MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Ở Việt Nam hiện nay, phần lớn lƣợng nƣớc thải sinh hoạt ở các khu dân cƣ trong các đô thị, ngoại thành hay các vùng nông thôn còn chƣa đƣợc xử lý đúng quy cách. Nƣớc thải từ các khu vệ sinh mới đƣợc xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lƣợng chƣa đạt các yêu cầu để có thể xả ra môi trƣờng, đây chính là nguyên nhân chính gây ô nhiễm và là nguồn lây lan bệnh tật, ảnh hƣởng đến sức khoẻ cộng đồng. Trong điều kiện hiện nay, khi phần lớn các dự án thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải còn chƣa thể đến đƣợc mọi nơi, bên cạnh đó còn rất khó có kinh phí để duy trì vận hành, bảo dƣỡng hệ thống thì việc nghiên cứu làm sạch nƣớc thải tại chỗ cho các hộ gia đình, các cụm dân cƣ bằng công nghệ phù hợp, vừa đơn giản, vừa có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi trƣờng đang đƣợc tìm hiểu và nghiên cứu.
Đất ngập nƣớc nhân tạo (constructed wetland) là một trong những phƣơng pháp xử lý nƣớc thải hiệu quả, hiện đang đƣợc nghiên cứu và áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, cả ở các nƣớc phát triển và đang phát triển nhờ những ƣu điểm nhƣ: mang tính tự nhiên, chi phí thấp, hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm tốt, thân thiện với môi trƣờng. Sinh khối thực vật, bùn phân huỷ, nƣớc thải sau xử lý có giá trị kinh tế. Ở Việt Nam, công nghệ này còn tƣơng đối mới mẻ và hứa hẹn sẽ rất phát triển thời gian tới nếu các nghiên cứu trên mô hình xác nhận đƣợc tính khả thi. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đƣợc hiệu quả xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo dòng chảy đứng hai bậc dùng hai loại thực vật phổ biến; -1- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu xác định đƣợc tải trọng tối ƣu và khả năng áp dụng kết quả nghiên cứu trong thực tế xử lý nƣớc thải ở khu dân cƣ với chi phí thấp.
Phạm vi nghiên cứu - Mô hình đất ngập nƣớc nhân tạo dòng chảy ngầm theo phƣơng đứng hai bậc đƣợc thực hiện ở qui mô phòng thí nghiệm với hai loại thực vật là Sậy (Phragmites australis) và Vetiver (Vetiveria zizanioides). - Nƣớc thải sinh hoạt sử dụng trong nghiên cứu đƣợc lấy từ cộng đồng dân cƣ nhỏ có các thành phần ô nhiễm tiêu biểu cho các khu dân cƣ. - Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên mô hình đặt tại phòng thí nghiệm khoa Môi trƣờng - Đại học Bách Khoa TP. Nội dung nghiên cứu - Xác định tải trọng COD vận hành thích hợp của mô hình ứng với các tải trọng bậc 1 thí nghiệm tăng dần 200, 400, 600, 800 và 1000 kgCOD/ha.
- Phân tích khả năng tích lũy chất dinh dƣỡng (N, P) trong sinh khối của các loài thực vật thử nghiệm và trong các lớp vật liệu lọc. - Đánh giá kết quả và xác định tải trọng tối ƣu ứng dụng xử lý nƣớc thải sinh hoạt với giải pháp đất ngập nƣớc nhân tạo dòng chảy đứng hai bậc kết hợp hai loại thực vật. Phƣơng pháp nghiên cứu thu thập thông tin Tham khảo, tổng hợp số liệu về thành phần tính chất nƣớc thải công nghiệp theo các tài liệu trong và ngoài nƣớc. Tìm hiểu nghiên cứu các công nghệ xử lý nƣớc thải, những nghiên cứu đã đƣợc thực hiện trong và ngoài nƣớc.
Thu thập, tìm hiểu các nghiên cứu đã đƣợc thực hiện về xử lý loại bỏ nitơ, phospho trong nƣớc thải cũng nhƣ các công trình đã áp dụng trên thế giới để có cơ sở và phƣơng hƣớng nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam. -2- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu 2 c Các ch tiêu lý hóa đƣợc phân tích trong suốt quá trình nghiên cứu. Các ch tiêu nghiên cứu cụ thể nhƣ: pH, COD, BOD5, NO2-, NO3-, TKN, TP, NH4+, tổng coliform, tích luỹ chất dinh dƣỡng (N, P) trong thực vật và vật liệu đƣợc xác định trong quá trình nghiên cứu. c c Mô hình nghiên cứu đƣợc xây dựng bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều kiện sinh trƣởng cũng nhƣ hoạt động của vi sinh trong nghiên cứu.
Nƣớc thải thực cung cấp chạy cho mô hình nghiên cứu. Các mẫu phân tích đƣợc lấy từ mô hình, phân tích các ch tiêu nghiên cứu. ậ Từ số liệu thô, tính toán hiệu suất xử lý, hiệu suất chuyển hóa, vẽ đồ thị, đƣa ra những phân tích nhận x t đánh giá và kết luận. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về mặt khoa học, nghiên cứu đánh giá hiệu quả xứ lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp đất ngập nƣớc nhân tạo dòng chảy đứng hai bậc, tìm ra những ƣu, khuyết điểm của phƣơng pháp này làm tiền đề cho những nghiên cứu sau này.
Về mặt thực tiễn, trên cơ sở ƣu, khuyết điểm của phƣơng pháp này có thể đề xuất áp dụng trong thực tế xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu dân cƣ, cộng đồng nhỏ. Phƣơng pháp đất ngập nƣớc nhân tạo là một trong những kỹ thuật sinh thái điển hình và có nhiều ƣu điểm. Với đặc thù điều kiện tự nhiên ở Việt Nam, công nghệ đất ngập nƣớc nhân tạo áp dụng trong xử lý nƣớc thải là rất tiềm năng. -3- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu CHƢƠNG II TỔNG QUAN 2.
Nƣớc thải sinh hoạt 2. Thành phần tính chất a. Nguồn g c ớc thải sinh hoạt. Nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc đƣợc thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân… Chúng thƣờng đƣợc thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trƣờng học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác.
Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của một khu dân cƣ phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nƣớc và đặc điểm của hệ thống thoát nƣớc. Tiêu chuẩn cấp nƣớc sinh hoạt cho một khu dân cƣ phụ thuộc vào khả năng cung cấp nƣớc của các nhà máy nƣớc hay các trạm cấp nƣớc hiện có. Các trung tâm đô thị thƣờng có tiêu chuẩn cấp nƣớc cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lƣợng nƣớc thải sinh hoạt tính trên một đầu ngƣời cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn. Nƣớc thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thƣờng thoát bằng hệ thống thoát nƣớc dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nƣớc nên nƣớc thải thƣờng đƣợc tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm.
Thành phầ đặc tính ớc thải sinh hoạt. Gồm 2 loại: - Nƣớc thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con ngƣời từ các phòng vệ sinh. - Nƣớc thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. Nƣớc thải sinh hoạt thƣờng không đƣợc xem một cách phức tạp nhƣ là nguồn nƣớc thải công nghiệp vì nó không có nhiều thành phần độc hại.
Trong thiết kế các trạm xử lý nƣớc thải, các thông số về lƣợng chất rắn lơ lửng (suspended solids, SS) và BOD5 thƣờng đƣợc sử dụng giới hạn. Tổng chất rắn (total solids, TS) có thể lấy theo hình 2.1 hoặc chừng 225 l/ngƣời.ngđ hoặc xấp x 800 mg/l. Lƣợng chất rắn lơ lửng có thể lấy chừng 40% tổng lƣợng rắn, -4- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu hoặc chừng 350 mg/l. Trong số này, khoảng 200 mg/l là lƣợng rắn lơ lửng có thể lắng đọng chừng 60% sau khoảng 1 giờ để yên nƣớc, đƣợc lấy ra khỏi nƣớc và xử lý vật lý nhƣ một biện pháp lắng sơ cấp.
Phần còn lại, chừng 100 mg/l là những chất không thể lắng đọng và có thể dùng các biện pháp xử lý hóa học hoặc sinh học để loại thải. Hầu hết biện pháp xử lý thứ cấp là sinh học. Phần còn lại cuối cùng phần lớn là vi chất vô cơ của chất rắn không lắng đọng đƣợc, muốn loại bỏ hoàn toàn phải dùng những biện pháp xử lý triệt để. Phân loại chất rắn trong nƣớc thải ô nhiễm loại trung bình (Nguồn :Metcalf&Eddy.
Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Third Eđition , 1991) Nƣớc thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. -5- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu Chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải bao gồm các hợp chất nhƣ protein (40 – 50%), hydrat cacbon (40 – 50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nƣớc thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l theo trọng lƣợng khô.
Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học. Ở những khu dân cƣ đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp k m, nƣớc thải sinh hoạt không đƣợc xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt Mức độ Chất ô nhiễm Đơn vị Trung Thấp Cao bình 1. Chất rắn tổng cộng (TS) mg/l 350 720 1200 - Hòa tan (TDS) mg/l 250 500 850 - Lơ lửng (SS) mg/l 100 220 350 2.
Chất rắn lắng đƣợc mg/l 5 10 20 3. Nitơ tổng (tính theo N) mg/l 20 40 85 - Hữu cơ mg/l 8 15 35 - Amoni tự do mg/l 12 25 50 - Nitrít mg/l 0 0 0 - Nitrát mg/l 0 0 0 6. Phốt pho tổng (tính theo P) mg/l 4 8 15 - Hữu cơ mg/l 1 3 5 - Vô cơ mg/l 3 5 10 No/100 7. Tổng Coliform 106 - 107 107-108 107-109 ml (Nguồn :Metcalf&Eddy.
Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Third Eđition , 1991) -6- Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đào Khánh Châu Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của khu dân cƣ đƣợc xác định trên cơ sở nƣớc cấp. Tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt của các khu dân cƣ đô thị thƣờng là từ 100 đến 250 l/ngƣời/ngày (đối với các nƣớc đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/ngƣời/ngày (đối với các nƣớc phát triển). Tiêu chuẩn cấp nƣớc các đô thị nƣớc ta hiện nay dao động từ 120 đến 180 l/ngƣời/ngày.
Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt từ 50 đến 120 l/ngƣời/ngày. Tiêu chuẩn nƣớc thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nƣớc. Thông thƣờng tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt lấy bằng 80 đến 100% tiêu chuẩn cấp nƣớc cho mục đích nào đó.