Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Tầm quan trọng của việc xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt Khái niệm tái sử dụng nước thải đã có từ rất lâu. Từ xưa, ông cha ta đã biết tái sinh nước thải sinh hoạt cho mục đích tưới tiêu trong nông nghiệp. Những hoạt động này đã giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước trong thời kỳ đó.
Ngày nay, khi dân số và và khả năng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng thì vai trò tái sử dụng nước ngày càng trở nên quan trọng hơn. Tái sử dụng nước thải sinh hoạt là quá trình phục hồi nước thải bỏ từ các hoạt động sinh hoạt của con người để tạo ra sản phẩm có ích hơn. Với các biện pháp xử lý thích hợp, nước thải có thể đáp ứng được các nhu cầu khác nhau như dội rửa toilet, làm mát trong công nghiệp, tưới tiêu trong nông nghiệp và có thể dùng để uống, v. Việc tái sinh nước thải có rất nhiều lợi ích khác nhau, tùy thuộc vào các hình thức tái sử dụng.
Tái sử dụng nước thải sinh hoạt sau xử lý là vấn đề được nhiều nhà khoa học, doanh nghiệp, cá nhân đặt ra, nhất là trong bối cảnh nguồn nước ngọt đang có xu hướng giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng. Kinh nghiệm sử dụng nước ngọt của nhiều nước trên thế giới cho thấy, nước ngầm là nguồn tài nguyên vô giá.Tầng nước ngầm có vị trí rất quan trọng do đó là nguồn cấp nước sạch cho các giếng khoan. Sự phục hồi nguồn nước ngầm với việc tái sử dụng nước thải sau xử lý có thể dẫn đến: + Tránh cho nước mặn xâm nhập vào tầng nước ngầm ven biển; + Tạo ra quá trình xử lý tăng cường cho quá trình tái sử dụng; + Cung cấp lượng nước phục hồi trong tương lai; + Gia tăng trữ lượng cho các tầng nước ngầm có hoặc không sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; + Kiểm soát và chống lại hiện tượng sụt giảm mực nước ngầm. Mặt khác, Việt Nam là một nước với hơn 70% dân số làm nông nghiệp nên nhu cầu dùng nước là rất lớn mà chủ yếu là nước phục vụ tưới tiêu.
Nhưng trong bối cảnh 13 hiện nay, việc khai thác sử dụng các loại nguồn nước là rất lãng phí cộng với khí hậu biến đổi khí hậu toàn cầu dẫn đến việc nguồn nước trở nên khan hiếm. Do vậy cần phải tìm một nguồn nước thay thế mà yêu cầu về chất lượng không cao là một việc rất cần thiết và một trong những giải pháp đó là sử dụng nguồn nước thải với lưu lượng thải ra là rất lớn và chất lượng phù hợp với các nhu cầu trong nông nghiệp. Nước thải sinh hoạt chứa lượng lớn các chất hữu cơ và cấc chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, vật nuôi… Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng lớn Nitơ, Phốt pho, Kali… để tưới cây và bùn cặn của nó làm phân bón ngày càng tăng. Nước thải sau khi lắng sơ bộ có thể sử dụng tưới cho cây trồng.
Phương pháp tưới là tưới ngập hoặc tưới phun khi dùng nước thải để tưới sản lượng cây trồng sẽ tăng thêm 20% đến 30%. Các hợp phần của nước thải sinh hoạt và nguyên tắc xử lý, sử dụng lại Tải lượng, Trong đó,% Thành phần Kg/người.năm Nước xám Nước tiểu Nước phân Nitơ 4-5 3 87 10 Phốt pho 0,75 10 50 40 Kali 1,8 34 54 12 COD 30 41 12 47 Nguyên tắc xử Xử lý sau đó Xử lý và làm Xử lý, sản xuất lý và tái sử tái sử dụng phân bón trực khí sinh học và dụng hoặc xả vào tiếp cho cây cung cấp chất nguồn nước dinh dưỡng bổ sung cho đất (Theo Otterpohl, 2000 / 28 /) Quá trình xử lý nước thải sinh hoạt sẽ tạo nên lượng lớn bùn cặn (bằng khoảng 1% thể tích nước thải xử lý). Bùn cặn, nước thải chứa phần lớn các chất hữu cơ, Nitơ và Phôt pho. Hàm lượng Kali tương đối thấp nên người ta thường bổ sung thêm kali để trộn cùng bùn cặn làm phân bón.
Ngoài ra hàm lượng CaO trong bùn cặn cao nên nó thích hợp trong việc cải tạo đất chua phèn.2 Thành phần chất dinh dưỡng trong các loại bùn cặn nước thải, % trọng lượng khô Nguyên tố Cặn tươi Bùn cặn đã Bùn hoạt tính Phân chuồng dinh dưỡng lên men Nitơ 1,6-4 1,7-6 2,4-6,5 2-2,6 Phốt pho 0,6-5,2 0,9-6,6 2,3-8 1,3-1,6 Kali 0,2-0,6 0,2-0,5 0,3-0,4 1,8-1,9 Một trong những hướng xử lý kết hợp với sử dụng bùn cặn nước thải sinh hoạt là lên men chúng để tạo khí biogas (chủ yếu là khí metan CH4 chiếm 50 –70%). Bùn cặn và sinh khối thực vật thu hồi từ quá trình xử lý nước thải trên cánh đồng ngập nước, trong hồ sinh vật có khả năng phân huỷ để tạo thành biogas. Khí sinh học thu hồi sau khi khử CO2 bằng nước vôi có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ và nguyên tố dinh dưỡng, là môi trường cho tảo và loại sinh vật khác phát triển.
Theo chu trình dinh dưỡng trong vực nước, nó là nguồn thức ăn cho cá và các loại thuỷ sản khác. Tảo và các thực vật nước phát triển trong các hồ sinh vật ổn định hoặc các ao hồ tiếp nhận nước thải không những cung cấp ô xy cho các loại vi khuẩn để ô xy hoá tiếp tục các chất hữu cơ mà còn tổng hợp nên prôtêin trong sinh khối. Trong hồ, tảo và vi khuẩn quan hệ với nhau qua chu trình O2 và CO2. Tảo sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời, CO2 và nguyên tố khoáng khác như N,P,K… để tổng hợp sinh khối.
Khoảng 50% tổng prôtêin sinh khối của các ao hồ có nguồn gốc từ tảo. Sản lượng nuôi cấy tảo cao hơn sản lượng trồng hoa màu khác rất nhiều. Đối với từng ngôi nhà hoặc cụm ngôi nhà, ao nuôi tảo là một trong các nút của hệ sinh thái vườn-ao-chuồng (VAC). Tảo không cần thu hồi mà được sử dụng trực tiếp dể làm thức ăn cho các động vật nguyên sinh, cá, vịt.
Phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt đã được làm sạch nên nước thải có thể sử dụng để tưới rau hoặc rửa chuồng trại. 15 Sử dụng nước thải nuôi cá mang lại hiệu quả kinh tế cao, tuy nhiên lượng ô xy đủ, nguồn thức ăn dễ thu nhận và hấp thụ… là các yếu tố cần thiết để cá phát triển. Vì vậy, cá thường được nuôi ở giai đoạn cuối của hệ thống hồ sinh vật. Các loại cá có sản lượng cao thường được nuôi trong môi trường nước thải là trắm, mè, rô phi… Sản lượng cá nuôi ở các vùng nước thải ở nước ta cũng như một số nước khác như Ấn Độ, Thái Lan, Philipin… dao động từ 1,0 đến 3 tấn/ha năm.
Sử dụng lại nước thải sau xử lý không những có tác dụng khôi phục nguồn nước ngầm, có hiệu quả đối với nông nghiệp mà còn có nhiều tác dụng khác như sử dụng để làm nguội máy móc trong các ngành công nghiệp, có thể sử dụng cho mục đích giải trí dưới nước (ao hồ phục vụ mục đích bơi lội và lướt ván, câu cá, bơi thuyền và các hoạt động giải trí không tiếp xúc khác), góp phần cải thiện môi trường, giảm nhu cầu cấp nước, tiết kiệm một phần chi phí xử lý nước thải, phục vụ cho đô thị( tưới cây trong công viên, sân chơi thể thao, sân trường, rửa đường, rửa nhà vệ sinh, giặt là…) hay thậm chí có thể xử lý làm nguồn cấp. Các hình thức sử dụng lại nước thải sinh hoạt ngày càng được ứng dụng phổ biến trên thế giới (Xem bảng 1. Mục đích chính của việc tái sử dụng nước thải là cung cấp thêm lượng nước cấp bằng cách kéo dài vòng tuần hoàn tự nhiên của nước để đảm bảo sự bền vững của chu trình nước trong tự nhiên và bảo vệ môi trường.3 Các ứng dụng của việc tái sử dụng nước thải sau xử lý Phạm vi tái sử dụng Ví dụ ứng dụng Không giới hạn Tưới cây trong công viên, sân chơi thể phạm vi ứng dụng thao, sân trường, sân gôn, nghĩa trang, khu dân cư, các vành đai xanh, làm tan Đô thị tuyết. Hạn chế Tưới cho các khu vực với tần suất nhỏ và khu vực có kiểm soát.
Mục đích khác Phòng cháy chữa cháy, xây dựng. Cho cây nông Tưới tiêu cho cây lương thực và cây ăn nghiệp quả. Nông nghiệp Cho cây nông Tưới cây lương thực cho gia súc, cây nghiệp và cây lấy sợi, hoa, gieo mầm, cỏ cho gia súc, lương thực cho gia vườn ươm cây giống, đồng cỏ. súc Không giới hạn Không giới hạn đối với những mục đích phạm vi ứng dụng cho vui chơi giải trí dưới nước: ao hồ Cho mục đích giải phục vô cho mục đích bơi lội và lướt trí ván.
Hạn chế Câu cá, bơi thuyền và các hoạt động giải trí không tiếp xúc khác. Cải thiện môi Các bãi lọc nhân tạo, cải thiện các bãi trường lọc tự nhiên, tạo thành các dòng chảy. Bổ sung nguồn Bổ sung nguồn nước ngầm để cấp nước nước ngầm cho sinh hoạt, hạn chế sự xâm nhập của nước mặn, kiểm soát hiện tượng suy giảm mực nước ngầm. Cho công nghiệp Cung cấp nước cho hệ thống làm nguội, nước cấp cho nồi hơi, cho nhà vệ sinh, cho dịch vô giặt là, cho hệ thống điều hoà không khí.
Cho khu dân cư Phục vô cho việc cọ rửa, giặt là, nhà vệ sinh và hệ thống điều hoà không khí. Tái sử dụng làm Hoà trộn với nước cấp sinh hoạt.2 Tình hình xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt ở một số nước. Công nghệ xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt đã được áp dụng phổ biến tại các nước trên thế giới từ rất lâu. Sau đây là một số công nghệ tiêu biểu: 1.1 Hệ thống tưới nước thải sau xử lý tại Tunisia ( FAO, 1992) Việc sử dụng nước thải cho nông nghiệp đã được thực hiện ở Tunisia khoảng vài chục năm và giờ đây điều đó trở thành một phần không thể thiếu trong chiến lược dự trữ nguồn nước quốc gia.
Năm 1988, chỉ có 26 trạm xử lý nước thải chủ yếu nằm ở duyên hải để chặn ô nhiễm biển đến năm 1996 đã có tới 54 trạm xử lý nước thải. Trong số đó có 16 trạm xử lý bằng phương pháp sinh học với bùn hoạt tính, 2 trạm xử lý với bể lọc sinh học, 5 hồ ổn định và 3 trạm sử dụng mương ô xi hóa.