Tài liệu Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng

LỜI CAM ĐOAN Tôi là Somlay LATHAVANE, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm.Những kết quả nghiên cứu là trung thực. Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Somlay LATHAVANE i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Thị Hằng Nga và được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng”. Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệp quý báu phục vụ cho công việc của mình. Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi. Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp. Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thị Hằng Nga, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin trân trọng cảm Trường Đại Học Thủy Lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Somlay LATHAVANH ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………………………....i LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………….………...ii DANH MỤC HÌNH………………………………………………………….………………..vi DANH MỤC BẢNG ………………………………………………………………………...vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………………………………………..ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ............................................................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................... 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 2 4.1. Cách tiếp cận ............................................................................................................ 2 4.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3 4.2.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu và lấy mẫu nước thải.......................... 3 4.2.2. Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm .......................................... 3 4.2.3. Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm ....................... 3 4.2.4. Phương pháp đánh giá và xử lý số liệu ........................................................... 3 CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ......................................................................... 4 1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt ..................................................................................... 4 1.1. Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt .................................................... 4 1.2. Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam ............................................................. 7 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam .................................... 7 1.2.2. Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam .......................................... 8 1.3. Hiện trạng nước thải tại Lào .................................................................................... 9 1.3.1. Nước thải từ hộ gia đình: .............................................................................. 10 1.3.2. Nước thải từ công nghiệp và các ngành dịch vụ khác .................................. 11 1.3.3. Chất lượng nước tại kênh rạch và sông ở đô thị ........................................... 11 2. Tổng quan về một số kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt .............................................. 12 2.1. Xử lý cơ học ............................................................................................................ 12 iii 2.2. Xử lý sinh học ......................................................................................................... 13 2.3.Công nghệ Phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn ABR (Anaerobic Baffled Reactor) ... 13 2.4. Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá................................... 14 2.5. Xử lý nước thải bằng thực vật ................................................................................ 15 3. Các chức năng của đất và các ứng dụng trong xử lý nước thải...................................16 3.1 Chức năng xử lý chất ô nhiễm của đất .................................................................... 16 3.2. Tiềm năng đất kết vón đá ong và các ứng dụng trong XLNT ở Lào ...................... 20 4. Nhu cầu dinh dưỡng của một số cây trồng ngắn ngày ..................................................23 4.1. Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa .................................................................................. 23 4.1.1. Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa địa phương ..................................................... 24 4.1.2. Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa cải tiến .................................................. 24 4.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa lai ......................................................... 26 4.2. Nhu cầu dinh dưỡng cho ngô ................................................................................. 27 4.3. Nhu cầu dinh dưỡng cho rau .................................................................................. 28 5. Các nghiên cứu về sử dụng nước thải để tưới cho cây trồng .......................................29 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................35 1. Vật liệu: ...............................................................................................................................35 1.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu………………………………………………………………… 35 1.1.1 Đất kết von đá ong (Laterite soil) ........................................................................ 35 1.1.2. Than hoạt tính ..................................................................................................... 35 1.1.3. Đá vôi .................................................................................................................. 35 1.1.4. Zeolite:……………………………………………………………………………………………………………………… 35 1.2 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu………………………………………………..35 2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................................37 2.1 Cơ sở xếp lớp hỗn hợp vật liệu 2.2 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải (mô hình phòng thí nghiệm) ............................... 37 2.3. Phân tích thống kê .................................................................................................. 40 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................................41 1. Yêu cầu về chất lượng nước của một số loại cây trồng ...............................................41 1.1. Chất lượng nước tưới rau (Tiêu chuẩn VietGap) .................................................. 41 1.2. Chất lượng nước tưới cho lúa và ngô .................................................................... 42 iv 2. Kết quả xử lý nước thải tái sử dụng ................................................................................ 43 2.1. Lấy mẫu nước thí nghiệm ....................................................................................... 43 2.2. Kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu vào ................................................... 44 2.3. Kết quả thí nghiệm xử lý nước tái sử dụng............................................................. 48 2.3.1. Thay đổi pH của nước thải ........................................................................... 48 2.3.2. Chất hữu cơ nền COD .................................................................................. 49 2.3.3. BOD5 ............................................................................................................. 50 2.3.4. Nồng độ PO43- ............................................................................................... 51 2.3.5. Thay đổi độ đục trong nước .......................................................................... 52 2.3.6. Tổng Nitơ (TN) ............................................................................................. 53 2.3.7. Tổng carbon hữu cơ (TOC) .......................................................................... 54 2.3.8. Tổng chất rắn hòa tan (TDS) ........................................................................ 55 2.3.9. Độ dẫn (EC) .................................................................................................. 56 2.3.10. Độ mặn ........................................................................................................ 57 2.3.11. Thay đổi nồng độ Amoni (NH4+)................................................................ 58 2.3.12. Kim loại nặng ............................................................................................. 59 2.3.13.Tổng vi sinh: ................................................................................................ 60 3. Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho cây trồng ......................................... 61 3.1.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho rau(theo tiêu chuẩn Việt Gap) ... 61 3.2.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới lúa và cây trồng cạn (ngô, đậutương, lạc) ................................................................................................................................. 62 4. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải để tưới cây trồng ................................................... 62 4.1. Hiệu quả sử dụng phân bón.................................................................................... 62 4.2. Hiệu quả bảo vệ môi trường ................................................................................... 66 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 68 1. Kết luận ............................................................................................................................... 68 2. Kiến nghị ............................................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 70 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt ................................ 7 Hình 1.2. Xử lý nước thải thải theo công nghệ ABR .................................................... 14 Hình 1.3. Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá.......................... 14 Hình 1.4. Hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bãi lọc trồng cây ........................ 14 Hình 1.5. Mô hình xử lýnước thải bằng thực vật tại Bắc Ninh ..................................... 15 Hình 1.6. Cấu trúc không gian tinh thể Montmorillonit ............................................... 18 Hình 1.7. Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit .......................................................... 19 Hình 1. 8. Bản đồ phân bố các bazan kỷ thứ ba (vùng màu xám) ở vùng lân cận của Đông Dương (sửa đổi sau bởi Barr & MacDonald, 1981) ............................................ 21 Hình 1. 9. Mẫu đất kết vón đá ong tại Lào .................................................................... 21 Hình 1. 10.Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng ...................................................... 22 Hình 2. 1.Hình vẽ cột bố trí thí nghiệm ........................................................................ 38 Hình 2. 2. Sơ đồ kỹ thuật xếp lớp đất của hệ thống xử lý nước thải. ............................ 39 Hình 2.3. Sơ đồ thiết kế thí nghiệm xử lý nước thải ..................................................... 39 Hình 3. 1.Giá trị và hiệu suất xử lý pH của nước thải qua mô hình ............................. 48 Hình 3.2.Giá trị và hiệu suất xử lý COD của nước thải qua mô hình ........................... 49 Hình 3.3. Giá trị và hiệu suất xử lý BOD của nước thải qua mô hình .......................... 50 Hình 3.4.Giá trị và hiệu suất xử lý phốt phát của nước thải qua mô hình .................... 51 Hình 3.5.Giá trị và hiệu suất xử lý độ đục của nước thải qua mô hình ......................... 52 Hình 3.6.Giá trị và hiệu suất xử lý TN của nước thải qua mô hình .............................. 53 Hình 3.7.Giá trị và hiệu suất xử lý TOC của nước thải qua mô hình ........................... 54 Hình 3.8.Giá trị và hiệu suất xử lý TDS của nước thải qua mô hình ............................ 55 Hình 3.9.Giá trị và hiệu suất xử lý EC của nước thải qua mô hình .............................. 56 Hình 3.10.Giá trị và hiệu suất xử lý độ mặn của nước thải qua mô hình ..................... 57 Hình 3.11.Giá trị và hiệu suất xử lý NH4+ của nước thải qua mô hình ......................... 58 Hình 3.12.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ......... 59 Hình 3.13.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ......... 60 Hình 3.14.Sự thay đổi Fe.coli của nước thải trước và sau khi xử lý (MPN/100mL) .... 61 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước ....... 5 Bảng 1. 2. Thành phần và nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt ........................... 6 Bảng 1. 3. Khối lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, (g/người. ngày) ........... 7 Bảng 1. 4. Nồng độ BOD5trong nước thải. .................................................................. 12 Bảng 1. 5. Tổng Coliform trong nước thải. ................................................................... 12 Bảng 1. 6. Các thời kỳ bón phân của lúa địa phương .................................................... 24 Bảng 1. 7. Các thời kỳ bón phân của lúa cải tiến dưới 95 ngày .................................... 25 Bảng 1. 8. Các thời kỳ bón phân của lúa cải tiến trên 95 ngày ..................................... 25 Bảng 1. 9. Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai dưới 95 ngày ................................. 26 Bảng 1. 10. Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai trên 95 ngày ................................ 26 Bảng 1.11.Công thức bón phân cho ngô ....................................................................... 27 Bảng 2. 1. Thành phần khoáng vật học của đá ong ....................................................... 36 Bảng 2. 2. Nhận diện khoáng vật học của các mẫu vật liệu .......................................... 37 Bảng 2.3.Phương pháp phân tích mẫu nước.................................................................. 40 Bảng 3. 1. Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước dùng cho tưới rau ............... 41 Bảng 3. 2.Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước dùng cho tưới lúa và ngô (QCVN 39:2011/BTNMT) ............................................................................................ 42 Bảng 3. 3. Thời gian và điều kiện ngoại cảnh khi lấy mẫu ........................................... 43 Bảng 3. 4.Chất lượng nước thải qua các lần thu thập mẫu ............................................ 44 Bảng 3. 5.Sự thay đổi độ pH của nước thải trước và sau khi xử lý............................... 48 Bảng 3.6.Sự thay đổi nồng độ COD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ....... 49 Bảng 3.7.Sự thay đổi BOD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ..................... 50 Bảng 3.8.Sự thay đổi nồng độ PO43-của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ....... 51 Bảng 3.9.Sự thay đổi độ đục của nước thải trước và sau khi xử lý (NTU) ................... 52 Bảng 3.10.Sự thay đổi nồng độ TN của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ........ 53 Bảng 3.11.Sự thay đổi nồng độ TOC của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ..... 54 Bảng 3.12.Sự thay đổi nồng độ TDS của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ..... 55 Bảng 3.13.Sự thay đổi độ dẫn của nước thải trước và sau khi xử lý (ms/cm) .............. 56 Bảng 3.14.Sự thay đổi độ mặn của nước thải trước và sau khi xử lý (%)..................... 57 Bảng 3.15.Sự thay đổi nồng độ NH4+của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ..... 58 vii Bảng 3.16.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ........ 59 Bảng 3.17.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) ........ 60 Bảng 3.18.Sự thay đổi Fe.coli của nước thải trước và sau khi xử lý (MPN/100mL) ... 61 Bảng 3.19. Chất lượng nước tưới cho rau sau xử lý ..................................................... 62 Bảng 3.20. Chất lượng nước tưới cho lúa và cây trồng cạn sau xử lý .......................... 62 Bảng 3.21.Nồng độ các chất dinh dưỡng của nước thải saukhixửlý (mg/L) ................ 63 Bảng 3.22.So sánh giá trị dinh dưỡng trong nước trước và sau khi xử lý (tính cho 10 ha và lượng nước thải của 4000 dân) ................................................................................ 64 Bảng 3.23.Tính toán hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải .................................. 64 Bảng 3.24.So sánh giá trị dinh dưỡng trong nước trước và sau khi xử lý (tính cho 10 ha và lượng nước thải của 300 dân) .................................................................................. 65 Bảng 3.25.Tính toán hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải .................................. 66 Bảng 3.26. Giảm lượng N tích lũy trong môi trường .................................................... 67 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu BOD5 : Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày COD : Nhu cầu oxy hóa học DO: Oxy hòa tan NH4+ - N : Nồng độ Amoni quy về nồng độ nitơ (mg/L) NO2- - : Tổng nồng độ nitrit quy về nồng độ nitơ ( mg/L) NO3-- N : Tổng nồng độ nitrat quy về nồng độ nitơ ( mg/L) PO43- - P : Tổng hàm lượng phốt phát trong nước thải quy về nồng độ phốt pho XLNT: Xử lý nước thải BTNMT: Bộ tài nguyên và môi trường QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 08:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 39:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tưới tiêu TDS : Chất rắn hòa tan SS : Chất rắn lơ lượng MSL : Ký thuật phối trộn các lớp đất trong xử lý nước thải (Multi Soil Layering) DEWATS: Hệ thống xử lý nước thải phân tán ( Decentralized Wastewater Treatment System) BORDA: Hiệp hội nghiên cứu và phát triển nước ngoài Bremen ( Bremen Overseas Research And Development Association) JICA : Văn phòng hợp tác quốc tế Nhận Bản ( The japan international cooperation Agengy ) PWEV: Dự án cho cải thiện môi trường nước đô thị ở thủ đô Viêng Chăn (The Project for Urban Water Environment ImprovementinVientianeCapital) ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Gia tăng dân số, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đã làm suy giảm nghiêm trọng nguồn nước sẵn có ở nhiều vùng, từ Trung Đông đến Châu Phi, Đông Nam Á và Mỹ Latinh. Trong bối cảnh ngày càng khan hiếm nước như hiện nay, đã có khoảng 10 % dân số trên thế giới phải tái chế lại phần lớn nước đã qua sử dụng, con số này sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai [1,2]. Điều đó cũng có nghĩa là con người sẽ phải sử dụng một lượng nước thải lớn để tưới cho cây trồng nhằm tạo ra sản phẩm nông sản để duy trì sự sống. Nước thải sinh hoạt có thành phần rất phức tạp do bị trộn lẫn nhiều thành phần khác nhau, ở nông thôn, nước thải sinh hoạt bao gồm cả nước thải sinh hoạt và thậm chí nước thải chăn nuôi từ các hộ gia đình [3]. Trong nước thải tiềm ẩn các chất nguy hại dưới dạng kim loại nặng, chất gây ô nhiễm hữu cơ, mầm bệnh hoặc vi khuẩn kháng kháng sinh. Sử dụng trực tiếp nguồn nước thải này để tưới sẽ làm tăng tích lũy ô nhiễm trong đất, cây trồng và nước ngầm làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và sức khỏe con người [4]. Tại thủ đô Viêng Chăn, thủ đô nước Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào, nước thải sinh hoạt của thành phố được một hệ thống kênh đào hở thu gom và chuyển vào khu vực Thạt Luổng, là vùng đất ngập nước rộng lớn, nằm phía ngoại ô thủ đô. Đây là vùng đất ngập nước vô cùng quan trọng của thủ đô Viêng Chăn, theo đánh giá của Ramsar vùng Thật Luổng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải tạo môi trường nước một cách rất hiệu quả. Hệ thống kênh hở tự nhiên nay đã được bê tông hóa làm hạn chế một phần tác dụng cải tạo. Những năm gần đây thủ đô được mở rộng, đặc biệt xây dựng hạ tầng mạnh mẽ, các cao ốc xuất hiện ngày càng nhiều, dân số thủ đô tăng nhanh khiến lượng nước thải sinh hoạt ngày càng lớn. Do vùng đất ngập nước chứa nước thải sinh hoạt bị thu hẹp, nên vùng ven đô phải tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ thủ đô, một phần nước thải được dẫn vào đồng ruộng, hồ chứa tự nhiên... Do vậy, cần có phương án quản lý nước thải nhằm bảo vệ môi trường và tái sử dụng nước thải để tưới cho cây trồng[5]. 1 Nhu cầu về sản phẩm nông nghiệp sạch và an toàn đáp ứng nhu cầu của xã hội ngày càng cao. Tuy nhiên, hiện nay nhiều nơi còn sử dụng nước thải trực tiếp để tưới làm cho chất lượng sản phẩm không đảm bảo, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng, phát sinh bênh tật và nhiều vấn đề xã hội khác. Do vậy tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng ” để thực hiện nhằm nghiên cứu kỹ thuật tái sử dụng nước thải sinh hoạt phù hợp làm nước tưới cho các cây trồng nông nghiệp hướng đến đảm bảo an toàn cho chất lượng sản phẩm nông nghiệp. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nguồn vật liệu tự nhiên có chi phí thấp để xử lý nước thải sinh hoạt có thành phần chất hữu cơ cao nhằm tái sử dụng để tưới cho cây trồng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời tận dụng nguồn dinh dưỡng trung và đa lượng như N, P, K...có trong nước thải để bổ sung cho cây trồng trong khi vẫn kiểm soát được sự tích lũy độc tố trong sản phẩm nông nghiệp. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình; - Vật liệu thí nghiệm: các vật liệu tự nhiên sẵn có ở nông thôn, gồm cát, đất kết von đá ong, sỏi cuội và phụphẩm nông nghiệp khác. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Nước thải sinh hoạt có nồng độ chất hữu cơ cao, sau xử lý phải đạt chất lượng theo QCVN 39:2011/BTNMT, áp dụng cho tưới tiêu. - Nghiên cứu thực hiện mô hình thí nghiệm trong phòng để tìm ra giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp tưới cho cây trồng. - Các tính toán về tận dụng phân bón từ nước thải để tưới được áp dụng cho các loại cây trồng gồm: Lúa, rau, cây trồng cạn (ngô) với giống cây đang canh tác phổ biến ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, Việt Nam. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Cách tiếp cận 2 Dựa vào khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải gồm chất hữu cơ hòa tan và kim loại nặng của các vật liệu có nguồn gốc từ đất và phụ phẩm nông nghiệp để vận dụng vào xử lý nước thải sinh hoạt nhằm tận dụng dinh dưỡng cho cây trồng cũng như sử dụng nước, bảo vệ môi trường. Nghiên cứu được thực hiện với nguồn vật liệu, cây trồng và nước thải tại Việt Nam. Sau khi nghiên cứu có thể áp dụng được tại Lào, vì lí do là Lào cũng có nguồn vật liệu tương tự và tính chất nước thải sinh hoạt tương đối giống Việt Nam. Lào cũng canh tác các cây trồng tương tự như lúa, rau, đậu, ngô và lạc. Tại Lào chưa có các tiêu chuẩn về chất lượng nước tưới do vậy đề tài đã áp dụng QCVN 39:2011/BTNMT của Bộ tài nguyên môi trường Việt Nam về chất lượng nước tưới. 4.2. Phương pháp nghiên cứu 4.2.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu và lấy mẫu nước thải - Thu thập số liệu về đặc điểm nước thải tại Hà Nội - Việt Nam và thu thập số liệu đặc tính nước thải ở Viêng Chăn – Lào để so sánh; - Lấy mẫu nước thải sinh hoạt tại hệ thống thoát nước của các khu dân cư ven Hà Nội để thí nghiệm. 4.2.2. Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải (mô hình phòng thí nghiệm). Đất, nước và môi trường – thời gian 24/11/2017 – 08/01/2018. 4.2.3. Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm theo các tiêu chuẩn sau đây: - TCVN 6492-2011 (ISO 10523-1994) - TCVN 6001-1 : 2008 - TCVN 6625:2000 - TCVN 6001-1 : 2008 - TCVN 8742:2011 - TCVN 6638:2000 - TCVN 6202:2008-Xác định Phospho-Phương pháp đo phổ dùng amoni Molipdat. - TCVN 6631:2000 4.2.4. Phương pháp đánh giá và xử lý số liệu Kết quả trong luận văn này là kết quả trung bình của các lần thí nghiệm, trong luận án có 3lần đo lặp mẫu. Sau đó thực hiện theo đúng nguyên lý thống kê, loại bỏ những kết quả không tin cậy. 3 CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.1. Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt xuất phát từ nhiều nguồn.Nước thải sinh ra từ nhà vệ sinh được gọi là nước đen và nó có hàm lượng chất rắn cao và đóng góp một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (nitơ và photpho).Nước đen có thể được tiếp tục tách ra thành phân và nước tiểu,nước tiểu được gọi là nước vàng, phân với nước được gọi là nước nâu.Nước xám bao gồm nước từ phòng tắm,chậu rửa và từ bếp[3]. Theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT, “nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống,sinh hoạt,tắm rửa,vệ sinh nhà cửa,…của các khu dân cư,công trình công cộng,cơ sở dịch vụ… Như vậy,nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người.Một sốcác hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện,trường học,nhà ăn,… cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Nước thải từ nhà vệ sinh được gọi là nước đen,chất rắn trong nước thải sinh hoạt chủ yếu là đây. Nước thải chứa một số lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (Nitơ và photpho). Nước thải từ vòi hoa sen,chậu rửa tay,bồn tắm,chậu rửa bát….được gọi là nước xám,chiếm đến 50-75% lượng nước thải trong hộ gia đình.So với nước thải đen,nước thải xám có nồng độ ô nhiễm thấp hơn về chất hữu cơ (BOD5,COD),chất dinh dưỡng (N,P, K) và mầm bệnh hơn[3]. Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp.Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của khu dân cư đô thị thường từ 100-250 L/người.ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 – 500 L/người.ngày (đối với các nước phát triển).Ở Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 – 180 L/người.ngày. Đối với khu vực nông thôn,tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 – 100 người.ngày.Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 90 -100% tiêu chuẩn cấp nước.Ngoài ra,lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở,đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân[6]. 4 Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ,công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình,chức năng,số người tham gia,phục vụ trong đó lượng nước thải từ các cơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thể chọn từ 15 – 25% tổng lượng nước thải của toàn thành phố. Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn. Trong quá trình sinh hoạt,con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định,phần lớn là các loại cặn,chất hữu cơ,các chất dinh dưỡng.Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN7957:2008 có những quy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân đô thị xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày như bảng phân tích mẫu nước. Bảng 1.1. Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước Các đại lượng Khối lượng (g/người. ngày) Chất rắn lơ lửng 60 ÷ 65 BOD5 của nước thải đã lắng 30 ÷ 35 BOD5 của nước thải chưa lắng 65 Nito của muối amoni (N-NH4) 8 Phốt phát (P2O5) 3,3 Clorua (Cl-) 10 Chất hoạt động bề mặt 2 ÷ 2,5 (Nguồn:TCVN 7957 – 2008:Thoát nước –Mạng lưới và công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế ) Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55 ÷ 65% tổng lượng chất bẩn),chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước.Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước,đặc điểm hệ thống thoát nước,điều kiện trang thiết bị vệ sinh,…Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư được nêu trong bảng dưới đây: 5 Bảng 1. 2. Thành phần và nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu Trong khoảng Tổng chất rắn (TS), (mg/l) Trung bình 350 - 1.200 720 Chất rắn hòa tan (TDS), (mg/l) 250 - 850 500 Chất rắn lơ lửng (SS), (mg/l) 100 - 350 200 BOD5, (mg/l) 110 - 400 220 20 - 85 40 Nito hữu cơ, (mg/l) 8 - 35 15 Nito Amoni, (mg/l) 12 - 50 25 Nito Nitrit, (mg/l) 0 – 0,1 0,05 Nito Nitrat, (mg/l) 0,1 – 0,4 0,2 Clorua, (mg/l) 30 - 100 50 Độ kiềm,mg CaCo3/l 50 - 200 100 Tổng chất béo, (mg/l) 50 - 200 100 Tổng Nito, (mg/l) Tổng Phốt Pho, (mg/l) 8 (Nguồn:PGS.TS.Trần Đức Hạ (2006),xử lý nước thải đô thị,NXB Khoa học và kỹ thuật,Hà Nội) Nước thải sinh hoạt giàu chất hữu cơ và chất dinh dưỡng,vì vậy nó là nguồn để các loại vi khuẩn,trong đó có vi khuẩn gây bệnh phát triển. Trong nước thải đô thị tổng số coliform từ 106 ÷ 109 MPN/100 mL. Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ,công trình công cộng có khối lượng lớn,hàm lượng chất bẩn cao nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi nước. 6 Hình 1. 1. Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt Khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày được xác định theo bảng. Bảng 1. 3. Khối lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, (g/người. ngày) STT Thành phần Cặn lắng Chất rắn không tan Chất hòa tan Tổng cộng 1 Hữu cơ 30 10 50 90 2 Vô cơ 10 5 75 90 3 Tổng cộng 40 15 125 180 (Nguồn:PGS.TS.Trần Đức Hạ (2006),xử lý nước thải đô thị,NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội) 1.2 . Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam Ở Việt Nam hiện nay, quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước đang tạo nên một sức ép lớn đối với môi trường.Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia tăng.Tính đến năm 2006,cả nước có 722 đô thị từ loại đặc biệt đến loại V,tổng số dân trên 25 triệu người (bằng 27% dân số cả nước).Theo môt số nghiên cứu đánh giá đã thực hiện (cục kiểm soát ô nhiễm, 2010; World Bank, 2009) thì các đô thị 7 Việt Nam hiện nay mới chỉ xử lý được dưới 10% lượng nước thải so với nhu cầu thực tế.Lượng nước thải chưa được xử lý này được xả trực tiếp vào nguồn nước sông,hồ và biển ven bờ. Mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầm trọng. Các khu vực đô thị tại Việt Nam trong những năm gần đây có tốc độ phát triển cao,mật độ dân số đang ngày một tăng,diện tích đô thị mở rộng không ngừng,áp lực trong việc bảo vệ môi trường ngày một lớn.Các hệ thống sông ngòi,ao hồ tại các đô thị lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh đang trong tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, khi mà một lượng lớn nước thải chưa qua xử lý tại các khu sản xuất,nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình,nước thải từ các lò giết mổ hay nước thải từ các bệnh viện….hàng ngày đều chảy trực tiếp ra các cống rãnh rồi nguồn nước này theo chiều chảy ra sông lớn gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. 1.2.2. Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam Chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung của thành phố,chỉ có một số ít các trạm xử lý nước thải khu vực,phần lớn lượng nước thải chưa xủ lý được xả trực tiếp vào nguồn nước mặt(sông,kênh,mương,ao,hồ…).Kết quả dẫn đến tình trạng quá tải,vượt quá khả năng tự làm sạch của sông hồ và hậu quả tất yếu là ô nhiễm nguồn nước mặt. Chỉ có một số xí nghiệp công nghiệp có xây dựng trạm xử lý nước thải với quy mô vừa và nhỏ.Các khu công nghiệp,khu chế xuất hiện hình có công trình xử lý nước thải đang hoạt động có thể chỉ ra:Khu công nghiệp Thăng Long,khu công nghiệp Hà Nội– Đầu tư,khu công nghiệp Nomura-Hải Phòng,khu công nghiệp Việt Nam – Singapore,khu công nghiệp Biên Hòa II,khu công nghiệp AMATA,khu chế xuất Tân Thuận,khu chế xuất Linh Trung,…vẫn còn một lượng lớn nước thải sản xuất chưa được xử lý hoặc chỉ được xử lý ở mức sơ bộ. Một số bệnh viện ở các đô thị lớn đã xây dựng mới hoặc cải tạo trạm xử lý nước thải như:Bệnh viện Bách Mai,Bệnh viện Việt Đức, bệnh viện Nhi Thụy Điển, bệnh viện Thanh Nhàn-Hà Nội, bệnh viện Huế,… còn lại đều xây dựng bể tự hoại có dung tích lớn. Nước thải từ các hộ gia đình,khu chung cư,nhà tập thể chỉ có một số ít là được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại rồi xả ra hệ thống thoát nước chung của đô thị, còn lại hầu hết nước 8 thải sinh hoạt từ các hộ gia định đều không được xử lý mà xả trực tiếp vào hệ thống thoát nước chung hoặc xả trực tiếp ra môi trường. Xử lý nước thải chưa thực sự được quan tâm ở Việt Nam.Mặc dù cũng đã xây dựng một số công trình xử lý nước thải ở một số tỉnh,thành phố lớn như Hà Nội, Đà Nẵng,Bình Dương,Đồng Nai,Thành phố Hồ Chí Minh,…Tuy nhiên,các trạm xử lý đã xây dựng có công xuất nhỏ và số lượng còn ít nên chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý cho toàn thành phố. Hệ thống thoát nước tất cả các đô thị phần lớn đều là hệ thống thoát nước chung cho cả 3 loại nước thải:Nước thải sinh hoạt,nước thải sản xuất và nước mưa.Những hệ thống này đã được xây dựng cách đây khoảng 100 năm,rất ít được sửa chữa,duy tu,bảo dưỡng nên đã xuống cấp nhiều:Việc xây dựng bổ sung được thực hiện một cách chắp vá không theo quy hoạch lâu dài,không đáp ứng được yêu cầu phát triển đô thị.Ở các thành phố quan trọng như Hà Nội,Hồ chí Minh,Hải Phòng,Đà Nẵng…hệ thống cống thoát nước mới chỉ đảm bảo phục vụ khoảng 40% dân số;ở các thành phố nhỏ hơn,tỷ lệ phục vụ chỉ đạt khoảng 10-30%. Hầu hết ở các vùng nông thôn của Việt Nam chưa có hệ thống xử lý nước thải. Các hệ thống thu gom chưa hoàn chỉnh. Do vậy nước thải xả trực tiếp ra hệ thống kênh tiêu, kênh tưới, ao hồ tự nhiên gây ô nhiễm môi trường [6]. 1.3. Hiện trạng nước thải tại Lào Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào đã đạt được mục tiêu Phát triển thiên niên kỷ ( MDGs, Mục tiêu số 7: Đảm bảo bền vững môi trường, Mục tiêu 7.C: Giảm một nửa tỉ lệ dân số không được sử dụng bền vững nước uống an toàn và cải thiện vệ sinh cơ bản trước năm 2015). Tuy nhiên 6% dân số ở khu vực đô thị và 29% ở khu vực nông thôn vẫn không thể tiếp cận những tiện nghi vệ sinh đã được cải thiện bởi “Quá trình 25 năm cho cải thiện vệ sinh và nước uống, bổ sung và thẩm định MDG năm 2015, tổ chức UNICEF và tổ chức y tế thế giới năm 2015”. Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào sẽ tuân theo những mục tiêu phát triển bền vững của hiệp hội các nước “Trước năm 2030, đạt được sự tiếp cận đầy đủ và công bằng về sự cải thiện vệ sinh và vệ sinh cho toàn bộ người dân và kết thúc việc vệ sinh ngoài trời, quan tâm đặc biệt tới nhu cầu của phụ nữ, bé gái và những người trong tình trạng dễ bị tổn thương”. 9 Bể tự hoại đã được lắp đặt trong nhà và tòa nhà để xử lí nước đen ở khu vực đô thị. Tuy nhiên số lượng và điều kiện là không thống kê được. Tổng thể, nước đen có thể xử lý bằng bể tự hoại trong nước xám thì không xử lý được, và sau đó được xả trực tiếp xuống lòng đất hoặc hệ thống thoát nước. Hiện nay có 4 DEWATS với tỉ lệ thu thập thấp trong khoảng từ 7 đến 26 m3/ngày dựa theo dung tích bởi VTE. Những hệ thống này được xây dựng vào năm 2010 và 2012 gây quỹ bởi JICA, Viện tái tạo năng lượng Lào (LIRE) và Hiệp hội nghiên cứu và phát triển quốc tế Bremen (BORDA). Hệ thống hồ chứa EU bao gồm trạm bơm và ống thu đã được xây dựng vào năm 2000 được hỗ trợ bởi DANIDA. Tuy nhiên, hệ thống đã ngừng hoạt động do sự thiếu bảo trì và mất thiết bị. Đất sử dụng cho hồ chứa EU thuộc sở hữu của Chính phủ được bán cho các Công ty tư nhân và những khu vực đó không còn được sử dụng bởi chính phủ.Một vài nhà máy và tòa nhà thương mại có hệ thống xử lý nước thải nhưng chỉ với số lượng hạn chế. Chất lượng nước thải đã được phân tích thông qua SW M/P, 2011 (JICA) cho các kênh rạch, sông; PWEV cho kênh rạch, sông, bể tự hoại; những chất thải từ DEWATS, và chất thải từ nhà máy. VTE không có phòng thí nghiệm để phân tích chất lượng nước liên quan đến môi trường và nước thải cho đến 2013. Một phòng thí nghiệm đã được thành lập tại DONRE với đội ngũ nhân viên được đào tạo bởi Grass Roots Technical Cooperation Project được tiến hành bởi tỉnh Chiba, Nhật Bản và PWEV được tài trợ bởi JICA. Qua đó 32 thông số bắt buộc của chất lượng nước để đánh giá môi trường nước có thể được phân tích tại DONRE vào năm 2017[5]. 1.3.1. Nước thải từ hộ gia đình Việc lấy mẫu từ các bể tự hoại là rất khó vì hầu hết dân cư không thể xác định vị trí đầu ra. Một vài đầu ra bị che lấp bởi sàn nhà hoặc bê tông. Thông qua việc phân tích mẫu vật chỉ ra các thông số PWEV, BOD5 cho chất thải từ ST trong khoảng từ 100 đến 110 mg/l hoặc sự suy giảm tỉ lệ của hàm lượng BOD vào khoảng 50 đến 60%. Nước thải màu xám không thông qua xử lí được cho là có hàm lượng BOD5 khoảng 200 đến 230 mg/l. 10