Tài liệu Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt tại xã đồng liên huyện phú bình tỉnh thái nguyên.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN THỊ THU Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT TẠI XÃ ĐỒNG LIÊN, HUYỆN PHÚ BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng Khoa : Môi trƣờng Khóa học : 2011 - 2015 THÁI NGUYÊN – 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN THỊ THU Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT TẠI XÃ ĐỒNG LIÊN, HUYỆN PHÚ BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng Khoa : Môi trƣờng Lớp : K43 – KHMT – N01 Khóa học : 2011 – 2015 Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Dƣ Ngọc Thành ThS.Trƣơng Ánh Tuyết THÁI NGUYÊN – 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài, em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến: Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu. Em xin trân trọng cảm ơn TS. Dƣ Ngọc Thành;THS. Trƣơng ánh Tuyết người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu. Tập thể cô, chú, anh chị công tác trong xã Đồng Liên, huyện Phú Bình đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thu thập thông tin nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu. Ngày 20 tháng 4 năm 2015 Sinh viên Trần Thị Thu ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tác dụng của các công trình trong xử lý cơ học ........................................8 Bảng 3.1 Kí hiệu các loại vật liệu lọc trong thi nghiệm............................................29 Bảng 3.2 Bảng công thức vật liệu lọc trong thí nghiệm ...........................................30 Bảng 3.3 bảng công thức nghiên cứu hiêu quả xử lý nước thải sinh hoạt trong thí nghiệm....... 30 Bảng 4.1 Kết quả xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc .............38 Bảng 4.2 Kết quả xử lý COD của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ....................39 Bảng 4.3 Kết quả xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ..................40 Bảng 4.4 Kết quả xử lý T-P của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ......................41 Bảng 4.5 Kết quả xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc sau xử lý......................42 Bảng 4.6 Kết quả xử lý TSS của các công thức vật liệu lọc sau xử lý .....................44 Bảng 4.7 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 2 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây ..................................................................................................45 Bảng 4.8 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 5 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây ..................................................................................................46 Bảng 4.9 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 7 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây ..................................................................................................48 Bảng 4.10 Chiều cao của các loại cây qua các giai đoạn nghiên cứu ......................49 Bảng 4.11. Số rễ và chiều dài rễ qua thời gian theo dõi thí nghiệm ........................51 Bảng 4.12. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................................52 Bảng 4.13. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................................53 Bảng 4.14. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................................53 Bảng 4.15. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................................54 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1: Các phương pháp xử lý cơ học ..................................................................7 Hình 2.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt ................................................................14 Hình 2.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm ............................................................15 Hình 2.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang ...................................16 Hình 2.4 : Đồ bãi lọc kiến tạo có dòng chảy ngầm theo chiều đứng .........................16 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học CV Coefficient of variation Hệ số biến động DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan LSD Least Significant Difference Sai khác nhỏ nhất QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng T-N Tổng đạm T-P Tổng lân VLL Vật liệu lọc VSV Vi sinh vật v MỤC LỤC Phần 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................1 1.2. Mục đích của đề tài ...........................................................................................2 1.3. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................2 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..........................................................................2 1.4.1 Ý nghĩa khoa học .........................................................................................2 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................2 Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................3 2.1 Cơ sở khoa học ..................................................................................................3 2.1.1 Một số khái niệm .........................................................................................3 2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt ...............................................................4 2.1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm trồng cây .......................................................13 2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam ..........................................23 2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................23 2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .............................................................25 Phần 3. ĐỐI TƢỢNG,NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......28 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................28 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................28 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................28 3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................28 3.3 Nội dung nghiên cứu........................................................................................28 3.4 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................29 3.4.1 Phương pháp thu nhập số liệu thứ cấp ......................................................29 3.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .........................................................29 3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu .........................................................................33 Phần 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................34 4.1. Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu ...................................34 vi 4.1.1. Đặc điểm tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên ...........................................34 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .........................................................................36 4.2 Độ dẫn thuỷ lực và đánh giá khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc....................................................................................................................38 4.2.1 Kết quả xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc .............38 4.2.2 Kết quả xử lý COD của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ...................39 4.2.3 Kết quả xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ..................40 4.2.4 Kết quả xử lý T-P của các công thức vật liệu lọc sau xử lý ......................41 4.2.5 Kết quả xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc sau xử lý .....................42 4.2.6 Kết quả xử lý TSS của các công thức vật liệu lọc sau xử lý .....................44 4.3 Lựa chọn công thức cây trồng và đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của các loại cây trong mô hình ..............................................................................45 4.3.1 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 2 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây .............................................................................................................45 4.3.2 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 5 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây .............................................................................................................46 4.3.3 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt sau 7 ngày bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây .............................................................................................................48 4.3.4 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, của các loại cây trong mô hình........... 49 4.4. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ...................................................................51 4.4.1. Kết quả chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 20 lít/ngày ........................52 4.4.2. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 30 lít/ngày ......................................53 4.4.3. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 40 lít/ngày ......................................53 4.4.4. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 50 lít/ngày ......................................54 Phần 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................56 5.1. Kết luận ...........................................................................................................56 5.2. Đề nghị ............................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................58 1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được quan tâm trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Trái đất – ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần tài nguyên. Nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay do các hoạt động kinh tế - xã hội. Các hoạt động này, một mặt cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác lại đặt ra hàng loạt vấn đề như: Khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới. Nước thải sinh hoạt phát sinh từ mọi hoạt động sống và sản xuất của con người. Nền kinh tế - xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng và lượng nước thải chiếm tới 80% lượng nước sử dụng. Vấn đề cấp thiết hiện nay là phải có biện pháp quản lý và xử lý ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư thành thị và nông thôn. Tại khu dân cư xã Đồng Liên, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên với lượng dân cư tập trung đông nên lượng nước thải sinh hoạt thải ra rất nhiều. Mặc dù đã được xử lý qua bể phốt, nhưng nồng độ các chất ô nhiễm vẫn rất cao và được xả thẳng ra nguồn tiếp nhận như suối, kênh, rạch, ao, ruộng nông nghiệp.Việc thải trực tiếp ra ngoài môi trường, đã ảnh hưởng rất nhiều tới môi trường và đời sống người dân không chỉ tại khu vực đó mà ở cả những khu vực xung quanh. Khi thải ra suối, kênh, rạch thì nước thải gây ô nhiễm lan truyền rất xa, làm chết các sinh vật sống dưới nước,ảnh hưởng tới nước ngầm, bốc mùi hôi thối, chất lượng nước tưới tiêu giảm. Khi thải ra ao, ruộng canh tác gây ra hiện tượng phú dưỡng, chết các sinh vật thủy sinh, mùi hôi thối nồng nạc, đất không thể canh tác và đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp tới người canh tác trên ruộng đó (bệnh viêm da,nấm da…). Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: Cơ học, lý - hoá học,…Tuy nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ sinh. Công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây những năm gần đây được thế giới biết đến như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải cấp 2 trong điều kiện tự nhiên qua, không cần sử dụng 2 năng lượng để vận hành, chủ yếu là cho tự chảy, tiết kiệm nguồn nhiên liệu, dễ thi công và vận hành, khả năng xử lý nước sau bể phốt rất hiệu quả. Xuất phát từ lý do trên, em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt tại xã Đồng Liên, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên”. 1.2. Mục đích của đề tài Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng cũng như bảo dưỡng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp. 1.3. Mục tiêu của đề tài - Xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc và tải trọng thủy lực tối ưu từ đó tìm ra công thức tối ưu nhất để ứng dụng vào mô hình bãi lọc ngầm trồng cây. - Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý hiệu quả nước thải sinh hoạt bằng các loại vật liệu và thực vật nghiên cứu. - Đánh giá khẳ năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây. - Thành phần nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam (QCVN 14-2008)về nước thải sinh hoạt. 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa khoa học -Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học vào nghiên cứu. - Xác định độ dẫn thuỷ lực của vật liệu lọc và tải trọng thủy lực tối ưu từ đó vận dụng xây dựng mô hình. - Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây. 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn Xác định được độ dẫn thuỷ lực và tải trọng thủy lực tối ưu của một số vật liệu lọc để ứng dụng trong xây dựng bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt. Mô hình bãi lọc ngầm trồng cây là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo môi trường.Từ đó nghiên cứu xây dựng được mô hình xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương và ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư tại xã Đồng Liên. 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học 2.1.1 Một số khái niệm * Môi trường: Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014. “Môi trường là hệ thống các yếu tố tự nhiên và vật chất có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường: Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật (Theo Điều 3 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2014). * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. * Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác. * Tiêu chuẩn môi trường: (Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014) “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước và các tổ chức công bố dưới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ môi trường.” * Quy chuẩn kỹ thuật môi trường: (Theo Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 23 tháng 06 năm 2014) “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường.” 4 * Độ dẫn thủy lực (Hydraulic conductivity): Lượng nước được giữ lại trung bình trên 1 đơn vị diện tích ướt hay khả năng cho nước đi qua của vật liệu trên 1 đơn vị diện tích. Độ dẫn thuỷ lực của các vật liệu khác nhau là khác nhau, nên độ dẫn thuỷ lực phụ thuộc vào chất liệu của vật liệu lọc. 2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2.1.2.1 Tính chất nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, có thể tính bằng 80% lượng nước cấp. Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học (Nguyễn Việt Anh, 2005)[1]. 2.1.2.2 Thành phần nước thải sinh hoạt *Các thông số vật lý + Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng trong nước (Total Suspended Solids - (TSS - SS) có thể có bản chất là: Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);các chất hữu cơ không tan;các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…). + Mùi Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S - mùi trứng thối. Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S. + Độ màu Màu của nước thải mang đặc trưng riêng của từng nguồn thải và do sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy lý - hóa của các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ 5 màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt - Co).Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải. *Các thông số hóa học + Độ pH của nƣớc pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. + Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD) Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hóa học bao gồm cả hữu cơ và vô cơ trong nước (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh). + Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD) BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng: Chất hữu cơ + O2 => CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật. BOD là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải; là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên; là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường. + Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO) DO là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thường được tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo, v.v... Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực. + Nitơ và các hợp chất chứa nitơ Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất, 6 là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào. Vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí. Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ (NH4+, NO2-, NO3-). + Phospho và các hợp chất chứa phospho Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1). Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam. Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật, sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước. + Chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt. *Các thông số vi sinh vật học Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun sán. + Vi khuẩn, Vi rút Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa... 7 Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan... Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút. + Giun sán (helminths) Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả. 2.1.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt * Phƣơng pháp xử lý cơ học. Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi...) ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải.Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ sử dụng, dễ quản lý, kinh phí đầu tư xây dựng và vận hành thấp; các thiết bị vật liệu khá thông dụng và dễ tìm; hiệu xuất xử lý sơ bộ tốt. Sơ đồ 2.1: Các phƣơng pháp xử lý cơ học Phương pháp cơ học Chắn rác Lắng cát Lắng trọng lực Lắng cặn Màng lọc Lọc nhanh Lắng qua tầng lắng cặn Lắng trọng lực truyền thống kết hợp tách dầu Lọc Lọc trọng lực Lọc cơ học Lọc chậm Lọc áp lực Lọc tách nước Lọc áo Lọc chân không Lọc băng truyền Lọc ép 8 Bảng 2.1: Tác dụng của các công trình trong xử lý cơ học Tác dụng Công trình Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn, đồng nhất Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng, BOD, SS Khuấy trộn Khuấy trộn chất khí và hóa chất với nước thải, giữ cho cặn ở trạng thái lơ lửng Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn Lọc Tách các hạt cặn còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học Màng lọc Tượng tự như lọc, tách tảo trong nước sau hồ ổn định Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hưu cơ từ nước thải + Xử lý cặn Nhiệm vụ của xử lý cặn là: Làm giảm thể tích và độ đẩm của cặn; ổn định cặn; khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác. Rác (gồm các tạp chất không tan, kích thước lớn: Cặn bã thực vật, giấy, giẻ lau...) được giữ lại ở song chắn rác có thể chở đến bãi rác (nếu lượng rác không lớn) hay nghiền rác và sau sau đó dẫn đến bể mêtan để tiếp tục xử lý. Cát từ các bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và chở đi sử dụng với mục đích khác. Cặn tươi từ bể lắng I dẫn đến bể mêtan để xử lý. Một phần bùn hoạt tính dư (vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt II, được dẫn tới bể nén bùn để làm giảm độ ẩm và thể tích sau đó được dẫn vào bể mêtan để tiếp tục xử lý. Cặn ra khỏi bể mêtan thường có độ ẩm cao (96% – 97%) để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: Sân phơi bùn, hồ chứa bùn 9 hoặc trong điều kiện nhân tạo, độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55% - 75%. Tiếp tục làm giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt , sau khi sấy độ ẩm còn 25% - 30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển. * Phƣơng pháp xử lý hóa học Phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hoà tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý hoá học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp.Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải. + Phƣơng pháp khử trùng Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồn nước. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan...Các biện pháp khử trùng bao gồm: sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. + Phƣơng pháp trung hòa Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kềm về trạng thái trung tính pH = 6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: Trộn lẫn nước thải chứa acid và chứa kềm, bổ sung thêm tác nhân hoá học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp thụ khí chứa acid bằng nước thải chứa kềm,…nước thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do quá trình công nghệ có thể chứa acid hoặc bazơ có khả năng gây ăn mòn vật liệu, phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây ra các tác hại khác, do đó cần thực hiện quá trình trung hòa nước thải. + Phƣơng pháp đông tụ và keo tụ Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn), các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.Phương pháp đông tụ - keo tụ là 10 quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện tượng lắng xảy ra.Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hạt keo phân tán có kích thước 1-100µm. + Phƣơng pháp ozon hoá Đó là phương pháp hoá học có chứa các chất hữu cơ dạng hoà tan và dạng keo bằng ozon. Ozon sẵn sàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ. + Phƣơng pháp điện hoá học Nhằm phá huỷ các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anốt hoặc dùng để phục hồi các chất quý. Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: Oxy hóa ở anot và khử ở catot. Xử lý bằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nước thải có lưu lượng nhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc. + Oxy hóa khử Đa số các chất vô cơ không thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa được, trừ các trường hợp các kim loại nặng như: Cu, Zn, Pb, Co, Fe, Mn, Cr… bị hấp thụ vào bùn hoạt tính. Nhiều kim loại như: Hg, As… là những chất độc, có khả năng gây hại đến sinh vật nên được xử lý bằng phương pháp oxy hóa khử. Dưới tác dụng của oxy hóa, các chất ô nhiễm độc hại sẽ chuyển hóa thành những chất ít độc hại hơn và được loại ra khỏi nước thải. * Phƣơng pháp xử lý hóa lý Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Phương pháp hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược... Phương pháp hóa lý được sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có nhiều ưu điểm như: Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học; không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật; có thể thu hồi các chất khác nhau; hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn. + Tuyển nổi Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha khí – nước và xảy ra khi có năng lượng tự do trên bề mặt phân chia, 11 đồng thời cũng do các hiện tượng thấm ướt bề mặt xuất hiện theo chu vi thấm ướt ở những nơi tiếp xúc khí – nước. Ưu điểm phương pháp tuyển nổi là có thể thu cặn với độ ẩm nhờ đó có thể thu tạp chất. + Trích ly Tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng cách bổ sung một chất dung môi không hoà tan vào nước, nhưng độ hoà tan của chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước. + Hấp phụ Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp thụ, phần lớn là chất hấp phụ rắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hay động. Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất hấp thụ có thể bị giải hấp phụ và chuyển ngược lại vào chất thải. + Chƣng bay hơi Là chưng nước thải để các chất hoà tan trong đó cùng bay hơi lên theo hơi nước. Khi ngưng tụ, hơi nước và chất bẩn dễ bay hơi dễ hình thành các lớp riêng biệt và do đó dễ dàng tách các chất bẩn ra. +Trao đổi ion Là phương pháp thu hồi các Cation và Anion bằng các chất trao đổi ion. Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu lọc nhân tạo. Chúng không hoà tan trong nước và trong dung môi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion. + Tách bằng màng Là phương pháp tách các chất tan khỏi các hạt keo bằng cách dùng các màng bán thấm. Đó là các màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua. * Phƣơng pháp xử lý sinh học Phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân hủy - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: Cacbon, nitơ, phosphor, kali…vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào cũng như tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trường và phát triển chính vì vậy sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên. Công trình xử lý sinh học thường được 12 đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ qua các công trình cơ học, hóa học, hóa lý. Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn. + Hồ hiếu khí Ao nông 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật. gồm 2 loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. + Ao hồ sinh học (Ao hồ ổn định nƣớc thải): Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa. Phương pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao. Quy trình được tóm tắt như sau: Nước thải → loại bỏ rác, cát, sỏi... → Các ao hồ ổn định → Nước đã xử lý. + Hồ kị khí Ao kị khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kị khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. Chúng sử dụng oxy từ các hợp chất như nitrat, sulfat... Để oxy hóa các chất hữu cơ và khí CH4, H2S,CO2,…và khí và nước. Chiều sâu của hồ khá lớn khoảng 2 – 6 m. + Hồ tùy nghi Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng lắng.Ao hồ tùy nghi được chia làm ba vùng: Lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị khi tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí.Chiều sâu của hồ khoảng 1 – 1,5 m. + Hồ ổn định bậc ba Nước thải sau khi xử lý cơ bản (bậc II) chưa đạt tiêu chuẩn là nước sạch để xả vào nguồn thì có thể phải qua xử lý bổ sung (bậc III). Một trong các công trình xử lý bậc III là ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá. + Phƣơng pháp xử lý qua đất Bản chất của quá trình xử lý là: Khi lọc nước thải qua đất các chất rắn lơ lửng và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất này tạo ra một màng gồm nhiều vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa