8 ft), trong đó mực nước duy trì trong

hồ thường là từ 1 – 2m (3 –6 feet), với lớp hiếu khí nằm trên lớp kỵ khí (lớp kỵ khíthường chứa trầm tích lắng đọng), thời gian lưu thường dùng là 5 – 30 ngày

Sự lên men kỵ khí xảy ra ở tầng bên dưới, và sự ổn định hiếu khí xảy ra ở tầngtrên Thiết kế hồ tuỳ tiện thường dựa vào sự loại bỏ BOD

Hình 1.16 Hoạt động của hồ tùy tiện

Khi nhiệt độ trung bình trong mùa đông trên 150 C (590 F), tải lượng BOD đầuvào nên nằm trong khoảng 45 – 90 kg/ha.ngày Khi nhiệt độ trung bình trong mùađông thay đổi từ 0 – 150 C, tải lượng các chất hữu cơ khoảng 22 – 45 kg/ha.ngày Khinhiệt độ trung bình trong mùa đông dưới 00 C thì tải lượng chất hữu cơ chỉ nên từ 11 –

22 kg/ha.ngày Tải lượng BOD dòng vào ở ngăn đầu tiên chỉ nên giới hạn tới 40kg/ha.ngày hoặc có thể nhỏ hơn, và tổng thời gian lưu nước trong hệ thống là 120 –

180 ngày, trong điều kiện nhiệt độ trung bình không khí dưới 00C Trong điều kiệnthời tiết ấm với nhiệt độ không khí trên 150C thì tải lượng BOD dòng vào ở ngăn đầutiên có thể đạt đến 100 kg/ha.ngày

Hiệu quả loại bỏ BOD5 có thể đạt đến 80 – 90% Chiều sâu thiết kế hồ tùy tiệnthường là 1m, dùng để kiểm soát tốc độ tăng trưởng của thực vật Hồ cũng có thể đượcthiết kế sâu hơn nếu dùng để chứa bùn.

Bảng 1.7 Thiết kế độ sâu cho hồ tùy tiện [30].

1 1 Mô hình thiết kế phổ biến, nhiệt độ rất đồng đều, bùn lắng tối

thiểu

2 1,25 Điều kiện như trên nhưng lượng bùn lắng nhiều hơn

3 1,5 Giống điều kiện 2 nhưng có thể dùng ở những vùng có điều kiện

nhiệt độ thay đổi theo mùa, dòng chảy trong ngày có thể thay đổibất thường

4 >=2 Dùng để hòa tan các chất thải có khả năng phân hủy sinh học

kém và thời gian lưu được kiểm soát

Đặc điểm về cấu tạo hồ:

Tỷ lệ chiều dài, chiều rộng hồ thường lấy bằng 1:1 hay 2:1 Ở những vùng cónhiều gió nên làm hồ có diện tích rộng, còn vùng ít gió nên làm hồ có nhiều ngăn

Nếu đất đáy hồ dễ thấm nước thì phải phủ lớp đất sét dày 15cm Bờ hồ có máidốc 1:1 – 1,5:1 ở phía trong và 2:1 – 2,5:1 ở phía ngoài Thường hệ thống gồm 2 haynhiều hồ (nối tiếp hoặc song song) được đề nghị sử dụng trong xử lý, tải lượng chấthữu cơ đầu vào có thể lên đến 6,69 – 7,14 kg BOD5/ ha.ngày (75 – 80 lbBOD5/ngày.acre) đối với hệ thống hồ đơn khi sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt,tải lượng chất hữu cơ đầu vào thường là 2,23 – 3,12 kg BOD5/ ha.ngày (25 – 35 lbBOD5/ngày.acre)

1.3.7 Tổng quan các tài liệu hướng dẫn vận hành hồ sinh học phủ hệ thực vật để

xử lý nước thải.

Xử lý nước thải bằng hồ sinh học nói chung có rất nhiều ưu điểm nên nó là mộttrong số những loại hình công trình xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi và đem áp

dụng ở nước ta khá thích hợp, có thể kết hợp làm hồ thả bèo, nuôi cá Điều đó đem lạihiệu quả kinh tế và tăng cường xử lý nước thải Nếu thả bèo trên mặt hồ sẽ tăng thêmnguồn ô xy cho quá trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩyquá trình ô xy hóa Tuy nhiên, cần lưu ý là không nên thả bèo kín mặt hồ để đảm bảocho ánh sáng xuyên qua.

Nước thải trước khi đưa vào hồ tuy đã được xử lý sơ bộ, nhưng hàm lượng cácchất bẩn vẫn còn cao, muốn kết hợp nuôi trồng thủy sản thì chỉ nên nuôi ở các bậc hồthứ cấp (2, 3) hay những hồ đã được pha loãng bằng nguồn nước khác có chất lượngtốt hơn

Lớp chất bẩn trên mặt hồ nên thường xuyên được loại bỏ Thực vật thủy sinh cótrong hồ cũng cần được loại bỏ vì chúng có thể cung cấp môi trường sống cho muỗi vàngăn chặn ánh sáng thâm nhập vào nước

Các hồ kỵ khí phải được loại bỏ bùn khoảng 2-5 năm một lần, khi các chất rắntích lũy được 1/3 thể tích hồ Đồi với hồ tùy tiện loại bỏ bùn thậm chí hiếm hơn và hồhiếu khí hầu như không bao giờ phải nạo vét Bùn có thể được loại bỏ bằng máy bơmbùn

