3.2.1. Nguyờn lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải
Nước thải cú nhiều nguồn, từ sinh hoạt, từ hoạt động cụng nghiệp, từ cỏc nguồn khỏc và là đối tượng gõy ụ nhiễm rất phổ biến hiện nay. Ở cỏc nước phỏt triển, nước thải cụng nghiệp thường được xử lý triệt để trước khi thải vào mụi trường bờn ngoài. Thậm chớ một số thành phố ở cỏc nước này nước thải sinh hoạt cũng được xử lý tập trung trước khi thải ra ngoài.
Ở nước ta, do nhận thức và do thiếu kinh phớ nờn hầu hết nước thải sinh hoạt và khụng ớt cỏc nhà mỏy, xớ nghiệp đều khụng được xử lý, hoặc xử lý khụng triệt để và thải trực tiếp ra ngoài gõy ụ nhiễm nặng nề mụi trường nước và đất.
Vỡ vậy, xử lý nước thải bằng thực vật hiện nay đang là hướng giải phỏp hữu ớch để giải quyết thực tế trờn.
Cơ sở khoa học của sử dụng thực vật trong xử lý nước thải là:
- Một số loại thực vật cú khả năng chống chịu và thớch nghi với mụi trường độc hại của nước thải.
- Cú một số ớt thực vật cú khả năng hấp thu một số chất độc hại từ nước thải và chỳng sinh trưởng và phỏt triển tốt trong mụi trường độc hại.
3.2.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải
3.2.2.1. Cỏnh đồng tưới
Cỏnh đồng tưới và cỏnh đồng lọc, một cụng nghệ mới xử lý nước thải bằng thực vật (phytoremediation). Xử lý nước thải và nước rỉ rỏc bằng giải phỏp này vừa ớt tốn kộm kinh phớ, thõn thiện với mụi trường mà lại đạt hiệu quả xử lý ụ nhiễm khỏ cao.
Cỏnh đồng tưới và cỏnh đồng lọc là hai cụng nghệ độc lập nhau. Tuy nhiờn trong một số điều kiện cụ thể, hai cụng nghệ này được kết hợp với nhau thành một dõy chuyền cụng nghệ nối tiếp nhau. Thường thỡ cỏnh đồng lọc hỗ trợ cỏnh đồng tưới khi tới thời kỳ giảm tưới, hoặc là nơi “chế biến” đất nghốo thành đất giàu dinh dưỡng. Cụng nghệ cỏnh đồng tưới sử dụng thực vật để xử lý chất ụ nhiễm. Phản ứng đồng húa của thực vật ngoài tỏc dụng xử lý cỏc chất ụ nhiễm nguồn nước qua bộ rễ, cũn xử lý khớ thải, mựi hụi và CO2 qua bộ lỏ. Phản ứng đồng húa của thực vật cũn tạo ra sinh khối, trong đú cú sản phẩm nụng nghiệp. Cỏc sản phẩm này cú thể đỏp ứng một nhu
cầu nào đú của xó hội. Sản phẩm thu hoạch của cỏnh đồng tưới cú thể gúp phần làm giảm chi phớ xử lý nước rỉ rỏc.
Từ lõu người ta đó nghĩ đến việc sử dụng cỏc chất phõn bún cú chứa trong nước thải khụng chỉ bằng cỏch tưới lờn những cỏnh đồng nụng nghiệp thuộc nụng trường và thuộc những vựng ngoại ụ đụ thị....
Theo chế độ tưới nước người ta phõn biệt: cỏnh đồng tưới thu nhận nước thải quanh năm và cỏnh đồng tưới thu nhận nước thải theo mựa.
Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mựa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong cỏc đầm hồ (hồ cỏ, hồ sinh học, hồ điều hũa...) hoặc xả ra cỏnh đồng cỏ, cỏnh đồng trồng cõy ưa nước hay vào vựng dự trữ. Chọn loại cõy trồng nào là tựy thuộc vào đặc điểm thoỏt nước của vựng và loại cõy trồng hiện cú.
Trước khi xả ra cỏnh đồng, nước thải sinh hoạt phải xử lý sơ bộ qua song chắn rỏc, bể lắng cỏt và bể lắng. Khi cặn lơ lửng của nước thải lớn cú thể cho qua bể điều hũa tớnh với thời gian nước lưu 6 – 8 h.
Tiờu chuẩn tưới nước lờn cỏnh đồng nụng nghiệp lấy thấp hơn tiờu chuẩn lờn cỏnh đồng cụng cộng. Khi thiết kế xõy dựng cần cú ý kiến của chuyờn gia nụng nghiệp.
Xử lý nước thải ở trờn cỏnh đồng tưới và bói lọc đạt được hiệu suất cao: BOD20
đạt tới 10 - 15 mg/l, chứa RNO3 tới 25mg/l, vi trựng giảm đến 99,9 %. Nước thải khụng cần khử trựng trước khi xả vào nguồn.
Trong nước thải sinh hoạt cú chứa cỏc thành phần dinh dưỡng cho cõy trồng như: đạm, lõn, kali.... Hàm lượng của chỳng phụ thuộc vào tiờu chuẩn thải. Trong đú nitơ là 15 - 60 mg/l, lõn là 3 - 12 mg/l và Kali là 6 - 25 mg/l. Những nguyờn tố này chủ yếu ở dạng hũa tan, một phần ở dạng lơ lửng. Vớ dụ đối với đạm 85 % ở dạng hũa tan, 15 % ở dạng lơ lửng; đối với lõn tương ứng là 60 % và 40 %; đối với kali là 95 % và 5 %.
Tỷ lệ giữa cỏc nguyờn tố dinh dưỡng N:P:K cần cho thực vật trong nước thải là 5:1:2, trong khi đú ở phõn chuồng là 2:1:2. Như vậy nước thải là một nguồn phõn bún tốt cú lượng nitơ cao thớch hợp với sự phỏt triển của thực vật.
Nước thải cụng nghiệp cũng cú thể dựng để tưới (nếu chứa ớt cỏc chất độc hại hoặc chứa với hàm lượng khụng ảnh hưởng gỡ đến sự phỏt triển thực vật). Tổng lượng muối khụng được quỏ 4 – 5 g/l, trong đú muối dinh dưỡng là 2 g/l.
Để trỏnh cho đất đai khụng bị dầu mỡ và cỏc chất lơ lửng bịt kớn cỏc mao quản thỡ nước thải trước khi đưa lờn cỏnh đồng tưới, bói lọc cần phải xử lý sơ bộ.
Cỏnh đồng tưới cụng cộng và cỏnh đồng lọc thường xõy dựng ở những nơi cú độ dốc tự nhiờn 0,02 %, cỏch xa khu dõn cư về cuối hướng giú. Vớ dụ: đối với bói lọc với cụng suất nước thải 200 - 5000m3/ngày đờm là 300 m, với q = 5.000 – 50.000 m3/ngày đờm là 500m, q > 50.000 m3/ngày đờm. Đối với cỏnh đồng tưới cụng cộng khoảng cỏch vệ sinh tương ứng là 200, 400 và 1.000 m.
64
Cỏnh đồng tưới và bói lọc nờn xõy dựng ở những nơi đất cỏt.... Tuy nhiờn cũng cú thể xõy dựng ở những nơi pha sột, nhưng trong những trường hợp đú tiờu chuẩn tưới nước khụng nờn lấy quỏ lớn, tức là chỉ tưới đủ mức mà cõy trồng yờu cầu và đất cú thể kịp thấm.
Hỡnh 3.2: Sơ đồ cỏnh đồng tưới
Cỏnh đồng tưới và bói lọc là những ụ (mảnh) đất được san phẳng hoặc dốc khụng đỏng kể và được ngăn cỏch bằng những bờ đất. Nước thải phõn phối vào những ụ đú nhờ hệ thống mạng lưới tưới. Mạng lưới tưới bao gồm: mương chớnh, mương phõn phối và hệ thống mạng lưới tưới trong cỏc ụ.
Nếu khụng ộp nước thấm xuống tầng đất phớa dưới thỡ sẽ thu lại rồi đổ ra sụng hồ bằng hệ thống tiờu nước. Hệ thống tiờu nước cú thể là mương mỏng hở xõy dựng theo chu vi của từng ụ và cũng cú thể là một hệ thống kết hợp: ống ngầm tiờu nước đặt dưới cỏc ụ với độ sõu 1,2 - 2 m và cỏc mương mỏng hở bao quanh.
Kớch thước của cỏc ụ, phụ thuộc vào địa hỡnh, tớnh chất của đất đai và phương phỏp canh tỏc, lấy diện tớch ụ khụng nhỏ hơn 0,3 ha. Đối với cỏnh đồng tưới cụng cộng thỡ diện tớch trung bỡnh ụ lấy vào khoảng 5 – 8 ha và tỷ lệ giữa cỏc cạnh là 1:4 - 1:8. Diện tớch cỏc ụ của bói lọc, vỡ tiờu chuẩn tưới nước lớn nờn lấy nhỏ hơn. Riờng đối với cỏc cỏnh đồng nhỏ thỡ kớch thước của cỏc ụ xỏc định từ điều kiện số lượng khụng ớt hơn 3 ụ. Để thuận lợi cho canh tỏc cơ giới, chiều dài của ụ nờn lấy khoảng 300 – 1500 m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hỡnh, nước ngầm và biện phỏp tưới, nhưng khụng vượt quỏ 100 – 200 m.
Để xỏc định diện tớch của cỏnh đồng tưới ta cần phõn biệt cỏc loại tiờu chuẩn tưới sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
65
- Tiờu chuẩn tưới trung bỡnh ngày đờm: Lượng nước thải trung bỡnh ngày đờm tưới trờn 1ha diện tớch cỏnh đồng trong suốt một thời gian nhất định (thường là 1 năm).
- Tiờu chuẩn tưới theo vụ: Lượng nước thải tưới cho cõy trồng trong suốt thời gian một vụ.
- Tiờu chuẩn tưới một lần: Lượng nước tưới một lần.
- Tiờu chuẩn tưới bún: Lượng nước cần thiết đối với mỗi loại cõy trồng, xuất phỏt từ khả năng tưới bún của nước thải.
Như vậy tiờu chuẩn tưới chỉ cú thể xỏc định được khi tớnh đến tất cả cỏc yếu tố khớ hậu, thủy văn và kỹ thuật cõy trồng. Trong mọi trường hợp điều kiện vệ sinh là yếu tố chủ đạo.
Từ yờu cầu về bún và độ ẩm đối với từng loại cõy trồng người ta định ra tiờu chuẩn tưới và bún. Những số liệu xỏc định tiờu chuẩn tưới và bún là những yờu cầu về chất dinh dưỡng của cõy trồng và hàm lượng cỏc chất đú ở trong nước thải.
Cõy trồng chỉ sử dụng một phần lượng chất dinh dưỡng cú trong nước thải. Cụ thể là 49 % nitơ, 37 % phốtpho và 90 % kali. Phần cũn lại cỏc chất đú lại lẫn trong nước thải và tiờu đi khỏi cỏnh đồng.
Diện tớch thực dụng của cỏnh đồng tưới, bói lọc xỏc định theo cụng thức: Ftd = Q/qo (ha)
Trong đú:
Q - Lưu lượng trung bỡnh ngày đờm của nước thải, m3/ngày đờm qo - Tiờu chuẩn tưới nước, theo quy định
Theo chế độ tưới nước mà người ta phõn biệt: Cỏnh đồng tưới thu nhận nước thải quanh năm hoặc theo mựa.
Ngoài những yếu tố phải đỏp ứng của cỏnh đồng lọc, thỡ khi thiết kế cỏnh đồng tưới cần phải quan tõm tới cỏc yờu cầu sau:
- Lưu lượng nước thải cú thể xử lý trờn 1 ha phụ thuộc:
+ Tiờu chuẩn tưới cho mỗi loại cõy trồng trong một vụ. + Tiờu chuẩn tưới 1 lần.
- Năng lực lọc được xỏc định theo cụng thức sau đõy:
Trong đú: qo : Tiờu chuẩn tưới (m3/ha. ngày đờm) T :Thời gian giữa cỏc lần tưới (h)
α :Hệ số thấm thoỏt do thấm ướt, bay hơi, α = 0,3 - 0,5. t : Thời gian tiờu nước từ cỏc ụ, (h ) (t = 0,4 - 0,5) .
Trong quỏ trỡnh hoạt động, vấn đề vệ sinh mụi trường là yếu tố quan trọng cần thường xuyờn được giỏm sỏt một cỏch chặt chẽ.
α .q0 .T t Q =
Trờn cỏnh đồng tưới cần quy hoạch một diện tớch chứa nước phự hợp chiếm khoảng 20 % đến 25 %. Vào vụ thu hoạch, gieo hạt hoặc về mựa mưa nước thải sẽ được dự trữ trong cỏc hồ điều hũa kết hợp với nuụi trồng thủy sản.
Với nước thải sinh hoạt hoặc nước thải cụng nghiệp cú hàm lượng cặn lơ lửng cao, cần được xử lý sơ bộ qua song chắn rỏc và một bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp.
Với cụng trỡnh xử lý trờn thỡ BOD5 cú thể đạt tới 15 mg/l.
3.2.2.2. Bói lọc trồng cõy (Constructed Wetland - CW)
Bói lọc trồng cõy là những vựng đất trong đú cú mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trỡ tỡnh trạng bóo hũa của đất và sự phỏt triển của cỏc vi sinh vật và thực vật sống trong mụi trường đú.
Đất ngập nước nhõn tạo hay bói lọc trồng cõy chớnh là cụng nghệ xử lý sinh thỏi mới, được xõy dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bói đất ngập nước tự nhiờn mà vẫn cú được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiờn.
Cỏc nguyờn lý cơ bản trong CW:
- Lắng, lọc, hấp phụ SS, P, kim loại nặng và chất hữu cơ đó bị hấp phụ. - Màng vi sinh vật trong vựng rễ, lớp lọc: phõn huỷ dị dưỡng cỏc chất hữu cơ. - Trong vựng hiếu khớ: phõn huỷ sinh học chất hữu cơ, Nitrat hoỏ, kết tủa hydroxit sắt và mangan.
- Trong vựng kỵ khớ khử nitrat, kết tủa và lắng muối sunphit với cỏc kim loại. - Diệt trựng bằng hệ thống: lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ nhiệt độ, pH, ... - Thực vật trong xử lý nước thải bằng bói lọc trồng cõy giỳp tạo vựng rễ, lỗ xốp, vận chuyển ụxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại nặng ....
Cơ chế trong xử lý nước thải bằng bói lọc trồng cõy: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống gồm cú bốn bước xử lý cơ bản với cỏc cụng trỡnh đặc trưng:
- Xử lý sơ bộ bậc một: Quỏ trỡnh lắng loại bỏ cỏc cặn lơ lửng cú khả năng lắng được, giảm tải cho cỏc cụng trỡnh xử lý phớa sau.
- Xử lý bậc hai: Quỏ trỡnh xử lý nhờ cỏc vi sinh vật kị khớ để loại bỏ cỏc chất rắn lơ lửng và hũa tan trong nước thải. Giai đoạn này cú hai cụng nghệ được ỏp dụng là bể phản ứng kị khớ (BR) cú cỏc vỏch ngăn và bể lắng kị khớ (AF).
- Xử lý bậc ba: Quỏ trỡnh xử lý hiếu khớ. Cụng nghệ ỏp dụng chủ yếu của bước này là bói lọc ngầm trồng cõy dũng chảy ngang. Ngoài quỏ trỡnh lắng và lọc tiếp tục xảy ra trong bói lọc thỡ hệ thực vật trồng trong bói lọc gúp phần lớn trong xử lý nước thải, nhờ khả năng cung cấp ụxy qua bộ rễ của cõy tạo điều kiện hiếu khớ cho cỏc vi sinh vật lớp trờn cựng của bói lọc. Bộ rễ của thực vật cũng là mụi trường sống thớch hợp cho cỏc vi sinh vật cú khả năng tiờu thụ cỏc chất dinh dưỡng cú trong nước thải, tăng hiệu quả xử lý của bói lọc. Ngoài ra, thực vật trong bói lọc hấp thụ cỏc chất dinh dưỡng như Nitơ và Phốtpho. Nước sau bói lọc trồng cõy thường khụng cũn mựi hụi thối như đầu ra của cỏc cụng trỡnh xử lý kị khớ. Sau một thời gian vận hành, hệ thực vật trong bói lọc sẽ tạo nờn một khuụn viờn đẹp cho toàn bộ hệ thống xử lý.
- Khử trựng: Hồ chỉ thị với chiều sõu lớp nước nụng được thiết kế để loại bỏ cỏc vi khuẩn gõy bệnh nhờ bức xạ mặt trời xuyờn qua lớp nước trong hồ.
Độ tin cậy trong hoạt động của bói lọc nhõn tạo cũng được nõng cao do thực vật và những thành phần khỏc trong bói lọc nhõn tạo cú thể quản lý được như mong muốn. Bói lọc trồng cõy bao gồm:
- Bói lọc trồng cõy ngập nước (Free Water Surface Contructed Wetland – FWS CW)
- Bói lọc trồng cõy dũng chảy ngầm (Subsurface Flow Contructed Wetland - SSF CW), được chia ra:
+ Bói lọc trồng cõy với dũng chảy ngầm ngang
+ Bói lọc trồng cõy với dũng chảy ngầm thẳng đứng
Hỡnh 3.3: Mụ hỡnh CW
• Cấu tạo của bói lọc trồng cõy ngập nước - FWS CW:
Cấu tạo của bói lọc trồng cõy ngập nước: Hệ thống này giống như những đầm lầy tự nhiờn, dưới đỏy là lớp chống thấm là một lớp đất sột tự nhiờn hay nhõn tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa trống thấm. Trờn lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu lọc phự hợp cho sự phỏt triển của thực vật cú thõn nhụ lờn mặt nước. Dũng nước thải chảy ngang trờn bề mặt lớp vật liệu lọc.
Hỡnh dạng của bói lọc này thường là kờnh dài và hẹp, chiều sõu lớp nước nhỏ, vận tốc dũng chảy chậm và thõn cõy trồng nhụ lờn khỏi bói lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nờn chế độ thủy lực kiểu dũng chảy đẩy.
Cỏc nguyờn lý cơ bản của bói lọc trồng cõy ngập nước - FWS CW:
Hấp thụ chất dinh dưỡng nhờ cõy, cú khả năng tỏi sử dụng nếu thu hoạch cõy. Vận tốc dũng chảy giảm, cú quỏ trỡnh lắng và tớch tụ P, kim loại nặng và chất hữu cơ đó bị hấp thụ, hấp phụ.
Phõn huỷ dị dưỡng cỏc chất hữu cơ, với cõy trồng nhụ lờn mặt nước thường cú lượng ụxy hạn chế, khụng cú quang hợp sẩy ra trong nước.
Trong vựng kỵ khớ cú quỏ trỡnh khử nitrat và lắng cặn cỏc muối sunphit và kim loại.
Tỏc dụng của cõy trong FWS:
Giảm vận tốc dũng chảy và làm tăng khả năng lắng cặn. Giảm xúi mũn và sục cặn từ đỏy.
Ngăn giú và chống sục cặn.
Tạo búng và giảm sự phỏt triển của Phytoplankton (kể cả thực vật nổi).
Nguyờn tắc thiết kế bói lọc trồng cõy ngập nước – FWS:
- Mực nước nụng 0,5 m để oxy thõm nhập vào nước.
- Chất rắn lắng được trong cả cựng nước sõu đầu bói hay nơi cõy mọc.
- Cỏc vựng nước sõu lặp lại >1 m được bố trớ vuụng gúc với dũng chảy để phõn