Tài liệu Nghiên cứu đề xuất xây dựng hệ thống đất ngập nước nhân tạo nhằm xử lý nước thải xám tại cơ sở mở rộng trường đại học thủy lợi phố hiến, hưng yên

LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Tiến Vũ Huy Quang Lớp:23KHMT21 Chuyên ngành đào tạo: Khoa học Môi trƣờng Mã HV: 1582440301005 Mã số: 60440301 Tôi xin cam đoan luận văn đƣợc chính tôi thực hiện, với sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Thị Kim Cúc và TS. Nguyễn Hoài Nam với đề tài “ Nghiên cứu đề xuất xây dựng hệ thống đất ngập nước nhân tạo nhằm xử lý nước thải xám tại cơ sở mở rộng trường Đại học Thủy Lợi – Phố Hiến, Hưng Yên”. Các kết quả đƣợc nghiên cứu và kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Chữ ký Tiến Vũ Huy Quang i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Thị Kim Cúc và TS. Nguyễn Hoài Nam - hai thầy/cô là ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình công tác và thực hiện luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng đại học Thủy Lợi - Hà Nội, các cán bộ của trƣờng Đại học Thủy Lợi cơ sở mở rộng tại Hƣng Yên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiên cứu của học viên. Cuối cùng, không thể thiếu đƣợc, là lòng biết ơn đối với gia đình, những ngƣời thân yêu nhất đã động viên tinh thần và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận án không thể tránh khỏi sai sót, học viên rất mong nhận đƣợc sự nhận xét khách quan và ý kiến đóng góp từ các quý thầy cô, các nhà khoa học. Học viên xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. v DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu ....................................................................................................................... 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................2 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................................ 2 3.2 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .........................................4 1.1 Nƣớc thải sinh hoạt ....................................................................................................4 1.1.1 Định nghĩa...............................................................................................................4 1.1.2 Đặc điểm nƣớc thải từ các khu ký túc xá cao tầng .................................................5 1.1.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt và các công trình nghiên cứu về xử lý nƣớc thải sinh hoạt...........................................................................................................7 1.2 Đất ngập nƣớc ..........................................................................................................11 1.2.1 Định nghĩa.............................................................................................................11 1.2.2 Các loại hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo và cấu tạo của chúng ......................... 12 1.2.3 Chức năng của đất ngập nƣớc ...............................................................................15 1.2.4 Ứng dụng đất ngập nƣớc nhân tạo trong xử lý nƣớc thải sinh hoạt ..................... 17 1.3 Giới thiệu địa điểm nghiên cứu ...............................................................................18 1.3.1 Giới thiệu trƣờng Đại học Thủy Lợi – phố Hiến, Hƣng Yên ............................... 18 1.3.2 Tình hình tiêu thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải ....................................................... 20 CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG NGUỒN NƢỚC, CHẤT LƢỢNG NƢỚC KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................................... 24 iii 2.1 Hiện trạng nguồn nƣớc cơ sở mở rộng trƣờng Đại học Thủy Lợi tại Hƣng Yên ... 24 2.1.1 Nguồn nƣớc cấp .................................................................................................... 24 2.1.2 Nguồn nƣớc mƣa .................................................................................................. 24 2.1.3 Nguồn nƣớc tại kênh tiếp nhận............................................................................. 24 2.2 Đánh giá chất lƣợng nƣớc ....................................................................................... 25 2.2.1 Tổ chức quan trắc ................................................................................................. 25 2.2.2 Đánh giá chất lƣợng nƣớc .................................................................................... 29 CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT, TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BÃI ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO ................................................ 35 3.1 Giải thích bài toán và vấn đề nghiên cứu ................................................................ 35 3.1.1 Sự cần thiết của nghiên cứu .................................................................................. 35 3.1.2 Ý tƣởng nghiên cứu .............................................................................................. 36 3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý theo bãi đất ngập nƣớc nhân tạo ........................................... 37 3.2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý dự kiến................................................................................ 37 3.2.2 Lựa chọn vật liệu, thực vật trồng trong bãi đất ngập nƣớc .................................. 42 3.2.3 Tính toán các thông số kỹ thuật sơ bộ .................................................................. 48 3.2.4 Tính toán kinh tế ................................................................................................... 55 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tính chất nƣớc thải sinh hoạt ...........................................................................5 Bảng 1.2 Một số thông số đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt .........................................6 Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu nƣớc thải .................................................................................25 Bảng 2.2 Vị trí lấy mẫu nƣớc mặt .................................................................................26 Bảng 2.3 Chất lƣợng nƣớc thải ...................................................................................... 28 Bảng 2.4 Chất lƣợng nƣớc mặt ...................................................................................... 28 Bảng 3.1 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong đất ngập nƣớc .........................................42 Bảng 3.2 Chức năng của các bộ phận của cây .............................................................. 46 Bảng 3.3 Kết quả phân tích mẫu nƣớc sau khi qua bãi lọc ...........................................47 Bảng 3.4 Thông số nƣớc thải đầu vào ...........................................................................48 Bảng 3.5 Tiêu chuẩn thải nƣớc trong khu dân cƣ ......................................................... 49 Bảng 3.6 Giá trị tính toán hệ thống bãi đất ngập nƣớc nhân tạo ...................................54 Bảng 3.7 Ƣớc tính chi phí thi công ...............................................................................56 Bảng 3.8 Ƣớc tính chi phí mua vật liệu và thiết bị........................................................ 56 Bảng 3.9 Dự tính chi phí nhân công ..............................................................................57 Bảng 3.10 Ƣớc tính chi phí điện....................................................................................58 Bảng 3.11 Tổng kinh phí xây dựng trạm xử lý ............................................................. 58 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ứng dụng công nghệ Hofmann Klaro tại khu công nghiệp Đại An – Đà Nẵng ....................................................................................................................................... 10 Hình 1.2 Mô hình Swim-bed xử lý nƣớc thải sinh hoạt ................................................ 11 Hình 1.3 Phân loại đất ngập nƣớc ................................................................................. 12 Hình 1.4 Sơ đồ đất ngập nƣớc nhân tạo chảy ngầm theo chiều ngang (Vymazal, 1997) ....................................................................................................................................... 14 Hình 1.5 Sơ đồ đất ngập nƣớc nhân tạo chảy ngầm theo chiều đứng (Cooper, 1996) . 14 Hình 1.6 Vị trí địa lý trƣờng Đại học Thủy Lợi cơ sở mở rộng tại tỉnh Hƣng Yên ...... 18 Hình 1.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý ................................................. 21 Hình 2.1 Bản đồ các vị trí lấy mẫu trên kênh tiếp nhận nƣớc thải và tại trạm xử lý .... 26 Hình 2.2 Kết quả đo TSS các mẫu nƣớc thải ................................................................ 29 Hình 2.3 Kết quả đo BOD5 các mẫu nƣớc thải ............................................................. 30 Hình 2.4 Kết quả đo TSS các mẫu nƣớc mặt ................................................................ 32 Hình 2.5 Kết quả đo BOD5 các mẫu nƣớc mặt ............................................................. 33 Hình 2.6 Kết quả đo COD mẫu nƣớc mặt tại các vị trí trên kênh tiếp nhận nƣớc thải . 33 Hình 3.1 Hiện trạng hoạt động bể hiếu khí ................................................................... 36 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ của hệ thống xử lý .............................................................. 37 Hình 3.3 Đƣờng đi của các hạt rắn trong hệ thống ĐNN nhân tạo ............................... 38 Hình 3.4 Đƣờng đi của BOD/COD trong hệ thống ĐNN nhân tạo .............................. 39 Hình 3.5 Đƣờng đi của Nito trong hệ thống ĐNN nhân tạo ......................................... 41 Hình 3.6 Đƣờng đi của Photpho trong hệ thống ĐNN nhân tạo ................................... 41 Hình 3.7 Bố trí sử dụng vật liệu cho hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo ........................ 43 Hình 3.8 Cây sậy ........................................................................................................... 44 Hình 3.9 Mối quan hệ giữa KBOD với nhiệt độ đối với bãi lọc dòng chảy đứng ……..54 Hình 3.10 Bãi đất ngập nƣớc nhân tạo .......................................................................... 55 Hình 3.11 Vị trí xây dựng hệ thống xử lý sử dụng bãi đất ngập nƣớc nhân tạo ........... 59 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Biological Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày (mg/L) COD Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học (mg/L) ĐNN Đất ngập nƣớc ĐVT Đơn vị tính KLN Kim loại nặng + NH4 - N Nồng độ Amoni quy về nồng độ Nito (mg/L) 3PO4 - P Tổng hàm lƣợng Phốt phát trong nƣớc thải quy về nồng độ Phốt pho (mg/L) QCVN Quy chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt 14:2008/BTNMT RNM Rừng ngập mặn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Tổng chất rắn lơ lửng VSV Vi sinh vật vii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tại Việt Nam, sự gia tăng dân số đã trở thành một hệ quả tất yếu từ quá trình đô thị hóa tại các thành phố nói chung và Hà Nội nói riêng. Nhiều tòa nhà cao tầng đƣợc xây dựng tuy nhiên hệ thống thoát nƣớc lại chƣa đƣợc đầu tƣ mở rộng đồng bộ với xu thế phát triển nên dẫn đến tình trạng ở một vài nơi xuất hiện hiện tƣợng nƣớc thải ứ đọng trong các hồ nƣớc gây ô nhiễm môi trƣờng. Nƣớc thải sinh hoạt ở các khu dân cƣ đô thị, nông thôn tại Việt Nam hầu hết là chƣa đƣợc xử lý đúng cách. Nƣớc thải từ các khu vệ sinh mới chỉ đƣợc xử lý sơ bộ tại các bể phốt, chất lƣợng chƣa đạt yêu cầu xả ra môi trƣờng. Điều này là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm, lây lan bệnh tật. Đó là chƣa kể đến nƣớc thải xám (nhà bếp, tắm giặt,…) thƣờng không đƣợc xử lý qua bể phốt, góp phần ô nhiễm môi trƣờng. Đất ngập nƣớc đóng vai trò giống nhƣ bể lọc “tự nhiên” của Trái Đất, nó có tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc. Hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo (Constructed Wetland) gần đây đƣợc biết đến trên thế giới nhƣ là một giải pháp xử lý nƣớc thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trƣờng. Các vùng đất ngập nƣớc có thể loại bỏ chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất ít gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng. Điều thuận lợi của việc sử dụng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo để xử lý nƣớc thải là quá trình xử lý diễn ra liên tục, không đòi hỏi nhiều kinh phí đầu tƣ, không yêu cầu máy móc thiết bị hiện đại đắt tiền, thân thiện với môi trƣờng, đồng thời giúp gia tăng giá trị đa dạng sinh học, tạo cảnh quan môi trƣờng sinh thái cho khu vực xung quanh. Hơn nữa, sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nƣớc thải sau xử lý từ hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo còn có giá trị về mặt kinh tế. Trƣờng Đại học Thủy Lợi – Hƣng Yên đang trong giai đoạn đƣa vào sử dụng, giai đoạn đầu tiếp nhận hơn 3000 sinh viên tại khu ký túc xá và số lƣợng sinh viên dự kiến đến giai đoạn hai (năm 2025) khoảng 7000 sinh viên nội trú. [1] Hiện nay theo thiết kế dự án, trƣờng có xây dựng trạm xử lý nƣớc thải với công suất 1.100 m3/ngay.đêm. 1 Đề tài “Nghiên cứu đề xuất xây dựng hệ thống đất ngập nước nhân tạo nhằm xử lý nước thải xám tại cơ sở mở rộng trường Đại học Thủy lợi – Phố Hiến, Hưng Yên” đƣợc thực hiện với mục đích xử lý nƣớc thải sinh hoạt từ khu ký túc xá và khu giảng đƣờng bằng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo trong bối cảnh cơ sở mở rộng trƣờng Đại học Thủy Lợi đang vận hành trạm xử lý nƣớc thải công suất thiết kế 1100 m3/ngày đêm phần lớn thời gian là không hoạt động. Nghiên cứu mang tính thân thiện với môi trƣờng để xử lý nƣớc thải sinh hoạt xám của trƣờng, giúp giảm ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ giảm áp lực đối với nhà máy xử lý nƣớc thải trong tƣơng lai. Nƣớc thải sau xử lý có thể dùng cho khu thực nghiệm nông nghiệp hoặc tái sử dụng lại làm nƣớc tƣới. 2. Mục tiêu Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải tại trạm xử lý và nƣớc thải tại kênh tiếp nhận nƣớc thải của trƣờng Đại học Thủy Lợi – phố Hiến, Hƣng Yên; Đề xuất đƣợc hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt xám tại cơ sở mở rộng trƣờng Đại học Thủy Lợi – Phố Hiến, Hƣng Yên đạt tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc thải với chi phí thấp. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Nƣớc thải từ khu dịch vụ của ký túc xá xả ra kênh tiếp nhận nƣớc thải và nƣớc thải từ khu ký túc xá đã qua xử lý dẫn vào trạm xử lý nƣớc thải trƣờng Đại học Thủy Lợi cơ sở mở rộng – phố Hiến, Hƣng Yên; Dạng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo nhằm xử lý nƣớc thải sinh hoạt của trƣờng Đại học Thủy Lợi – phố Hiến, Hƣng Yên. 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phạm vi: Thí nghiệm: Thực hiện lấy mẫu tại hiện trƣờng là tại khu vực kênh tiếp nhận nƣớc thải và tại trạm xử lý nƣớc thải trƣờng Đại học Thủy Lợi – Hƣng Yên; tại phòng thí 2 nghiệm phân tích chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt qua các thông số: Nhiệt độ, DO, pH, BOD5, COD, TSS, Amoni, PO43- - P. Nghiên cứu dừng lại ở đề xuất thiết kế xây dựng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo cho mục tiêu xử lý nƣớc thải sinh hoạt, cơ sở mở rộng Đại học Thủy Lợi, Hƣng Yên. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu  Phƣơng pháp thực nghiệm: lấy và bảo quản mẫu;  Phƣơng pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Phân tích chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt trƣớc khi xử lý qua các thông số: Nhiệt độ, DO, pH, BOD5, COD, TSS, Amoni, PO43- - P đƣợc phân tích theo các TCVN tƣơng ứng;  Phƣơng pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu lý thuyết về xây dựng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo nhằm xử lý nƣớc thải sinh hoạt. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Các vấn đề nghiên cứu của luận văn bao gồm: tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt, tổng quan về đất ngập nƣớc và giới thiệu khu vực nghiên cứu. 1.1 Nƣớc thải sinh hoạt 1.1.1 Định nghĩa Nƣớc thải sinh hoạt bao gồm nƣớc thải đen và nƣớc thải xám. Nƣớc thải từ bồn cầu đƣợc gọi là nƣớc thải đen. Nƣớc thải đen chứa hàm lƣợng cao chất rắn và một lƣợng đáng kể thức ăn cho vi khuẩn (Nito và Photpho). Nƣớc thải đen có thể đƣợc tách thành hai phần: phân và nƣớc tiểu. Nƣớc thải xám bao gồm nƣớc từ hoạt động giặt rũ quần áo, tắm rửa và nƣớc sử dụng trong nhà bếp. Nƣớc từ nhà bếp có thể chứa lƣợng lớn chất rắn và dầu mỡ. Nƣớc thải sinh hoạt là 1 chất lỏng màu xám đục có mùi hôi nhƣng vô hại. Nó chứa nhiều chất rắn lơ lửng hữu cơ (nhƣ phân, vải vụn, hộp nhựa, vỏ rau củ …)và các chất rắn lơ lửng ở dạng keo. Về đặc tính thì nƣớc thải sinh hoạt không nguy hại nhƣng nó chứa 1 lƣợng lớn các sinh vật gây bênh cho con ngƣời. Trong điều kiện ẩm và kín nƣớc thải sinh hoạt có thể tự làm sạnh nhờ các vi sinh kị khí hoạt động bể phốt và bể phốt thƣờng có mùi khó chiụ đó là mùi hydrogen sulphide (H2S). Tính chất của nƣớc thải sinh hoạt đƣợc thể hiện tại bảng 1.1. 4 Bảng 1.1 Tính chất nƣớc thải sinh hoạt Mức độ ô nhiễm TT Thông số ĐVT QCVN Trung Nặng Thấp bình 14:2008/BTN MTcột B 1 BOD5 mg/L 300 100 200 50 2 COD mg/L - - - - 3 Dầu mỡ mg/L 40 0 20 20 4 TSS mg/L 600 120 350 100 5 T–P mg/L - - 8 10 6 T–N mg/L 85 25 50 50 7 Coliform MPN/100ml 109 107 37.107 5000 Nguồn:Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga [2] 1.1.2 Đặc điểm nước thải từ các khu ký túc xá cao tầng 1.1.2.1 Nước thải từ khu nhà cao tầng nói chung Nƣớc thải từ các tòa nhà cao tầng bao gồm: Nƣớc thải từ gara ô tô; nƣớc thải từ nhà hàng; nƣớc thải từ toàn bộ ngƣời dân, cán bộ văn phòng trong tòa nhà. [2] Nƣớc thải phát sinh từ Gara ô tô gồm nƣớc thải từ các hoạt động sản xuất và nƣớc thải sinh hoạt. Nƣớc thải từ các hoạt động sản xuất gồm nƣớc thải rửa xe, nƣớc rửa tay công nhân tại gara ô tô có nồng độ ô nhiễm khá cao, chủ yếu là chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các hạt chất lỏng (dầu, mỡ). Các chất lơ lửng trong nƣớc gây ra độ đục cho nguồn tiếp nhận. Các chất béo tạo lớp váng trên mặt nƣớc, gây thiếu oxy trong nƣớc và gây mùi khó chịu. Ngoài ra, nƣớc thải còn chứa một số chất tẩy rửa từ quá trình rửa xe. Nƣớc thải sinh hoạt chủ yếu phát sinh từ bệ xí, chậu tiểu, nƣớc thoát sàn, từ quá trình rửa chân tay công nhân, nƣớc từ khu bếp ăn. 5 Nƣớc thải nhà hàng bao gồm nƣớc thải từ hoạt động nấu ăn và nƣớc thải từ các hoạt động cá nhân của nhân viên trong nhà hàng. Đặc trƣng của nƣớc thải nhà hàng là chứa nhiều chất tẩy rửa, amoni, cặn lơ lửng, chất hữu cơ tan, vi khuẩn,… Nồng độ ô nhiễm đặc trƣng của nƣớc thải nhà hàng nhƣ sau: Nƣớc thải sinh hoạt từ toàn bộ ngƣời dân, cán bộ văn phòng trong tòa nhà bao gồm nƣớc thải từ các hoạt động tắm giặt, từ hoạt động nấu ăn, bể phốt. Thành phần chủ yếu là chứa nhiều chất hữu cơ, dầu mỡ, cặn lơ lửng. Nồng độ ô nhiễm đặc trƣng của nƣớc thải nhƣ sau: Bảng 1.2 Một số thông số đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt Chỉ tiêu ĐVT Giá trị QCVN 14:2008/BTNMT cột B pH - 5–8 5–9 TSS mg/L 120 – 180 100 BOD5 mg/L 200 – 300 50 Dầu mỡ mg/L 20 – 60 20 T–N mg/L 30 – 60 50 T–P mg/L 8 – 15 10 Coliform MPN/100ml 103 – 106 5000 Nguồn:Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga [2] 1.1.2.2 Nước thải từ khu ký túc xá Nƣớc thải phát sinh từ khu ký túc xá trƣờng đại học bao gồm nƣớc thải xám và nƣớc thải đen. Nƣớc thải xám phát sinh chủ yếu từ các hoạt động: tắm rửa, giặt giũ, nƣớc thải đen phát sinh từ bồn cầu. Nhìn chung, thành phần chất ô nhiễm của nƣớc thải từ khu ký túc xá không đáng kể. Loại nƣớc này chứa chủ yếu các chất lơ lửng và các chất tẩy rửa nhƣng nồng độ các chất hữu cơ lại thấp và khó bị phân hủy sinh học. Ngoài ra, trong nƣớc thải còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật gây bệnh nguy hiểm. Thành phần ô nhiễm chính đặc trƣng cho nƣớc thải là: BOD5, COD, Nito, Photpho. 6 Thành phần chính nƣớc thải ký túc xá:  Thành phần vật lý:  Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng, kích thƣớc lớn hơn 10-4mm, có thể ở dạng huyền phù, nhũ tƣơng hoặc dạng sợi, giấy, vải.  Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thƣớc hạt trong khoảng 10-4 - 10-6 mm.  Các chất bẩn dạng hòa tan có kích thƣớc nhỏ hơn 10-6mm, có thể ở dạng phân tử hoặc phân li thành ion.  Thành phần hóa học:  Các chất hữu cơ trong nƣớc thải chiếm 50 – 60% tổng các chất. Các chất hữu cơ này bao gồm chất hữu cơ thực vật và các chất hữu cơ động vật. Các chất hữu cơ trong nƣớc thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (40 – 60%), hydrocacbon (25 – 50%), chất béo và dầu mỡ (10%). Ure cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nƣớc thải.  Các chất vô cơ trong nƣớc thải chiếm 40 – 42% gồm: cát, đất sét, axit, bazo vô cơ… Nƣớc thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ nhƣ sắt, magie, canxi.  Thành phần vi sinh vật: Trong nƣớc thải có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virus, nấm, rong tảo, trứng giun sán… Về thành phần hóa học thì các loại vi sinh vật này thuộc nhóm các chất hữu cơ. 1.1.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt và các công trình nghiên cứu về xử lý nước thải sinh hoạt 1.1.3.1 Phương pháp cơ học Các công trình cơ học thƣờng là lƣới chắn rác, bể lắng, bể lọc. Mục đích là nhằm tách các chất không hòa tan và một phần keo ra khỏi nƣớc thải. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có khả năng loại bỏ 60% tạp chất không hòa tan trong nƣớc thải sinh hoạt và có thể giảm đến 20% nồng độ BOD5. 7 1.1.3.2 Phương pháp Hóa – Lý Bản chất của phƣơng pháp là đƣa vào nƣớc thải chất phản ứng nào đó để tác động với các chất bẩn, biến chúng thành các chất khác dƣới dạng căn hoặc chất hòa tan không độc hại hoặc không gây ô nhiễm môi trƣờng. Các dạng đƣợc sử dụng nhiều nhất là phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion.  Hấp phụ: Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng nhƣ xử lý cục bộ khi trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân huỷ bằng con đƣờng sinh học và thƣờng có độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lƣợng chất hấp phụ không lớn thì việc áp dụng phƣơng pháp này là hợp lý hơn cả. Vật liệu hấp phụ thƣờng là có độ rỗng, xốp đặc trƣng bởi kích thƣớc và hình dáng bên trong của khoảng trống và lỗ xốp.  Trao đổi ion: Phƣơng pháp trao đổi ion đƣợc ứng dụng để làm sạch nƣớc hoặc nƣớc thải khỏi các kim loại nhƣ Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng nhƣ các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phƣơng pháp này cho phép thu hồi các chất và đạt đƣợc mức độ làm sạch cao. Vì vậy nó là một phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nƣớc và nƣớc thải. Bản chất của quá trình trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này đƣợc gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nƣớc. Các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dƣơng từ dung dịch điện ly gọi là các cationit và chúng mang tính acid. Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu nhƣ các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì ngƣời ta gọi chúng là ionit lƣỡng tính. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. 8 1.1.3.3 Phương pháp sinh học Xử lý sinh học gồm xử lý kị khí; xử lý bằng bùn hoạt tính hoặc kết hợp cả hai. Ngƣời ta cũng dùng chế phẩm sinh học nhằm xử lý chất thải rắn. Một số loài thủy sinh hoặc cây trồng có thể hấp thu các thành phần độc hại (Kim loại nặng) trong nƣớc thải. Bản chất của phƣơng pháp là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật để oxi hóa chất hữu cơ dƣới dạng keo và dạng hòa tan. Nhóm vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn dị dƣỡng hoại sinh, sử dụng chất hữu cơ trong nƣớc thải làm nguồn dinh dƣỡng và tạo ra năng lƣợng. Các công trình xử lý sinh học đƣợc chia làm hai nhóm chính: Xử lý trong điều kiện tự nhiên và xử lý trong điều kiện nhân tạo. Các công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo thƣờng diễn ra nhanh hơn, có khả năng giảm tải lƣợng chất hữu cơ cao: BOD5 tới 95%. Công trình nghiên cứu trong nƣớc về xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng biện pháp sinh học nổi bật có thể kể đến “Công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ sinh học theo modun Hofmann Klaro” đƣợc thực hiện bởi KTS. Hofmann và đồng sự, với các ƣu điểm vƣợt trội nhƣ: Sử dụng các nguyên tắc, nguyên lý của dòng chảy tự nhiên và không khí để làm sạch 98% nƣớc trong 6h. Đạt tiêu chuẩn Âu Châu về xử lý nƣớc thải sinh hoạt; Có thể áp dụng cho các loại nhà ở, khách sạn, nhà hàng, khu du lịch, khu đô thị,.... có quy mô từ hộ gia đình đế hàng chục ngàn ngƣời; Không sử dụng hóa chất, màng lọc, thiết bị cơ khí, tiết kiệm 75% điện năng so với các hệ thống xử lý nƣớc thải khác; Tiết kiệm diện tích xây dựng, khai thác không gian ngầm, lắp đặt và vận hành đơn giản; Kiểm soát tự động hệ thống xử lý nƣớc thải bằng công nghệ định vị toàn cầu GPS; Có thể thay thế các nhà máy xử lý nƣớc thải tập trung, các trạm xử lý nƣớc, hệ thống xử lý nƣớc hiện hữu; Đáp ứng các nhu cầu xử lý nƣớc thải theo nhu cầu của khách hàng theo từng giai đoạn phát triển của dự án; Cung cấp các dịch vụ đồng bộ cho khách hàng từ khảo sát, thiết kế, thi công, lắp đặt, đào tạo, bảo dƣỡng, bảo hành và kiểm soát từ xa hoạt động của hệ thống xử lý nƣớc thải. [3] 9 Hình 1.1 Ứng dụng công nghệ Hofmann Klaro tại khu công nghiệp Đại An – Đà Nẵng Nguồn:Tổng hội xây dựng Việt Nam (VFCEA) [3] Tại Thụy Điển, để điều tra về việc xử lý nƣớc thải bằng việc sử dụng các cây thủy trúc, một nhà máy thí điểm đƣợc xây dựng lên trong nhà kính nằm ở Solna, Thụy Điển. Kế hoạch bao gồm các bƣớc bao gồm thực hiện quy trình chu trình sinh hóa, xử lý tảo và lọc cát. Hệ thống xử lý tiếp nhận khoảng 0,56 – 0,85 m3 nƣớc thải sinh hoạt mỗi ngày từ khu vực Överjärva gård. Trải qua các cuộc thử nghiệm đƣợc thực hiện trung bình hai lần mỗi tuần trong khoảng thời gian ba năm, bao gồm phân tích và đo lƣờng chất lƣợng nƣớc và các thông số vật lý, nồng độ nƣớc thải đầu vào trung bình: COD khoảng 475 mg/L, tổng Nito 100 mg/L, tổng Photpho là 12 mg/L. Qua quá trình thực nghiệm, kết quả thu đƣợc là khoảng 85 – 90% nồng độ COD đƣợc xử lý; Nito là khoảng 72% trong đó có khoảng 4% lƣợng Nito đƣợc loại bỏ đƣợc cây hấp thụ trong giai đoạn sinh trƣởng; Photpho đƣợc hấp phụ trong bể thiếu khí và bể lọc cát, với khoảng 47% lƣợng photpho bị loại bỏ bởi thực vật, vi khuẩn và tảo. [4] Công nghệ Swim-bed xử lý nƣớc thải sinh hoạt tại Đà Lạt đƣợc thực hiện bởi trƣờng Đại học Yersin – Đà Lạt, qua 90 ngày nghiên cứu với các tải trọng hữu cơ (OLR) là 0,5, 1,0 và 1,5 kg/m3.ngày, cho kết quả là hiệu suất xử lý COD, Nito và Photpho tƣơng đối cao. Với COD lần lƣợt đạt 80,1%, 75,7% và 74,1%; với Nito lần lƣợt là 88,69%, 50,3% và 47,7% và 50,2%, 55,58% và 52,1% là hiệu suất xử lý Photpho qua các OLR. 10 Hình 1.2 Mô hình Swim-bed xử lý nƣớc thải sinh hoạt Nguồn: Đặng Hà và cộng sự [5] 1.2 Đất ngập nƣớc 1.2.1 Định nghĩa Thuật ngữ “Đất ngập nƣớc” đƣợc hiểu theo nhiều cách khác nhau, tùy theo quan điểm, ngƣời ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau. Hiện nay có khoảng trên 50 định nghĩa về ĐNN đang đƣợc sử dụng (Dugan, 1990). Theo Công ƣớc Ramsar (1971), ĐNN đƣợc định nghĩa nhƣ sau: ĐNN đƣợc coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nƣớc dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nƣớc thƣờng xuyên hoặc từng thời kỳ, là nƣớc tĩnh, nƣớc chảy, nƣớc ngọt, nƣớc lợ hay nƣớc mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nƣớc khi thủy triều ở mức thấp nhất không vƣợt quá 6m. 11 1.2.2 Các loại hệ thống đất ngập nước nhân tạo và cấu tạo của chúng Đất ngập nƣớc Dòng chảy ngầm Thực vật bán ngập Thực vật ngập Phƣơng ngang Phƣơng đứng Dòng chảy mặt Thực vật thân nổi DC từ trên xuống Thực vật lá nổi DC từ dƣới lên Theo triều ĐNN kiểu lai Hình 1.3 Phân loại đất ngập nƣớc Nguồn: Lê Văn Khoa [6] 1.2.2.1 Đất ngập nước dòng chảy mặt (Surface Flow Wetland) Là một hệ thống mô phỏng một đầm lầy hay ĐNN tự nhiên. Dƣới đáy hệ thống là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một lớp vải nhựa chống thấm. Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho sự phát triển của thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nƣớc. Dòng nƣớc thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Hình dạng hệ thống này thƣờng là kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong hệ thống là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thuỷ kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow) [6] 12