Nếu nước được tái sử dụng để tưới , độ mặn của nước thải cần được kiểm soátthường xuyên để ngăn chặn tác động tiêu cực đến các cấu trúc đất.[5]

Trong quá trình vận hành hồ sinh học giám sát và đánh giá hiệu suất hồ là mộttrong những công việc vô cùng quan trọng Để hồ sinh học được hoạt động một cáchlâu bền đòi hỏi chúng ta cần:

 Đánh giá thường xuyên mọi nguồn nước thải đầu ra hay tái sử dụng theo quichuẩn địa phương (Lấy mẫu nước thải ít nhất là hàng tháng, hàng tuần để phân tíchcác thông số cần thiết của nguồn nước thải đầu ra hoặc tái sử dụng)

 Theo dõi để kịp thời phát hiện và xác định rõ những dấu hiệu biến đổi bất ngờhay những hư hỏng phát sinh của hồ, điều này có thể giúp ta nhanh chóng tìm ranguyên nhân và giải quyết nó (Khi kết quả đánh giá trên cho thấy nước thải đầu rahoặc tái sử dụng không đạt tiêu chuẩn, đòi hỏi ta phải nghiên cứu chi tiết hơn trên cácthông số pH, nhiệt độ, coliform phân, …)

Để đánh giá đầy đủ về hiệu suất của một hồ sinh học thì tốn rất nhiều thời gian,chi phí và đòi hỏi người kỹ sư phải có nhiều kinh nghiệm để có thể giải thích đượcnhững kết quả đưa ra từ đó có thể đưa ra những nhận định nhằm phát huy điểm mạnhcũng như hạn chế điểm yếu của hệ thống đang vận hành Đánh giá hiệu suất hồ có ýnghĩa sau:

 Cung cấp thông tin, số liệu về nước thải đầu vào và đầu ra

 Cho biết giới hạn cho phép đối với các thông số trong hồ để cả vi sinh và thựcvật thủy sinh hay các yếu tố khác trong hồ được đảm bảo đúng tiêu chuẩn thiết kế một

hồ sinh học phù hợp [5]

Bảo trì hồ sinh học là một công việc nên được thực hiện thường xuyên để tránhmùi hôi, ruồi, muỗi,… Những công việc cần làm thường xuyên để bảo trì hồ sinh họcmột cách tốt nhất bao gồm:

 Loại bỏ các lớp rác, cặn có kích thước lớn… trong nước thải đầu vào

 Cắt cỏ, thực vật thủy sinh trong hồ theo chu kì để đảm bảo độ thoáng cho hồ

 Loại bỏ các lớp màng trôi nổi và thực vật vĩ mô khỏi bề mặt thoáng của hồ sinh học hiếu khí và hồ sinh học tùy tiện

 Phun một lớp cặn hoặc màn trên bề mặt hồ sinh học kỵ khí và chỉ loại bỏ lớp màn đó khi các quá trình xử lý đã xảy ra (đảm bảo môi trường kỵ khí trong hồ)

 Loại bỏ cặn rắn (sản phẩm sau một thời gian xử lý)

 Sửa chữa nhanh nhất có thể nếu có bất kì hư hỏng nào ở thành hồ và những chi tiết liên quan đến thiết kế của hồ

VÀ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI THỦY SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.4.1 Bèo tây ( Eichoria )

1.4.1.1 Giới thiệu về bèo tây

Bèo tây còn được gọi là lục bình hay bèo Nhật Bản, tên khoa học là Eichoria, loàithực vật thủy sinh thân thảo, sống nổi theo dòng nước, ưa mọc ở vùng nhiệt đới Bèotây có nguồn gốc từ Venezuala, Nam Mỹ

Hình 1.17 Cây bèo tây

Cây bèo tây mọc cao khoảng 30 cm với dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng vànhẵn mặt, gân lá hình cung dài,hẹp Lá cuốn vào nhau như những cánh hoa Cuống lá

nở phình ra như bong bóng xốp ruột giúp cây bèo nổi trên mặt nước Ba lá đài giốngnhư ba cánh Rễ bèo trông như lông vũ sắc đen buông rủ xuống nước, dài đến 1 m.Trong môi trường tự nhiên, bèo tây lan tràn mau chóng phủ kín mặt nước bằng thảmdày đặc, hê thống rễ màu nâu của bèo tây có khả năng hút, lọc nước và phân giải chấtđộc rất mạnh góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Trong đó tốc độ xử lý các chất

ô nhiễm hữu cơ khác nhau của bộ rễ này rất cao

Cây bèo tây là một trong các loài thực vật thủy sinh được sử dụng thành côngcho xử lý nước thải ở nhiều nước trên thế giới [6]

Hình 1.18 Bèo tây có khả năng sinh trưởng và phát triển cực nhanh

1.4.1.2 Đánh giá tình hình nghiên cứu nghiên cứu và ứng dụng cây bèo tây để

xử lý nước thải.

Năm 2014, nhóm nghiên cứu của Vũ Thị Nguyệt, Trần Văn Tựa, Nguyễn TrungKiên, Đặng Đình Kim đã nghiên cứu sử dụng Bèo Tây để xử lý nitơ và phốtpho trongnước thải chăn nuôi lợn sau công nghệ biogas.[6] Kết quả nghiên cứu cho thấy ở tảilượng 50 l/m2.ngày, hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm TN, NO3-, NH4+ và TP lần lượt là65,79%; 73,8%; 78,70% và 55,19% Còn với tải lượng 100 l/m2.ngày, hiệu suất xử lý