Tài liệu Tiểu luận: ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong quản lý chất lượng nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC GVHD: Nguyễn Hồng Quân Nhóm thực hiện: Phạm Hiếu Hạnh - 12260652 Phạm Thị Mỹ Lan - 12260661 Lê Thị Ngọc Bích - 12260642 Tháng 4/2013 VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................................... 2 Chương1.TỔNG QUAN..................................................................................................... 4 1.1. Kỹ thuật sinh thái........................................................................................................ 4 1.1.1. Định nghĩa:........................................................................................................... 4 1.1.2. Ứng dụng.............................................................................................................. 4 1.1.3. Phạm vi ứng dụng:............................................................................................... 4 1.1.4. Ưu và nhược điểm:............................................................................................... 4 1.2. Kỹ thuật sinh thái nông nghiệp...................................................................................5 1.3. Đất ngập nước kiến tạo:............................................................................................10 1.2.1. Định nghĩa.......................................................................................................... 10 1.2.2. Phân loại............................................................................................................. 11 1.3. Các loại thực vật đặc trưng sử dụng để xử lý nước thải.......................................... 14 1.4. Điều kiện vận hành đất ngập nước dòng chảy ngầm............................................... 15 1.5. Các cơ chế loại bỏ chất thải trong hệ thống đất ngập nước..................................... 16 1.6. Các quá trình xử lý chất ô nhiễm trong ĐNN kiến tạo............................................ 17 1.7. Ưu điểm và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo..............................................18 Chương 2. MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO...............................................20 2.1. Mô hình đất ngập nước kiến tạo trên thế giới.......................................................... 20 2.1.1. Tại Albania......................................................................................................... 20 2.1.2. Tại Tunisa........................................................................................................... 21 2.2. Mô hình đất ngập nước kiến tạo ở Việt Nam...........................................................21 2.2.1. Khảo nghiệm ở huyện Phong Điền.................................................................... 21 2.2.2. Khảo nghiệm ở huyện Ô Môn............................................................................23 Chương 3. KẾT LUẬN..................................................................................................... 25 Tài liệu tham khảo.............................................................................................................25 VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí ĐẶT VẤN ĐỀ Đất ngập nước (ĐNN) Việt Nam rất đa dạng và phong phú về kiểu loại phân bố rộng khắp các vùng sinh thái, có giá trị và vai trò to lớn đối với phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ đất nước, xóa đói giảm nghèo, duy trì và phát triển văn hóa, hạn chế tai biến, bảo vệ môi trường, duy trì và phát triển đa dạng sinh học. Phương pháp sử dụng đất ngập nước xử lý nước thải là một phương pháp có nhiều ưu điểm, đặc biệt nó rất phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay do chi phí xây dựng và vận hành thấp. Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo được xây dựng để xử lý nước thải trong nông nghiệp, công nghiệp hoặc phục vụ cho nuôi trồng thủy sản, được phỏng theo các quá trình sinh học, hóa và lý học của các vùng đất ngập nước tự nhiên. Các vùng đất ngập nước có thể loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất ít ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường. Sử dụng ĐNN tự nhiên để xử lý nước thải có hàm lượng BOD thấp.Ngoài rasử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải là quá trình xử lý được thực hiện liên tục trong điều kiện tự nhiên và với một giá thành rẻ vì chi phí xây dựng và bảo quản thấp. Do vậy cần được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm. Đồng thời có thể áp dụng để nghiên cứu sâu hơn, mở rộng hơn về đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải, đặc biệt là đối với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải nhà máy chế biến cà phê, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, các cơ sở giết mổ… VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Kỹ thuật sinh thái 1.1.1. Định nghĩa: Kỹ thuật sinh thái là một nghiên cứu tích hợp hệ sinh thái và kỹ thuật, liên quan đến việc giám sát thiết kế và xây dựng các hệ sinh thái. Theo Mitsch 1996, thiết kế các hệ sinh thái bền vững được tích hợp xã hội loài người với môi trường tự nhiên của nó vì lợi ích cả hai. 1.1.2. Ứng dụng  Trong nông nghiệp.  Trong đất ngập nước kiến tạo.  Trong du lịch.  Trong công nghiệp.  Trong đô thị. 1.1.3. Phạm vi ứng dụng:  Thiết kế hệ thống sinh thái như là một thay thế giảm sự can thiệp của con người và tiêu tốn năng lượng ví dụ như áp dụng đất ngập nước kiến tạo cho hệ thống xử lý nước thải.  Phục hồi các hệ sinh thái bị suy thoái và giảm sự tác động của con người.  Quản lý, sử dụng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.  Sự tích hợp xã hội và hệ sinh thái trong việc xây dựng một môi trường sinh thái (ví dụ như trong cảnh quan kiến trúc, quy hoạch đô thị và làm vườn đô thị...). 1.1.4. Ưu và nhược điểm: * Ưu điểm:  Tiết kiệm nguồn năng lượng.Lượng chất thải phát sinh là nhỏ nhất.  Các lợi ích khác từ việc sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguyên vật liệu đầu vào. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Phục hồi và thiết lập mới các hệ sinh thái theo hướng bền vững, tăng tính đa dạng về sinh học.  Tạo môi trường sống thân thiện giữa con với thiên nhiên. * Nhược điểm:  Phụ thuộc vào bối cảnh, địa điểm, văn hóa, kinh tế, chính trị của từng quốc gia nên chưa có chuẩn mực chung cho các quốc gia khi áp dụng kỹ thuật sinh thái.  Các nguồn năng lượng thay thế thường là loãng hơn, không đáp ứng nhu cầu hiện tại do đó phải đầu tư công nghệ mới.  Việc sử dụng các vật liệu tái chế, tái sử dụng chưa mang tính phổ thông.  Chưa được sự quan tâm đúng mức của cơ quan có thẩm quyền.  Sự bùng nổ dân số. 1.2. Kỹ thuật sinh thái nông nghiệp  Hệ sinh thái nông nghiệp có các thành phần điển hình của một hệ sinh thái. Tuy nhiên, với mục đích hàng đầu là tạo ra năng suất kinh tế nên đối tượng chính của hệ sinh thái nông là các thành phần cây trồng và vật nuôi.  Trong thực tế sản xuất, dựa vào tri thức và vốn đầu tư, con người giữ hệ sinh thái nông nghiệp ở mức phù hợp để có thể thu được năng suất cao nhất trong điều kiện cụ thể. Con người càng tác động đẩy hệ sinh thái nông nghiệp đến tiếp cận với hệ sinh thái có năng suất kinh tế cao nhất thì lực kéo về mức độ hợp lý của nó trong tự nhiên ngày càng mạnh, năng lượng và vật chất con người dùng để tác động vào hệ sinh thái càng lớn, hiệu quả đầu tư càng thấp. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Hình: Mô hình hệ sinh thái nông nghiệp (Đào Thế Tuấn 1984). 1.3. Kỹ thuật sinh thái du lịch. Du Lịch sinh thái của Nêpan: Du lịch sinh thái là đề cao sự quan tâm của nhân văn vào việc hoạch định và quản lý các tài nguyên du lịch tăng cường phát triển cộng đồng liên kết giữa bảo tồn thiên nhiên và phát triển du lịch sử dụng thu nhập từ du lịch để bảo vệ các nguồn lực mà ngành du lịch phụ thuộc vào. Định nghĩa du lịch sinh thái ở Việt Nam: là loại hình du lịch dựa vào thiên nhiên và văn hóa bản địa gắn với giáo dục môi trường có đóng góp cho các nổ lực bảo tồn và phát triển bền vững với sự tham gia tích cực của cộng đồng địa phương. Những nguyên tắc cơ bản của du lịch sinh thái:  Du lịch sinh thái sẽ tránh các tác động tiêu cực có thể gây thiệt hại và phá hủy tính toàn vẹn của môi trường tự nhiên hay văn hóa tại nơi diễn ra hoạt động du lịch.  Giáo dục cho du khách hiểu được tầm quan trọng của công tác bảo tồn tại các khu du lịch.  Mang lợi ích cho cộng đồng địa phương, nâng cao thu nhập và ổn định đời sống cho người dân địa phương sống tại vùng phát triển hoạt động du lịch hoặc các khu vực liền kề.  Phát triển hoạt động du lịch sinh thái cần có sự lập kế hoạch một cách rõ rang với mục tiêu hướng đến là sự phát triển bền vững. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Phát triển cơ sở hạ tầng trên cơ sở hòa hợp với môi trường, bảo tồn động vật hoang dã, thân thiện với môi trường tự nhiên, giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa thạch.  Bên cạnh việc mang lại nguồn doanh thu từ các khu vực được bảo tồn cần phải chú trọng đến công tác quản lý và bảo tồn tại những khu vực này. Hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ ngày càng tăng mức độ đa dạng sinh học, phong phú cả về chủng loài và số lượng loài. Theo báo cáo của các nhà khoa học về thành phần loài động thực vật như sau: 157 loài thực vật thuộc 76 họ. Trong đó, có 35 loài cây rừng ngập mặn thuộc 36 chi, 24 họ. Khu hệ động vật không xương sống, thủy sinh: có 70 loài thuộc 44 họ:Cua biển, tôm Sú, tôm Thẻ Bạc, sò Huyết. Khu hệ cá: có 137 loài thuộc 39 họ: cá Ngát, cá Bông Lau, cá Dứa. Khu hệ lưỡng thê, bò sát: có 9 loài lưỡng thê, 31 loài bò sát: Kỳ đà nước, Hổ Mang chúa, trăn Gấm, cá Sấu Hoa cà. Khu hệ chim: có 130 loài, 47 họ, 17 bộ: Bồ nông chân xám, Diệc xám, Vạc, Già Đẫy, Giang sen. Khu hệ thú: có 19 loài, 13 họ, 7 bộ như Mèo Rừng, Khỉ đuôi dài, Cầy vòi đốm, Nhím,… 1.4. Kỹ thuật sinh thái công nghiệp Nguyên tắc xây dựng khu công nghiệp sinh thái (KCNST) VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Phát triển khu công nghiệp sinh thái theo quy luật của hệ sinh thái tự nhiên: - Tạo sự cân bằng sinh thái từ quá trình hình thành đến phát triển của khu công nghiệp (KCN) (lựa chọn địa điểm, quy hoạch thiết kế, thi công xây dựng, lựa chọn doanh nghiệp, quá trình hoạt động, quản lý,…). - Mọi hoạt động liên quan tới phát triển KCNST cần được tiến hành đồng bộ, hợp nhất trên nguyên tắc bảo vệ môi trường và phù hợp với hệ sinh thái tự nhiên.  Thiết lập hệ sinh thái công nghiệp (HSTCN) trong và ngoài KCNST - Tạo chu trình sản xuất tuần hoàn giữa các doanh nghiệp trong KCN cũng như giữa doanh nghiệp trong KCN với các doanh nghiệp hay các khu vực chức năng khác ở bên ngoài. - Giảm thiểu và tái sử dụng sử dụng các nguồn năng lượng, nước. Tận dụng các nguồn năng lượng, nước thừa trong quá trình sản xuất. Sử dụng rộng rãi các nguồn năng lượng tái sinh: mặt trời, sức gió, sức nước,... - Giảm thiểu sử dụng các nguồn tài nguyên, đặc biệt là các tài nguyên không thể tái tạo được. Khuyến khích sử dụng các nguyên vật liệu tái sinh. Hạn chế sử dụng các chất gây độc hại. - Giảm thiểu lượng phát thải, đặc biệt là các chất thải độc hại. - Thu gom và xử lý triệt để các chất thải bằng các công nghệ thân thiện với môi trường. Tái sử dụng tối đa các chất thải.  Thiết lập "cộng đồng" doanh nghiệp trong KCNST - Hợp tác mật thiết và toàn diện giữa các doanh nghiệp trong KCNST cũng như với các doanh nghiệp bên ngoài, chia sẻ thông tin và các chi phí dịch vụ chung như: quản lý chất thải, đào tạo nhân lực, hệ thống thông tin môi trường cùng các dịch vụ hỗ trợ khác. - Khuyến khích các doanh nghiệp sản xuất sạch và đổi mới công nghệ thân thiện với môi trường. - Khuyến khích các doanh nghiệp và cá nhân hợp tác tham gia bảo vệ, phát triển môi trường sinh thái trong và ngoài KCN. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí - Phát triển tổ hợp các chức năng (công nghiệp, dịch vụ, công cộng, ở,...) và phát huy tối đa mối quan hệ tương hỗ giữa chúng. Nhà máy lọc dầu Statoil 225.000 tấn hơi/năm Hơi nóng Nông trại nuôi cá Asnaes Nhà máy điện Asnaes 80.000 tấn thạch cao/năm Gyproc (SX ván trát tường) 170.000 tấn tro & xỉ/năm 215.000 tấn hơi/năm Novo Nordisk (SX dược phẩm và enzyme Bùn Kemira (SX acid sulfuric) 14.000 tấn hơi/năm Methane và Ethane Khu dân cư TP. Kalundborg Sulfur Aalborg (SX ximăng và vật liệu lát đường) Bùn giàu dinh dưỡng Nông trại Hình: H˞ sinh thái công nghi˞p – KCN Kalundborg, Đan Mạch (Cohen-Rosenthal và cộng sự, 2003) 1.5. Kỹ thuật sinh thái đô thị Nguyên tắc của đô thị sinh thái  Xâm phạm ít nhất đến môi trường tự nhiên  Đa dạng hóa việc sử dụng đất, chức năng đô thị và các hoạt động khác của con người.  