Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng phù hợp trong điều kiện Việt Nam

Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng phù hợp trong điều kiện Việt Nam, tài liệu dành cho các bạn nghiên cứu, tham khảo trong quá trình làm luận án của mình.

Mở ĐầU

1.Tính cấp thiết của luận án

Việt Nam hiện đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường do ảnh hưởng của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và đặc biệt là tốc độ tăng dân số ở mức cao Các vùng sinh thái như vùng núi, đồng bằng, ven biển, cửa sông hàng ngày đang phải chụi nhiều áp lực từ chất thải con người Nguồn nước mặt bị ô nhiễm do hầu hết nước thải chưa được xử lý tốt, đặc biệt tại các khu dân cư đô thị và nông thôn Chỉ một phần nước thải từ các khu vệ sinh được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại, cũng lại được xả trực tiếp vào hệ thống cống chung, kênh mương, ao hồ tự nhiên Việc xây dựng các

hệ thống xử lý nước thải tập trung mới chỉ bắt đầu một cách chậm chạp ở các đô thị lớn Một trong những lý do chính đối với tình hình hiện nay là chi phí cho xử lý nước thải cao Hệ thống xử lý nước thải tập trung công nghệ cao rất đắt (cả đầu tư và vận hành)

Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt định hướng phát triển thoát nước đô thị và khu công nghiệp Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến 2050 tại Quyết định số 1930/QĐ-TTg ngày 20/11/2009 Theo hướng này, mục tiêu này vào năm 2025, các đô thị loại IV trở lên có hệ thống thu gom và XLNT tập trung, tỷ lệ thu gom và xử lý nước thải ở mức 70%-80%, ở các đô thị loại V lượng nước thải được thu gom và xử lý

là 50% Như vậy cho đến khi thực hiện được các mục tiêu theo định hướng trên, một lượng lớn nước thải sinh hoạt từ các đô thị vẫn chờ đợi các giải pháp thu gom và xử lý phi tập trung phù hợp

Bể tự hoại là một trong những công trình xử lý nước thải truyền thống phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội đô thị của các nước đang phát triển Tuy nhiên ở nước ta mặc dù quy mô sử dụng bể tự hoại lớn nhưng hiệu quả xử lý vẫn còn hạn chế do nhiều nguyên nhân và yếu tố Với những lý trên, việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý của bể tự hoại và đề xuất các mô hình áp dụng trong điều kiện Việt Nam là cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu:

Tìm kiếm các giải pháp hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất xử lý nước thải, phát huy vai trò XLNT tại chỗ của bể tự hoại, phù hợp với các mô hình thoát nước trong

điều kiện Việt Nam

3 Nội dung nghiên cứu

Với mục đích đề ra, nghiên cứu sinh đã tiến hành triển khai các nội nghiên cứu sau:

a Tổng quan

• Các loại bể tự hoại, các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của bể tự hoại

• Các nghiên cứu về bể tự hoại, hệ thống bể tự hoại (cụm xử lý nước thải tại chỗ có

bể tự hoại) tại Việt Nam và các nước trên thế giới

• Vị trí tương đối của bể tự hoại trong hệ thống thoát nước

b Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất xử lý của bể tự hoại

• Trong phòng thí nghiệm

Lắp đặt các mô hình bể tự hoại với các cách chia ngăn, bố trí đường ống vào ra

khác nhau và tiến hành thí nghiệm thời gian lưu nước của từng mô hình

• Ngoài hiện trường

Xây mới 17 bể tự hoại tại Huyện Hoài Đức, Hà nội và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất xử lý của các bể tự hoại trên

c Nâng cao hiệu suất xử lý nước thải của bể tự hoại bằng cách lắp thêm ống lọc ở phía đầu ra: thực hiện tại một bể tự hoại hiện đang hoạt động và 17 bể xây

mới

d Đề xuất các mô hình thoát nước

Đề xuất 5 mô hình thoát nước phù hợp đối với đô thị hiện có, đô thị xây mới và vùng ven đô

e Đánh giá khả năng sản suất công nghiệp đối với ống lọc nước thải: trên quan

điểm của người thiết kế chế tạo, của các chuyên gia, nhà sản xuất

f Đánh giá tác động về kinh tế – xã hội – môi trường của ống lọc nước thải

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: bể tự hoại xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình

Phạm vi nghiên cứu: nội thành và vùng ven đô của Thành phố Hà Nội

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

- Phương pháp điều tra khảo sát và thực nghiệm tại hiện trường : phương pháp này

sử dụng khi khảo sát, thử nghiệm và theo dõi sự hoạt động của các bể tự hoại

- Phương pháp điều tra xã hội học: phương pháp này sử dụng khi khảo sát ý kiến của cộng đồng về việc sử dụng ống lọc nước thải

- Phương pháp hội thảo, lấy ý kiến của các chuyên gia

6 Những đóng góp mới của luận án

- Đánh giá cụ thể ảnh hưởng của các yếu tố: số ngăn, cách bố trí đường ống vào

ra, dung tích (thời gian lưu nước), đặc tính nước thải đầu vào tới HSXL của bể tự hoại

- Đề xuất và đánh giá HSXL của bể tự hoại bằng giải pháp lắp ống lọc nước thải ở

đầu ra của bể tự hoại

7 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài có tính thực tiễn và khoa học vì góp phần giải quyết các vấn đề bất cập về cấu tạo vận hành của bể tự hoại cũng như nâng cao khả năng ứng dụng của nó trong các hệ thống thoát nước của các đô thị Việt Nam

