Luận Văn Thạc Sĩ: Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Kí Túc Xá Đại Học Thái Nguyên Bằng Mô Hình Đất Ngập Nước

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt kí túc xá Đại học Thái Nguyên bằng mô hình đất ngập nước, hiệu quả và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thị Loan
• Người hướng dẫn: Th.S Dương Thị Minh Hòa
• Trường học: Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt kí túc xá K Đại học Thái Nguyên bằng mô hình đất ngập nước
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• 1. Phần 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 2. Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Một số khái niệm cơ bản
• 2.3. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
• 2.3.1. Khái niệm nước thải sinh hoạt
• 2.3.2. Nguồn thải
• 2.3.3. Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt
• 2.3.3.1. Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt
• 2.3.3.2. Thành phần sinh học của nước thải sinh hoạt
• 2.3.4. Tác hại của nước thải sinh hoạt tới môi trường và sinh vật
• 2.3.5. Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt
• 2.3.5.1. Độ pH
• 2.3.5.2. Độ đục
• 2.3.5.3. Mùi
• 2.3.5.4. Màu
• 2.3.5.5. Hàm lượng các chất rắn
• 3. Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Thời gian, địa điểm nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 3.4.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
• 3.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.4.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
• 3.4.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Tổng quan về Đại học Thái Nguyên
• 4.2. Hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên
• 4.3. Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước
• 4.3.1. Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước theo thời gian
• 4.3.2. Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước theo loại cây
• 5. Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Xử lý nước thải sinh hoạt kí túc xá Đại học Thái Nguyên

Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý nước thải sinh hoạt tại khu kí túc xá Đại học Thái Nguyên bằng mô hình đất ngập nước. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả của mô hình này trong việc giảm thiểu các chất ô nhiễm như BOD5, COD, Nitơ và Photpho. Nghiên cứu cũng đề xuất quy trình công nghệ phù hợp để đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT.

1.1. Hiện trạng nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt tại khu kí túc xá Đại học Thái Nguyên chứa nhiều chất ô nhiễm như BOD5, COD, Nitơ và Photpho. Các chất này gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước xung quanh. Nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra chất lượng nước trước và sau khi xử lý bằng mô hình đất ngập nước, nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp này.

1.2. Mô hình đất ngập nước

Mô hình đất ngập nước được sử dụng trong nghiên cứu là một hệ thống xử lý nước thải dựa trên nguyên lý sinh học. Hệ thống này sử dụng thực vật thủy sinh và vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Kết quả cho thấy mô hình này có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, đặc biệt là BOD5 và COD.

II. Công nghệ xử lý nước thải

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải bằng mô hình đất ngập nước với các phương pháp truyền thống như cơ học, hóa học và sinh học. Kết quả cho thấy mô hình đất ngập nước có chi phí thấp hơn và dễ vận hành, phù hợp với điều kiện của khu kí túc xá.

2.1. Phương pháp cơ học và hóa học

Các phương pháp cơ học và hóa học truyền thống có ưu điểm là hiệu quả cao trong việc loại bỏ chất rắn lơ lửng và một số chất hữu cơ. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao, cũng như cần nhân lực có trình độ chuyên môn.

2.2. Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học, đặc biệt là mô hình đất ngập nước, được đánh giá là phù hợp với điều kiện của khu kí túc xá. Hệ thống này sử dụng thực vật thủy sinh và vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ, giảm thiểu chi phí và dễ dàng vận hành.

III. Đánh giá hiệu quả mô hình đất ngập nước

Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá hiệu quả của mô hình đất ngập nước trong việc xử lý nước thải sinh hoạt. Kết quả cho thấy mô hình này có khả năng giảm thiểu đáng kể các chất ô nhiễm như BOD5, COD, Nitơ và Photpho, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT.

3.1. Hiệu quả theo thời gian

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý của mô hình đất ngập nước tăng dần theo thời gian. Sau 8 ngày, mô hình đạt hiệu suất xử lý BOD5 và COD lên đến 80-90%, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải.

3.2. Hiệu quả theo loại cây

Nghiên cứu cũng đánh giá hiệu quả xử lý của các loại cây thủy sinh khác nhau. Kết quả cho thấy cây Chuối hoa và Rau Dừa nước có khả năng xử lý nước thải hiệu quả nhất, đặc biệt là trong việc loại bỏ Nitơ và Photpho.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất mô hình xử lý nước thải phù hợp với điều kiện của khu kí túc xá Đại học Thái Nguyên. Mô hình này không chỉ cải thiện chất lượng môi trường mà còn giảm thiểu chi phí xử lý, có thể áp dụng rộng rãi tại các khu nhà ở tập trung khác.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đã đề xuất một mô hình xử lý nước thải hiệu quả, dựa trên nguyên lý sinh học. Mô hình này có thể được áp dụng tại các khu nhà ở tập trung có điều kiện tương tự, góp phần bảo vệ môi trường và tài nguyên nước.

4.2. Ý nghĩa kinh tế

Mô hình đất ngập nước có chi phí xây dựng và vận hành thấp hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này giúp giảm thiểu gánh nặng tài chính cho các cơ sở giáo dục và khu dân cư.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường nước mặt do nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý đang là một trong những thách thức môi trường cấp bách tại Việt Nam. Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng, các hợp chất dinh dưỡng nitơ, phospho và vi sinh vật gây bệnh, làm suy giảm lượng oxy hòa tan và dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận.

Tại Đại học Thái Nguyên, khu ký túc xá K (nằm trong khuôn viên Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên) có quy mô xây dựng gồm 16 dãy nhà 5 tầng (mỗi dãy 45 phòng) với diện tích sàn 18.375 m², là nơi lưu trú của khoảng 4.200 sinh viên nội trú. Tổng lượng nước tiêu thụ tại khu ký túc xá khoảng 10.000 m³/tháng, phát sinh lưu lượng nước thải sinh hoạt ước tính khoảng 8.000 m³/tháng (tương đương 80.000 m³/năm học 10 tháng). Toàn bộ lượng nước thải này xả trực tiếp ra suối Nông Lâm mà chưa qua hệ thống xử lý hoàn chỉnh, gây ô nhiễm cục bộ nghiêm trọng. Trong khi đó, các công nghệ xử lý cơ - hóa - sinh truyền thống đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp, khó áp dụng rộng rãi cho khu ký túc xá. Do đó, việc ứng dụng công nghệ sinh thái đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm với thảm thực vật thủy sinh sẵn có là giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Kiểm tra các thành phần ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K trước khi xử lý, sau đó sử dụng mô hình thí nghiệm để kiểm tra khả năng xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước.
2. Đề xuất ứng dụng quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng đất ngập nước đáp ứng tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam (QCVN 14:2008/BTNMT).

Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu:

• Dựa vào tài liệu sẵn có để tìm hiểu về thuộc tính xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước.
• Đưa ra các nhận định ban đầu về thực trạng nước thải khu ký túc xá K.
• Tiến hành kiểm tra chất lượng nước trước khi xử lý, sử dụng mô hình thí nghiệm để kiểm tra khả năng xử lý của hệ thống.
• Kiểm chứng hiệu quả xử lý đối với các thông số: pH, BOD₅, COD, TSS, NO₃⁻, Phospho tổng số (P-t) theo các khoảng thời gian lưu nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt tại khu ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên và mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo chiều đứng kết hợp 2 loài thực vật thủy sinh: Cây Chuối hoa (Canna generalis Bailey) và cây rau Dừa nước (Ludwigia adscendens).
• Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước trồng cây Chuối hoa và rau Dừa nước tại khu ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên trong khoảng thời gian từ tháng 01/2014 đến tháng 04/2014.

Ý nghĩa đề tài:

• Ý nghĩa khoa học: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về khả năng hấp phụ, chuyển hóa chất ô nhiễm của các loài thực vật thủy sinh bản địa trong mô hình bãi lọc ngầm nhân tạo dòng chảy thẳng đứng; làm cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ sinh thái xử lý nước thải sinh hoạt phân tán.
• Ý nghĩa môi trường: Đưa chất lượng nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, giảm thiểu tải lượng ô nhiễm xả ra suối Nông Lâm và nguồn tiếp nhận.
• Ý nghĩa kinh tế: Đề xuất mô hình xử lý có chi phí đầu tư xây dựng, vật liệu lọc và vận hành thấp hơn đáng kể so với các trạm xử lý nước thải cơ giới tập trung.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh thái kết hợp bãi lọc ngầm nhân tạo (Constructed Wetland). Theo Công ước Ramsar, đất ngập nước có khả năng tự làm sạch thông qua các tác động tổng hợp: lắng cơ học qua tầng giá thể lọc (cát, sỏi), hấp thụ và chuyển hóa dinh dưỡng (N, P) của hệ rễ thực vật, cùng quá trình phân giải sinh hóa các hợp chất hữu cơ (BOD₅, COD) bởi màng vi sinh vật bám dính (biofilm) trên bề mặt giá thể và rễ cây.

Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng trong nghiên cứu bao gồm:

• Luật Bảo vệ môi trường số 52/2005/QH11 ngày 29/11/2005.
• Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 26/12/2012.
• Nghị định số 80/2006/NĐ-CP và Nghị định số 21/2008/NĐ-CP về hướng dẫn thi hành Luật Bảo vệ môi trường.
• Nghị định số 117/2007/NĐ-CP về sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nước sạch.
• Nghị định số 67/2003/NĐ-CP và Nghị định số 26/2010/NĐ-CP về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
• Thông tư số 09/2009/TT-BXD về thoát nước đô thị và khu công nghiệp.
• QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng đối chiếu Mức A và Mức B).
• QCVN 01:2009/BYT và QCVN 02:2009/BYT về chất lượng nước ăn uống và sinh hoạt.

Thiết kế mô hình thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm bán tự nhiên với mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo chiều đứng (Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland):

• Cấu trúc bồn lọc: Bồn làm bằng thùng nhựa dẻo, kích thước đường kính 35 cm, chiều cao 55 cm, đặt ngoài trời có mái che khi mưa.
• Cấu trúc các lớp vật liệu lọc (từ dưới lên trên):
  1. Lớp 1 (đáy): Sỏi to dày 15 cm, đường kính hạt 30–60 mm.
  2. Lớp 2: Sỏi nhỏ dày 10 cm, đường kính hạt 12 mm.
  3. Lớp 3: Cát thô dày 15 cm, đường kính hạt 6 mm.
  4. Lớp 4 (bề mặt): Cát mịn dày 8 cm.
• Bố trí công thức thí nghiệm: Thí nghiệm ngẫu nhiên hoàn toàn với 3 công thức, nhắc lại 3 lần:
  • Công thức 1 (CT1 - Đối chứng): Nước tự xử lý trong mô hình bãi lọc không trồng thực vật.
  • Công thức 2 (CT2): Mô hình đất ngập nước trồng cây rau Dừa nước (Ludwigia adscendens), trồng theo từng khóm phân bố đều.
  • Công thức 3 (CT3): Mô hình đất ngập nước trồng cây Chuối hoa (Canna generalis Bailey), mật độ 4 cây/thùng.
• Nguồn cây thực vật: Thu thập tại vùng đất ngập nước và khu vực ao cá Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
• Chế độ cấp nước và lấy mẫu: Nước thải sinh hoạt được tưới vào mô hình với mực nước cao hơn bề mặt 2 cm. Mẫu nước đầu ra được thu thập tại van đáy mô hình vào khung giờ 7h00–8h00 sáng ở các mốc thời gian lưu nước: 3 ngày, 6 ngày và 8 ngày (thể tích lấy 0,5 lít/mẫu).

  Nước thải đầu vào (ngập +2 cm trên bề mặt)
  Van xả đáy (Lấy mẫu phân tích 3, 6, 8 ngày)

Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Mẫu nước được thu thập theo tiêu chuẩn TCVN 5995-1995 và phân tích các thông số ô nhiễm chính theo các tiêu chuẩn quốc gia:

• pH: TCVN 6492-1999 (ISO 10523-1994).
• Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD₅): TCVN 6001-1995 (ISO 5815-1989).
• Nhu cầu oxy hóa học (COD): TCVN 6491:1999.
• Hàm lượng Nitrat (N-NO₃⁻): TCVN 6180-1996 (ISO 7890-3-1988).
• Phospho tổng số (P-t / Photphat): TCVN 6202:2008.
• Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): TCVN 6053–1995 (ISO 9696-1992).

Hiệu suất xử lý ($H$) của từng chỉ tiêu được tính bằng phần mềm Microsoft Excel theo công thức: $$H (%) = \frac{C_{\text{vào}} - C_{\text{ra}}}{C_{\text{vào}}} \times 100$$ Trong đó: $C_{\text{vào}}$ là nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải ban đầu; $C_{\text{ra}}$ là nồng độ chất ô nhiễm sau thời gian xử lý.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của vấn đề khan hiếm và ô nhiễm nguồn nước ngọt trên phạm vi toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Phân tích thực trạng gia tăng sinh viên tại ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên dẫn đến phát sinh lượng lớn nước thải sinh hoạt xả thẳng ra suối Nông Lâm. Khái quát mục tiêu xác định đặc tính nước thải, thử nghiệm mô hình đất ngập nước xử lý bằng cây Chuối hoa và rau Dừa nước, làm rõ ý nghĩa khoa học, môi trường và hiệu quả kinh tế của mô hình sinh thái phân tán chi phí thấp.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Hệ thống hóa cơ sở khoa học về ô nhiễm nước sinh hoạt, phân loại nước đen (chứa phân, nước tiểu, tải lượng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh cao) và nước xám (nước tắm giặt, rửa). Trình bày bản chất các thông số đánh giá chất lượng nước (pH, DO, TSS, BOD₅, COD, N-t, P-t, vi sinh vật chỉ thị E. coli). Tổng hợp các hệ thống văn bản pháp lý về môi trường của Việt Nam. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học; phân tích cơ chế xử lý của hệ thống đất ngập nước nhân tạo và đặc tính sinh học của hai loài thực vật thí nghiệm: cây Chuối hoa (Canna generalis Bailey) và cây rau Dừa nước (Ludwigia adscendens).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết đối tượng nghiên cứu (nước thải sinh hoạt KTX K và 2 loài thực vật thủy sinh), địa bàn nghiên cứu (Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên) và thời gian thực hiện (tháng 01/2014 – 04/2014). Trình bày chi tiết thông số kích thước bồn nhựa, tỷ lệ phối trộn 4 tầng vật liệu lọc (sỏi to, sỏi nhỏ, cát thô, cát mịn), quy cách bố trí 3 công thức thí nghiệm (đối chứng, rau Dừa nước, Chuối hoa) nhắc lại 3 lần. Liệt kê quy trình kỹ thuật lấy mẫu theo TCVN 5995-1995 và 6 phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN/ISO.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

• Hiện trạng nước thải ký túc xá K: Thống kê quy mô 16 dãy nhà (K1–K16) với 4.200 sinh viên, tổng lượng nước cấp 10.000 m³/tháng và lượng nước thải phát sinh 8.000 m³/tháng. Kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu vào cho thấy ô nhiễm nghiêm trọng: BOD₅ vượt 8,2 lần, TSS vượt gần 4 lần, Nitrat vượt 3,5 lần so với QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.
• Đánh giá hiệu quả xử lý theo thời gian (3, 6, 8 ngày): Hiệu suất xử lý tăng dần theo thời gian lưu nước. Sau 3 ngày, hiệu suất đạt từ 32,67% đến 46,72% (chưa đạt chuẩn xả thải). Sau 6 ngày, hiệu suất đạt từ 64,26% đến 72,95% (thông số Nitrat đạt chuẩn Cột A). Sau 8 ngày, hiệu suất đạt từ 81,02% đến 90,47%, đưa toàn bộ các chỉ tiêu về dưới ngưỡng cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.
• Đánh giá hiệu quả xử lý theo loài cây: Cả hai loài cây đều cho hiệu quả xử lý vượt trội so với công thức đối chứng không trồng cây. Trong đó, mô hình trồng cây Chuối hoa đạt hiệu suất nhỉnh hơn so với rau Dừa nước ở tất cả các chỉ tiêu sau 8 ngày lưu nước.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các kết luận khoa học khẳng định tính khả thi của mô hình đất ngập nước trồng Chuối hoa và rau Dừa nước trong xử lý nước thải sinh hoạt với thời gian lưu nước tối ưu là 8 ngày. Kiến nghị ứng dụng mô hình tại khu ký túc xá K và nhân rộng cho các khu dân cư tập trung có điều kiện tương tự.

---

Kết quả và đóng góp

Số liệu hiện trạng ô nhiễm nước thải đầu vào tại KTX K

Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt ban đầu tại khu ký túc xá K Đại học Thái Nguyên:

TT	Thông số ô nhiễm	Đơn vị	Nồng độ đầu vào	QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A)	Mức độ vượt chuẩn Cột A
1	pH	-	7,09	5–9	Đạt chuẩn
2	Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)	mg/l	189,6	50	Vượt 3,79 lần
3	Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD₅)	mg/l	246,4	30	Vượt 8,21 lần
4	Nhu cầu oxy hóa học (COD)	mg/l	308,0	-	-
5	Nitrat (N-NO₃⁻)	mg/l	106,24	30	Vượt 3,54 lần
6	Phospho tổng số (P-t)	mg/l	13,57	-	-

Diễn biến chất lượng nước và hiệu suất xử lý qua các mốc thời gian

Chỉ tiêu	Đối chứng (CT1)	Chuối hoa (CT3)	Rau Dừa nước (CT2)	QCVN 14:2008 (Cột A)
Sau 3 ngày xử lý
TSS (mg/l) [%]	163,2 [13,92%]	120,38 [36,50%]	116,2 [38,71%]	50
BOD₅ (mg/l) [%]	227,2 [7,79%]	161,6 [34,41%]	153,1 [37,86%]	30
COD (mg/l) [%]	284,0 [7,80%]	202,0 [34,42%]	184,0 [37,87%]	-
Nitrat (mg/l) [%]	100,72 [5,20%]	71,19 [33,00%]	71,53 [32,67%]	30
Phospho tổng (mg/l) [%]	12,68 [6,56%]	8,02 [40,90%]	7,23 [46,72%]	-
Sau 6 ngày xử lý
TSS (mg/l) [%]	147,5 [22,20%]	54,08 [71,47%]	54,43 [71,13%]	50
BOD₅ (mg/l) [%]	207,2 [15,91%]	70,9 [71,22%]	77,8 [68,42%]	30
COD (mg/l) [%]	259,0 [15,92%]	88,6 [71,23%]	97,3 [68,43%]	-
Nitrat (mg/l) [%]	98,46 [7,32%]	29,84 [71,91%]	32,17 [69,72%]	30
Phospho tổng (mg/l) [%]	12,03 [12,25%]	3,67 [72,95%]	4,85 [64,26%]	-
Sau 8 ngày xử lý
TSS (mg/l) [%]	124,4 [34,39%]	18,07 [90,47%]	19,54 [89,69%]	50
BOD₅ (mg/l) [%]	164,0 [33,44%]	24,8 [89,93%]	29,8 [87,90%]	30
COD (mg/l) [%]	205,0 [33,45%]	31,0 [89,94%]	38,3 [87,91%]	-
Nitrat (mg/l) [%]	90,17 [15,12%]	18,85 [82,25%]	20,16 [81,02%]	30
Phospho tổng (mg/l) [%]	11,36 [16,28%]	1,53 [88,72%]	1,89 [86,07%]	-

Ghi chú: Giá trị in đậm thể hiện nồng độ đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.

Đánh giá so sánh và kết quả chính

1. Hiệu quả xử lý của các tầng vật liệu lọc và thực vật:
   • Ở công thức đối chứng (chỉ có vật liệu lọc cát sỏi, không có cây), sau 8 ngày hiệu suất khử các chất ô nhiễm chỉ đạt từ 15,12% đến 34,39%, nước thải sau lọc vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải (BOD₅ còn 164 mg/l, COD còn 205 mg/l, TSS còn 124,4 mg/l).
   • Ở các công thức có trồng thực vật, sự phát triển của bộ rễ kết hợp với màng sinh học và vật liệu lọc đã làm tăng mạnh hiệu quả làm sạch. Sau 8 ngày, cả 2 mô hình trồng cây đều loại bỏ từ 81,02% đến 90,47% lượng chất ô nhiễm.
2. So sánh cây Chuối hoa và cây rau Dừa nước:
   • Trong 3 ngày đầu, cây rau Dừa nước thích nghi nhanh hơn, cho hiệu suất xử lý BOD₅ (37,86%), COD (37,87%), TSS (38,71%) và P-t (46,72%) cao hơn cây Chuối hoa.
   • Tuy nhiên, từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 8, khi bộ rễ Chuối hoa phát triển ổn định và sinh khối rễ lớn, cây Chuối hoa vượt lên cho hiệu suất xử lý cao hơn ở toàn bộ các chỉ tiêu: TSS đạt 90,47% (còn 18,07 mg/l); BOD₅ đạt 89,93% (còn 24,8 mg/l); COD đạt 89,94% (còn 31,0 mg/l); Nitrat đạt 82,25% (còn 18,85 mg/l); Phospho tổng đạt 88,72% (còn 1,53 mg/l).
3. Đóng góp của nghiên cứu:
   • Xác lập bộ thông số thực nghiệm đầy đủ về tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại KTX K Đại học Thái Nguyên.
   • Chứng minh tính hiệu quả của mô hình bãi lọc ngầm dòng chảy đứng kết hợp cây Chuối hoa và rau Dừa nước trong việc khử đồng thời chất hữu cơ (BOD, COD), chất rắn lơ lửng (TSS) và các chất dinh dưỡng (N, P).
   • Xác định được ngưỡng thời gian lưu nước tối ưu (8 ngày) để đưa toàn bộ các chỉ tiêu ô nhiễm về dưới giới hạn xả thải nghiêm ngặt của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Quy mô thí nghiệm: Thí nghiệm mới dừng lại ở quy mô mô hình pilot bán tự nhiên trong thùng nhựa (đường kính 35 cm, chiều cao 55 cm), chưa triển khai xây dựng bãi lọc đất ngập nước ngoài thực địa với lưu lượng nước thải thực tế lớn (8.000 m³/tháng).
• Thời gian và mùa vụ: Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian 4 tháng (tháng 01/2014 đến tháng 04/2014), chưa đánh giá được ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết, nhiệt độ các mùa khác nhau trong năm (đặc biệt là mùa hè và mùa đông miền Bắc) tới khả năng sinh trưởng và hiệu suất xử lý của thực vật.
• Chỉ tiêu vi sinh thực nghiệm: Khóa luận đã trình bày cơ sở lý thuyết về vi sinh vật (E. coli, Coliform) nhưng trong phần thực nghiệm chưa tiến hành phân tích định lượng vi sinh vật đầu vào và đầu ra do giới hạn điều kiện phòng thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng thử nghiệm mô hình đất ngập nước kiến tạo quy mô lớn tại hiện trường suối Nông Lâm hoặc khuôn viên KTX K.
• Nghiên cứu kết hợp đa dạng các loài thực vật thủy sinh bản địa khác nhau trong cùng một hệ thống lọc để tối ưu hóa khả năng hấp thụ đa chất ô nhiễm.
• Theo dõi định kỳ sự tích lũy chất ô nhiễm trong sinh khối thực vật, xác định chu kỳ cắt tỉa, thu hoạch sinh khối và tái tạo lớp vật liệu lọc để duy trì tuổi thọ công trình.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho các đối tượng và nội dung sau:

• Sinh viên và học viên ngành Môi trường: Tài liệu tham khảo thực tế cho các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước và Sinh thái Ứng dụng trong việc thiết kế đồ án, khóa luận về xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái.
• Cán bộ quản lý hạ tầng ký túc xá và khu dân cư: Tham khảo số liệu tính toán tải lượng nước cấp (10.000 m³/tháng) và định mức phát sinh nước thải sinh hoạt (80% lượng nước cấp cho 4.200 người) để lập quy hoạch thoát nước và xử lý nước thải phân tán.
• Kỹ sư thiết kế công trình sinh thái: Cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết về cấu trúc phân tầng vật liệu lọc (sỏi 30–60 mm, sỏi 12 mm, cát thô 6 mm, cát mịn) và tỷ lệ lưu nước phù hợp cho mô hình bãi lọc ngầm dòng chảy thẳng đứng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nước thải được sử dụng trong nghiên cứu phát sinh từ đâu và có quy mô lưu lượng như thế nào?

Nước thải nghiên cứu là nước thải sinh hoạt phát sinh từ 16 dãy nhà 5 tầng (K1 đến K16) của khu ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên, phục vụ khoảng 4.200 sinh viên nội trú. Tổng lượng nước cấp sinh hoạt là 10.000 m³/tháng, lượng nước thải phát sinh tính bằng 80% lượng nước tiêu thụ, đạt 8.000 m³/tháng (tương đương 80.000 m³/năm học 10 tháng).

2. Mô hình đất ngập nước trong thí nghiệm có cấu tạo các tầng vật liệu lọc như thế nào?

Mô hình được thiết lập trong thùng nhựa dẻo (đường kính 35 cm, chiều cao 55 cm) theo kiểu dòng chảy ngầm thẳng đứng, gồm 4 lớp vật liệu từ dưới lên trên:

• Lớp 1 (đáy): Sỏi to dày 15 cm, đường kính hạt 30–60 mm.
• Lớp 2: Sỏi nhỏ dày 10 cm, đường kính hạt 12 mm.
• Lớp 3: Cát thô dày 15 cm, đường kính hạt 6 mm.
• Lớp 4 (bề mặt): Cát mịn dày 8 cm.

3. Thời gian lưu nước bao nhiêu ngày thì chất lượng nước thải đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột A?

Sau 8 ngày lưu nước trong mô hình đất ngập nước có trồng thực vật, toàn bộ các chỉ tiêu ô nhiễm (TSS, BOD₅, Nitrat) đều giảm về dưới ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A. Ở mốc 3 ngày và 6 ngày, một số chỉ tiêu (như BOD₅, COD) vẫn chưa đạt chuẩn xả thải.

4. Khả năng làm sạch nước thải của cây Chuối hoa và cây rau Dừa nước khác nhau như thế nào?

Trong 3 ngày đầu, cây rau Dừa nước cho hiệu suất xử lý ban đầu cao hơn nhờ khả năng thích nghi nhanh. Tuy nhiên, sau 8 ngày, cây Chuối hoa đạt hiệu suất làm sạch cao hơn ở mọi chỉ tiêu: BOD₅ giảm 89,93% (còn 24,8 mg/l), COD giảm 89,94% (còn 31,0 mg/l), TSS giảm 90,47% (còn 18,07 mg/l), Nitrat giảm 82,25% (còn 18,85 mg/l) và Phospho tổng giảm 88,72% (còn 1,53 mg/l).

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Loan đã đánh giá chi tiết thực trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại khu ký túc xá K Đại học Thái Nguyên với các thông số BOD₅, TSS và Nitrat vượt quy chuẩn cho phép từ 3,5 đến 8,2 lần. Nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng kết hợp cây Chuối hoa (Canna generalis Bailey) và rau Dừa nước (Ludwigia adscendens) có khả năng xử lý triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng. Sau 8 ngày lưu nước, hiệu suất xử lý đạt từ 81,02% đến 90,47%, đưa toàn bộ nước thải sinh hoạt về đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 14:2008/BTNMT Cột A. Đây là cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc để triển khai công nghệ sinh thái xử lý nước thải phân tán chi phí thấp, thân thiện với môi trường tại các khu ký túc xá và khu dân cư tập trung.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá và quan trọng đối với con người, 97% nước trên Trái Đất là nước muối, chỉ 3% còn lại là nước ngọt nhưng gần hơn 2/3 lượng nước này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở các cực. Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dạng nước ngầm, và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí. Nước ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy mà việc cung cấp nước ngọt và sạch trên thế giới đang từng bước giảm đi. Nhu cầu nước đã vượt cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi dân số vẫn đang tiếp tục tăng làm cho nhu cầu nước càng tăng.

Theo báo cáo của Tổng cục môi trường, hiện nay có khoảng 13 triệu người (chiếm khoảng 16,5% tổng dân số) khai thác và sử dụng nguồn nước này. Ngày nay, vấn đề ô nhiễm nguồn nước đã và đang trở nên nghiêm trọng hơn với Việt Nam. Hằng ngày trên các phương tiện thông tin đại chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp những hình ảnh, thông tin về việc nguồn nước bị ô nhiễm. bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trường, tình trạng ô nhiễm vẫn càng lúc càng trở nên nghiêm trọng, điều này khiến không ít người phải suy nghĩ.

Ô nhiễm môi trường nước là một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, động vật, thực vật và các sinh vật khác đặc biệt là thủy sinh vật. Nó còn gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất và phát triển của xã hội. Đại học Thái Nguyên là một trong ba trung tâm đào tạo nguồn nhân lực có quy mô lớn nhất cả nước, chỉ đứng sau TP Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, là một trong 05 Đại học của Việt Nam thực hiện theo mô hình Đại học hai cấp, được giao trọng trách là trung tâm đào tạo nguồn nhân lực cho các tỉnh, các n trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và dạy nghề trên địa bàn. Đồng thời, Đại học thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ góp phần quan trọng trong việc phát triển kinh tế - chính trị - văn hóa - xã hội của vùng trung du, miền núi phía Bắc.

Trải qua hơn 4 năm xây dựng và phát triển, với khuôn viên rộng, thoáng mát ký túc xá K trường Đại học Thái Nguyên đã thu hút hàng trăm sinh viên vào ở nội trú mỗi năm. Tuy nhiên cùng với sự tăng nhanh về số lượng sinh viên thì nhu cầu sinh hoạt ngày càng nhiều, lượng nước thải sinh hoạt thải ra suối Nông Lâm mà chưa qua xử lý hoăc xử lý không triệt để đã khiến cho chất lượng môi trường nước khu KTX trở nên ô nhiễm trầm trọng. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Photpho. Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt: phương pháp cơ học, phương pháp vật lý, phương pháp sinh học… Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng tuy nhiên các phương pháp trên có nhược điểm là giá thành cao, vận hành cần có cán bộ có trình độ, khó chuyển giao rộng rãi. Chính vì vậy việc nghiên cứu một phương pháp phù hợp với điều kiện hiện nay của khu ký túc xá là hết sức cần thiết. Các quá trình xử lý nước thải sử dụng vi sinh vật và thực vật thủy sinh từ lâu được ghi nhận là những biện pháp sinh học có hiệu quả. Trong những năm gần đây những nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh đã được áp dụng vào thực tế tại nhiều nơi trên thế giới và cho kết quả rất khả quan.

Từ những cơ sở trên em đã lựa chọn đề tài:“Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt kí túc xá K Đại học Thái Nguyên bằng mô hình đất ngập nước” nhằm áp dụng công nghệ sinh thái để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu ký túc xá. Mục tiêu của đề tài - Tiến hành kiểm tra các thành phần ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt trước khi xử lý, sau đó sử dụng mô hình thí nghiệm để kiểm tra khả năng xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước. - Đề xuất ứng dụng quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay bằng đất ngập nước đáp ứng tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. Yêu cầu - Dựa vào tài liệu sẵn có, thông tin đã biết để tìm hiểu về thuộc tính xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước.

- Đưa ra các nhận định ban đầu về nước thải khu ký túc xá. - Tiến hành kiểm tra chất lượng nước trước khi xử lý, sau đó sử dụng mô hình thí nghiệm tiến hành kiểm tra khả năng xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước. - Tiến hành kiểm tra các giá trị như pH, BOD5, TSS, NO3-, Pts để kiểm chứng hiệu quả xử lý đối với các chỉ tiêu này của mô hình đất ngập nước. Ý nghĩa của đề tài - Khoa học: Đề xuất mô hình xử lý nước thải cho khu ký túc xá và các khu nhà ở tập trung khác có điều kiện tương tự.

- Môi trường: Đạt chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT, góp phần cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường đang gây bức xúc hiện nay. - Kinh tế: Đề xuất được mô hình xử lý với chi phí xây dựng vận hành và bảo quản rẻ hơn so với các mô hình cải tạo và xử lý tập trung. n Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2.

Một số khái niệm cơ bản * Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật” [8]. * Ô nhiễm môi trường nước: là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý - hoá học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước.

Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất. * Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác. * Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường” [8]. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2.

Khái niệm nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,. - Thông thường nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm 2 loại chính: nước đen và nước xám. + Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. + Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình rửa, tắm, giặt với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể.

Nguồn thải - Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của nhà máy nước hay trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn.

Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thồng thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt * Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt có màu nâu đen hoặc nâu, có mùi vị lạ đặc trưng của nước thải sinh hoạt do chứa nhiều tạp chất. - Đục do các chất hoà tan vào nước rồi sau đó kết tủa thành hạt rắn, do đất hoà vào nước ở dạng phân tán. n - Nước thải sinh hoạt có chứa nhiều các tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một số lớn các chủng loại vi sinh vật.

+ Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 ÷ 50%); hydratcarbon (40 ÷ 50%), gồm hồ tinh bột, đường và xenlulô, chất béo (5 ÷ 10%). Nồng độ chất hưu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 ÷ 450 mg/l theo trọng lương khô. + Các chất hữu cơ khó phân hủy (khoảng 20 ÷ 40%) là các chất hữu cơ có vòng thơm (hydrocacbua), các chất đa vòng ngưng tụ, các chất Clo hữu cơ, Phospho hữu cơ,… chúng khó bị phân hủy bởi các tác nhân sinh học bình thường, cho nên chúng tồn tại lâu dài, tích lũy làm ảnh hưởng tới mỹ quan, gây độc hại cho môi trường, sinh vật và con người [10]. Ngoài các chất hữu cơ và vô cơ, trong nước thải sinh hoạt còn chứa lượng lớn các loài vi sinh vật, động vật nguyên sinh.