Phần MỞ ĐẦU Gồm 5 trang (từ trang 01 đến trang 5), trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu, những đóng góp mới và cấu trúc luận án. Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 Gồm 32 trang (từ trang 6 đến trang 37) trình bày các vấn đề liên quan kỹ thuật xếp lớp đa tầng, nƣớc thải xám và ứng dụng đá ong trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải. Chƣơng 2: CƠ SỞ KHOA HỌC, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT XÁM BẰNG ĐÁ ONG THEO KỸ THUẬT XẾP LỚP ĐA TẦNG Gồm 43 trang (từ trang 38 đến trang 70) trình bày cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu đá ong theo kỹ thuật xếp lớp đa tầng; lựa chọn, gia công vật liệu đá ong và các phƣơng pháp cụ thể để thực hiện việc nghiên cứu. Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Gồm 43 trang (từ trang 71 đến trang 115) trình bày các kết quả thu đƣợc từ quá trình nghiên cứu.
Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Gồm 3 trang (từ trang 116 đến trang 118) trình bày những kết luận rút ra trong quá trình nghiên cứu, những tồn tại và hƣớng nghiên cứu tiếp theo. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm chung Nƣớc thải từ các công trình hiện nay bao gồm: nƣớc thải đen, nƣớc thải xám và nƣớc mƣa. Trong đó, nƣớc thải đen đƣợc xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại còn nƣớc thải xám và nƣớc mƣa thƣờng không qua xử lý mà xả thẳng ra mạng lƣới thoát nƣớc đô thị hay môi trƣờng Hình 1.1: Sơ đồ thoát nƣớc trong các nhà cao tầng (Hình 1. Nƣớc thải sinh hoạt xám là một phần của nƣớc thải sinh hoạt chƣa qua xử lý và đƣợc thu từ vòi hoa sen, chậu rửa tay, bồn tắm, chậu rửa bát (trừ bệ xí và âu tiểu) [8].
Nƣớc thải xám chiếm chiếm 50-75% (trung bình 69%) lƣu lƣợng nƣớc nƣớc thải sinh hoạt trong hộ gia đình [2]. Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nƣớc thải xám phụ thuộc vào thói quen, mức sống, phong tục tập quán, điều kiện kinh tế, quản lý, phƣơng thức thu gom và nguồn thải; so với nƣớc thải đen thì nƣớc thải xám có nồng độ các chất ô nhiễm,vi khuẩn ít hơn [9], [10] và đƣợc mô tả tại Bảng 1.1: Đặc điểm của nƣớc thải xám theo nguồn thải [11], [2]. Nguồn thải Đặc tính Từ máy giặt Vi khuẩn, virut, chất tẩy trắng, pH cao, nitrate, COD, dầu mỡ, phosphate, độ mặn, xà phòng, nitrat, natri, xơ vải, chất rắn lơ lửng và độ đục Chậu rửa bát Vi khuẩn, bọt, pH cao, thức ăn thừa, chất tạo bọt, nƣớc nóng, phốt phát, dầu, mỡ, COD, độ mặn, nƣớc tẩy rửa, chất rắn lơ lửng và độ đục 6 Nhà tắm (chậu tắm, Vi khuẩn, tóc, dầu gội, thuốc nhuộm, chất béo, kem đánh vòi sen.) răng, nƣớc nóng, chất béo, mùi, chất hữu cơ, xà phòng, xơ, chất lơ lửng, độ màu. Chậu rửa nhà bếp Vi khuẩn, thức ăn thừa, nƣớc nóng, dầu và mỡ, chất hữu cơ, chất thải rắn, xà phòng, chất tẩy rửa, độ màu (Ghi chú: Các loại nước thải xám tại Việt Nam không được tách riêng thành các nguồn riêng biệt như trên mà trộn lẫn tạo thành nước thải xám tổng hợp nên bảng trên chỉ mang tính chất tham khảo) Bảng 1.2: Tính chất nƣớc thải xám tại một số nƣớc trên thế giới TT Thông số ĐVT Ấn Độ Trung Jordan Mỹ Đức [12] Đông [13] [6] [14] [15] 1 pH - 7,7 6,6-6,86 8,35 7 5-9 2 COD mg/L - 1391-2405 - - 501 3 BOD5 mg/L 170 941-997 225-2287 128,9 228 4 TSS mg/L 190 36-396 575-875 53 158 5 PO43--P mg/L - - 0,9 - 6 T-P mg/L 0,1-0,8 - 3-6 - 6 7 NH4+-N mg/L 1-26 25-45 - - 5,7 8 T-N mg/L 2-23 - 15-35 11,9 17 Nếu xử lý đúng cách, nƣớc thải xám có thể tái sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau nhƣ: tƣới cây, rửa xe, dội bồn cầu [9]… góp phần tiết kiệm nguồn nƣớc cho tƣơng lai, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng và hƣớng tới phát triển bền vững.
Trong luận án từ đây nƣớc thải sinh hoạt xám đƣợc gọi tắt là nƣớc thải xám.2 Các phương pháp xử lý nước thải xám Lựa chọn phƣơng pháp xử lý nƣớc thải xám thích hợp dựa trên: - Chất lƣợng nƣớc thải xám cần xử lý; - Yêu cầu chất lƣợng nƣớc sau xử lý; - Hiệu quả xử lý của công nghệ; - Dễ vận hành và bảo trì; - Kinh tế; 7 - Hạn chế việc sử dụng năng lƣợng bên ngoài; - Sử dụng vật liệu địa phƣơng sẵn….1 Phương pháp Hóa-Lý Các phƣơng pháp hóa lý đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình: hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, tách bằng màng, trƣng bay hơi, trích ly, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử mùi, khử muối. [16] trong đó hấp phụ và trao đổi ion là phƣơng pháp hóa lý thƣờng áp dụng nhất. Hấp phụ: Dùng để tách chất hữu cơ và khí hòa tan ra khỏi nƣớc thải bằng cách tập trung những chất đó trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) hoặc bằng cách tƣơng tác giữa các chất bẩn hòa tan với các chất rắn (hấp phụ hóa học) [16]. Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lƣợng, gọi là nhiệt hấp phụ, bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn.
Nhiệt độ thấp, tốc độ hấp phụ hoá học chậm. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ hấp phụ hoá học tăng nhƣng lại làm giảm quá trình hấp phụ vật lý Vật liệu hấp phụ thƣờng là có độ rỗng, xốp đƣợc đặc trƣng bởi kích thƣớc và hình dạng bên trong của khoảng trống và lỗ xốp, đƣợc tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên. Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, các điều kiện khác (nhiệt độ, áp suất. Trao đổi ion: Là phƣơng pháp thu hồi các cation và anion bằng chất trao đổi ion (ionit) [16].
Tùy thuộc từng loại vật liệu trao đổi ion mà có sự thế chỗ ion âm hay dƣơng. Vật liệu trao đổi ion có thể là tự nhiên hay nhân tạo có nguồn gốc hữu cơ hay vô cơ, chúng đƣợc coi là nguồn tích trữ ion và có khả năng trao đổi đƣợc với bên ngoài và thƣờng là dạng rắn không tan trong nƣớc và hầu hết các dung môi hữu cơ. Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức, trong từng nhóm chức chứa hai thành phần tích điện: của nhóm chức cố định và của ion linh động có thể trao đổi đƣợc. Các loại chất trao đổi ion yếu chỉ có thể tích điện âm ở pH cao đối với cationit và ở pH 8 thấp đối với anionit, nếu không nhóm chức của chúng tồn tại ở trạng thái không phân li, điện tích tổng của nhóm chức bằng không.
Chất trao đổi ion lƣỡng tính thì khác, ở vùng pH nhất định chúng thể hiện khả năng trao đổi anion hay cation, chỉ tồn tại ở trạng thái trung hòa tại điểm đẳng điện (IEP).2 Sinh học Thực chất của phƣơng pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân hủy - oxi hóa chất bẩn hữu cơ ở dạng keo và dạng hòa tan trong nƣớc thải. Công trình xử lý sinh học chia làm hai nhóm chính: Xử lý trong điều kiện tự nhiên (cánh đồng tƣới, cánh đồng lọc, hồ sinh học) và xử lý trong điều kiện nhân tạo (biofin, aeroten, mƣơng oxi hóa tuần hoàn…). Các công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo thƣờng có quá trình xử lý diễn ra nhanh, cƣờng độ mạnh, khả năng xử lý chất hữu cơ dễ bị phân hủy BOD5 có thể đạt đến 90-95%, phụ thuộc vào từng loại công trình và yêu cầu xử lý [16]. Nhóm các vi sinh vật mà trong đó chủ yếu là vi khuẩn dị dƣỡng hoại sinh sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nƣớc thải làm nguồn dinh dƣỡng và tạo ra năng lƣợng.
Quá trình phát triển làm chúng sinh sản, tăng sinh khối đồng thời làm sạch các chất hữu cơ ở dạng hòa tan và dạng keo. Sản phẩm phân hủy của quá trình này là khí CO2, H2O, N2,….3 Cơ học Phƣơng pháp xử lý cơ học đƣợc sử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần chất keo ra khỏi nƣớc thải. Phƣơng pháp này có thể loại bỏ đến 60% các tạp chất không hòa tan trong nƣớc thải sinh hoạt và làm giảm 20% BOD 5. Các công trình cơ học thƣờng là lƣới chắn rác, bể lắng cát, bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lƣợng riêng khác với trọng lƣợng riêng của nƣớc thải, bể lọc… [16].
Trong một công trình thƣờng kết hợp nhiều phƣơng pháp xử lý và khó tách bạch rõ ràng. Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm có trong nƣớc thải của một công trình là tổng hợp của tất cả các quá trình diễn ra trong nó.3 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý nước thải xám Với nồng độ các chất ô nhiễm thấp (trình bày cụ thể tại mục 1.1) nhƣng lại chiếm đến 69 % tổng lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt nên từ lâu nƣớc thải xám đƣợc coi là nguồn thay thế, xử lý và tái sử dụng cho nhiều công trình tại các quốc gia khan hiếm nguồn tài nguyên nƣớc nhƣ Ấn Độ, Jordan, Isarel. Tại các quốc gia này, xử lý và tận dụng nƣớc thải sinh hoạt xám nhằm tăng cƣờng khả năng chủ động cấp nƣớc cho bản thân công trình, tiết kiệm nguồn nƣớc cho tƣơng lai là tiêu chí chủ yếu; trong khi tại Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ thì đơn giản là giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng. Một số nghiên cứu điển hình nhƣ: Tại Jordan nguồn cung cấp nƣớc ngọt khan hiếm nhƣng nhu cầu dùng nƣớc luôn vƣợt quá nguồn cung nên chính phủ hạn chế tối đa nƣớc thải xả ra môi trƣờng bên ngoài từ những năm 1930.
Hầu hết nƣớc thải xám tại Jordan đƣợc xử lý và tái cung cấp cho khoảng 70% nhu cầu dùng nƣớc trong các công trình [11]. Điển hình nhƣ H. Al-Hamaiedeh và M. Bino [17] đã nghiên cứu tính chất và xử lý nƣớc thải xám tại vùng ngoại ô Jordan.
Nƣớc thải xám đƣợc thu gom, sục khí và đƣa đến các bể xử lý gồm sỏi lọc. Nƣớc thải xám sau xử lý cung cấp cho hệ thống tƣới nhỏ giọt hoặc tƣới cây. Chất lƣợng nƣớc thải xám trƣớc và sau xử lý tại Jordan đƣợc trình bày tại Bảng 1.3: Chất lƣợng nƣớc thải xám trƣớc và sau khi xử lý [8].