8 Bố cục của luận án: gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận kiến nghị và tài liệu

tham khảo

Chương 1 tổng quan các nghiên cứu về bể tự hoại

1.1 Phân loại, thành phần , tính chất nước thải sinh hoạt

Nước thải hộ gia đình được chia ra làm 3 loại : 1) Nước thải từ rửa, giặt, tắm gọi

là nước xám 2) Nước thải chứa phân nước tiểu từ khu vệ sinh (toilet) gọi là nước đen 3) Nước thải từ nhà bếp chứa dầu mỡ và phế thải thực phẩm từ nhà bếp, máy rửa bát Một số nơi người ta nhóm hai loại nước thải thứ hai và ba, gọi tên chung là nước đen

1.2 Giới thiệu về bể tự hoại

Bể tự hoại là công trình xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt đồng thời thực hiện cả hai chức năng: lắng và lên men cặn lắng và phân hủy kỵ khí cặn lắng Nước thải vào với thời gian lưu lại trong bể từ 1-3 ngày Do tốc độ nước chảy trong bể rất chậm nên quá trình lắng cặn trong bể có thể xem như quá trình lắng tĩnh: dưới tác dụng trọng lượng bản thân các hạt cặn (bùn, phân) rơi dần xuống đáy bể và phần nước trong sẽ

ra khỏi bể Trong quá trình kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải và bùn được các vi khuẩn, nấm men phân hủy, sử dụng làm nguồn thức ăn của chúng, tạo ra sản phẩm cuối cùng là nước, CO2, CH4 và bùn cặn Các bọt khí hình thành sẽ nổi lên trên mặt nước và một phần trôi theo nước thải

1.3 Lịch sử hình thành và phát triển bể tự hoại

1.3.1 Trên thế giới

Mô hình bể tự hoại xuất hiện đầu tiên ở Pháp vào năm 1860, do kỹ sư Fosse Mouras phát minh ra Năm 1881 Fosse Mouras lấy được bằng sáng chế Còn ở Anh

và Đức vào giữa thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 rất nhiều vùng nông thôn ở Anh cũng bắt

đầu sử dụng bể tự hoại Lens, Lettinga và Zeeman (2001) cho rằng hố lắng sơ bộ đầu tiên được đào ở vùng Craigentiny Meadows , Edinbergh vào năm 1829 Sau đó là bể

có đáy bằng, đáy lót bằng đất sét, nhưng hầu như là tham khảo phát minh của Fosse Mouras ở Mỹ, việc sử dụng bể tự hoại bắt đầu cuối năm 1880, và sau 60 năm sau

nó trở thành phổ biến

1.3.2 Tại Việt Nam

Bể tự hoại được du nhập vào Việt Nam cùng với người Pháp, thời kỳ Pháp thuộc, vào những năm cuối thế kỷ 19 Thời đó, chỉ có một số công trình xây dựng như nhà ở của người Pháp hay quan chức phục vụ chính quyền Đông Dương, các khu nhà riêng biệt có nguồn nước dồi dào, các công trình công cộng như trường học, bệnh viện, công sở , mới được trang bị bể tự hoại (có hoặc không có ngăn lọc), xử lý nước đen hoặc nước xám, còn khu người Việt dùng xí thùng

1.4 Phân loại bể tự hoại

Bể tự hoại có các loại: bể tự hoại thông thường; Bể tự hoại có ngăn lọc hiếu khí ;

Bể tự hoại có ngăn lọc kỵ khí ; Bể tự hoại có các vách ngăn mỏng dòng hướng lên với ngăn lọc kỵ khí (BASTAF); Bể tự hoại có ống lọc nước thải

Mặc dù mục đích chính của bể tự hoại là loại bỏ chất rắn lơ lửng-không tan có trong nước thải, nhưng nước thải ra khỏi bể vẫn luôn chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng Nếu ống lọc nước thải được lắp ở đầu ra bể tự hoại, chất lượng nước thải ra khỏi

bể tốt hơn nhiều ống lọc nước thải là thiết bị được làm bằng nhựa không bị phá hủy trong môi trường nước thải trong bể tự hoại, trên đó có các khía hoặc lỗ lọc

ống lọc nước thải được đặt tại ống ra bể tự hoại hoặc ở ngăn riêng ống lọc có

thể lắp đặt ở bể tự hoại xây mới hoặc lắp thêm vào bể cũ đang sử dụng ống lọc được

thiết kế sử dụng cho nhà ở, thương mại Ban đầu là lọc vật lý, theo thời gian vi sinh vật phát triển ở trạng thái dính bám trên bề mặt ống lọc tạo thành màng sinh học, đến lượt mình – màng sinh học hấp phụ + oxy hóa đồng thời các chất hữu cơ trong nước thải

Những yếu tố chủ yếu cần quan tâm là : Diện tích bề mặt tiếp xúc, tiết diện dòng chảy của ống lọc (liên quan tới kích thước của lõi lọc) và mức độ lọc (kích cỡ các lỗ hoặc khía lọc)

1.5 Cơ chế các quá trình xảy ra trong bể tự hoại

Trong bể diễn ra quá trình lắng cặn, lên men và phân huỷ sinh học kị khí cặn lắng

- Lắng cặn : Các tạp chất lơ lửng kích thước nhỏ, khó tự lắng, cũng có thể tham

gia quá trình lắng nhờ dính bám, đông tụ với nhau và tạo thành các bông keo tụ lớn,

dễ lắng hơn

- Phân huỷ kỵ khí: Các chất hữu cơ trong nước thải và bùn được các vi khuẩn kỵ

khí, nấm men phân huỷ, sử dụng làm nguồn thức ăn cho chúng, sản phẩm cuối cùng

là nước, CO2 và CH4

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của bể tự hoại

Có một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động (hiệu quả xử lý) của bể tự hoại như thành phần, đặc tính nước thải; lưu lượng nước thải; nhiệt độ; pH; các yếu tố về cấu tạo (hình dạng bể,sự chia ngăn); thời gian lưu nước (HRT), xây dựng quản lý và vận hành bảo dưỡng (chu kỳ hút bùn cặn)

1.7 Bùn cặn từ bể tự hoại

Bùn cặn là chất còn lại ở trong bể tự hoại có mùi khó chịu, cụ thể là váng, bùn và một phần chất lỏng nằm giữa chúng Số lượng và tính chất của phân bùn rất khác nhau, tuỳ thuộc vào các yếu tố như: đặc tính nước thải, kích cỡ và cấu tạo bể, chế độ dinh dưỡng, sinh hoạt của người sử dụng, chế độ hút, điều kiện nhiệt độ

1.8 Tổng quan các giải pháp, nâng cao hiệu suất xử lý nước thải bể tự hoại

1.8.1 Các nghiên cứu trên thế giới

1.8.1.1 Nâng cấp bể tự hoại truyền thống

Các tác giả: Sri-Anant Wanasen (2003) và Trần Thị Mai Hoa (2007) - Học Viện kỹ thuật Châu á (AIT), Thailand đã nghiên cứu ứng dụng của bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng (ABR) để xử lý nước thải sinh hoạt

1.8.1.2 Hệ thống xử lý nước thải tại chỗ

a Hệ thống xử lý hiếu khí

Công ty thiết bị nước thải Norwalk (Norweco) – Ohio của Mỹ đã đưa ra hệ

thống xử lý Norweco, áp dụng từ các hộ gia đình đến các làng xã, đô thị Hệ thống

được thiết kế để tạo ra hiệu quả xử lý ở mức độ cao nhất

b Hệ thống xử lý kỵ khí

* Năm 2003, các tác giả người Malaysia: Lau Seng, B.Chong, T.H Huang, Y.Fevang, I.Skadberg dưới sự hướng dẫn của chuyên gia Petter D.Jenssen (Đại học Na-uy) đã nghiên cứu pilot vệ sinh sinh thái đô thị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới

ẩm – Hệ thống Ecosan

* Năm 2005, Luostarinen, Sari AAnnukka Đại học Jyvaskyla, đã nghiên cứu pilot

xử lý kỵ khí nước thải trong bể tự hoại UASB (1 và 2 giai đoạn) ở nhiệt độ thấp 10 -

20OC

* Năm 2006, tác giả Nguyen Hoai Nam, Học Viện Kỹ thuật Châu á - Thái Lan (AIT) đã nghiên cứu xử lý nước thải sau bể tự hoại bằng bể phản ứng màng vi sinh trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí

* Các tác giả tại Đại học Birzeit – Palestine : Wafa M.Al – jamal (2005), Noor

Al – Huda Al –Hindi (2007) và Mohamad Shayyah (2010) đã nghiên cứu xử lý nước thải kỵ khí trong bể tự hoại UASB nhưng với những điều kiện khác nhau

c Hệ thống xử lý hiếu khí kết hợp kỵ khí [

* Công ty Martech Producs – Thái Lan đưa ra 2 loại bể tự hoại có tên Aerobic và Aerosept, là loại bể xử lý nước thải bằng cách kết hợp quá trình hiếu khí và kỵ khí

* Công ty OM Environmental Planning-Murakushi-cho, Nishi-ku, Hamamatsu

City Shizuoka Prefecture, 431-1207 Japan đưa ra hệ thống xử lý nước thải dựa trên

hoạt động của vi khuẩn, nhưng phát triển để sản xuất với khối lượng lớn Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng hoặc thải vào hệ thống

d) Hệ thống xử lý nước thải bậc 2

* Hệ thống xử lý nước thải của Đan Mạch

Nước thải ra khỏi hệ thống xử lý rất sạch có thể xả thẳng vào hồ hay suối, hoặc

có thể sử dụng lại cho nông nghiệp hay cho các mục đích tương tự

* Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Canada (BIONEST): sử dụng công

nghệ lọc sinh học dựa trên việc nuôi cấy vi khuẩn cố định trên vật liệu lọc (không bị phân huỷ sinh học), kết hợp với xử lý hiếu khí và kỵ khí qua lại

* Hệ thống Joukasou và ứng dụng tại Nhật Bản

Hệ thống Joukasou được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt một cách rộng rãi trên khắp đất nước Nhật Bản Hệ thống Joukasou có hai loại:

