Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng

LỜI CAM ĐOAN Tôi Somlay LATHAVANE, xin cam đoan đề tài luận văn tôi làm.Những kết nghiên cứu trung thực Trong trình làm tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc tài liệu tham khảo thống kê chi tiết Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực, vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Somlay LATHAVANE i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu, hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Thị Hằng Nga ủng hộ động viên gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân, tác giả hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho trồng” Trong trình làm luận văn, tác giả có hội học hỏi tích lũy thêm nhiều kiến thức kinh nghiệp quý báu phục vụ cho công việc Tuy nhiên thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế, số liệu cơng tác xử lý số liệu với khối lượng lớn thiếu sót luận văn khơng thể tránh khỏi Do đó, tác giả mong tiếp tục nhận bảo giúp đỡ thầy cô giáo ý kiến đóng góp bạn bè đồng nghiệp Qua tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hằng Nga, người trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm Trường Đại Học Thủy Lợi, thầy giáo, cô giáo Khoa kỹ thuật tài nguyên nước, thầy cô giáo môn truyền đạt kiến thức chuyên môn suốt trình học tập Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ khích lệ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Somlay LATHAVANH ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………………… i LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………….……… ii DANH MỤC HÌNH………………………………………………………….……………… vi DANH MỤC BẢNG ……………………………………………………………………… vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………………………… ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận 4.2 Phương pháp nghiên cứu 4.2.1 Phương pháp điều tra thu thập số liệu lấy mẫu nước thải 4.2.2 Phương pháp thí nghiệm phịng thí nghiệm 4.2.3 Phương pháp phân tích thơng số phịng thí nghiệm 4.2.4 Phương pháp đánh giá xử lý số liệu CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Tổng quan nước thải sinh hoạt 1.1 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt 1.2 Hiện trạng nước thải sinh hoạt Việt Nam 1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt Việt Nam 1.2.2 Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt Việt Nam 1.3 Hiện trạng nước thải Lào 1.3.1 Nước thải từ hộ gia đình: 10 1.3.2 Nước thải từ công nghiệp ngành dịch vụ khác 11 1.3.3 Chất lượng nước kênh rạch sông đô thị 11 Tổng quan số kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt 12 2.1 Xử lý học 12 iii 2.2 Xử lý sinh học 13 2.3.Công nghệ Phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn ABR (Anaerobic Baffled Reactor) 13 2.4 Hệ thống xử lý nước thải hồ sinh vật kết hợp nuôi cá 14 2.5 Xử lý nước thải thực vật 15 Các chức đất ứng dụng xử lý nước thải 16 3.1 Chức xử lý chất ô nhiễm đất 16 3.2 Tiềm đất kết vón đá ong ứng dụng XLNT Lào 20 Nhu cầu dinh dưỡng số trồng ngắn ngày 23 4.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa 23 4.1.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa địa phương 24 4.1.2 Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa cải tiến 24 4.1.3 Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa lai 26 4.2 Nhu cầu dinh dưỡng cho ngô 27 4.3 Nhu cầu dinh dưỡng cho rau 28 Các nghiên cứu sử dụng nước thải để tưới cho trồng .29 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .35 Vật liệu: .35 1.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu………………………………………………………………… 35 1.1.1 Đất kết von đá ong (Laterite soil) 35 1.1.2 Than hoạt tính 35 1.1.3 Đá vôi 35 1.1.4 Zeolite:……………………………………………………………………………………………………………………… 35 1.2 Vật liệu sử dụng nghiên cứu……………………………………………… 35 Phương pháp nghiên cứu 37 2.1 Cơ sở xếp lớp hỗn hợp vật liệu 2.2 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải (mơ hình phịng thí nghiệm) 37 2.3 Phân tích thống kê 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 Yêu cầu chất lượng nước số loại trồng .41 1.1 Chất lượng nước tưới rau (Tiêu chuẩn VietGap) 41 1.2 Chất lượng nước tưới cho lúa ngô 42 iv Kết xử lý nước thải tái sử dụng 43 2.1 Lấy mẫu nước thí nghiệm 43 2.2 Kết phân tích chất lượng nước thải đầu vào 44 2.3 Kết thí nghiệm xử lý nước tái sử dụng 48 2.3.1 Thay đổi pH nước thải 48 2.3.2 Chất hữu COD 49 2.3.3 BOD5 50 2.3.4 Nồng độ PO43- 51 2.3.5 Thay đổi độ đục nước 52 2.3.6 Tổng Nitơ (TN) 53 2.3.7 Tổng carbon hữu (TOC) 54 2.3.8 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) 55 2.3.9 Độ dẫn (EC) 56 2.3.10 Độ mặn 57 2.3.11 Thay đổi nồng độ Amoni (NH4+) 58 2.3.12 Kim loại nặng 59 2.3.13.Tổng vi sinh: 60 Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho trồng 61 3.1.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho rau(theo tiêu chuẩn Việt Gap) 61 3.2.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới lúa trồng cạn (ngô, đậutương, lạc) 62 Đánh giá hiệu xử lý nước thải để tưới trồng 62 4.1 Hiệu sử dụng phân bón 62 4.2 Hiệu bảo vệ môi trường 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 Kết luận 68 Kiến nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Thành phần chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt Hình 1.2 Xử lý nước thải thải theo công nghệ ABR 14 Hình 1.3 Hệ thống xử lý nước thải hồ sinh vật kết hợp nuôi cá 14 Hình 1.4 Hệ thống xử lý nước thải công nghệ bãi lọc trồng 14 Hình 1.5 Mơ hình xử lýnước thải thực vật Bắc Ninh 15 Hình 1.6 Cấu trúc khơng gian tinh thể Montmorillonit 18 Hình 1.7 Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit 19 Hình Bản đồ phân bố bazan kỷ thứ ba (vùng màu xám) vùng lân cận Đông Dương (sửa đổi sau Barr & MacDonald, 1981) 21 Hình Mẫu đất kết vón đá ong Lào 21 Hình 10.Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng 22 Hình 1.Hình vẽ cột bố trí thí nghiệm 38 Hình 2 Sơ đồ kỹ thuật xếp lớp đất hệ thống xử lý nước thải 39 Hình 2.3 Sơ đồ thiết kế thí nghiệm xử lý nước thải 39 Hình 1.Giá trị hiệu suất xử lý pH nước thải qua mơ hình 48 Hình 3.2.Giá trị hiệu suất xử lý COD nước thải qua mơ hình 49 Hình 3.3 Giá trị hiệu suất xử lý BOD nước thải qua mơ hình 50 Hình 3.4.Giá trị hiệu suất xử lý phốt phát nước thải qua mơ hình 51 Hình 3.5.Giá trị hiệu suất xử lý độ đục nước thải qua mơ hình 52 Hình 3.6.Giá trị hiệu suất xử lý TN nước thải qua mơ hình 53 Hình 3.7.Giá trị hiệu suất xử lý TOC nước thải qua mơ hình 54 Hình 3.8.Giá trị hiệu suất xử lý TDS nước thải qua mơ hình 55 Hình 3.9.Giá trị hiệu suất xử lý EC nước thải qua mơ hình 56 Hình 3.10.Giá trị hiệu suất xử lý độ mặn nước thải qua mơ hình 57 Hình 3.11.Giá trị hiệu suất xử lý NH4+ nước thải qua mơ hình 58 Hình 3.12.Sự thay đổi nồng độ As nước thải trước sau xử lý (mg/L) 59 Hình 3.13.Sự thay đổi nồng độ Cd nước thải trước sau xử lý (mg/L) 60 Hình 3.14.Sự thay đổi Fe.coli nước thải trước sau xử lý (MPN/100mL) 61 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Lượng chất bẩn người ngày xả vào hệ thống thoát nước Bảng Thành phần nồng độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt Bảng Khối lượng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt, (g/người ngày) Bảng Nồng độ BOD5trong nước thải 12 Bảng Tổng Coliform nước thải 12 Bảng Các thời kỳ bón phân lúa địa phương 24 Bảng Các thời kỳ bón phân lúa cải tiến 95 ngày 25 Bảng Các thời kỳ bón phân lúa cải tiến 95 ngày 25 Bảng Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai 95 ngày 26 Bảng 10 Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai 95 ngày 26 Bảng 1.11.Công thức bón phân cho ngơ 27 Bảng Thành phần khoáng vật học đá ong 36 Bảng 2 Nhận diện khoáng vật học mẫu vật liệu 37 Bảng 2.3.Phương pháp phân tích mẫu nước 40 Bảng Giá trị giới hạn thông số chất lượng nước dùng cho tưới rau 41 Bảng 2.Giá trị giới hạn thông số chất lượng nước dùng cho tưới lúa ngô (QCVN 39:2011/BTNMT) 42 Bảng 3 Thời gian điều kiện ngoại cảnh lấy mẫu 43 Bảng 4.Chất lượng nước thải qua lần thu thập mẫu 44 Bảng 5.Sự thay đổi độ pH nước thải trước sau xử lý 48 Bảng 3.6.Sự thay đổi nồng độ COD nước thải trước sau xử lý (mg/L) 49 Bảng 3.7.Sự thay đổi BOD nước thải trước sau xử lý (mg/L) 50 Bảng 3.8.Sự thay đổi nồng độ PO43-của nước thải trước sau xử lý (mg/L) 51 Bảng 3.9.Sự thay đổi độ đục nước thải trước sau xử lý (NTU) 52 Bảng 3.10.Sự thay đổi nồng độ TN nước thải trước sau xử lý (mg/L) 53 Bảng 3.11.Sự thay đổi nồng độ TOC nước thải trước sau xử lý (mg/L) 54 Bảng 3.12.Sự thay đổi nồng độ TDS nước thải trước sau xử lý (mg/L) 55 Bảng 3.13.Sự thay đổi độ dẫn nước thải trước sau xử lý (ms/cm) 56 Bảng 3.14.Sự thay đổi độ mặn nước thải trước sau xử lý (%) 57 Bảng 3.15.Sự thay đổi nồng độ NH4+của nước thải trước sau xử lý (mg/L) 58 vii Bảng 3.16.Sự thay đổi nồng độ As nước thải trước sau xử lý (mg/L) 59 Bảng 3.17.Sự thay đổi nồng độ Cd nước thải trước sau xử lý (mg/L) 60 Bảng 3.18.Sự thay đổi Fe.coli nước thải trước sau xử lý (MPN/100mL) 61 Bảng 3.19 Chất lượng nước tưới cho rau sau xử lý 62 Bảng 3.20 Chất lượng nước tưới cho lúa trồng cạn sau xử lý 62 Bảng 3.21.Nồng độ chất dinh dưỡng nước thải saukhixửlý (mg/L) 63 Bảng 3.22.So sánh giá trị dinh dưỡng nước trước sau xử lý (tính cho 10 lượng nước thải 4000 dân) 64 Bảng 3.23.Tính tốn hàm lượng dinh dưỡng có nước thải 64 Bảng 3.24.So sánh giá trị dinh dưỡng nước trước sau xử lý (tính cho 10 lượng nước thải 300 dân) 65 Bảng 3.25.Tính tốn hàm lượng dinh dưỡng có nước thải 66 Bảng 3.26 Giảm lượng N tích lũy môi trường 67 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu BOD5 : Nhu cầu oxy sinh học sau ngày COD : Nhu cầu oxy hóa học DO: Oxy hòa tan NH4+ - N : Nồng độ Amoni quy nồng độ nitơ (mg/L) NO2- - : Tổng nồng độ nitrit quy nồng độ nitơ ( mg/L) NO3 N : Tổng nồng độ nitrat quy nồng độ nitơ ( mg/L) PO43- - P : Tổng hàm lượng phốt phát nước thải quy nồng độ phốt XLNT: Xử lý nước thải BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 08:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt QCVN 39:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tưới tiêu TDS : Chất rắn hòa tan SS : Chất rắn lơ lượng MSL : Ký thuật phối trộn lớp đất xử lý nước thải (Multi Soil Layering) DEWATS: Hệ thống xử lý nước thải phân tán ( Decentralized Wastewater Treatment System) BORDA: Hiệp hội nghiên cứu phát triển nước Bremen ( Bremen Overseas Research And Development Association) JICA : Văn phòng hợp tác quốc tế Nhận Bản ( The japan international cooperation Agengy ) PWEV: Dự án cho cải thiện môi trường nước đô thị thủ đô Viêng Chăn (The Project for Urban Water Environment ImprovementinVientianeCapital) ix Bảng 3.18.Sự thay đổi Fe.coli nước thải trước sau xử lý (MPN/100mL) Hiêu Thời gian Ký hiệu Cvào Cra suất xử lý Hiệu Thời gian Ký hiệu Cvào Cra (%) QCVN suất xử lý MPN/100ml (%) 24/11/2017 L1 3500 200 94,29 19/12/2017 L6 5000 190 96,2 200 29/11/2017 L2 4000 180 95,5 24/12/2017 L7 4500 200 95,56 200 04/12/2017 L3 4300 190 95,58 29/12/2017 L8 6000 190 96,83 200 09/12/2017 L4 4500 210 95,33 03/01/2018 L9 5000 180 96,4 200 14/12/2017 L5 6000 180 08/01/2018 L10 4500 180 96,0 200 97,0 100 Nồng độ Fe.Coli (MPN/100ml) 6000 80 5000 4000 60 3000 40 2000 Hiệu suất xử lý (%) 7000 20 1000 0 Thời gian NT vào NT Hiệu suất xử lý Hình 3.14.Sự thay đổi Fe.coli nước thải trước sau xử lý (MPN/100mL) Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho trồng 3.1.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới chorau(theo tiêu chuẩn Việt Gap) Theo qui định VietGap cho sản xuất rau sạch, yêu cầu không dùng nước sinh hoạt chưa xử lý để tưới trực tiếp lên rau, cần phải xử lý nước thải trước sử dụng để tưới Kết nghiên cứu luận văn cho thấy với kỹ thuật áp dụng đề xuất đạt tiêu chuẩn chất lượng nước cho tưới rau an toàn 61 Bảng 3.19.Chất lượng nước tưới cho rau sau xử lý TT Đơn vị Thông số Giá trị giới Kết hạn theo thí tiêu chuẩn nghiệm 5,5-9 7,4-7,8 Đạt Đánh giá pH Tổng chất rắn hòa tan mg/l 2000 700-800 Đạt Asen (As) mg/l 0,05 Đạt Chì (Pb) mg/l 0,05 Đạt Kẽm (Zn) mg/l 2,0 Đạt 200