3. Mục đích nghiên cứu của luậ nv ăn, đối tượ ng, ph ạm vi nghiên cứu
1.2.2. Thực hiện các thao tác trong hồ
Thực hiện các thao tác trong hồ bao gồm 2 nhóm giải pháp :
- Kiểm soát và loại bỏ các tác nhân ô nhiễm trong hồ: kiểm soát tảo và nạo vét bùn.
- Tăng cường khả năng tự làm sạch của hồ bao gồm các giải pháp sau: tăng cường khả năng xáo trộn tại cống xả nước thải, bổ sung nước sạch để pha loãng nước thải, làm giàu oxy cho nguồn nước, nuôi trồng thủy sinh, sử dụng các chế phẩm vi sinh.
1.2.2.1. Kiểm soát tảo
Các nghiên cứu xử lý hồ phần lớn tập trung vào kiểm soát sinh khối trong hồ mà tảo là đối tượng đầu tiên (vì đây là đối tượng có khả năng sinh trưởng tự nhiên cao nhất). Về nguyên tắc có hai giải pháp kiểm soát tảo:
- Một là ngăn chặn các tác nhân có thể làm tảo phát triển, tập trung vào Photpho. Tốt nhất là ngăn các nguồn thải vào hồ, sử dụng các hoá chất kết tủa phốt phát (để chống hiện tượng hoà tan trở lại do các quá trình yếm khí ở đáy hồ), sử dụng các hoá chất, chế phẩm ức chế tảo, sử dụng các loại thực vật nổi để giảm bớt Nitơ, Photpho và che bớt mặt nước, giảm thiểu sự phát triển của tảo.
- Hai là áp dụng nguyên lý sinh thái học nghĩa là tạo điều kiện cho chu trình thức ăn đã nêu ở trên hoạt động, khi đó các loại phù du, tôm cá sẽ góp phần kiểm soát mật độ tảo.
- Ngoài ra, tảo còn được kiểm soát bằng cách sử dụng các tác nhân diệt tảo để duy trì mật độ tảo nhất định trong hồ như sử dụng hóa chất (dùng CuSO4) hay sử dụng tia UV để diệt tảo hoặc thu hồi sinh khối tảo.
1.2.2.2. Nạo vét bùn
Biện pháp nạo vét bùn là biện pháp đã và đang được thực hiện ở khá nhiều hồ trên địa bàn Hà Nội. Các hồ sau nhiều năm tích lũy chất thải tạo lớp bùn khá dầy cần được nạo vét đồng thời kết hợp với kè hồ nhằm làm giảm khả năng sụt lở bờ hồ. Biện pháp này đã loại bỏđược lượng chất ô nhiễm tích lũy ởđáy hồ không bị quay trở lại khối nước hồ phía trên làm cho chất lượng nước hồ sau đó khá tốt. Tuy nhiên
do các dòng thải vẫn được xả tiếp vào hồ không qua xử lý hoặc xử lý không hiệu quả nên chỉ một thời gian ngắn sau đó nước hồ lại bị ô nhiễm. Mặt khác, biện pháp này làm phá hủy hệ sinh thái vốn có của hồ nên biện pháp này chỉ nên áp dụng cho các hồ mà hệ sinh thái hầu như đã bị hủy diệt hoặc có hệ sinh thái không cần bảo vệ, bên cạnh đó biện pháp này còn làm hòa tan một số chất lắng đọng và tích tụ trong bùn quay trở lại nước hồ như phot pho.
Biện pháp hút bùn: Biện pháp này được thực hiện bằng cách hút từng phần bùn của hồ vừa nhằm loại bỏđược lượng chất ô nhiễm tích lũy ởđáy hồ, vừa giảm ảnh hưởng mạnh tới hệ sinh thái của hồ. Biện pháp này đã được áp dụng với hồ Gươm, hồ có hệ sinh thái đặc biệt. Cũng như biện pháp trên, biện pháp này chỉ đạt hiệu quả cao khi lượng chất thải vào hồđã được xử lý hiệu quả.
1.2.2.3. Bổ xung nước sạch để pha loãng nước thải
Khi nước hồ quá ô nhiễm ta có thể bổ sung nguồn nước sạch khác vào hồ. Bổ sung nước sạch vào hồ sẽ làm giảm nồng độ các chất trong nước, góp phần thau rửa hồ, cung cấp thêm oxy hoặc các tác nhân làm chuyển hóa các chất ô nhiễm. Tuy nhiên khi bổ sung nguồn nước mặt vào hồ ngoài việc bổ sung thêm các sinh vật vào hồ làm tăng hiệu quả của quá trình xử lý lên thì có thể sẽ dẫn đến sự thay đổi của hệ sinh thái hồ vốn có.