“ Tandoku - Shori Joukasou ” ứng dụng để xử lý nước đen

“ Gappei - Shori Joukasou ” xử lý tất cả các loại nước thải sinh hoạt

1.8 2 Các nghiên cứu tại Việt Nam

1.8.2.1 Nghiên cứu về giải pháp chế tạo bể tự hoại

a Bể tự hoại bê tông cốt thép kiểu mới của Công ty Thoát nước Bà Rịa Vũng Tàu

Tác giả đã đưa ra một loại bể tự hoại bê tông cốt thép kiểu mới: thông hút cặn bằng phương pháp luồn ống hút theo ống dẫn từ ngoài hàng rào vào nhà dân

b Bể tự hoại đúc sẵn bằng bê tông cốt thép của Trường Đại học Xây dựng

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm thành công bể tự hoại hai ngăn bằng BTCT đúc sẵn ở quy mô công nghiệp ST–C xử lý nước đen hay cả nước đen và xám

điều kiện Việt Nam

b Hệ thống xử lý nước thải kết hợp

Công Ty cổ phần môi trường xanh đã tích hợp thành công phương pháp cải tạo

bể tự hoại có sẵn và kết hợp với bể xử lý nước thải thành hệ thống xử lý nước thải triệt

để Trong bể xử lý nước thải được xử lý vi sinh yếm khí và vi sinh hiếu khí

c Biofast – Hệ thống xử lý chất thải 5 ngăn

Biofast (của Petech Corp.) là loại bể tự hoại 5 ngăn sử dụng phản ứng vi sinh,

chuyên xử lý chất thải con người (phân, nước tiểu) trong các nhà vệ sinh hiện đại Bể Biofast được ứng dụng công nghệ xử lý mới : Vi sinh - điện tử gồm 4 giai đoạn : Vi sinh – sục khí oxy – khử mùi hôi bằng ozon – khử trùng

1.9 Vị trí của bể tự hoại trong hệ thống thoát nước

1.9.1.Bể tự hoại và hệ thống thoát nước chung

Hệ thống này bao gồm công trình xử lý nước thải cục bộ tại gia đình (bể tự hoại), mạng lưới cống thoát nước và điểm xả nước thải vào môi trường

1.9.2 Bể tự hoại và hệ thống thoát nước riêng

Hệ thống này bao gồm các công trình xử lý nước thải cục bộ tại gia đình (bể tự hoại), đường cống thoát nước, trạm xử lý nước thải khu vực và điểm xả nước thải vào môi trường

1.9.3 Bể tự hoại và hệ thống xử lý nước thải tại chỗ

a Bể tự hoại và giếng thấm

Trong hệ thống vệ sinh tại chỗ, sơ đồ bể tự hoại kết hợp với giếng thấm là phương pháp xử lý nước thải đơn giản, chi phí thấp Giếng thấm là công trình trong đó nước thải được xử lý bằng phương pháp lọc qua lớp cát, sỏi và phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ được hấp thụ trên lớp cát sỏi đó

b Bể tự hoại và bãi lọc ngầm

Nếu mực nước ngầm ở gần mặt đất và không thể xây dựng giếng thấm thì có thể xây hệ thống bãi lọc ngầm Bãi lọc ngầm đóng vai trò như một bể lọc sinh học, nơi vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò chủ đạo để xử lý nước thải

c Bể tự hoại, ngăn bơm, hệ thống đường ống phân phối áp lực và bãi lọc ngầm

Giải pháp này được áp dụng cho các trường hợp bãi lọc phải bố trí trong tầng đất mỏng, điều kiện địa hình không thuận lợi cho vệc đào đắp, san lấp mặt bằng, nơi có mực nước ngầm cao,

d Bể tự hoại, ngăn bơm và bãi lọc ngầm trên gò nổi

Giải pháp này được áp dụng ở những khu vực có mực nước ngầm cao, tầng đất

bố trí bãi lọc là đất có độ lọc kém (đất sét) hoặc đá, không thuận lợi cho việc xây dụng hệ thống tự hoại và bãi lọc ngầm truyền thống

e Bể tự hoại và bể xử lý hiếu khí với bùn hoạt tính hoặc lọc dính bám

Giải pháp này được áp dụng khi xử lý nước thải có nồng độ cao (nước thải từ nhà hàng, bếp ăn), hoặc khi diện tích xây dựng bãi lọc ngầm hạn chế

f Bể tự hoại và bể lọc cát (có hoặc không có dòng tuần hoàn)

Nước thải được xử lý trong bể lọc sinh học có vật liệu là cát, với dòng chảy thẳng

đứng từ trên xuống dưới Tại đây diễn ra quá trình giữ cặn, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải bởi cơ chế lọc sinh học, nitrat hoá amoni và hấp thụ phốt phát Bể lọc cát không có dòng tuần hoàn còn gọi là bể lọc cát hoạt động gián

đoạn Bể lọc cát có dòng tuần hoàn có thể thực hiện việc tuần hoàn dòng nước thải sau

bể lọc cát về bể tự hoại hay ngăn bơm trước bể lọc cát để khử nitơ

Bãi lọc ngầm trồng cây (constructed wetland) gần đây được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phi thấp và ổn định

i Bể tự hoại và bể lọc bằng vật liệu nhân tạo

Bể lọc Waterloo là một trong những bể lọc với vật liệu nhân tạo bằng xốp thấm nước, để xử lý một cách hiệu quả nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp

Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, xử lý nước thải là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu Phần tổng quan trên cho thấy

* Các nước trên thế giới : có rất nhiều nghiên cứu, cải tiến bể tự hoại và tất cả đều

tập trung vào vấn đề nâng cao hiệu quả xử lý nước thải Phần công nghệ đặc biệt được quan tâm: nước thải có thể được xử lý sơ bộ, xử lý nâng cao hoặc loại bỏ cả nitơ và phốt pho Nước thải sau bể tự hoại thường được xử lý trong các công trình tiếp theo, phổ biến nhất là bãi lọc ngầm Bể tự hoại thường được chế tạo sẵn trong các nhà máy, vật liệu là composit hoặc những vật liệu tương tự

* ở Việt Nam: nước thải ra khỏi bể tự hoại chỉ có vài chỉ tiêu đạt yêu cầu còn đa

phần đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 14 – 2008/BTNMT Điều này có thể là do nhận thức của người sử dụng, do thiết kế, xây dựng, quản lý và vận hành

chưa đúng cách Nếu được thiết kế chế tạo, vận hành đúng quy cách và với ưu điểm:

hiệu suất xử lý ổn định, chiếm ít diện tích, giá thành rẻ, quản lý đơn giản, bể tự hoại

sẽ là công trình xử lý nước thải tại chỗ phổ biến và còn phổ biến ở các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam Tuy nhiên nhược điểm của bể tự hoại là: hiệu suất xử lý không cao, chỉ cho phép tách được một phần cặn lơ lửng, và hầu như không tách được các chất rắn hòa tan trong nước thải Do đó để bể đạt hiệu suất tối đa, phát huy hết vai trò, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thì cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về bể tự hoại

Từ những kiến thức thu được sau phần tổng quan, nghiên cứu của luận án không hướng tới công nghệ đưa bể tự hoại trở thành công trình xử lý bậc 2,3 mà chỉ đưa ra hai định hướng chính: 1) Các giải pháp về cấu tạo phù hợp để nâng cao hiệu quả xử lý trong bể tự hoại 2) Hiệu suất xử lý của bể tự hoại có ngăn lọc kỵ khí tăng lên nhờ tác dụng lọc (cơ học, sinh học) + không cho bùn trôi ra ngoài cùng dòng nước thải của các lớp vật liệu lọc Để lớp vật liệu lọc không bị tắc bắt buộc phải định kỳ thau rửa/ thay lớp vật liệu lọc Tuy nhiên việc làm sạch lớp vật liệu lọc này tốn nhiều công sức Chính vì điều đó các lớp vật liệu lọc được thay thế bằng một thiết bị lọc gọi là ống lọc nước thải (như đã giới thiệu ở phần phân loại bể tự hoại) ống lọc nước thải được lắp

ở đầu ra của bể tự hoại và có tác dụng như các lớp vật liệu lọc Nhưng việc làm sạch ống lọc đơn giản và nhanh gọn Đối với Việt nam, chưa có nghiên cứu thử nghiệm nào về ống lọc được thực hiện, vì vậy nghiên cứu của luận án sẽ góp phần cho hướng

đi mới

Chương 2 CƠ Sở Lý LUậN, PHƯƠNG PHáP Và QUY TRìNH NGHIÊN CứU NÂNG CAO HIệU SUấT Xử Lý Nước thải CủA Bể Tự HOạI

2.1 Đặt vấn đề, mục tiêu, đối tượng và thời gian nghiên cứu

a Đặt vấn đề

• Thời gian lưu nước (HRT) là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý nước thải của bể tự hoại, khi HRT tăng thì hiệu suất xử lý tăng Có hai khái niệm: HRTlý thuyết (HRTlýthuyết) và HRT thực tế (HRTthực tế) HRTlýthuyết = dung tích bể/ lưu lượng nước thải vào bể HRTthực tế là thời gian tính từ khi các phần tử nước

và chất bẩn vào cho đến khi ra khỏi bể Nếu bể có cấu tạo khác nhau thì quỹ đạo chuyển động của các phần tử nước và chất bẩn trong nước thải có thể đi theo những con đường khác nhau và như vậy HRTthực tế là khác nhau

Vì vậy để hiệu suất xử lý của bể tự hoại đạt được giá trị cao nhất có thể, việc xem xét, đánh giá sự phân bố thời gian lưu lại thực tế của các“phần tử” nước thải trong bể tự hoại là cần thiết Nghiên cứu này được thực hiện trong phòng thí nghiệm với mô hình bể thu nhỏ và “chất tạo vết” trong mô hình bể là nước muối

• Để kiểm chứng và khẳng định kết quả thu được trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu tiếp tục được thực hiện ngoài hiện trường với bể tự hoại thật và nước thải thật Do

điều kiện nghiên cứu ngoài hiện trường có hạn chế nên chỉ thực hiện để kiểm chứng một phần kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Tuy nhiên ngoài hiện trường lại

đánh giá thêm được những yếu tố ảnh hưởng mới tới hiệu suất xử lý của bể tự hoại đó

là dung tích và đặc tính nước thải đầu vào bể mà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chưa thực hiện được

• Nghiên cứu trên sẽ làm sáng tỏ vấn đề bể có kết cấu và nguồn nước thải đầu vào hợp lý thì hiệu suất xử lý của bể tăng lên Nhưng dù có cải tiến cấu tạo bể như thế nào thì chất lượng nước thải ra khỏi bể vẫn chưa đạt yêu cầu, do có cặn sục ra Để nâng cao chất lượng nước thải sau bể tự hoại có nhiều phương pháp, trong đó có phương pháp bố trí ngăn lọc hiếu khí hoặc kỵ khí ở ngăn cuối của bể tự hoại với vật liệu lọc bằng sỏi, đá dăm hay chất dẻo ưu điểm của các phương pháp này là chi phí thấp, chất lượng nước thải đầu ra bể tự hoại tốt, tuy nhiên nhược điểm là cao độ cống đầu ra bể phải đặt thấp (đối với bể có ngăn lọc hiếu khí), chu kỳ bảo dưỡng vật liệu lọc tương

đối khó khăn, vật liệu lọc phải được dỡ ra làm sạch, sau đó lại nạp như cũ Vì lý do

đó, hiện nay bể tự hoại truyền thống hầu như không có ngăn lọc, là một trong những

nguyên nhân làm cho chất lượng nước thải đầu ra bể kém Một trong những biện pháp

nâng cao chất lượng nước thải đầu ra bể tự hoại là sử dụng ống lọc nước thải ống lọc nước thải được bố trí ở tê phía đầu ra bể tự hoại, cơ chế hoạt động của ống lọc cũng gần tương tự như của ngăn lọc sinh học kỵ khí, nhưng có khác:

* Thời gian tiếp xúc giữa nước thải với ống lọc ngắn hơn thời gian tiếp xúc giữa nước thải với vật liệu lọc

* Tải trọng thủy lực bề mặt của vật liệu lọc nhỏ hơn so với ống lọc do vật liệu lọc có tổng diện tích bề mặt lớn hơn

Việc sử dụng cũng như vận hành bảo dưỡng ống lọc rất đơn giản, mặt khác ống lọc phát huy cao vai trò của công trình xử lý nước thải tại chỗ đứng sau bể tự hoại, giảm nguy cơ tắc nghẽn (bãi lọc ngầm ) Vì vậy nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý

của bể tự hoại bằng cách đặt thêm ống lọc nước thải tiếp tục được thực hiện tại hiện trường

b Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thực hiện trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường với 3 mục tiêu:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu tạo bể (cách chia ngăn, bố trí đường ống vào ra)

đến thời gian lưu nước, làm cơ sở để thiết kế bể tự hoại đạt hiệu suất xử lý cao

- Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu tạo bể (cách chia ngăn, dung tích), đặc tính nước thải nguồn vào tới hiệu suất xử lý của bể tự hoại

- Nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng ống lọc tháo lắp được

c Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình bể tự hoại trong phòng thí nghiệm

- Bể tự hoại của hộ gia đình: 01 bể hiện đang hoạt động và 17 bể tự hoại xây mới

d Thời gian nghiên cứu

- Trong phòng thí nghiệm: từ tháng 6.2007 – 8.2007

- Ngoài hiện trường: + Từ tháng 3.2008 – 11.2009: giai đoạn 1

+ Từ tháng 12.2009 – 5.2010: giai đoạn 2

2.2 Qui trình và điều kiện thí nghiệm

2.2.1 Qui trình và điều kiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

2.2.1.1 Thiết kế và lắp đặt mô hình bể tự hoại

a Cơ sở lý thuyết mô hình hóa

Thí nghiệm trên mô hình sở dĩ có thể thực hiện được là vì nó được xây dựng trên cơ sở lý thuyết mô hình hóa Mô hình ở một mức độ nhất định có thể tái diễn như thực những hiện tượng trong tự nhiên Vấn đề đặt ra là cần thiết lập mối tương quan giữa mô hình và hệ nguyên hình Cơ sở của mô hình hóa áp dụng ở đề tài này là dựa trên lý thuyết tương tự thủy lực bao gồm : Tương tự về hình học, động học và động lực học

b ứng dụng lý thuyết tương tự thủy lực trong lắp đặt mô hình thí nghiệm

Mô hình được lắp đặt trong nghiên cứu thực nghiệm của đề tài sẽ dựa trên kích

thước–nguyên hình– và xét mối tương quan giữa chúng trên cơ sở lý thuyết tương tự

thủy lực Các tính toán cho thấy mô hình và nguyên hình đủ điều kiện tương tự hình học, động học nhưng chưa đủ điều kiện để tương tự nhau về động lực học Tuy nhiên mục tiêu của nghiên cứu là xác định HRT mà điều kiện Tm = Tn đã được thỏa mãn nên không ảnh hưởng tới kết quả thí nghiệm Mặt khác ảnh hưởng về mặt động lực học sẽ

được kiểm chứng tại hiện trường, với nước thải thực tế

c Thiết kế và lắp đặt mô hình

Trong khoảng thời gian từ 6.2007 đến 8.2007, mô hình bể tự hoại làm bằng thủy tinh hữu cơ, có dung tích hữu ích 97l (kích thước cao x rộng x dài = 36x 30 x 90cm),

với 10 cách chia ngăn và bố trí ống vào - ra khác nhau lần lượt được lắp đặt

*) Mô hình bể tự hoại 1 ngăn: mép đáy ống vào ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4

chiều sâu lớp nước (ký hiệu 1N-A1)

*) Mô hình bể tự hoại 2 ngăn

(Ngăn 1, 2 chiếm lần lượt 2/3 và 1/3 dung tích bể(W))

- Với mép dưới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu mực nước

( ký hiệu 2N-A1)

- Với mép dưới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/2 chiều sâu mực nước

(ký hiệu 2N-A2)

- Với mép dưới ống vào - ra bể (tại một số vị trí đặt) gần sát đáy bể

(ký hiệu 2N-A3)

*) Mô hình bể tự hoại 3 ngăn chia ngăn theo chiều dài bể

(Tỷ lệ giữa các ngăn 1/2W ; 1/4W ; 1/4W Trong đó W : Dung tích bể )

+ Với mép dưới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu lớp nước

(ký hiệu 3N- A1)

+ Với mép dưới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/2 chiều sâu lớp nước

(ký hiệu 3N - A2)

+ Với mép dưới ống vào - ra đặt gần sát đáy bể (3N - A3 )

* Mô hình bể tự hoại 3 ngăn, chia ngăn theo chiều rộng bể

(Tỷ lệ giữa các ngăn 1/2W ; 1/4W ; 1/4W trong đó W: dung tích bể)

+ Với mép dưới ống vào - ra bể đặt ở vị trí khoảng 1/4 chiều sâu lớp nước

2.2.1.2 Điều kiện thí nghiệm

- Các mô hình bể tự hoạt động với dòng chảy liên tục

- Thời gian lưu nước lý thuyết HRT = 48h

- Chất tạo vết: dung dịch muối KCl với nồng độ 1g/l

- Thời gian lấy mẫu của các mô hình bể phản ứng dự tính gấp khoảng 2.5 lần so với thời gian lưu nước lý thuyết (Tức là 48 x 2.5 = 120h ): sẽ kiểm chứng trong quá trình thí nghiệm

- Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu: 2h đầu tiên: 20 phút/ lần Sau đó 2h / lần

2.2.1.3 Chuẩn bị thí nghiệm

01 mô hình bể tự hoại thí nghiệm (lần lượt là 1 trong 10 mô hình nêu ở 2.1.2.1) chứa đầy 97 lít nước sạch (nước máy), 01 bơm định lượng, 01 thùng chứa 242.5 lít dung dịch muối KCl với nồng độ 1g/l (do thời gian lấy mẫu dự tính gấp 2.5 lần so với thời gian lưu nước lý thuyết nên lượng chất tạo vết phải chuẩn bị là 97l x 2.5 = 242.5l), 01 chậu chứa (đặt ở phía đầu ra của mô hình bể, dung tích khoảng 5l, đủ để chứa lượng dung dịch ra khỏi mô hình bể tự hoại sau khoảng thời gian 2h), máy đo

điện cực Ion chọn lọc (tên máy: Hach SensIon 5)

* Thí nghiệm 2 cho đến thí nghiệm 10 (với 9 mô hình bể còn lại) : lặp lại tương

tự thí nghiệm 1

2.2.2 Qui trình và điều kiện nghiên cứu ngoài hiện trường

2.2.2.1 Qui trình và điều kiện nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng giải pháp cấu tạo và nguồn nước thải vào bể

Kết hợp với đề tài nghiên cứu khoa học của Bộ Y tế – Cục Y tế dự phòng “ Nghiên cứu mô hình nhà tiêu tự hoại và đề xuất hướng dẫn xây dựng, sử dụng và bảo quản nhà tiêu tự hoại phù hợp trong điều kiện Việt Nam” [30], tác giả luận án đã trực tiếp thiết kế và giám sát xây dựng mới 17 bể tự hoại tại 17 hộ gia đình ở Thôn Lai xá

và Đại tự, xã Kim Chung, Huyện Hoài Đức – Hà nội

Xây dựng bể tự hoại và tiến hành thí nghiệm

- 17 bể tự hoại gồm 04 bể ba ngăn có dung tích 3m3, 04 bể hai ngăn có dung tích 3m3, 04 bể ba ngăn có dung tích 1.5m3, 03 bể hai ngăn có dung tích 1.5m3, 02 bể hai ngăn có dung tích 0.75m3 (bể 0.75m3 thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý của bể tự hoại khi xây dưới tiêu chuẩn cho phép) Các bể 3m3 đều chia ngăn theo chiều dài bể -

Sau khi đưa vào hoạt động một thời gian, 17 bể tự hoại được lấy mẫu liên tục trong vòng 6 tháng (mẫu đầu vào, ra khỏi bể tự hoại) để đánh giá ảnh hưởng của số ngăn, đặc tính nước thải đầu vào tới hiệu suất xử lý của các nhóm bể có cùng điều kiện

2.2.2 2 Nội dung, qui trình và điều kiện thí nghiệm nghiên cứu nâng cao hiệu suất xử lý của bể tự hoại bằng ống lọc tháo lắp được

1 Nội dung nghiên cứu

a) Nguyên lý làm việc của ống lọc

b) Thiết kế, chế tạo ống lọc nước thải

- Xác định thông số kỹ thuật của ống lọc nước thải

- Bản vẽ thiết kế kỹ thuật của ống lọc nước thải

- Chế tạo gia công ống lọc nước thải (bằng phương pháp thủ công)

c) Đánh giá vai trò của ống lọc trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của bể

tự hoại: lắp ống lọc vào tê phía đầu ra và đánh giá hiệu suất xử lý của bể tự hoại qua 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 tại hộ gia đình Bà Nguyễn Thị Huyền

- Giai đoạn 2 tại 17 hộ gia đình Thôn Lai Xá và Đại Tự

2 Quy trình thí nghiệm

a Nguyên lý làm việc của ống lọc

ống lọc làm việc dựa trên nguyên lý : Lọc cơ học và phân hủy kỵ khí cặn được giữ lại trong ống lọc

b Thiết kế, gia công ống lọc để nghiên cứu thử nghiệm

a Cấu tạo ống lọc nước thải : ống lọc nước thải thử nghiệm gồm hai loại :

1) ống lọc loại 1 bằng sợi ny lông dài 40cm (1A) và 60cm (1B))

2) ống lọc loại 2 bằng ống nhựa khía rãnh dài 40cm (2A) và 60cm (2B)

• ống lọc loại 1A và 1B

Nguyên lý hoạt động của ống lọc loại 1 (1A và 1B)

ống lọc được lắp ở trước ống ra khỏi bể tự hoại Nước thải đi qua ống lọc từ phía dưới được các sợi ny lông - là giá thể cho vi sinh vật - giữ lại một phần cặn, mặt

khác sau một thời gian hoạt động trên giá thể xuất hiện các màng vi sinh, màng vi sinh này có tác dụng làm sạch thêm nước thải trước khi ra khỏi bể tự hoại

• ống lọc loại 2A và 2B

Nguyên lý hoạt động của ống lọc loại 2 (2A và 2B)

ống lọc được lắp tại trước ống ra của bể tự hoại Nước thải từ ngăn lắng cuối cùng vào phần khe hở giữa vỏ và lõi lọc, sau đó nước thải đi qua các khía lọc rộng 1,5mm để vào phía trong lõi lọc, các khía lọc và màng vi sinh tạo thành trên bề mặt lõi lọc có tác dụng giữ lại cặn và làm sạch thêm nước thải Nước thải đã xử lý nằm phía trong lõi lọc sẽ được đẩy ra khỏi bể qua 6cm phần khía lọc và khe hở phía trên

b) Chế tạo ống lọc nước thải

Do ở giai đoạn thử nghiệm nên tất cả các ống lọc được chế tạo bằng phương pháp thủ công

c Tiến hành nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện qua 2 giai đoạn :

Giai đoạn 1: Gồm 3 đợt thí nghiệm tại bể tự hoại đang hoạt động của gia đình

Bà Nguyễn Thị Huyền ở Phường Tương Mai–Quận Hoàng Mai – Hà nội

Đặc điểm và giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của bể

Bể tự hoại nhận nước thải đen từ 02 khu vệ sinh Sau khi qua ngăn chứa và ngăn lắng, nước thải ra khỏi bể tự hoại kết hợp với nước thải xám của căn hộ và được xả trực tiếp ra hệ thống thoát nước bên ngoài nhà Chất lượng nước thải của căn hộ ra mạng thoát nước ngoài nhà rất kém và đó cũng là tình trạng chung của nhiều khu dân cư Do bể tự hoại và hệ thống thoát nước của căn hộ nằm phía bên dưới nền nhà, nên không thể cải tạo được hệ thống hiện có Một giải pháp được đưa ra nhằm nâng cao chất lượng đầu ra bể tự hoại, đó là xây thêm một ngăn (và coi như ngăn lắng 3 của bể

tự hoại) ở phía ngoài sân để thu nước đen và nước xám đã hoà trộn chung với nhau Mặt khác trong ngăn thứ 3 này có bố trí thêm ống lọc nước thải ở đầu ra

Lắp đặt ống lọc ( Gồm 3 đợt)

- Đợt 1 ( Từ ngày 6 05 2008 – 13.06.2008 )

Trong đợt 1, ở đầu ra của ngăn thứ 3 có bố trí 03 ống ra song song : không lắp

ống lọc (Đánh giá vai trò của ngăn lắng xây thêm), lắp ống lọc 1A, và 2A Mục

đích đợt 1 là so sánh chất lượng nước thải ở 3 đầu ra bể tự hoại

- Đợt 2 ( Từ ngày 2 07 2008 – 22 09 2008 )

Trong đợt 2, ở đầu ra của ngăn thứ 3 (ngăn lắng 3) có bố trí 04 ống ra song song lắp các loại ống lọc : loại 1A, 1B, 2A, 2B Mục đích của đợt 2 là so sánh chất lượng nước thải sau khi đi qua ống lọc với chiều dài khác nhau

- Đợt 3 ( Từ ngày 25 11 2008 – 25.11.2009 )

Trong đợt 3, ở đầu ra của ngăn thứ 3 bố trí ba ống ra có lắp: ống lọc 1B, ống lọc 2B, và không lắp ống lọc Mục đích của đợt 3 này là so sánh chất lượng nước thải khi đầu ra bể tự hoại lắp và không lắp ống lọc, xác định chu kỳ làm sạch ống lọc nước thải

Giai đoạn 2 : 17 bể tự hoại xây dựng mới tại Hoài Đức – Hà nội Các bể tự

hoại được lắp ống lọc 1B hoặc 2B (8 bể lắp ống lọc 1B, 9 bể lắp ống lọc 2B) Mục đích của giai đoạn này là so sánh chất lượng nước thải đầu ra bể tự hoại giữa lắp và không lắp ống lọc nước thải, triển khai ở quy mô rộng hơn