1.3.2.1 Phương pháp xử lý cơ học
Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học gồm: • Song chắn rác • Thiết bị nghiền rác • Bể lắng • Bể điều hòa • Lọc
Thông thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi đi vào xử lý sinh học, tránh lắng cặn gây tắc nghẽn các công trình phía sau.
Hầu hết các công trình xử lý nước thải đều có sử dụng phương pháp cơ học ở giai đoạn đầu (xử lý bậc 1).
1.3.2.2 Phương pháp hóa - lý
Phương pháp xử lý hóa-lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường, ví dụ phương pháp trung hòa nước thải chứa axit hay kiềm, phương pháp oxy hóa,….
Căn cứ vào loại nước thải, yêu cầu xử lý mà xử lý hóa lý có thể áp dụng như là giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lý sơ bộ cho các giai đoạn xử lý tiếp theo. Các phương pháp xử lý hóa lý là:
• Phương pháp trung hòa • Phương pháp keo tụ •
• •
• Phương pháp tuyển nổi •
• •
• Phương pháp hấp phụ
Ngoài những phương pháp vừa nêu trên còn có rất nhiều phương pháp khác như: phương pháp trích ly, phương pháp trao đổi, xử lý bằng màng, phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi, phương pháp oxy hóa khử.
Ưu điểm của phương pháp hóa lý
- Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxy hóa sinh học.
- Hiệu quả xử lý cao hơn.
- Kích thước hệ thống xử lý nhỏ.
- Độ nhạy với sự thay đổi tải trọng thấp hơn.
- Có thể tự động hóa hoàn toàn.
- Có thể thu hồi những chất khác nhau.
Nhược điểm của phương pháp hóa lý
- Thiết kế và trang thiết bị phức tạp.
- Đòi hỏi hiểu biết về kỹ thuật khá cao.
- Chi phí hóa chất rất tốn kém.
Chất thải hữu cơ
1.3.2.3 Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Sinh vật sống nhờ vào các chất hữu cơ có trong nước thải, hay nói cách khác, vi sinh vật đồng hóa những chất bẩn trong nước thải làm thức ăn cho mình và nước thải được làm sạch.
Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh hóa các chất ô nhiễm này sẽ là CO2, H2O, N2, SO42-, các chất vô cơ và tế bào mới.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu bao gồm các quá trình sau: • Quá trình hiếu khí
Trong quá hiếu khí, xẩy ra 3 quá trình chuyển hóa nội bào được biểu diễn bằng các phương trình phản ứng như sau:
- Quá trình oxy hóa (dị hóa): (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(C,H,O,N) CO2 + H2O +NH3 +…+ Năng lượng
- Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa)
(C,H,O,N) + O2 C5H7NO2
- Quá trình hô hấp nội sinh
(C5H7NO2) + 5CO2 5CO2 + 2H2O + NH3+ Năng lượng
Như vậy sự chuyển hóa của chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí có thể tóm tắt như sau:
Hình 1.13 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý hiếu khí • Quá trình kị khí
Vi khuẩn
Vi khuẩn
Năng lượng Tế bào vi khuẩn mới
Chất hữu cơ (NT vào)
Vi khuẩn
O2
CO2 + NH3+…(giải phóng khỏi NT)
Sinh khối (tách lắng khỏi NT)
Chất hữu cơ
Vi khuẩn
Chất thải hữu cơ
Vi khuẩn
Tế bào vi khuẩn mới
Vi khuẩn
Các phản ứng biểu thị cho các quá trình xảy ra trong một hệ xử lý kỵ khí gồm:
- Quá trình phân hủy (dị hóa):
C,H,O,N,S) CH4 + CO2 + H2S + NH3+..+ Năng lượng
- Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa)
(C,H,O,N,S) C5H7NO
- Quá trình phân hủy nội sinh:
C5H7NO2 CH4 + CO2 + NH3 + Năng lượng
Như vậy sự chuyển hóa của chất thải hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí có thể tóm tắt:
Hình 1.14 Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ qua hệ xử lý kỵ khí • Quá trình thiếu khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình xử lý thiếu khí là quá trình xử lý sinh học xảy ra với sự vắng mặt của oxy (O2) nhưng nguồn nhận electron thay cho O2 trong sự oxy hóa sinh học là các chất vô cơ có oxy (NO3-, NO2-).
CO2 + NH3+…(giải phóng khỏi NT) Chất hữu cơ
(NT vào)
CO2 + NH3+…(giải phóng khỏi NT)
Sinh khối (tách lắng khỏi NT)
Vi khuẩn
1.3.2.4 Những công trình xử lý sinh học thường sử dụng
Bảng 1.2 Một số công trình xử lý nước thải tiêu biểu thường gặp
Dạng Ví dụ tiêu biểu Mục đích sử dụng chính
Quá trình hiếu khí
Sinh trưởng thể lơ lửng Bùn hoạt tính Loại C – BOD Sinh trưởng thể dính bám Lọc nhỏ giọt Loại C – BOD
Quá trình thiếu khí (sinh trưởng
thể lơ lửng hoặc thể bám) Denitrat hóa Loại N
Quá trình kỵ khí
Phân hủy kỵ khí Loại C – BOD Sinh trưởng lơ lửng
UASB Loại C – BOD
Sinh trưởng thể bám Hệ lọc kỵ khí Loại C – BOD
A/O Loại P
A2O Loại đồng thời N và P
Quá trình tổ hợp (hiếu khí, thiếu
khí, kỵ khí) Bardenpho 5 giai
đoạn
Loại đồng thời C, N, và P
Ao hiếu khí Loại C – BOD Ao kỵ khí Loại C – BOD
Quá trình xử lý bằng ao sinh học
Ao tùy nghi Loại C – BOD
Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất, khối lượng chất thải, khí hậu, mặt bằng nơi cần xử lý, và kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau để xử lý đạt hiệu quả cao nhất.
Ưu điểm của phương pháp sinh học
- Có thể xử lý nước thải ô nhiễm ở các mức độ khác nhau.
- Thiết kế và thiết bị đơn giản. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vận hành đơn giản và chi phí thấp hơn các phương pháp khác.
- Hiệu quả xử lý tương đối cao.
Nhược điểm của phương pháp sinh học
Nitrosomonas Nitrobacter
- Phải có công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.
- Các chất hữu cơ khó phân hủy và vô cơ có độc tính đều ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất độc còn tác động lên cả quần thể sinh vật làm giảm hiệu quả xử lý của công trình.
- Bị ảnh hưởng mạnh bởi sự thay đổi bất thường của thời tiết, khí hậu.
- Để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao ta cần pha loãng, điều này làm tăng thêm lưu lượng gây tốn nước và diện tích để xây mặt bằng xử lý.
Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được áp dụng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy.
1.3.3 Các phương pháp xử lý sinh học loại N, P 1.3.3.1 Xử lý sinh học loại N 1.3.3.1 Xử lý sinh học loại N
Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý loại N là các quá trình chuyển hóa sinh học trong chu trình N tự nhiên.
Nitơ trong nước thải thường ở dạng N hữu cơ (Org-C), amoni (NH4), hoặc nitrit (NO2). Mục tiêu xử lý loại N là chuyển các dạng N này thành N2, giải phóng vào không khí. Ngoài ra, trong chuyển hóa sinh học, một phần N cũng sẽ bị loại dưới dạng sinh khối của vi sinh vật.
Giai đoạn nitrat hóa
Là quá trình hiếu khí, bởi các vi khuẩn tự dưỡng
NH4- bị oxy hóa đến NO3- theo 2 bước (nitrit hóa và oxi hóa nitrit) qua trung gian NO2-:
2NH4+ + 3O2 2 NO2- + 4H+ + 2H2O 2 NO2- +2O2 2 NO3-
NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O
Giai đoạn khử nitrat
Là quá trình thiếu khí, thực hiện bởi các vi khuẩn dị dưỡng thuộc các chi
Nitrobacter Nitrosomona
s
Vì đây là vi khuẩn dị dưỡng nên cần cung cấp nguồn cacbon từ bên ngoài, thường dùng CH3OH.
NO3- được khử đến N2 qua 2 bước:
6 NO3- + 2 CH3OH 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O 6 NO2- + 3 CH3OH 3N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- 6 NO3 + 5 CH3OH 3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH-
Các quá trình xử lý loại N trên cơ sở Anamox
Anammox là quá trình sinh học trong đó NH4+ được oxy hóa dưới điều kiện kỵ khí với NO2- là phần tử nhận điện tử và tạo thành N2.
NH4+ + NO2- N2 + 2 H2O
Vi sinh vật đóng vai trò trong phản ứng anammox là các vi khuẩn mới được phát hiện, tạo thành phân nhánh sâu của ngành Planctomycetes, ví dụ Candidatus Brocadia anammoxidants, Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. Cơ chế chuyển hóa nội bào của phản ứng anammox đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. Các vi khuẩn anammox sinh trưởng rất chậm.
1.3.3.2 Xử lý sinh học loại P
P trong nước thải tồn tại ở các dạng: PO43-, polyphosphate, P hữu cơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguyên tắc loại P liên quan đến vi khuẩn Acinettobacter với khả năng đặc biệt nhả- hấp thụ P:
• Trong điều kiện kỵ khí, các vi khuẩn này đồng hóa các hợp chất hữu cơ dưới dạng hòa tan.
• Khi chuyển tiếp sang điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn này sẽ hấp thụ P trở lại để dự trữ năng lượng vào dạng liên kết P. Lượng P hấp thụ lần này sẽ cao hơn mức bình thường được gọi là “sự hấp thụ xa xỉ P” dẫn đến sẽ hấp thụ thêm P từ nước thải.
• Bùn chứa lượng dư P được thải bỏ hoặc được xử lý trong điều kiện thiếu khí để nhả lượng P rồi xử lý tiếp bằng phương pháp hóa học.
1.3.3.3 Một số hệ thống xử lý sinh học loại N, P
Xử lý loại N kết hợp nitrat hóa- khử nitrat
Với ưu điểm là hiệu suất xử lý cao, ổn định, tương đối dễ kiểm soát, cần ít mặt bằng và chi phí đầu tư vừa phải. Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ có trong nước thải.
Hình 1.15 Hệ thống Bardenpho 4 giai đoạn
Hình 1.16 Mương oxy hóa
Các quá trình xử lý P
• Quá trình A/O hay quá trình loại P ở dòng chính
Thường sử dụng kết hợp oxi hóa carbon và loại P quá trình tạo một bùn. Tổ hợp các vùng kỵ khí và hiếu khí tiếp nhau.
Nồng độ P sau xử lý phụ thuộc vào tỷ lệ BOD5/P
- Nếu BOD5/P >10/1 có thể đạt ≤ 1mg/L PO4-P.
- Nếu BOD5/P < 10/1 cần thêm muối kim loại để giảm PO4-P xuống thấp. Vùng khử nitrat (thiếu khí) Vùng tổ hợp oxy hóa và nitrat hóa(hiếu khí ) Vùng khử nitrat (thiếu khí) Vùng hiếu khí Bể lắng Nước thải sau xử lý Bùn thải Bùn hồi lưu NT vào
Hình 1.17 Quá trình A/O
Quá trình PhoStrip hay quá trình loại P ở dòng phụ
Ta có phần bùn hồi lưu được dẫn qua một bể kỵ khí để giải phóng P với thời gian lưu 8h – 12h.
Phần nước phía trên giàu P được xử lý với vôi hay muối kim loại trong 1 bể khác. Phần bùn đã loại bớt P được thải bỏ.
1.3.3.4 Các hệ thống loại đồng thời N, P
- A2/O: bố trí liên tiếp 3 giai đoạn kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí.
Hình 1.19 Quá trình A2/O
-Bardenpho 5 giai đoạn: tương tự Baderpho loại N, có thêm giai đoạn kỵ khí xử lý loại P.
Hình 1.20 Quá trình Bardenpho 5 giai đoạn
Hình 1.21 Quá trình UCT
- VIP: được phát triển ở Virginia Initiative Plant in Norfolk, USA.
1.4 Tổng quan về cỏ Vetiver và các ứng dụng1.4.1 Giới thiệu về cỏ Vetiver 1.4.1 Giới thiệu về cỏ Vetiver
Băng cỏ Vetiver (Vetiver System - VS) do Ngân hàng Thế giới triển khai lần đầu tiên từ giữa những năm 80 của thế kỷ trước tại Ấn Độ nhằm giữ đất và nước bằng cách sử dụng cỏ Vetiver (có tên khoa học là: Vetiver Zizanioides L.,
mới đổi lại là Chrysopogon Zizanioides
L.). Những ứng dụng này hiện nay vẫn giữ một vài trò rất quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên một loạt kết quả nghiên cứu – phát triển trong hơn 20 năm qua đã chứng minh thêm rằng, do những đặc điểm độc đáo của cây cỏ Vetiver, băng cỏ Vetiver ngày nay còn có thể sử dụng như một biện pháp kỹ thuật - sinh học (bio- engineering) nhằm ổn định nước ở các sườn dốc, xử lý nước thải, xử lý những vùng đất ô nhiễm và cải thiện môi trường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Băng cỏ Vetiver là phương pháp sử dụng thực vật đơn giản, dễ làm, rất thân thiện với môi trường, không tốn kém ít tốn công duy tu bảo dưỡng nhưng lại rất hiệu quả trong việc giữ đất, giữ nước, hạn chế rửa trôi, xói mòn, ổn định, phục hồi và cải thiện chất lượng đất. Vì vậy hiện nay băng cỏ Vetiver được dùng để chống xói mòn và bảo vệ nguồn nước rất phổ biến.
Đặc điểm hình thái
Cỏ vetiver không có thân ngầm, nhưng bộ rể đồ sộ của nó phát triển rất nhanh, trong những điều kiện thích hợp thì ngay trong năm đầu tiên rể có thể ăn sâu tới 3-4m. Nhờ đó, có khả năng chịu hạn đặc biệt và giúp hạn chế xói mòn đất ngay cả khi có dòng nước xiết chảy qua.
Phần thân trên mặt đất của cỏ Vetiver mọc thẳng đứng và rất cứng, chắc. Khi được trồng đủ dày, có sẽ mọc sát với nhau tạo thành một hàng rào kín, giúp nó chịu được dòng nước chảy xiết, hạn chế xói mòn đất và phân tán nước mặt chảy tràn rất hiệu quả.
Những chồi non phát triển từ phần cổ rễ nằm dưới mặt đất giúp cỏ vetiver chống chịu được lửa cháy, sương, gió, sự giẫm đạp của người đi lại và chăn thả gia súc. Cỏ Vetiver có sức chống chịu sâu bệnh cao.
Khi bị bùn đất lấp, rễ mới có thể mọc ra từ những đoạn thân phía trên và cỏ Vetiver tiếp tục phát triển và phát huy tác dụng. Cứ thế, một lớp đất dầy có thể tích lại ở phía trước băng cỏ, giúp giảm nhẹ xói mòn, rửa trôi bùn đất, chống xói mòn hiệu quả.
Đặc điểm sinh lý
Cỏ Vetiver chịu được những biến đổi lớn về khí hậu như hạn hán, ngập úng và khoảng dao động nhiệt độ rất rộng, từ -22 0C đến 550C.
Cỏ Vetiver có khả năng phục hồi rất nhanh sau khi bị tác hại bởi khô hạn, sương giá, ngập mặn và những điều kiện bất thuận khác, khi thời tiết tốt trở lại và đất được cải tạo.
Cỏ Vetiver có thể thích nghi được với rất nhiều loại đất có độ pH dao động từ 3,3 đến 12,5 mà không cần đến biện pháp cải tạo đất nào.
Cỏ vetiver có khả năng chống chịu rất cao với các loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ. Cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như N, P và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm.
Cỏ Vetiver có thể mọc tốt trên nhiều loại đất chua, đất phèn, đất mặn và đất chứa nhiều Na, Mg, Al, Mn hoặc các kim loại nặng như As, Cd, Cr, Pb, Hg, Se, Zn. Từ đó cho thấy cỏ Vetiver có khả năng xử lý các kim loại nặng.
Ngoài ra cỏ Vetiver còn sống được trong môi trường ngập nước.
Đặc điểm sinh thái
Mặc dù có những khả năng độc đáo nêu trên, nhưng vì giống cỏ điển hình của miền nhiệt đới nên cỏ Vetiver không chịu được bóng râm. Bóng râm làm giảm khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ, thậm chí còn có thể làm nó lụi đi. Vì vậy, tốt nhất là nên trồng cỏ ở nơi đất trống, không bị các loại thực vật khác che phủ, thậm chí lúc mới trồng cần phải trừ cỏ dại. Khi trồng ở những nơi nền đất không ổn