Trong điều kiện có thể, cố gắng giữ cho hệ thống đô thị được khép kín và tự cân bằng. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Giữ cho sự phát triển dân số đô thị và tiềm năng của môi trường được cân bằng một cách tối ưu. Theo tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO) – 1998 Tiêu chí đô thị sinh thái ở Việt Nam - Về kiến trúc, các công trình trong đô thị sinh thái phải đảm bảo khai thác tối đa các nguồn mặt trời, gió và nước mưa để cung cấp năng lượng và đáp ứng nhu cầu nước của người sử dụng. Thông thường là nhà cao tầng để dành mặt đất cho không gian xanh. - Sự đa dạng sinh học của đô thị phải được đảm bảo với các hành lang cư trú tự nhiên, nuôi dưỡng sự đa dạng sinh học và đem lại sự tiếp cận với thiên nhiên để nghỉ ngơi giải trí. - Giao thông và vận tải cần hạn chế bằng cách cung cấp lương thực và hàng hóa chủ yếu nằm trong phạm vi đô thị hoặc các vùng lân cận. Phần lớn dân cư đô thị sẽ sống và làm việc trong phạm vi bán kính đi bộ hoặc xe đạp để giảm thiểu nhu cầu di chuyển cơ giới. Sử dụng các phương tiện giao thông công cộng nối liền các trung tâm để phục vụ nhu cầu di chuyển xa hơn của người dân. Chia sẻ ô tô con địa phương cho phép mọi người chỉ sử dụng khi cần thiết. - Công nghiệp của đô thị sinh thái sẽ sản xuất ra các sản phẩm hàng hóa có thể tái sử dụng, tái sản xuất và tái sinh. Các quy trình công nghiệp bao gồm cả việc tái sử dụng các sản phẩm phụ và giảm thiểu sự vận chuyển hàng hóa. - Kinh tế đô thị sinh thái là một nền kinh tế tập trung sức lao động thay vì tập trung sử dụng nguyên liệu, năng lượng và nước, nhằm duy trì việc làm thường xuyên và giảm thiểu nguyên liệu sử dụng. 1.3. Đất ngập nước kiến tạo: 1.2.1. Định nghĩa + Đất ngập nước: Theo Công ước RAMSAR thì đất ngập nước bao gồm: những vùng đầm lầy, đầm lầy than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay kiến tạo, những vùng ngập nước tạm thời hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, là nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả những khu vực nước biển có độ sâu không quá 6m khi triều thấp. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Đất ngập nước được xem là vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm năng nông lâm ngư nghiệp nhưng rất nhạy cảm vềmặt môi trường sinh thái. Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khảnăng xửlý chất thải qua quá trình tựlàm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp. +Đất ngập nước kiến tạo: Xây dựng các khu xử lý nước thải qua đất được gọi là khu đất ngập nước kiến tạo, “kiến tạo” được hiểu là hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước nhưng việc xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý được quá trình vận hành ở mức đơn giản. Ứng dụng của đất ngập nước kiến tạo: xử lý nước thải hộ gia đình, nước thải công nghiệp, duy trì và xử lý nước mưa, làm khô bùn bằng đất ngập nước kiến tạo trồng cây sậy, xử lý bậc ba của các hệ thống xử lý nước thải truyền thống, xử lý nước ở các hồ bơi tự nhiên, xử lý một cách tự nhiên các dòng dông bị ô nhiễm, mái nhà đất ngập nước cải thiện chất lượng nước. 1.2.2. Phân loại Các kiểu đất ngập nước khác nhau ở những đặc điểm thiết kế chính của chúng cũng như các tiến trình loại bỏ chất ô nhiễm. Phân loại theo hình thức sống của loài thực vật chiếm ưu thế trong hệ thống như thực vật nổi trên mặt, lá nhô lên khỏi mặt nước, rễ ngập trong nước và thực vật ngập trong nước. Phân theo thủy học có hai loại chính: hệ thống dòng chảy mặt và hệ thống dòng chảy ngầm. Đất ngập nước có dòng chảy bề mặt: điển hình có một hoặc nhiều bể cạn chứa lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển dày 20 ÷ 30cm và chiều sâu lớp nước 20 ÷ 40 cm. Thực vật nổi dày đặc thường bao phủ hơn 50% diện tích bề mặt . Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0,3 m. Dưới đáy được thiết kế lớp chống thấm nhằm hạn chế sự rò rỉ, thất thoát nước. Dòng nước thải sẽ được cho chảy ngang qua lớp vật liệu lọc. Hình dạng thường là kênh dài và hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc. Đất ngập nước có dòng chảy bề mặt có khả năng triển khai mở rộng kích thước từ thấp hơn 1 ha cho đến lớn hơn 1000 ha. Loại thực vật trồng có 3 dạng: sống trôi nổi, có thân nhô lên mặt nước, sống chìm. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Hình 1.1 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy bề mặt Đất ngập nước có dòng chảy ngầm: Cấu tạo về cơ bản cũng giống các thành phần dòng chảy mặt nhưng nước thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc. Lớp lọc nơi thực vật phát triển trên đó thường có đất, cát, sỏi và đá được xếp thứ tự từ trên xuống, giữ cho lớp lọc có độ xốp. Kích thước sỏi hay đá được sử dụng phổ biến khoảng 10 ÷ 20mm. Bề dày lớp vật liệu dao động từ 0,6 ÷ 1 m. Theo dòng chảy có thể phân làm 2 dạng: phương ngang và phương thẳng đứng từ dưới lên hay từ trên xuống. Các thành phần hữu cơ bị phân huỷ chủ yếu bởi vi sinh dưới điều kiện hiếu khí, kỵ khí khi nồng độ oxy hoà tan trong lớp lọc bị giới hạn. Chất rắn lơ lửng được giữ lại do quá trình lọc, lắng và thường đạt hiệu quả rất cao. Hình 1.2 : Cấu tạo hệ thống đất ngập nước có dòng chảy ngầm Các hệ thống với dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF): Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòng chảy ra. Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh. Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống HSF là cây sậy. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF): Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt. Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng. Ở gần dưới đáy có ống thu nước đă xử lý để đưa ra ngoài. Các hệ thống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý lần 1. Thực nghiệm đă chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại. Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học. Công thức tính diện tích hệ thống đất ngập nước: A = ln Trong đó: A: diện tích (m2). Q: lưu lượng nước chảy vào công trình (m3/ngày). kA,T = kA, 20 (T – 20) kA,T = hằng số ở nhiệt độ t0C kA, 20= hằng số ở nhiệt độ 200C T: nhiệt độ nước trong công trình Wetland, 0C : yếu tố hiệu chỉnh nhiệt độ. Ce = nồng độ đầu ra, mg/l. Ci = nồng độ đầu vào, mg/l. C* = nồng độ nền, mg/l. Chỉ tiêu BOD TSS Nitơ hữu cơ- N NH4+- N NOx- N Tổng N Tổng P Fecal Coliform kA, 20 34 1000 17 18 35 22 12 75 C*, mg/l 1.00 3.5 + 0.053Ci 1.00 5.1 + 0.16Ci 1.05 1.5 1.04 0.00 1.09 0.0 1.05 1.50 1 0.02 1.00 300 cfu/100ml Nguồn: Kadlec & Knight, 1996.Reed et al, 1995 Thiết kế FWS – loại bỏ BOD VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí As= A: diện tích (m2). Q: lưu lượng nước chảy vào công trình (m3/ngày). dw = chiều sâu công trình, chọn 0.1- 0.46 m η= chọn 0.65-0.75 KT = K20 (1.06)(T-20) K20 = 0,678 ngày-1 Ce = BOD đầu vào, mg/l. Co = BOD đầu ra, mg/l. 1.3. Các loại thực vật đặc trưng sử dụng để xử lý nước thải Nhiều loại cây trồng cho vùng đất ngập nước kiến tạo được lựa chọn đểtham gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nước thải, nhiều nhất là các loại cây sậy, năn, lác, cỏ Vetiver hoặc lục bình, hoa súng, bèo các loại, …Các loại cây này có rễ bám vào lớp đất ở đáy với thân vươn cao lên trên mặt nước. Cây sậy hoặc gọi tắt là sậy, một loại cỏcao và khỏe có thểtìm thấy tại nhiều quốc gia vùng nhiệt đới, đặc biệt là các vùng đất ngập nước, nước ngọt và nước hơi lợ. Sậy được sửdụng rộng rãi trong việc xửlý các loại nước thải khác nhau qua một khu đất ngập nước kiến tạo. Sậy có khảnăng giữmột lượng lớn các chất dinh dưỡng trong nước thải qua lượng sinh khối của chúng. Sậy còn loại bỏ được một lượng lớn nitrogen trong nước thải do hấp thu qua hệthống rễcủa chúng. Ởmiền Trung Ấn Độ, giống sậy Phragmites karka đã loại bỏ78% lượng nitrogen và 58 – 65% lượng phosphorous sau khi qua một hệthống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nằm ngang (Billore et al., 1999). Cỏ vetiver là một trong những giống cỏ chống xói mòn, sạt lở đất được các nhà khoa học đánh giá hiệu quả nhất hiện nay vì các đặc tính tốt như: bộ rễ phát triển nhanh, khoẻ, cắm sâu vào lòng đất hình thành một dàn cừ sống sâu 3-4m, thân cây thẳng đứng, không bò lan, phát triển tốt trên nhiều địa hình khác nhau; rễ cỏ vetiver là môi trường cố định đạm tốt, giảm phèn cho đất đặc biệt không tranh giành dinh dưỡng đối với cây nông nghiệp xung quanh bên cạnh đó bộ rễ có tinh dầu mùi thơm không thích nghi với mùi vị VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí của các loài gậm nhấm… Cỏ Vetiver thích hợp cho 3 vùng sinh thái: ngọt, lợ và mặn. Nhờ có hệ thống rễ phát triển dày đặc, cỏ vetiver có khả năng hấp thu một cách có hiệu quả các khoáng chất có độc tính từ nguồn phân bón và thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm trong đất và nước như các chất N, P, Al, Mg, Hg, Cd và Pb.Trồng cỏ Vetiver được xem như là xây dựng một hàng rào bê tông sinh học chống lại xói mòn sạt lỡ đất do có một số tác dụng có hiệu quả như: giảm vận tốc dòng chảy, giữ đất không bị nước cuốn trôi.. Duy trì độ ẩm của đất, tăng độ phì cho đất. Vấn đề an toàn về môi trường đến nay, chưa thấy có ảnh hưởng xấu nào trong việc sử dụng công nghệ cỏ vetiver cũng như chưa có phản ứng phụ nào tác động xấu đến con người. Ngoài việc chống xoáy mòn mới đây cỏ vertiver còn được dùng trong sử lí nước thải rất hiệu quả. Thực vật thủy sinh là một thành phần không thể thiếu được của các hệ sinh thái này. Một số bộ phận thực vật đóng vai trò quan trọng trong các quá trình xử lý nước thải như:  Phần thực vật tiếp xúc với không khí: Bóng cây làm suy giảm ánh sáng dẫn đến giảm sự sinh trưởng của thực vật phù du; Tạo vi khí hậu, cách nhiệt trong mùa đông; Giảm tốc độ gió; Tạo chất dinh dưỡng thông qua quá trình quang hợp.  Phần thực vật tiếp xúc với nước: Có các hiệu quả lọc (lọc qua các mô xốp); Giảm tốc độ dòng chảy, tăng tỷ lệ trầm tích; Cung cấp diện tích bề mặt cho vi sinh vật bám dính; Tạo O2 bởi quang hợp, tăng sự phân hủy hiếu khí; Hấp thụ chất dinh dưỡng. Rễ và đới rễ trong lớp trầm tích: Giúp ổn định bề mặt lắng đọng, giảm xói mòn; Ngăn chặn sự tắc nghẽn lớp lọc trong hệ thống dòng thẳng đứng; Sinh O2 làm tăng sự phân hủy hiếu khí và sự nitrat hóa; Hấp thụ chất dinh dưỡng. 1.4. Điều kiện vận hành đất ngập nước dòng chảy ngầm Tải lượng nạp nước: tải lượng nạp nước có liên quan mật thiết với thời gian lưu nước (cũng như vận tốc di chuyển của nước) và tải lượng nạp BOD5. Nếu tải lượng nạp nước lớn thì thời gian lưu nước trong hệ thống sẽ ngắn và ngược lại. Tải lượng nạp nước thường sử dụng nằm trong khoảng 150 ÷ 500 m3/ha.ngày. Tải lượng nạp BOD5: Sự điều chỉnh tải lượng nạp BOD5 vào đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nhằm hai mục đích: chuẩn bị chất hữu cơ cho vi khuẩn tiêu thụ và điều chỉnh lượng chất hữu cơ nạp vào nhằm ngăn sự thiếu oxy. Nếu lượng chất hữu cơ nạp VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí quá nhiều, đặc biệt không có sự phân phối sẽ làm cây chế và có mùi. Tải lượng nạp BOD5 nên điều chỉnh tối đa là 110 kg/ha.ngày và trung bình là 65 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước: Thời gian lưu nước có quan hệ với các yếu tố như: độ dốc, chiều sâu mực nước, hình dạng, loại cây trồng, loại vật liệu lọc của hệ thống. Thời gian lưu nước thường nằm trong khoảng 4 ÷ 15 ngày. Quản lý kỹ thuật: Khi bắt đầu đưa đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm vào hoạt động cần thiết phải kiểm tra các thông số về mực nước ngầm, độ thấm nước của đất. Trong giai đoạn này lưu lượng nạp nước thường nhỏ khoảng 30 ÷ 40% lưu lương nạp nước yêu cầu, sau đó sẽ tăng dần cho đến khi cây trồng phát triển. Khi đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm hoạt động ổn định thì ta phải thường xuyên theo dõi lưu lượngnạp nước, tảilượng nạp BOD5, hiệu quả xử lý của hệ thống,… Ngoài ra phải kiểm tra, bảo quản hệ thống phân phối nước đầu vào, hệ thống thu gom đầu ra và có biện pháp giải quyết kịp thời cho trường hợp ngập cục bộ trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm. 1.5. Các cơ chế loại bỏ chất thải trong hệ thống đất ngập nước Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm: các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và các vi sinh vật gây bệnh. Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các quá trěnh vật lý, hóa học và sinh học. Vật lý: Lắng do trọng lực: Các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp lọc, qua tầng rễ; Lực hấp dẫn giữa các phần tử; Sự bay hơi NH3 từ nước thải. Hóa học: Tạo thành các hợp chất; Hấp phụ trên bề mặt lớp lọc và bề mặt thực vật; Phân hủy hoặc biến đổi của các hợp chất kém bền bởi các tác nhân như tia tử ngoại, oxy hóa ... Sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy vŕ vi sinh vật bám dính trên thực vật. Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động của vi sinh vật; Dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhięn của các chất hữu cơ trong môi trường. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí 1.6. Các quá trình xử lý chất ô nhiễm trong ĐNN kiến tạo Quá trình xử lí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học:Trong các bãi lọc, sự phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) trong nước thải. BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng. Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuyếch tán. Quá trình tách các chất rắn:Các chất rắn lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì các hệ thống này có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua các cơ chế lọc. Các cơ chế xử lí trong hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng. Thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong loại bỏ các chất rắn. Quá trình khử Nitơ: Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của N2 xảy ra trong các tầng oxi hóa khử của đất, bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên mặt đất. N2 được loại bỏ trong các bãi lọc nhờ 3 cơ chế sau:  Nitrat hóa / khử nitrat.  Sự bay hơi của NH3.  Sự hấp thụ của thực vật. Quá trình khử Photpho: Vai trò của thực vật trong việc loại bỏ P vẫn còn vấn đề tranh cãi nhưng dù sao đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn P ra khỏi hệ thống bãi lọc. Các qúa trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưa được P vào đất hay vật liệu lọc. Khi lượng P trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ. Cơ chế loại bỏ P trong các bãi lọc gồm có:  Sự hấp thụ của thực vật.  Các quá trình đồng hóa của vi khuẩn.  Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Kết tủa lắng cùng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+. Quá trình xử lí kim loại nặng: Các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kim loại mạnh rất khác nhau. Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, cơ chế hóa học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật. Các vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu các kim loại nặng. Các cơ chế loại bỏ chúng gồm có:  Kết tủa và lắng ở dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfit kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu.  Hấp phụ lên các kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí  Kết hợp lẫn thực vật và đất - Hấp phụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc trồng cây. Quá trình xử lí các hợp chất hữu cơ: Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các hệ thống chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) và hấp phụ của thực vật. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm. Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lí lên bề mặt các chất lắng được và sau đó là quá trình lắng. Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu bãi lọc. Các chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ (Polprasert và Dan, 1994), tuy nhiên cơ chế này còn chưa được hiểu rõ và còn phụ thuộc nhiều vào loại thực vật được trồng, cũng như đặc tính của chất bẩn. Quá trình xử lí vi khuẩn: Về bản chất cũng giống như quá trình loại bỏ các vi sinh trong hồ sinh học. Vi khuẩn có trong nước thải được loại bỏ nhờ:  Các quá trình vật lí như lắng, dính kết, lọc, hấp phụ  Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài 1.7. Ưu điểm và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo * Ưu điểm VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí  Một hệ sinh thái tự duy trì hầu nhƣ không cần năng lượng điện hoặc cơ khí, không cần bổ sung hóa chất.  Xử lý nước thải không tập trung, tiết kiệm chi phí đầu tư vào hệ thống thoát nước. Vốn đầu tư thường thấp hơn các hệ thống xử lý truyền thống.  Chi phí năng lượng và bảo dưỡng thấp (chi phí cả dòng đời thấp).  Không ồn, không mùi, ít sản sinh bùn.  Chịu được sự dao động lưu lượng nước và nồng độ chất ô nhiễm.  Giảm nước mưa chảy tràn.  Thực vật có thể tái sinh tự nhiên và mang lại giá trị kinh tế.  Khả năng xử lý đa dạng nguồn nước thải.  Tạo cảnh quan tự nhiên và cho một tiềm năng bảo tồn động vật hoang dã lớn.  Cung cấp những cơ hội giải trí và giáo dục. * Nhược điểm  Hệ thống đất ngập nước có thể chịu được sự giảm mực nước tạm thời nhưng cần tồn tại một lượng nước tối thiểu.  Tốc độ bốc thoát hơi nước của thực vật thủy sinh trong đất ngập nước cao, do đó làm giảm thể tích nước sẵn có dùng để cung cấp cho hệ thống.  Các diện tích đất cần thiết cho các hệ thống (FWS) có thể là lớn, đặc biệt là nếu trong yêu cầu loại bỏ về nitơ hay phospho.  Các loại bỏ BOD, COD và nitơ được quá trình sinh học và cơ bản liên tục tái tạo. Các phospho, kim loại và một số chất hữu cơ được loại bỏ của hệ thống bị ràng buộc trong trầm tích và tích luỹ qua thời gian.  Trong mùa đông lạnh, khí hậu nhiệt độ thấp làm giảm tỷ lệ cho loại bỏ đối với BOD và tăng phản ứng sinh học Nitrat hóa, phản nitrat hóa.  Muỗi và côn trùng có thể trở thành vấn đề cần quan tâm . Đất ngập nước, đặc biệt là hệ thống dòng chảy mặt cung cấp nơi ở lý tưởng cho muỗi.  Yêu cầu bao gồm cả thủy lực và kiểm soát về độ sâu của mực nước, dòng vào, dòng ra, cơ cấu làm sạch, loại bỏ cỏ, quản lý thực vật, muỗi và côn trùng. Các kế hoạch kiểm soát sinh học đối với muỗi được thể hiện qua việc sử dụng cá ăn muỗi hơn là việc sử dụng hóa chất trong kiểm soát mầm bệnh là cần thiết phải bao gồm trong việc thiết kế. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí DO trên 1mg/l là cần thiết để duy trì quần thể cá. Thực vật với mật độ thưa có lẽ cũng cần thiết để tránh hình thành những túi nước mà cá không thể vào được.  Mực nước trong đầm lầy có thể cần điều chỉnh trên cơ sở theo mùa đòi hỏi phải kiểm soát, tùy thuộc vào điều kiện của địa phương và yêu cầu cụ thể.  Thanh tra hoạt động về tốc độ tăng trưởng thực vật, hoạt động hệ thống thoát nước, cấu trúc và thiệt hại, bay hơi, rò rỉ, tích lũy trầm tích, mật độ của thực vật. Chương 2. MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO Xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100 năm nay ở Mỹ và Châu Âu và gần đây nhất là ở các nước Châu Á và Châu Úc. Việc nghiên cứu kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt là các công trình của Kadlec và Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993), Kadllec et al. (2000), Solano et al. (2003), Vymazal (2005),… cho thấy hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), lượng oxy hòa tan (DO), tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform,… đầu có giảm đáng kể trong nước thải. 2.1. Mô hình đất ngập nước kiến tạo trên thế giới. 2.1.1. Tại Albania Bộ môn Kỹ thuật môi trường – Khoa Kỹ thuật dân dụng của trường đại học Polytechic của Tirana đã thực hiện dự án xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng đất ngập nước kiến tạocó công suất 16,8 m3/ngày tại làng trẻ em SOS ở Tirana, Albania. Công trình đi vào hoạt động vào tháng 1/2010. Nước thải sinh hoạt được dẫn qua bể lắng trước khi qua 2 công trình hệ thống dòng chảy ngầm ngang (165m2) đặt song song. Sau đó, nước thải tiếp tục đi qua1 công trình hệ thống dòng chảy ngầm đứng (220m2). Nước sau xử lý được trữ lại trong bể dành cho mục đích tưới tiêu. Các chỉ tiêu nước thải đầu vào và đầu ra đáp ứng tiêu chuẩn WHO. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí