Xử lý nước thải chi phí thấp bằng hệ thống hồ sinh học

Công nghệ trong xử lý nước thải hiện nay rất đa dạng, bài báo giới thiệu một trong những phương pháp xử lý nước mang hiệu quả xử lý cao, tiết kiệm năng lượng đó là phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng hồ sinh học trong điều kiện tự nhiên. Hồ sinh học có thể xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ với mức độ thấp lẫn cao, có khả năng tiệt trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHI PHÍ THẤP BẰNG HỆ THỐNG HỒ SINH HỌC ThS Trần Thị Tuyết Trinh Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt Nước ô nhiễm môi trường luôn vấn đề trọng tâm phát triển kinh tế xã hội Tình trạng nhiễm nguồn nước nước thải sinh hoạt nước sản xuất diễn nhiều nơi kéo theo hàng loạt hệ nghiêm trọng tới sức khỏe chất lượng sống người nên vấn đề xử lý nước thải đặc biệt quan tâm Công nghệ xử lý nước thải đa dạng, báo giới thiệu phương pháp xử lý nước mang hiệu xử lý cao, tiết kiệm lượng phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hồ sinh học điều kiện tự nhiên Hồ sinh học xử lý nước thải nhiễm hữu với mức độ thấp lẫn cao, có khả tiệt trùng nước thải trước xả nguồn tiếp nhận Đồng thời với phát triển khoa học kỹ thuật đại, công nghệ xử lý nước hồ sinh học ngày hoàn thiện, phù hợp với quy mơ cơng suất có chi phí thấp phù hợp áp dụng nước phát triển có khí hậu nóng Từ khóa Hồ sinh học, xử lý nước thải, Wastewater treatment pond systems, lagoons Hình Hệ thống xử lý nước thải hồ sinh họcTây Melbourne, công suất > 300.000 m3/ngđ Hồ sinh học phân thành ba loại Hình 2, bao gồm: Hồ kỵ khí, Hồ tùy tiện Hồ hiếu khí Về đặc điểm cấu tạo hoạt động chủ yếu dựa Hệ thống hồ sinh học xử lý nước thải điều kiện tự nhiên Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi hồ sinh học) hồ lớn, khơng sâu, có mặt phổ biến hình chữ nhật có bố trí đường dẫn nước vào nước khỏi bể Các hồ sử dụng rộng rãi Nam Mỹ, loại cơng trình xử lý nước thải phù hợp với nước phát triển vùng khí hậu nóng Q trình xử lý nước thải thường diễn liên tục hai nhiều hồ độ sâu đinh q trình hiếu khí hay kỵ khí diễn hồ Tương ứng với q trình xử lý liên tục, hồ có chức riêng chúng thiết kế phù hợp với mục đích phần tử nhiễm cần tách khỏi nước thải Nước thải sau xử lý có thông số nhiễm bẩn vi sinh vật gây bệnh có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt giảm đáng kể Hình Hệ thống xử lý nước thải hồ sinh học Bình Hưng Hịa vào chu trình xử lý tự nhiên nên độ sâu hồ định hệ vi sinh vật xử lý nước thải hồ Hồ kỵ khí thường có chiều sâu tối thiểu 2m thường không 5m; 145 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 Hồ hiếu khí có độ sâu thấp hơn, độ sâu hồ khoảng từ 0,5 đến 1,5m; Hồ tùy tiện có khoảng chiều sâu từ 1m đến 2,5m Thường chu trình xử lý nước thải xử lý từ hồ kỵ khí, xử lý nước thải có nồng độ BOD5, sau nước thải xử lý hồ tùy tiện cuối hồ hiếu khí xử lý triệt để khử trùng nước thải Hệ thống hồ sinh học xử lý nước thải Nước vào Hồ kỵ khí Hồ hiếu khí Hồ tùy tiện Nước thải vào Hồ kỵ khí Nước Nước thải H = 2m – 5m Nước thải vào Hồ tùy tiện Nước thải H= 1m –2.5m Nước thải vào Hồ hiếu khí/ hồ xử lý triệt để Nước thải H= 0.5 –1.5m Hình Các loại hồ sinh học Các trình xử lý chủ yếu hồ sinh học Hồ sinh học có q trình xử lý chủ yếu q trình lên men kỵ khí ơxy hóa hiếu khí diễn theo giai đoạn sau: - Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn: Giai đoạn thứ lên men chất hữu cơ, vi khuẩn lên men để tạo thành sinh khối hình thành sản phẩm trung gian khác axit hữu Giai đoạn thứ hai phân hủy axit hữu hình thành từ giai đoạn nhờ loại vi khuẩn tạo mêtan thành khí mêtan sản phẩm đơn giản khác CO2, H2O, NH3,… - Ơxy hóa hiếu khí biểu diễn trình đơn giản sau: Chất hữu + O2 vi khuẩn tế bào vi khuẩn + H2O + CO2 + PO43- + NH3 , v.v,… - Ngồi ra, lượng lớn ơxy cung cấp nhờ trình quang hợp tảo bổ sung đáng kể cho trình xử lý nước thải hồ hiếu khí: H2 O + CO2 tảo+ánh sáng tế bào tảo + H2O + O2 - Các hợp chất nitơ hữu khống hóa thành amơni hồ sinh học kỵ khí bùn cặn hồ sinh học tùy tiện Do q trình amơn hóa hợp chất nitơ hữu cơ, nồng độ amơni nước hồ sinh học kỵ khí thường cao nước cống Q trình xử lý amơni chủ yếu diễn hồ sinh học xử lý triệt để Việc xử lý amôni liên quan chặt chẽ với pH nhiệt độ bề mặt Quá trình diễn mùa hè mạnh mùa đông 146 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 - Phôtpho loại bỏ khỏi nước hồ ổn định cách hấp thụ vào sinh khối tảo Hồ sinh học kỵ khí Hồ sinh học kỵ khí tiếp nhận nước thải với tải trọng BOD cao (tải trọng > 100gBOD5/m3.ngđ), vận hành điều kiện khơng cần ơxy hịa tan, hồ sử dụng bể tự hoại kiểu hở để xử lý nước thải Cặn bẩn lắng xuống lên men kỵ khí với điều kiện nhiệt độ 15oC, hồ sử dụng tốt điều kiện khí hậu ấm Hiệu xử lý khoảng 40% nhiệt độ 10oC thấp 60% 20oC Lớp váng bề mặt hình thành cần vớt định kỳ phun nước để tránh loại côn trùng ruồi, muỗi phát triển Bể kỵ khí hoạt động có nhược điểm xuất mùi, mùi phần lớn hydro sunfua nên nhà tư vấn thiết kế thường thiện cảm lựa chọn hồ sinh học kỵ khí Vì hydro sunfuamột phần hòa tan vào nước tạo nên phản ứng phân ly tạo thành ion HS-, H2S S2- Tuy nhiên vấn đề mùi bể cải thiện nhờ điều chỉnh nồng độ pH, độ pH bể hiệu chỉnh khoảng 7,5 lúc chủ yếu nước có khoảng 75% HS- khơng gầy mùi thối khó chịu Ngồi để cải thiện nhược điểm hồ sinh học kỵ khí, phủ kín bề mặt hồ PVC/HDPE (Hình 6) để thu khí biogas hình thành trình lên men chất hữu từ nước thải Khi nước thải xử lý với quy mơ cơng suất lớn, khí gas tận dụng làm nhiên liệu cấp cho sinh hoạt chạy máy thiết bị trạm xử lý Hồ sinh học tùy tiện Hồ sinh học tùy tiện thiết kế để xử lý BOD theo tải trọng bề mặt tương đối nhỏ (100 – 400 kg BOD/ha.ngày) để phù hợp với mức độ phát triển tảo Có hai dạng hồ sinh học tùy tiện: hồ sinh học tùy tiện sơ cấp thu nhận trực tiếp nước thải từ mạng lưới thoát nước hồ sinh học tùy tiện thứ cấp thu nhận nước thải sau Information of Science and Technology No 2/2016 xử lý phần (thường sau hồ sinh học kỵ khí, bể tự hoại, hồ sinh học tùy tiện sơ cấp hệ thống kênh mương thoát nước) Hồ sinh học tùy tiện hoạt động với tải lượng hữu thấp so với hồ sinh học kỵ khí Đối với hồ sinh học tùy tiện sơ cấp có hai chế xử lý BOD sau: - Cơ chế thứ : Cặn lắng thành lớp bùn đáy hồ lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD nước thải đầu vào chuyển thành khí mêtan - Cơ chế thứ hai: Phần lớp nước phía trên, vi khuẩn hiếu khí ơxy hóa hợp phần hữu khơng lắng nước thải sản phẩm trình lên men kỵ khí Lượng ơxy cấp cho q trình xử lý phần từ trình khuếch tán tự nhiên bề mặt, ngồi phần lớn oxy hịa tan cấp cho trình xử lý tạo thành từ trình quang hợp vi tảo Các loại tảo phổ biến tảo Lam tảo Lục, tảo phát triển làm cho hồ có màu xanh thẩm Trong hồ sinh học tùy tiện thứ cấp chế xử lý BOD thứ diễn không rõ ràng Các hợp chất hữu theo BOD cịn lại khơng lắng ơxy hóa loại vi khuẩn di dưỡng Lượng ơxy cần thiết cho q trình xử lý BOD chủ yếu hoạt động quang hợp vi tảo hồ Ngồi ra, gió có tác động quan trọng hoạt động hồ sinh học tùy tiện làm tăng khuếch tán ơxy khơng khí vào nước xáo trộn tầng nước hồ Sự xáo trộn tạo điều kiện phân bố đồng BOD, ơxy hịa tan, vi khuẩn tảo làm tăng cường độ ổn định chất thải Hồ sinh học hiếu khí Hồ sinh học hiếu khí thường sử dụng để xử lý triệt để nước thải, xử lý chất hữu chất dinh dưỡng lượng đáng kể đồng thời xử lý vi khuẩn gây bệnh có nước thải Hồ tiếp nhận nước thải từ hồ sinh học tùy tiện Khi thiết kế hồ sinh học hiếu khí để xử lý triệt để nước thải cần tạo môi trường cường độ 147 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 xạ ánh sáng lớn kết hợp nồng độ oxy hòa tan cao Nồng độ pH thích hợp thường lớn có q trình quang hợp tảo Mặt trời đóng vai trị quan trọng việc xử lý loại vi khuẩn feacal gây bệnh, giữ ấm cho hồ cung cấp đầy đủ lượng để thúc đẩy trình quang hợp tảo, tạo điều kiện tăng pH hình thành ơxy với nồng độ lớn cần thiết thúc đẩy để tăng cường bù đắp cho ơxy hóa quang hóa Đặc điểm thủy lực, thiết kế vận hành hồ sinh học - Vị trí hồ sinh học: Hồ sinh học bố trí cuối hướng gió cách khu dân cư tối thiểu 200m, khu vực xây dựng cần hạn chế người qua lại đảm bảo an toàn ngăn cấm trẻ em vào khu vực xử lý Các hồ bố trí nơi thuận tiện kiểm tra, nơi có điều kiện địa hình phẳng có độ dốc nhỏ để giảm khối lượng công tác đất - Điều kiện địa kỹ thuật quan trọng thiết kế hồ sinh học, loại đất màu tối gốc canxi vùng nhiệt đới thưởng dẻo ướt giịn khơ loại đất không thấm nước phù hợp với hồ sinh học Các lớp đất màu nâu đỏ dễ thấm nước nên yêu cầu phải có lớp lót đáy hồ - Cân thủy lực hồ sinh học: Để đảm bảo mực nước trì hồ, lưu lượng dòng vào tối thiểu phải lớn hơm độ bay độ thấm toàn thời gian hoạt động biểu diễn công thức (1) sau: Qv ≥ 0,001.A.(E+S) (1) Trong đó: Qv : Lưu lượng nước thải vào hồ (m3/ngđ); A : Tổng diện tích mặt hồ (m2); E : Độ bay thực (mm/ngđ); S : Độ thấm đất (mm/ngđ) Lượng nước thấm lớn (k) phụ thuộc vào điều kiện địa chất, mực nước ngầm khu vực xây dựng Nếu độ thấm đất lớn giá trị tối đa cho phép hồ cần lót Các biện pháp lót chống Information of Science and Technology No 2/2016 thấm khác sử dụng có giá thành hợp lý ví dụ xi măng, màng chất dẻo lớp đất có độ thấm nước nhỏ, dày 150 mm Hình Lót nhựa dẻo chống thấm cho hồ sinh học * Cấu tạo hình học hồ: Hình dạng hồ, vị trí cống dẫn nước vào, cống dẫn nước phải thiết kế để chiều dài dòng chảy qua hồ lớn Mặt hồ thường có dạng hình chữ nhật, tỉ lệ L:B bể kỵ khí khoảng 3:1 để tránh lắng tích tụ bùn gần ống dẫn nước thải vào; hồ tùy tiện hồ xử lý triệt để, tỷ lệ L:B lớn (từ 10 đến 20) Bố trí mặt hồ khơng nên chọn hình học khơng để tránh tạo vùng chết (nước khơng lưu thơng mà tích tụ lại chỗ) mặt giảm diện tích hữu hồ mặt khác tảo xác vi sinh vật tích tụ lâu ngày gây mùi khó chịu Để tận dụng gió làm xáo trộn lớp nước hồ, hồ cần bố trí cho kích thước đường chéo hồ nằm trùng với hướng gió chủ đạo Kích thước mặt đáy hồ sinh học tính tốn theo (hình 5) Đối với hồ sinh học kỵ khí xử lý nước thải, để ngăn mùi thu khí gas làm nhiên liệu, thường sử dụng phủ nhựa bề mặt hồ (hình 6) Hình Kích thước mặt mặt đáy hồ sinh học 148 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 Hình Thu gom khí biogas hồ sinh học kỵ khí Các đường dẫn nước nước vào hồ cần lắp thêm chắn để ngăn váng bọt Chiều sâu mực nước xả hồ sinh học kỵ khí 30cm; hồ sinh học tùy tiện 60cm hồ sinh học xử lý triệt để 5cm * Vận hành hồ sinh học: trình vận hành hồ cần ý khâu làm đầy nước hồ, bảo dưỡng hang ngày, hút bùn quan trắc đánh giá hiệu hoạt động hồ Làm đầy nước hay khởi động hồ sinh học cần thực sớm sau thi công xong hồ để tránh vi sinh vật ngoại lai phát triển nhanh chóng làm tính ổn định hồ làm giảm khả thấm hồ Thường lượng nước thải ban đầu khơng đủ để làm đầy hồ sử dụng nước để làm đầy hồ hồ tùy tiện hồ hiếu khí; hồ kỵ khí thường làm đầy nửa thể tích có bể sung lượng bùn vi sinh từ cơng trình xử lý khác Bảo dưỡng hàng ngày hồ bao gồm công việc bảo dưỡng thiết bị xử lý sơ cấp ví dụ song chắn rác, bể lắng cát,… làm đường dẫn nước vào khỏi bể thu gom chất Phát quang bờ hồ đảm bảo kiểm soát loại thực vật xung quanh hồ, hồ không phát triển bụi tránh phát sinh thực vật thực vật ngập nước dễ hình thành ổ bọ gậy, muỗi phát triển Phát quang hồ sử dụng công cụ thủ công giới đặc biệt không sử dụng loại thuốc diệt cỏ Hồ sinh học kỵ khí tùy tiện thường hút bùn sau hoạt động năm đến ba năm, bùn hút khỏi bể để đảm bảo dung tích thiết kế hồ Khi hút bùn cần giữ lại lượng vi sinh vật mồi, cần thiết cho trình lên men kỵ khí sau Bùn cần hút đinh kỳ tránh để bùn nén lâu đáy hồ tạo nên lớp kỵ nước khó hút lên Ngay sau khởi động hồ, hệ thống quan trắc phải thực kiểm tra định kỳ để đánh giá hiệu xử lý hiệu chỉnh chế độ làm việc hệ hồ cho hợp lý Mẫu nước kiểm tra cần lấy theo mốc thời gian ngày Các thông số chủ yếu thường dung nhiệt độ, lưu lượng, pH, ơxy hịa tan, BOD5, SS, số Coliforms, độ đục, độ màu, số Nitơ Kết luận kiến nghị Hệ thống hồ sinh học xử lý nước thải với ưu điểm lớn dễ xây dựng, công tác thi công chủ yếu cơng tác đất, để đơn giản hóa dễ cải tạo hồ khơng xây dựng hồ lót bê tơng mà lót vật nhựa dẻo, rút ngắn thời gian thi cơng Hồ có cấu tạo đơn giản chi phí xây dựng rẻ so với bể xây truyền thống, không yêu cầu nhân lực có trình độ cao vận hành tu nhiên giá đất trở ngại lớn việc lựa chọn phương án xử lý nước thải hồ sinh học Tuy nhiên so sánhvề mặt khách quan, hồ sinh học tốn chi phí ban đầu cho mặt xây dựng lớn nhiên hệ thống xử lý vận hành đơn giản, chi phí xây dựng tự cấp lượng trình vận hành hệ thống xử lý nước thải khác có khối lượng thời gian thi cơng lâu, chi 149 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 phí điện vận hành hệ thống lớn suốt thời gian hoạt động Ưu điểm hồ có có tính đệm cao, hồ chịu hàm lượng kim loại nặng lớn hồ thơng thường, điều tiết lượng nước thải đến để tránh sốc tải lưu lượng vào Đặc biệt hồ cịn có khả xử lý loại vi sinh vật gây bệnh mà khơng phải sử dụng hóa chất Tuy nhiên, hồ có hiệu xử lý chất lơ lửng thấp công trinh xử lý khác thường có nhiều tảo dịng chảy Cơng nghệ xử lý nước thải hồ sinh học sử dụng rộng rãi nước phát triển để xử lý nước thải, tái sử dụng nước Đối với nước phát triển, phạm vi áp dụng phổ biến quy mô công suất nhỏ Tuy nhiên, vận hành Information of Science and Technology No 2/2016 hồ sinh học cơng trình có Việt Nam có nhược điểm thường sử dụng hệ thống thống khí nhân tạo, chủ yếu sử dụng hệ thống hồ hiếu khí làm tính đa dạng sinh học lợi kỹ thuật kinh tế hồ sinh học Với ưu điểm nhược điểm trên, hệ thống hồ sinh học xử lý nước thải áp dụng hệ thống xử lý chi phí thấp, trì hệ thống mà khơng cần phụ thuộc hồn tồn vào điện thiết bị máy móc khí phức tạp Hệ thống coi cơng nghệ xử lý tự nhiên, gần gũi với tự nhiên, đáp ứng tiêu chí mơi trường thích ứng tốt với điều kiện khí hậu ấm nóng.Nếu quỹ đất quy hoạch phù hợp việc áp dụng cơng nghệ để xử lý nước thải thị hồn toàn khả thi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lều Thọ Bách, D.Xanhtoulis, Wang Chengduan Hans Brix, 2010 “Xử lý nước thải chi phí thấp”, NXB Xây Dựng [2] Mara D.D., 2005 “Pond treatment technology”, IWA Publishing [3] Oswald, W.J., 1975 “Waste Pond Fuldamentals”, The World Bank [4] Sally Gutierrez (Director), National Risk Management Research Laboratory, 2011 “WastewaterTreatmentPond Systemsfor Plant Operators, Engineers, and Managers”, US EPA [5] Trần Đức Hạ, 2006 “Xử lý nước thải quy mô vừa nhỏ”, NXB Xây dựng [6] Các trang Wed nước tạp chí khác 150 ... xử lý nước thải xử lý từ hồ kỵ khí, xử lý nước thải có nồng độ BOD5, sau nước thải xử lý hồ tùy tiện cuối hồ hiếu khí xử lý triệt để khử trùng nước thải Hệ thống hồ sinh học xử lý nước thải Nước. .. vào Hồ kỵ khí Hồ hiếu khí Hồ tùy tiện Nước thải vào Hồ kỵ khí Nước Nước thải H = 2m – 5m Nước thải vào Hồ tùy tiện Nước thải H= 1m –2.5m Nước thải vào Hồ hiếu khí/ hồ xử lý triệt để Nước thải. .. hồ có hiệu xử lý chất lơ lửng thấp công trinh xử lý khác thường có nhiều tảo dịng chảy Công nghệ xử lý nước thải hồ sinh học sử dụng rộng rãi nước phát triển để xử lý nước thải, tái sử dụng nước