1.2.2.4. Cung cấp bổ sung oxy cho hồ
Mục đích của biện pháp này là làm giàu oxy trong nước hồđể tăng cường quá trình làm sạch của hồ nhằm cung cấp oxy cho các vi khuẩn oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải xả vào hồ. Bên cạnh quá trình làm giàu oxy cho nước hồ còn tạo ra sự xáo trộn làm dịch chuyển các chất ô nhiễm từ tầng nước phía dưới lên tầng nước phía trên, tăng sự tiếp xúc giữa các chất ô nhiễm với nhau và với các vi sinh vật tạo điều kiện tốt cho quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm, tăng cường quá trình tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra quá trình này còn làm bay hơi các chất bẩn dễ bay hơi trong nước, đặc biệt là các sản phẩm phân hủy cặn đáy như axit hữu cơ, phenol, este, anđehyt, hyđro sunfua,…
- Tăng cường khả năng xáo giữa nước thải và nước hồ qua việc xây dựng, lắp đặt cống xả như sử dụng cống xả ejectơ, cống xả phân tán, xây đập tràn, thác nước,.... Bên cạnh đó, biện pháp này còn làm hạn chế cặn tích tụởđầu cống thải.
- Sử dụng các thiết bị cơ khí cấp oxy cưỡng bức như sử dụng máy nén khí, máy thổi khí, các máy khuấy trộn bề mặt, sử dụng vòi phun, làm đài phun nước,… [4, 14]
1.2.2.5. Sử dụng hệ thực vật thủy sinh a. Các thực vật thủy sinh trong xử lý nước
Có 3 loại thực vật điển hình thường được dùng trong xử lý nước thải [3]: - Thực vật nổi trên mặt nước: Loại này có thân và lá mọc trên mặt nước và có bộ thân rễ dài mọc trong đất. Chúng có thể sống ở những vùng ngập nước vì thường là các loài thực vật thân rỗng hoặc có những lỗ lớn bên trong làm tăng khả năng vận chuyển ôxy xuống hệ rễ. Các thực vật loại này như sậy, lau, cỏ nến,…
- Thực vật sống trôi nổi trên mặt nước: bao gồm các loài có rễ mọc ở tầng đáy nông và những loài sống trôi nổi trên mặt nước. Các thực vật loại này như súng, bèo tây, bèo tấm,…
- Thực vật sống chìm trong nước: các mô quang hợp hoàn toàn nằm chìm dưới nước nhưng thường có hoa nổi trên mặt nước. Các thực vật loại này như rong mái chèo, rong đuôi chồn,…
b. Vai trò của các thực vật thuỷ sinh trong xử lý nước
Vai trò của các thực vật thủy sinh trong xử lý nước được thể hiện qua các đặc tính sau [3]:
- Đặc tính vật lý: Làm giảm tốc độ dòng chảy, giảm tốc độ gió gần mặt nước làm giảm sự xáo trộn của các chất lắng tạo điều kiện tốt hơn cho quá trình lắng đọng các chất rắn, tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và thực vật. Các tán lá thực vật ngăn cản khả năng truyền ánh sáng mặt trời, làm cho quá trình sinh sôi của tảo dưới tán cây bị chậm lại.
- Tạo bề mặt cho các vi sinh vật phát triển: Thân và lá cây cũng như rễ và thân rễ của thực vật đóng vai trò như vật liệu lưu giữ tạo bề mặt dính bám cho sự phát
triển của các vi sinh vật phân hủy các chất ô nhiễm và bảo vệ chúng khỏi các tác động của các tia bức xạ từ mặt trời gây bất lợi và có thể giết chết chúng nên làm tăng khả năng xử lý nước.
- Sự hấp thu các chất dinh dưỡng: giống như mọi cây trồng khác các thực vật này hấp thu các chất dinh dưỡng từ môi trường để cung cấp dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng nên làm giảm lượng các chất ô nhiễm trong nước. Bên cạnh đó chúng còn có khả hấp thu và tích luỹ trong cơ thể chúng một lượng nhất định các nguyên tố như N, P, một số kim loại,... Ví dụ như bèo tấm có khả năng hấp thu 27 µg Zn, 10 µg Pb, 5,5 µg Ni/1g khi nồng độ của các kim loại này là 10 mg/l [11].
- Cung cấp oxy qua rễ cây: Ngoài ra các thực vật thuỷ sinh còn có khả năng hấp thu O2 từ các bộ phận phía trên rồi vận chuyển qua các mô khí xuống bộ phận phía dưới. Một phần O2 đó khuyếch tán vào môi trường quanh rễ tạo điều kiện cho các vi khuẩn hiếu khí phát triển thúc đẩy quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm làm giảm BOD, NH4+ và làm tăng quá trình phản nitrat hoá. Thử nghiệm với các loài thực vật nổi cho thấy sự tăng DO trong nước từ dưới 1 đến 6 mg/l. [3, 15]
Ngoài ôxy ra, rễ cây cũng thải ra các chất kháng sinh, các hợp chất làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của các loài khác. [3]
Ngoài ra việc sử dụng các thực vật trong xử lý nước còn góp phần làm cho bầu không khí trong lành hơn, tạo ra cảnh quan, tạo môi trường sống cho các loài động vật lưỡng cư, các loài chim nước, các loài cá,... Hơn nữa đây còn là giải pháp đơn giản cho nhiều vấn đề nước thải, ít tốn năng lượng.
Tuy nhiên sử dụng thực vật trong xử lý nước hạn chế trong việc loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh, chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết, có thể mất khả năng xử lý do sự quá tải về chất rắn hoặc amônia, sự có mặt của các động vật và côn trùng không mong muốn, cần một diện tích lớn và cần thu hoạch sinh khối thực vật để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước.
Hệ thực vật tự nhiên đã được ứng dụng kết hợp hoặc riêng lẻ không chỉ trong xử lý nước hồ mà còn được áp dụng cho rất nhiều lĩnh vực xử lý nước thải như
nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải chăn nuôi, nước thải chế biến thực phẩm, nước rỉ rác, nước thải thuộc da,…
c. Một số kết quả nghiên cứu đã tiến hành
Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị sử dụng sậy (Phragmites australis) được thực hiện vào mùa xuân năm 1991 ở Benton, Kentucky. Thí nghiệm với dòng chảy đứng và có thí nghiệm với trường hợp không trồng thực vật. Nước được cung cấp gián đoạn vào bể với BOD5 và TSS thấp trung bình 13 và 13 mg/l, NH4+ = 7,1- 14mg/l, trung bình 9,9mg/l; TN Kjeldalh = 9,2-33mg/l, trung bình 15mg/l; pH=6,5- 7,1; DO<0,6mg/l. Kết quả thí nghiệm cây mọc và lan nhanh đạt độ trưởng thành 6- 8ft trong 3 tháng. Ở bể có trồng thực vật thấy hiệu quả loại bỏ NH4+ cao hơn với mức 20 gdp/ft2, khả năng loại bỏ NH4+ là 78% ở bể có trồng thực vật, còn ở bể không trồng thực vật là 75%. Hàm lượng NH4+ >4mg/l ở bể có trồng thực vật khi lượng nước >49gdp/ft2, còn ở bể không trồng thực vật khi lượng nước >30gdp/ft2.[15]
Nghiên cứu ở trung tâm thành phố Piracicaba, nằm bên bờ phải sông Piracicaba, nhằm nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải đô thị của các thực vật thuỷ sinh trong giai đoạn từ 1/1986-1/1987. Nghiên cứu này bao gồm 2 hệ thống xử lý riêng: hệ thống 1 bao gồm 3 kênh song song có trồng bèo tây (Eichhornia crassipes), các kênh này được nối với nhau qua 2 ao hiếu khí, và các bãi lọc tự nhiên, hệ thống 2 gồm các bãi lọc có trồng lúa. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý trung bình đạt được của cả 2 hệ thống trong cùng giai đoạn giảm 70% BOD5, 70% COD, 60% NH4+, 80% P, 95% NO3-. Trong hầu hết 13 tháng nghiên cứu cho thấy chất lượng nước ra đạt tiêu chuẩn yêu cầu chỉ cần khử trùng. [15]
Ở Việt Nam, Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp, trường Đại học Xây dựng đã lắp đặt và chạy mô hình xử lý nước thải với bể tự hoại và bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng. Các bể thí nghiệm trồng cây gồm 6 thùng Inox dung tích 500 lít, trong đó 3 thùng chứa sỏi tròn đường kính 1,5 - 2 cm, 3 thùng chứa gạch vỡ đường kính 3 - 4 cm. Các cây khác nhau được thử nghiệm là: cây sậy, mai nước, thuỷ trúc, phát lộc Dracaena Fragrans, cỏ nến.
Với nồng độ chất hữu cơ đầu vào theo COD 134,9-407,1 mg/l, trung bình 229,5 mg/l (giai đoạn 1) và COD 147,8-390,4 mg/l, trung bình 214,4 mg/l (giai đoạn 2), các bể lọc một bậc ở giai đoạn 1 đều cho phép đạt tiêu chuẩn cột B, và các bể lọc 2 bậc nối tiếp ở giai đoạn 2 cho phép xấp xỉ đạt tiêu chuẩn cột A, TCVN 5945 - 1995 theo COD. Về nitơ, ở cả 2 giai đoạn cho thấy, bể lọc trồng cây 1 bậc cho phép loại bỏ được 37 - 62% Nitơ theo Nitơ tổng số T-N. Các bể có trồng cây đều cho kết quả tốt hơn rő rệt so với bể không trồng cây. Sơđồ nối tiếp 2 bậc cho phép đạt hiệu quả xử lý Nitơ tăng rő rệt. Với nồng độ T-P trong nước thải đầu vào trung bình 11,6 mg/l giai đoạn 1, nồng độ trung bình của T-P đầu ra sau bể lọc sỏi là 4,9 - 5,3 mg/l tương đương tiêu chuẩn cột B, TCVN 5945 - 1995, sau bể lọc gạch vỡ là 6,7 - 7,6 mg/l tương đương cột C. Bể lọc có trồng cây cũng cho phép đạt hiệu suất loại phôtpho cao hơn bể không trồng cây. Ở giai đoạn 2 hiệu quả xử lý theo T- P tăng rő rệt T-P trong nước thải đầu vào trung bình 5,6 mg/l, đầu ra trung bình 1,5 - 1,7 mg/l, đạt tiêu chuẩn cột A, TCVN 5945 - 1995. [16]
Hệ thống xử lý nước thải phân tán DEWATS của Bệnh viện đa khoa huyện Kim Bảng, Hà Nam, công suất xử lý 125 m3/ngày. Hệ thống bao gồm bể lắng, bể yếm khí vách ngăn (8 ngăn, thể tích = 112 m3), bể lọc yếm khí (4 ngăn, thể tích = 82 m3), bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang (diện tích = 380 m2) và hồổn định, sau đó thoát ra hệ thống mương hở bên cạnh bệnh viện. Chất lượng dòng ra theo thiết kế sẽ đáp ứng với tiêu chuẩn thải quốc gia BOD 30 mg/l, COD 80 mg/l (TCVN 5945 – 2005, loại B) [17]
Bảng 1.6. Kết quả phân tích nước thải sau hệ thống xử lý của bệnh viện đa khoa huyện Kim Bảng [17]
Ngày lấy mẫu COD (mg/l) BOD5 (mg/l) SS (mg/l) NH4-N (mg/l) PO43- (mg/l) 17/7/2007 20 11 42 1,85 0,08 14/8/2007 13 2 17 1,4 0,08 07/8/2008 12,5 7,8 23,7 11,2 0,02
Nguồn: Bệnh viện đa khoa huyện Kim Bảng, Hà Nam 1.2.2.6. Sử dụng chế phẩm vi sinh
Chế phẩm vi sinh là tập hợp của nhiều loại vi sinh vật, các enzym có khả năng phân hủy các chất hữu cơ, oxy hóa amoniac, khử nitrat, … như vi khuẩn bacillius, nitrobacter, pseudomonas, cellulomonas,…. nhằm tăng cường quá trình phân hủy các chất ô nhiễm dẫn đến làm giảm mùi hôi thối, tăng cường khả năng xử lý nước thải của hồ, cải thiện điều kiện nuôi trồng thủy sản, ít phải nạo vét, thay nước.
Giải pháp này đã được ứng dụng tại một số nơi trên thế giới như ở Ai Cập, người ta đã tiến hành dự án về xử lý hồ chứa nước thải nằm cách thủ đô Cairo 100 km với lượng nước thải là 30.000 tấn/ngày. Tại đây người ta đã sử dụng công nghệ EM dưới 2 dạng: EM thứ cấp và cát ngâm trong dung dịch EM trước khi cho vào những nơi nước thải chảy vào hồ và kết quảđạt được rất khả quan. [18]
Sử dụng chế phẩm sinh học để xử lý nước hồ bị ô nhiễm do PGSTS. Trần Liên Hà, ĐHBK HN chủ trì nghiên cứu theo hướng phân lập vi khuẩn, chế tạo các chế phẩm phân giải hữu cơ, N, P là Bioproduct-BK1, 2 (dùng cho hồ có COD(BOD) < và > 100 mg/L tương ứng và áp dụng thử cho hồ Sài Đồng (1,08 ha) đang nuôi cá. Nếu không sục khí, với liều lượng lần đầu 3-5 kg/ha, nhắc lại (sau 1 hoặc 2 tháng tuỳ theo nhiệt độ) với liều lượng = 50% lần đầu, xử lý được 20-45% COD(BOD), TN và TP giảm khoảng 10-20%. Nếu kết hợp sục khí có thể xử lý được 40-80% COD(BOD), 15-40% TN và TP (kết quảđánh giá sau 40 ngày thử nghiệm) [19].
Bên cạnh các công nghệ sử dụng chế phẩm sinh học để phân giải các chất hữu cơ, N, P , công nghệ sử dụng hoá chất làm trong (trên cơ sở các chất keo tụ-tạo