CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀILIỆU
1.5. Các nguồn thải chính ảnh hƣởng đất chất lƣợng nƣớc sơng Khan
1.5.5. Nguyên lý công nghệ xử lý NTSH
1.5.5.1. Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm
Để tiến hành xử lý nguồn nƣớc thải cần phải biết thành phần các chất ô nhiễm và nguồn phát sinh; cần phân tích chính xác chỉ tiêu, không chỉ tiến hành phân tích một mẫu mà phân tích nhiều mẫu với mục đích tìm sự biến đổi giữa các chỉ tiêu đó trong mơi trƣờng. Hiện nay có nhiều cơ sở xử lý nƣớc thải (XLNT), nhƣng khơng ít trong số đó khơng đáp ứng đƣợc u cầu xử lý. Để đáp ứng đƣợc u cầu, mục đích sử dụng, trong cơng nghệ XLNT sử dụng nhiều q trình khác nhau, có thể phân thành các cơng đoạn xử lý [7].
Xử lý cấp I (xử lý sơ bộ): gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng để loại các chất rắn lớn nhƣ rác, cát xỉ và bùn cặn, khử trùng diệt vi khuẩn gây bệnh, khử các chất độc hại và đảm bảo điều kiện bình thƣờng của các cơng trình xử lý sinh học.
Xử lý cấp II (xử lý thứ cấp): gồm các quá trình sinh học (đơi khi có cả hóa học) có tác dụng tách các tạp chất hữu cơ hịa tan có thể phân hủy bằng con đƣờng sinh học (nghĩa là giảm BOD) để khi xả ra nguồn nƣớc thải không gây thiếu hụt ôxy và gây mùi cho nơi tiếp nhận. Các cơng đoạn này bao gồm các q trình: hoạt hóa bùn, lọc sinh học hay oxy hóa sinh học trong các hồ (hồ sinh học) và phân hủy yếm khí. Các q trình này đều sử dụng khả năng của VSV chuyển hóa chất thải hữu cơ về dạng ổn định và năng lƣợng thấp.
Xử lý cấp III (xử lý tăng cƣờng): thông thƣờng công đoạn này chỉ cần khử khuẩn để đảm bảo nƣớc trƣớc khi đổ vào các thủy vực khơng cịn VSV gây bệnh, khử màu, mùi và đảm bảo oxi cho nguồn tiếp nhận. Các phƣơng pháp khử khuẩn thƣờng dùng: clo hóa nguồn nƣớc, ơzơn hóa hoặc chiếu tiacực tím. Ở Lào hiện nay phƣơng pháp khử khuẩn bằng clo dạng khí, dạng lỏng, các hipoclorit hay đƣợc dùng hơn cả.
Nhìn chung, các phƣơng pháp và các quá trình XLNT đều dựa trên cơ sở các q trình vật lý, hóa học và sinh học. Các hệ thống XLNT thƣờng bao gồm các quá
trình trên, đƣợc kết hợp để tạo ra dây chuyền cơng nghệ thích hợp, tùy thuộc vào đặc tính nƣớc thải, tiêu chuẩn dòng ra và mức độ cần thiết làm sạch nƣớc thải, lƣu lƣợng nƣớc thải cần xử lý, tình hình địa chất và thủy văn, điều kiện điện, nƣớc, kinh phí...[13].
1.5.5.2. Một số phƣơng pháp xử lý NTSH
a. Xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp cơ học
Thực chất phƣơng pháp xử lí cơ học là loại các tạp chất khơng hịa tan ra khỏi nƣớc thải bằng cách gạn, lọc và lắng. Phƣơng pháp này thƣờng ứng dụng các cơng trình sau:
Song và lƣới chắn rác: để loại bỏ các loại rác và các tạp chất có kích thƣớc lớn hơn 5mm thƣờng dùng song chắn rác, các tạp chất nhỏ hơn 5mm thƣờng dùng lƣới chắn rác.
Bể lắng cát: đƣợc ứng dụng để loại các tạp chất vô cơ và chủ yếu là cát trong nƣớc thải.
Bể vớt mỡ, dầu: thƣờng đƣợc ứng dụng xử lý nƣớc thải công nghiệp, nhằm loại bỏ các tạp chất nhẹ hơn nƣớc: mỡ, dầu…và các dạng chất nổi khác. Đối với NTSH, khi hàm lƣợng dầu, mỡ không cao thƣờng việc vớt dầu, mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ các thanh gạt bố trí trong bể lắng.
Bể lắng: đƣợc ứng dụng để loại các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nƣớc.
Bể lọc: đƣợc ứng dụng để loại các tạp chất lơ lửng kích thƣớc nhỏ bằng cách lọc chúng qua lƣới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc.
Trƣờng hợp khi mức độ làm sạch không cao lắm và các điều kiện vệ sinh cho phép thì phƣơng pháp xử lý cơ học giữ vai trị chính trong trạm xử lý. Trong các trƣờng hợp khác, phƣơng pháp xử lý cơ học chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ trƣớc khi xử lý sinh hóa[14].
b. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa học và hóa lý
Phƣơng pháp hóa học: thực chất của phƣơng pháp hóa học là đƣa vàonƣớc thải chất phản ứng nào đó. Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn trong nƣớc thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nƣớc thải dƣới dạng bay hơi, kết tủa hay hịa tan khơng độc hại hoặc ít độc hại hơn.
Phƣơng pháp hóa lý: là phƣơng pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trình vật lý gồm các q trình cơ bản nhƣ trung hịa, tuyển nổi, keo tụ, tạo bông, ly tâm, lọc, chuyển khí, hấp phụ, trích ly, cơ bay hơi… Tùy thuộc vào tính chất của tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch mà sử dụng một hoặc một số phƣơng pháp trên.
Trao đổi ion: thực chất của phƣơng pháp trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các chất trao đổi ion, chúng hồn tồn khơng tan vào nƣớc. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vơ cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp [15].
Keo tụ: trong quá trình lắng cơ học chỉ tách đƣợc các hạt rắn huyền phù nhỏ có kích thƣớc ≥ 10-2mm, cịn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo khơng thể lắng đƣợc. Ta có thể tăng kích thƣớc các hạt nhờ tác dụng tƣơng hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào thành tập hợp các hạt để có thể lắng đƣợc. Muốn vậy trƣớc hết cần trung hồ điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng lại với nhau. Quá trình tạo thành các bơng lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ.
Trung hịa: nƣớc thải thƣờng có những giá trị pH khác nhau, muốn nƣớc thải đƣợc xử lý tốt bằng phƣơng pháp sinh học phải tiến hành trung hoà và điều chỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6. Trung hoà bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm.
Hấp phụ: đƣợc dùng để loại các tạp chất bẩn hoà tan vào nƣớc mà phƣơng pháp xử lý sinh học cùng các phƣơng pháp khác không loại bỏ đƣợc với hàm lƣợng rất nhỏ. Thơng thƣờng, đây là các hợp chất hồ tan có độc tính cao hoặc chất có màu, mùi rất khó chịu. Chất hấp phụ thƣờng dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhơm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong quá trình sản xuất nhƣ xỉ tro, mạt sắt, trong đó than hoạt tính đƣợc dùng nhiều nhất.
Tuyển nổi: phƣơng pháp dựa trên nguyên tắc các phân tử trong nƣớc có khả năng tự lắng kém, nhƣng lại có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nƣớc, sau đó tách các bọt khí. Trong một số trƣờng hợp, quá trình này cũng dùng để tách một số chất hồ tan nhƣ chất hoạt động bề mặt. Quá trình này đƣợc thực hiện nhờ thổi khơng khí thành các hạt bọt nhỏ vào trong nƣớc thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên bề mặt nƣớc. Khi nổi lên các bọt khí hợp thành bông hạt đủ lớn rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều hạt chất bẩn.
Khử khuẩn: Dùng các hố chất có tính độc đối với VSV, tảo, động vật nguyên sinh, giun sán…để làm sạch nƣớc, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn nƣớc hoặc tái sử dụng. Khử khuẩn có thể dùng hố chất hoặc các tác nhân nhƣ ozon, tia tử ngoại... Hố chất khử khuẩn phải đảm bảo có tính độc với VSV trong thời gian nhất định, sau đó phải đƣợc phân huỷ hoặc bay hơi, khơng cịn dƣ lƣợng gây độc cho ngƣời sử dụng hoặc vào mục đích khác. Phụ thuộc vào điều kiện địa phƣơng và mức độ cần thiết xử lý mà phƣơng pháp hoá học hay phƣơng pháp hoá lý là giai đoạn cuối cùng (nếu mức độ xử lý đạt yêu cầu, có thể xả nƣớc ra nguồn) hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ [11].
c. Xử lý nƣớc thải bằng các phƣơng pháp sinh học
XLNT bằng phƣơng pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của sinh vật nhƣ vi khuẩn dị dƣỡng hoại sinh hay thực vật sống trong nƣớc thải để phân hủy các CHC hay hấp thụ các chất ơ nhiễm có trong nƣớc thải. Chúng sử dụng nguồn CHC và các chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo năng lƣợng. Trong quá trình dinh dƣỡng, chúng nhận đƣợc các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trƣởng và sinh sản nên sinh khối đƣợc tăng lên. Đối với nƣớc thải có tạp chất vơ cơ thì phƣơng pháp này dùng để khử các sunfit, muối amoni, nitrat (các chất chƣa bị oxy hố hồn tồn)[6].
Phƣơng pháp sinh học ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi vì phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm hơn các phƣơng pháp khác.
Phân huỷ nhanh, triệt để mà không gây ô nhiễm môi trƣờng.
Thiết bị đơn giản, phƣơng pháp dễ làm, chi phí ít tốn kém hơn. Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp sinh học để XLNT là dùng hệ sinh vật phân huỷ, hấp thụ, hấp phụ các chất có trong nƣớc thải tạo nên các sản phẩm không gây hại cho mơi trƣờng. Các sản phẩm của q trình có thể đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống sản xuất nhƣ tạo ra biogas, tạo protein trong sinh khối của sinh vật làm thức ăn gia súc… Hệ VSV tham gia trong XLNT có nhiều loại nhƣ nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. Tuỳ theo hệ VSV sử dụng mà có phƣơng pháp xử lý thích hợp theo hƣớng xử lý yếm khí, xử lý hiếu khí hay xử lý tùy tiện[6].
d. Phƣơng pháp hiếu khí
XLNT bằng phƣơng pháp hiếu khí dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho VSV hiếu khí hoạt động và phát triển. Quá trình này gọi là hoạt động sống, gồm hai quá trình: dinh dƣỡng sử dụng HCHC, nguồn nitơ, photpho và ion kim loại với mức độ vi lƣợng để xây dựng tế bào, phát triển sinh khối, phục vụ cho sinh sản, phân huỷ các CHC cịn lại thành CO2 và H2O. Q trình sau là q trình phân huỷ dạng oxy hố HCHC, giống q trình hơ hấp ở động vật bậc cao. Cả hai quá trình dinh dƣỡng và oxy hố của VSV có trong nƣớc thải đều cần oxy. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu oxy này cần phải khuấy đảo khối nƣớc thải để oxy trong không khí đƣợc khuếch tán, hồ tan vào trong nƣớc. Song biện pháp này chƣa thể đáp ứng đƣợc đầy đủ nhu cầu về oxy. Do vậy có thể sử dụng các biện pháp hiếu khí tích cực nhƣ thổi khí, thổi bằng khí nén hoặc quạt gió, với áp lực cao kết hợp khuấy đảo[13].
e. Phƣơng pháp yếm khí
Q trình phân huỷ CHC trong điều kiện yếm khí do một quần thể VSV (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động khơng cần sự có mặt của oxy khơng khí, sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí CH4, CO2, N2, H2S, NH3…trong đó có tới 65% khí CH4. Vì vậy q trình này cịn gọi là quá trình lên men Metan và quần thể sinh vật đƣợc gọi là vi sinh vật Metan. Quá trình làm sạch nƣớc thải tiến hành trong bể kín đảm bảo điều kiện yếm khí. VSV yếm khí phân huỷ CHC trong nƣớc thải theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn lên men axit: Những hidratcacbon dễ bị phân huỷ sinh hoá thành các axit béo với khối lƣợng phân tử thấp. Khi đó pH mơi trƣờng giảm xuống đến 5 hoặc thấp hơn, kèm theo mùi hơi.
Giai đoạn Metan hố: giai đoạn này các VSV kị khí chuyển hố các sản phẩm của pha axit thành CH4 và CO2. Các phản ứng này chuyển pH của môi trƣờng sang kiềm.
Hệ vi sinh vật lên men yếm khí thƣờng có sẵn trong nƣớc thải. Để tăng tốc độ phân giải, nâng cao năng suất hoạt động của các bể Metan, có thể phân lập, ni cấy các vi sinh vật thích hợp để cung cấp thêm cho bể[15].
f. Xử ý bằng thuỷ sinh thực vật
Trong XLNT, thực vật thủy sinh (TVTS) có vai trị rất quan trọng. TVTS tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, phốtpho, kim loại nặng và VSV gây bệnh. Trong quá trình XLNT, sự phối hợp chặt chẽ giữa TVTS và các sinh vật khác nhƣ động vật phù du, động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn, vi nấm, nhuyễn thể, ấu trùng, cơn trùng… có ý nghĩa quan trọng. Vi sinh vật tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và tạo nguyên liệu dinh dƣỡng (N,P và các khoáng chất khác) cho thực vật sử dụng. Đây là cơ chế quan trọng để TVTS loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P[8].
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Các loại NTSH chảy vào sông Khan tại khu vực di sản thế giới LPB.
- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực di sản thế giới LPB, huyện LPB, tỉnh LPB.
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Đặc điểm của hệ thống thoát nƣớc khu di sản thế giới LPB
- Khảo sát lƣu vực sông Khan đoạn chảy qua khu di tích LPB.
- Lấy tọa độ các điểm đổ NTSH ra lƣu vực sông và đƣợc thể hiện bằng sơ đồ, bản đồ.
2.2.2. Đặc điểm chất lƣợng nƣớc mặt của sông Khan
- Lấy mẫu nƣớc mặt sông Khan tại khu vực di sản thế giới LPB ở thời điểm thông thƣờng (tháng 12) thời điểm mùa lễ hội (tháng 4) đã đƣợc thể hiện trên sơ đồ/bản đồ.
- Tiến hành phân tích trong phịng thí nghiệm các chỉ tiêu ơ nhiễm có trong NTSH: pH, BOD5, TSS, TDS, NH4+, NO3-, dầu mỡ động thực vật, PO43-.
2.2.3. Chất lƣợng NTSH tại khu vực di sản thế giới LPB
- Lấy mẫu NTSH tại các điểm đổ thải ra lƣu vực sông Khan ở thời điểm thông thƣờng (tháng 12) thời điểm mùa lễ hội (tháng 4) đã đƣợc thể hiện trên sơ đồ/bản đồ.
- Tiến hành phân tích trong phịng thí nghiệm các chỉ tiêu ơ nhiễm có trong NTSH: pH, BOD5, TSS, TDS, NH4+, NO3-, dầu mỡ động thực vật, PO43-.
2.2.4. Đánh giá ảnh hƣởng của nƣớc thải đến chất lƣợng nƣớc sông Khan, khu vực di sản thế giới LPB vực di sản thế giới LPB
Đánh giá một số chỉ tiêu chất lƣợng NTSH ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Khan ở thời điểm thông thƣờng và thời điểm mùa lễ hội tại các điểm đổ thải ra lƣu vực sông.
2.2.5. Đánh giá mức độ khả thi của một số biện pháp xử lý NTSH khu vực di sản thế giới LPB sản thế giới LPB
Tìm một số biện pháp xử lý NTSH trong các biện pháp xử lý NTSH thích hợp với chất lƣợng nƣớc, thích hợp với khí tƣợng và khu vực nghiên cứu nƣớc sông Khan, để cải thiện chất lƣợng nƣớc sông Khan.
2.2.6. Đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm do NTSH
Tìm một số giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm do NTSH, xử lý sơ bộ trƣớc khi ra vào hệ thống cống chung, giải pháp nhằm giảm thiểu thích hợp với chất lƣợng NTSH từ các nguồn ra nƣớc thải.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích, kế thừa các nghiên cứu liên quan
Thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan đến địa bàn và đối tƣợng nghiên cứu.
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm
- Phân tích các tiêu chất lƣợng mơi trƣờng nƣớc theo các phƣơng pháp phân
tích đƣợc quy định trong các tiêu chuẩn của Lào về phân tích mơi trƣờng. Xác định một số chỉ tiêu lý học, hóa học của NTSH và nƣớc sơng nhƣ:
pH: Sử dụng máy đo Winlab Data line conductivity-Meter with RS 32 . TSS: Sử dụng Phƣơng pháp xác định: TSS đƣợc xác định theo phƣơng pháp khối lƣợng.
- Tiến hành định lƣợng:
Sấy giấy lọc ở nhiệt độ 105oC trong 2 giờ Cân giấy lọc vừa sấy xong (m1 )
Lọc V mẫu nƣớc qua giấy lọc đã xác định khối lƣợng
Để ráo
Dùng kẹp (không dùng tay) đƣa miếng giấy lọc vào sấy ở nhiệt độ 105oC trong 2 giờ.
Trong đó:
m1 = Khối lƣợng ban đầu của giấy lọc (mg)
m2 = Khối lƣợng sau của miếng giấy lọc và phần vật chất lọc đƣợc (mg) V = Thể tích mẫu nƣớc đem lọc (ml)
1000 = hệ số đổi thành 1 lít