TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐHQGHN KHOA MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG MÔ HÌNH HỒ THỦY SINH NI BÈO LỤC BÌNH GVHD: Danh sách nhóm Vũ Thị Hồng Hạnh Trần Thị Kỳ Duyên Nguyễn Thị Thu Hiền Phạm Thị Dương Vũ Thị Dung Mục lục I Đặt vấn đề Nước thải sinh hoạt khu dân cư tập trung, khu đô thị, vùng ven đô thành phố lớn Việt Nam chưa xử lý, hay xử lý hệ thống đơn giản bể tự hoại , chất lượng nước chưa đạt yêu cầu xả ngồi mơi trường, nguồn gây nhiễm môi trường sống, lây lan dịch bệnh Hiện nay, mức độ ô nhiễm kênh, sông, hồ thành phố lớn nặng.Với điều kiện kinh tế Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phương pháp đơn giản, tận dụng điều kiện sẵn có, chi phí xây dựng vận hành thấp đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường hướng hợp lý Phương pháp hồ thủy sinh biết nhóm phương pháp tự nhiên ứng dụng nhiều nơi giới không để xử lý NTSH mà cho nước thải công nghiệp nhiều lĩnh vực khác Ý nghĩa phương pháp ngồi việc đơn giản, chi phí thấp mà đem lại giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường sống, sinh khối thực vật tạo tạo thành sản phẩm có giá trị kinh tế Phương pháp hồ thủy sinh dựa sở sử dụng loại thực vật thủy sinh bậc cao có khả làm chất bẩn nước thải, tác dụng thực vật hệ thống thủy sinh tạo môi trường giàu oxy, tạo giá thể cho loại vi sinh vật hiếu khí phát triển, thúc đẩy q trình nitrat hóa, q trình oxy hóa chất hữu có nước Các loại trồng hệ thống thường loại thực vật thủy sinh lưu niên, thân thảo, thân xốp, rễ chùm sậy, cói, cỏ mèo, thủy trúc, rau mác, bèo tây,… Khảo sát khả làm nước thải lục bình so với loại thực vật trơi khác cho thấy, lục bình có khả xử lí nước thải sinh hoạt tốt cả, tốt với hiệu xử lí chất rắn lơ lửng (SS), amoni (NH4+), phốtphat (PO43-) với chất rắn lơ lửng Nội Dung 1) Khát quát đối tượng cần xử lý 1.1 Khái niệm: Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt nước dùng cho mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa, khu dân cư, công trình cơng cộng, sở dịch vụ, Như vậy, nước thải sinh hoạt hình thành trình sinh hoạt người Một số hoạt động dịch vụ công cộng bệnh viện, trường học, bếp ăn, tạo loại nước thảicó thành phần tính chất tương tự nước thải sinh hoạt 1.2 Thành phần Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% lượng nước cấp cho sinh hoạt.nước thải sinh hoạt thường chứa tạp chất khác Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu dễ bị phân hủy sinh học, ngồi có thành phần vô cơ, vi sinh vật (vi khuẩn phân hủy chất hữu cần thiết cho trình chuyển hóa chất bẩn NT ) vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm Các hợp chất hữu tồn dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy, Đặc trưng NTSH là: hàm lượng chất hữu cao (55-65% tổng lượng chất bẩn ) Phần lớn chất hữu nước đóng vai trò chất vi sinh vật Chất hữu chứa nước thải bao gồm hợp chất protein( 40-50%), hydrocacbon (25% - 50%), chất béo, dầu mỡ (10%) Ure chất hữu quan trọng nước thải sinh hoạt Nồng độ chất hữu nước thải sinh hoạt dao dộng khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô Các chất vô amoni, magie, kali….Có khoảng 20-40% chất hữu khó bị phân hủy sinh học 1.3 Tác hại đến môi trường Tác hại đến môi trường nước thải thành phần ô nhiễm tồn nước thải gây • COD, BOD: khống hố, ổn định chất hữu tiêu thụ lượng lớn gây thiếu hụt oxy nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm q mức, điều kiện yếm khí hình thành Trong q trình phân huỷ yếm khí sinh sản phẩm H2S, NH3, CH4, làm cho nước có mùi thúi làm giảm pH mơi trường • SS: lắng đọng nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí • Nhiệt độ: nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh vật nước • Vi trùng gây bệnh: gây bệnh lan truyền đường nước tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da, … • Ammonia, P: nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ nước cao dẫn đến tượng phú dưỡng hoá ( phát triển bùng phát loại tảo, làm cho nồng độ oxy nước thấp vào ban đêm gây ngạt thở diệt vong sinh vật, vào ban ngày nồng độ oxy cao trình hơ hấp tảo thải ) • Màu: mỹ quan • Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy bề mặt 2)Hồ sinh học 2.1 Khái quát đặc điểm hồ sinh học Hồ sinh học (Waste Stabilization Ponds) ao hồ có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, gọi hồ ổn định nước thải Đây hình thức lâu đời để xử lý nước thải phương pháp sinh học Hồ sinh học dùng để xử lý nguồn thải thứ cấp với chế phân hủy chất hữu xảy cách tự nhiên Trong hồ diễn q trình oxy hóa sinh hóa chất hữu nhờ lọai vi khuẩn, tảo loài thủy sinh vật khác.giúp ổn định dòng nước làm giảm vi sinh vật gây bệnh Hồ sinh học dùng xử lý nước thải biện pháp sinh học chủ yếu dựa vào trình tự làm hồ 2.2 Hệ động thực vật hồ sinh học Hệ động thực vật hồ sinh học thường có vi sinh vật: vi sinh vật, nguyên sinh động vật, tảo, rêu, bèo Các vi sinh vật hồ vi sinh hiếu khí vi khuẩn nitrat hóa.Trong hồ sinh học loại thực vật đóng vai trò quan trọng việc ổn định chất lượng nước Chúng sử dụng chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng (Cu, Cd, Hg, Zn) đồng hoá phát triển sinh khối Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà hình thành nên nhóm thực vật thuỷ sinh nhóm thực vật thuỷ sinh có số có tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm Thực vật thuỷ sinh sử dụng để xử lý nước ô nhiễm chia làm loại: nhóm thực vật ngập nước, nhóm thực vật trơi nổi, nhóm thực vật nửa ngập nước Nhóm thục vật trơi nổi: Các lồi thực vật phát triển bề mặt nước gồm hai phần: phần phần thân mềm mặt nước, phần nhận ánh sáng trực tiếp từ mặt trời, phần rễ, rễ loài thực vật rễ chùm Chúng phát triển lòng mơi trường nước, nhận chất dinh dưỡng nước chuyển lên thực trình quang hợp Lồi thực vật trơi nước theo gió dòng nước Khi chúng di chuyển kéo theo rễ quét lòng nước, chất dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc hấp thụ qua rễ Rễ loài thực vật giá thể cho loại vi khuẩn bám vào để phân hủy chất thải So với loài thực vật ngập nước, loài thực vật trơi có khả xử lý chất ô nhiễm cao Nhóm bao gồm chủ yếu loại bèo như: Eichhorinia crassipes (bèo Nhật Bản, Lục bình); spirodella; lema; Postia statiotes… 2.3 Hồ hiếu khí Hoạt động dựa q trình oxy hóa chất hữu nhờ vi sinh vật hiếu khí.Hiện người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại: Hồ làm thống tự nhiên: Ơ xy cung cấp cho q trình xy hóa chủ yếu khuyếch tán khơng khí qua mặt nước q trình quang hợp thực vật nước (rong, tảo,…) Hồ hiếu khí làm thống nhân tạo: Loại nguồn xy cung cấp cho q trình sinh hóa thiết vị bơm khí nén hay máy khuấy học Xử lý nước thải hồ sinh học nói chung, đặc biệt hồ sinh học hiếu khí có ưu điểm nên số loại hình cơng trình xử lý nước thải sử dụng rộng rãi đem áp dụng tỉnh nước ta thích hợp, kết hợp làm hồ thả bèo, ni cá Điều đem lại hiệu kinh tế tăng cường `xử lý nước thải Nếu thả bèo mặt hồ tăng thêm nguồn ô xy cho trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật thúc đẩy q trình ô xy hóa 2.4 Nguyên tắc hoạt động hồ sinh học hiếu khí: Khi vào hồ, vận tốc dòng chảy nhỏ, loại cặn lắng xuống đáy Các chất hữu lại nước thải bị vi sinh vật (vi khuẩn) hấp thụ oxy hóa mà sản phẩm tạo sinh khối Vi sinh vật sử dụng oxy từ thực vật hệ thống thủy sinh (bèo lục bình, rêu ,tảo)` hóa trình quang hợp oxy từ khơng khí để oxy hóa chất hữu loài thực vật hồ lại tiêu thụ CO2, photphat nitrat amon sinh từ phân hủy, oxy hóa chất hữu vi sinh vật, thúc đẩy q trình nitrat hóa, q trình oxy hóa chất hữu có nước Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ không thấp 6oC Trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo chuyển từ tự dưỡng sang dị dưỡng, tham gia vào q trình oxy hóa chất hữu Nấm, xạ khuẩn thực trình Xử lý nước thải hồ sinh học lợi dụng trình tự làm nguồn tiếp nhận nước thải Lượng oxy cho q trình sinh hóa chủ yếu khơng khí xâm nhập qua mặt thống hồ trình quang hợp thực vật nước 3)Giới thiệu bèo lục bình 3.1 Lục bình (Eichhornia crassipes) lồi thực vật thuỷ sinh, thân thảo, sống theo dòng nước Ở dạng tự nhiên, lục bình có tác dụng hấp thụ kim loại nặng (như chì, thủy ngân, strontium) dùng để khử trừ nhiễm mơi trường Lục bình sử dụng làm thức ăn cho gia súc, dùng ủ nấm rơm, làm phân chuồng Lục bình phơi khơ chế biến để dùng bện thành dây, thành thừng dệt thành chiếu, hàng thủ cơng, hay bàn ghế Bèo lục bình vốn có tên gọi dân gian bèo tây,sở dĩ có tên Lục Bình hay Lộc Bình phần cuống phình to giống lọ lộc bình, ngồi ra,nó có tên bèo Nhật Bản có người cho mang từ Nhật Bản Bèo thuộc giới Plantae, ngành Magnoliophita, Commelinales, họ Pontederiaceae, chi Eichnornia, lồi Eichnornia Crasipes Bèo có xuất xứ từ Nam Mĩ, du nhập Việt Nam vào khoảng năm 1905, có chiều cao trung bình khoảng 30 cm, dạng hình tròn, màu xanh lục, láng nhẵn, cuống phình to bong bóng, ruột xốp giúp bèo mặt nước, ba đài giống ba cánh, rễ dài (đến 1m) rủ xuống nước Bèo nở hoa vào mùa hoa vào mùa hè, có màu tím nhạt, điểm chấm màu lam, cánh hoa có đốt vàng Hoa có nhụy gồm dài, ngắn Bầu thượng chứa đựng nhiều nỗn, nang, dò hoa đứng thẳng đưa hoa vươn khỏi túm Bèo Lục bình sống cạn nước Chúng nằm nhóm thực vật ưa sáng, phát triển thuận lợi nhiệt độ từ 20-40 độ C Bèo sinh sản nhanh, mẹ đẻ con, sinh khối tăng gấp đơi sau 6-15 ngày nên dễ làm tắc nghẽn ao, hồ Tại Curug Reservoir Java Indonesia sau 50 ngày từ chúng che phủ tồn 50 diện tích mặt nước (Tjitfosoedirdjo, 1984) Hamdoun and Tigani (1977) cho hàng năm nước bèo lục bình sông Nile làm khoảng tỷ m3 nước tương đương với 10% lưu lượng trung bình Sự phát triển nhanh trở thành mối đe dọa môi trường sinh học thủy vực khai thác tốt sinh khối hữu đượccoi tiềm thực vật(woormer, 1997) Bình thường Bèo lục bình có chức đối tượng tham gia vào xử lý nước thải nhờ đặc tính phát triển nhanh, tốc độ hấp thu chất nhiễm tốt nhanh chóng làm giảm chất nhiễm môi trường nước Trong điều kiện thuận lợi 1ngày bèo lục bình loại bỏ 22-44 kg nitơ, 8-17 kg Phốt Chúng coi lồi thủy sinh có khả hấp thụ xử lí kim loại nặng nước, gia tăng nồng độ chất ô nhiễm yếu tố góp phần làm tăng bùng phát bèo 3.2 Vai trò bèo lục bình xử lý nước thải Lá bèo tây xảy quang hợp vào ban ngày nên chúng cung cấp lượng lớn O2 cho vùng rễ vùng bề mặt thúc đẩy q trình phân hủy hiếu khí hợp chất hữu q trình nitrat hóa hợp chất nito, việc taqwng DO nước thúc đẩy trình lắng đọng photpho nước Bèo tây sản sinh nhanh môi trường nước thải , sau thời gian ngắn chúng tạo thành bè mảng cso tác dụng giảm ánh sáng mặt trời nên giảm phát triển tảo , đồng thời làm giảm tác động gió lên bề mặt ao hồ dẫn đến giảm sóng dòng chảy ; chúng có tác dụng làm giảm xáo trộn nhiệt tầng nước Chính điều làm tăng khả lắng đọng cặn lơ lửng có nước thải Bèo tây có đặc điểm rễ phát triển gồm nhiều rễ nhỏ liti , chúng giá thể cho nhiều vi sinh vật nước thải bám dính, tạo điều kiện tốt cho tiếp xúc chất ô nhiễm vi sinh vật nước thải , tức thúc đẩy trình xử lý nước thải nhanh Bộ rễ bèo tây có diện tích bề mặt lớn có khả hút nhiều chât lơ lửng , làm nước Phía ao hồ xảy q trình kỵ khí hợp chất C khử nitrat , số sản phẩm tạo khí độc ó mùi khó chịu , phía ao hồ có bèo nên khí bị hấp thụ vùng xử lý quy cách không phát mùi khí Trong q trình sống bèo tây có nhu cầu sử dụng chất dinh dưỡng cần thiết đạm,lân ,các chất vi lượng kim loại nặng bèo tây tham gia trực tiếp vào việc xử lý chất ô nhiễm nước thải Bèo cải tạo cảnh quan sinh thái khu vực Bèo góp phần làm tăng đa dạng sinh học cho vùng thực chức xủ lý nước thải thu hút loài thủy sinh vật Khi thu hoạch bèo làm phân hữu , tạo khí biogas,làm thức ăn cho gia súc gia cầm Hiệu xử lý nước thải bèo lục bình : Đối với độ đục 99,79% COD 66,10% Nito tổng 64,36% Photphat tổng 42,54% Đối với kim loại nặng Cu, Zn,Cd,Cr nước thải môi tường đạt loại A so Chỉ tiêu pH NTổng PTổng COD BOD Hàm lượng chất thải xử lý (%) 6.50 - 8.52 86 > 80 80 Nhà máy sản xuất nhựa 90 cao su Chất rắn lơ lửng Sắt Crom Đồng Cadimi Kẽm Niken 46.6 70.5 69.1 76.9 66.4 65.3 55.4 hiệu xử lý Bèo tây có khả hấp thụ chất dinh dưỡng kim loại nặng đồng thời phân giải đồng hóa chất bẩn nước Qua thực nghiệm nhiều nước chứng minh maetj nước thả bèo tây vòng 24h hấp thụ 34kg Na, 22kg Ca, 17kg P,4kg Mn, 2.1kg Phenol, 98g Hg, 104g Al, 297g NaOH Ngồi chúng có khả hút lượng lớn kẽm phân giải Cyanua Hiệu suất xử lý nước thải lục bình độ đục 97,79%; COD 66,10%; Nitơ tổng 64,36%, phosphat tổng 42,54% Khảo sát khả làm nước thải lục bình so với loại thực vật trơi khác cho thấy, lục bình có khả xử lí nước thải sinh hoạt tốt cả, tốt với hiệu xử lí chất rắn lơ lửng (SS), amoni (NH4+), phốtphat (PO43-) với chất rắn lơ lửng là: 63,96%, 87,5% 98,98% Cơ chế làm nước thải hồ thủy sinh xảy sau - Loại bỏ chất hữu có khả phân hủy sinh học: tiếp nhận thực vật, loại bỏ COD, BOD nhờ vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí bám phần thân, rễ ngập nước thực vật; - Loại bỏ chất rắn: dựa chế lắng trọng lực; - Loại bỏ Nitơ: trình q trình Nitrat hố (bằng việc oxy hóa NH3, NH4+ thành NO2và NO3-, xảy theo hai giai đoạn nitrit hóa với tham gia vi khuẩn nitrit hóa Nitrosomonas, Nitrococcus cystis, Nitrogloea, Nitrospira giai đoạn nitrat hóa với tham gia vi khuẩn nitrat hóa Nitrobacter), Q trình denitrat hóa (q trình trao đổi chất điều kiện thiếu oxy vi khuẩn mơi trường có khơng có oxy, q trình có chức cung cấp đầy đủ C để tổng hợp tế bào, phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH trung tính, diện tích bề mặt, khả khí N2 6NO3- + 5CH3OH 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OHSự bay amoniăc NH4+ chuyển sang dạng NH3 bay vào khơng khí, tiếp đến hấp thụ thực vật - Loại bỏ Photpho: trình hấp thụ thực vật đồng hoá vi khuẩn, tạo phức hấp phụ lên bề mặt hạt rắn hay chất hữu để kết tủa lắng theo thời gian lớp trầm tích nạo vét xả bỏ; - Loại bỏ kim loại nặng: kim loại nặng hòa tan nước thải chạy qua hệ thống xử lý tự nhiên, chúng loại bỏ chế kết tủa lắng dạng hydroxit sunfur kim loại không tan vùng hiếu khí yếm khí Một phần hấp thụ vào tế bào thực vật thủy sinh vi khuẩn tiếp nhận với chất rắn, thực vật chết lắng đọng vào trầm tích Khi lượng bùn chứa kim loại nặng chất hữu đạt tới giới hạn cần loại bỏ khỏi hệ thống tránh hòa tan ngược trở lại việc nạo vét - Loại bỏ vi sinh vật gây bệnh: loại bỏ nhờ trình vật lý dính kết, lắng, lọc, hấp phụ dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, tồn điều kiện môi trường không thuận lợi với thời gian dài tác động yếu tố lý-hoá môi trường tự nhiên nhiệt độ.Trong tự nhiên, rễ của số loại thực vật ngập nước sinh số chất đặc biệt sinh chất kháng sinh 10