Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá k đại học thái nguyên bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây

Một tính chất đặc trưng nữa của nướcthải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởicác vi sinh vật và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý s

BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi trườngTCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

WHO Tổ chức Y tế thế giới

Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho

phép trong nước thải sinh hoạt 12Bảng 2.2: Các phương pháp xử lý cơ bản nước thải 15Bảng 3.1 Công thức cây trong thí nghiệm 26Bảng 4.1 Tổng lượng nước tiêu thụ và nước thải sinh hoạt cụ thể tại khu ký

túc xá K (1 năm học = 10 tháng) 30Bảng 4.2 Các thành phần ô nhiễm chính có trong nước thải ký túc xá K 31Bảng 4.3 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 2 ngày 32Bảng 4.4 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 5 ngày 35Bảng 4.5 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 7 ngày 38Bảng 4.6 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây phát lộc 40Bảng 4.7 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây lá dong 42

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 25Hình 4.1: Kết quả phân tích nước thải sinh hoạt khu KTX K 31Hình 4.2: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 2 ngày 33Hình 4.3: Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm

trồng cây sau 2 ngày 33Hình 4.4: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 5 ngày 35Hình 4.5: Hiệu xuất xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm

trồng cây sau 5 ngày 36Hình 4.6: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây sau 7 ngày 38Hình 4.7: Hiệu xuất xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm

trồng cây sau 7 ngày 39Hình 4.8: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây phát lộc 41Hình 4.9: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng

cây lá dong 42

Phần 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.2 Cơ sở thực tiễn 12

2.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải trên thế giới 12

2.2.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt ở Việt Nam 13

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 15

2.3 Tổng quan về mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 21

2.3.1 Khái niệm về bãi lọc ngầm trồng cây 21

2.3.2 Sơ lược về thực vật trong mô hình bãi lọc ngầm trồng cây 21

2.3.3 Sơ lược về các loại vật liệu lọc trong bãi lọc ngầm trồng cây 23

Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 24

3.2 Thời gian, địa điểm nghiên cứu 24

3.3 Nội dung nghiên cứu 24

3.4 Phương pháp nghiên cứu 24

3.4.1 Phương pháp thu thập dữ liệu 24

3.4.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 25

3.4.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25

3.4.4 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu 26

Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28

4.1 Tổng quan về Đại học Thái Nguyên 28

4.2 Hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K - Đại học Thái Nguyên.30 4.3 Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây theo thời gian 32

trồng cây sau 5 ngày 35

4.3.3 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sau 7 ngày 37

4.4 Đánh giá và bàn luận khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây theo loại cây 40

4.4.1 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây phát lộc 40

4.4.2 Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây lá dong 42

Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

5.1 Kết luận 44

5.2 Kiến nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nước là tài sản chung của nhân loại, là một trong bốn nhân tố tạo nênmôi trường, có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự sống của con người

và sinh vật Không có nước thì sự sống của muôn loại trên hành tinh khôngthể tồn tại được Con người khai thác từ các nguồn từ các nguồn tự nhiên và

sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phục vụ ăn uống sinh hoạt củachính con người, nước dùng cho các mục đích hoạt động nông nghiệp, cho sảnxuất, cho sản xuất công nghiệp, cho các hoạt động giao thông, cho rất nhiềucác hình thức dịch vụ Nước sử dụng cho những mục đích trên lại được thảilại vào chính nguồn nước nơi mà con người đã khai thác cho mục đích sửdụng của mình Tất cả những hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu biết đãdẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước và ở nhiều lúc, nhiều nơi đã trở nêntrầm trọng Nước có vai trò quan trọng đối với sự sống nhưng nước khôngphải là vô tận Khoảng 97% khối lượng nước trên bề mặt trái đất là nước mặnchỉ có một phần nhỏ là nguồn nước ngọt, con người có thể khai thác một phầnnhỏ lượng nước ngọt phục vụ cho nhu cầu của mình Nguồn nước ngọt vốn đãrất hạn chế đối với nhu cầu ngày càng tăng của con người vậy mà tại nhiềukhu vực kể cả nước mặt lẫn nước ngầm đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc ônhiễm nguôn nước sạch đã ảnh hưởng trực tiếp đời sông và sức khỏe của cácdân tộc, cả hiện tại và tương lai xa

Hiện nay, nước thải sinh hoạt tại các khu ký túc xá chủ yếu được xử lýyếm khí qua các bể phốt Song do lượng sinh viên tập trung với số lượng lớn,

hệ thống xử lý nước thải bằng bể phốt do bị hạn chế về dung tích cũng nhưkhả năng xử lý Do đó dẫn đến nước thải đầu ra không đảm bảo Quy chuẩncho phép hiện hành Nước thải đầu ra đã qua xử lý nhưng vẫn còn màu vàng,

màu đen và bốc mùi hôi thối gây ô nhiễm nghiêm trọng các khu ký túc xáđồng thời làm ô nhiễm nguồn nước mặt nơi tiếp nhận.

Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinhhoạt là BOD5, COD, Nitơ và Photpho Một tính chất đặc trưng nữa của nướcthải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởicác vi sinh vật và lượng dư thừa này thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh họccùng với bùn Vì vậy, lượng nước thải sinh hoạt khi xả ra môi trường sẽ gây ônhiễm môi trường nghiêm trọng

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt: phương pháp cơ học,phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học… Trong đóphương pháp sinh học là phương pháp đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế,không để lại nhiều ảnh hưởng tới môi trường, phù hợp và dễ áp dụng ngoàithực tế Trong một phạm vi nhất định, phương pháp này không cần dùng đếnhóa chất mà dùng chính hệ vi sinh vật có sẵn trong nước thải để phân hủy cácchất bẩn

Chính vì lý do trên, để góp phần nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằmlàm sạch nước ô nhiễm và trên cơ sở đó có thể tái sử sụng được, bảo vệ nguồnnước tiếp nhận, nhất là bảo vệ chất lượng nước các thủy vực gần khu kí túc, tôi đã

tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá

K Đại học Thái Nguyên bằng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây”.

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài góp phần vào việc tìm hiểu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt

Từ đó góp phần vào công tác bảo vệ môi trường, cải thiện tài nguyên nướcngày càng trong sạch hơn

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cơ sở lý luận

2.1.1.1 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước đã bị ô nhiễm do bị thay đổi về thành phầntrong quá trình tuần hoàn của thủy quyển và qua sử dụng của con người

Nước thải sinh hoạt là nước được thải ra từ các hộ gia đinh, các khuchung cư, khu thương mại, cơ quan, bệnh viện, trường hợp, và các khu ký túcxá Thông thường nước thải hộ gia đình được chia làm hai loại chính là:nước đen và nước xám Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớncác chất ô nhiễm, chủ yếu là chất hữu cơ, các vi sinh vật và cặn lơ lửng Nướcxám là nước phát ra từ quá trình rửa, tắm, giặt với các thành phần ô nhiễmkhông đáng kể

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là chúng có hàm lượng lớn các chấthữu cơ dễ bị thủy phân (hydratcacbon, chất béo, protein) các chất vô cơ dinhdưỡng (photphat, nitơ), trứng giun, sán, cùng các vi sinh vật (cả vi sinh vậtgây bệnh) chủ yếu là vi khuẩn tùy từng vùng, từng nơi mà hàm lượng chất ônhiễm là khác nhau, vì nó phụ thuộc vào điều kiện của vùng, chất lượng bữa

ăn, lượng nước sử dụng và các công trình tiếp nhận nước thải

Ở nước ta lượng nước thải phát sinh trung bình trên một đầu người là100-150 lít/người/ngày Ở các nước phát triển có thể lên tới 400lít/người/ngày [3]

2.1.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt

Thành phần và tính chất của nước thải phụ thuộc rất nhiều vào nguồnnước thải, ngoài ra lượng nước thải ít hay nhiều cũng phụ thuộc ở loại hìnhsinh hoạt

Hiện nay, người ta có 2 cách để tính mức tạo ta nước thải sinh hoạt:

- Cách thứ nhất quy ra lượng chất thải tổng số, chất thải hữu cơ và vô

cơ cho một người trong một ngày

- Cách thứ 2 tính được chi tiết hơn thông qua tính thông số cơ bản trongđánh giá chất lượng nước

Nước thải sinh hoạt chiếm 80% lượng nước được cấp cho sinh hoạt.Nước thải sinh hoạt thường chứa các tạp chất khác nhau Các thành phần nàybao gồm: 52% chất hữu cơ, 48% chất vô cơ Ngoài ra trong nước thải sinhhoạt thường chứa nhiều loài sinh vật gây bệnh và các độc tố của chúng Phầnlớn các loài vi sinh vật có trong nước thải là các vi rút, vi khuẩn gây bệnh tả,

vi khuẩn gây bệnh lị, vi khuẩn gây bệnh thương hàn

Nước thải sinh hoạt thường chứa các thành phần dinh dưỡng cao Nhiềutrường hợp lượng các chất dinh dưỡng này vượt quá nhu cầu phát triển của visinh vật dùng trong xử lý bằng phương pháp sinh học, trong các công trình xử

lý nước theo phương pháp sinh học, người ta cần lượng dinh dưỡng trung bìnhtính theo tỷ lệ BOD5:N:P là 100:5:1 Các chất hữu cơ có trong nước thải khôngphải được chuyển hóa hết bởi các vi sinh vật mà có khoảng 20-40% BODkhông qua quá trình chuyển hóa bởi vi sinh vật, chúng chuyển ra cùng với bùnlắng

Như vậy, yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải phải đạt hiệu suấtloại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lửng, 96-97% COD, BOD và hơn 99% visinh có hại [3]

2.1.1.3 Tác hại của nước thải sinh hoạt

Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành ô nhiễm tồn tạitrong nước thải gây ra

- COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượnglớn và gây ra thiếu hụt ô xy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ

sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm nước quá mức, điều kiện yếm khí cóthể hình thành Trong phân hủy yếm khí sinh các sản phẩm như H2S, NH3,CH4 làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường.

- SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởngđến đời sống của thủy sinh vật nước

- Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền như tiêu chảy, ngộ độcthức ăn, vàng da

- N, P: đây là những nguyên tố đa lượng Nếu nồng độ trong nước quácao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa (sự phát triển bùng phát của các loạitảo, làm cho nồng độ ô xy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và tửvong các loài sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ ô xy rất cao do đóquá trình hô hấp của tảo thải ra)

- Màu: mất mỹ quan

- Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản sự khuếch tán ô xy trên bề mặt [3]

2.1.1.4 Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt

*Độ pH

Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nướccấp và nước thải Chỉ số này cho biết có cần phải trung hòahay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình

xử lý đông tụ, khử khuẩn… Trị số pH thay đổi sẽ ảnhhưởng đến quá trình hòa tan, keo tụ, làm tăng hay giảm tốc

độ phản ứng, nó ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vi sinhvật trong nước PH của nước thải có một ý nghĩa quan trọngtrong quá trình xử lý nước thải Trong thực tế, các công trình

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường làm việctốt trong khoảng pH 7 – 7,6 Thường vi sinh vật phát triển tốt

nhất trong môi trường trung tính pH từ 7 – 8 Các nhóm vi sinhvật khác nhau có mức giới hạn pH khác nhau Ví dụ vi khuẩnnitrit phát triển thuận lợi ở khoảng pH từ 4,8 – 8,8, còn vikhuẩn nitrat pH từ 6,5 – 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trongmôi trường pH từ 1 – 4 Với nước thải sinh hoạt thường có pH từ 7,2 – 7,6 [7].

*Hàm lượng các chất rắn

Hàm lượng các chất rắn là một trong những chỉ tiêu vật lý đặc trưng vàquan trọng nhất của nước thải Nó bao gồm các chất nổi, chất lơ lửng, keo vàchất hòa tan Các chất rắn trong nước thải bao gồm các chất vô cơ hòa tanhoặc không hòa tan như đất đá và các dạng huyền phù lơ lửng Các chất hữu

cơ như xác vi sinh vật, tảo, động vật phù du…

Chất rắn làm trở ngại cho quá trình lưu chuyển, sử dụng và làm giảm chấtlượng nước

Hàm lượng chất rắn được xác định qua các chỉ tiêu cụ thể sau:

- Chất rắn tổng số (TS): là trọng lượng chất khô phần còn lại sau khicho bay hơi 1 lít nước thải trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khihàm lượng không đổi, đơn vị tính g/l hoặc mg/l

- Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): là trọng lượng khô các chấtrắn còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít nước thải và sấy khô ở 1030C – 1050C,với trọng lượng không đổi, đơn vị tính g/l hoặc mg/l

- Chất hòa tan (DS): là hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số củatổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS Đơn vị tính là mg/l

- Chất bay hơi (VS): là trọng lượng mất đi khi nung chất huyền phù SS

ở 5500C trong khoảng thời gian xác định Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trămcủa TS hay SS Chỉ số này thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước

- Chất rắn có thể lắng: số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắngxuống đáy sau khoảng một thời gian Đơn vị là ml/l [6]

*Độ cứng

Trong nước có chứa các ion kiềm gây cho nước có

độ cứng, nó không ảnh hưởng đến sức khỏe con người nhưngảnh hưởng đến quá trình công nghệ xử lý Chỉ số này khôngquan trọng [6]

- Nước có sắt và mangan ở dạng hòa tan

- Nước có chất thải công nghiệp (crom, lignin, tannin).Màu của nước thường chia hai dạng:

+Màu thực: do các chất hòa tan hay các hạt keo

+ Màu biểu kiến: là màu do các chất lơ lửng tạo nên.Trên thực tế, người ta xác định màu thực tế của nước, nghĩa làsau khi lọc bỏ các chất không tan [6]

*Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S mùi trứng thối Các hợp chấtkhác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dướiđiều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S [6]

*Độ đục

Độ đục trong nước là da các hạt rắn vô cơ lơ lửng, các chất hữu cơ phân

rã hay xác động thực vật gây lên Độ đục làm giảm khả năng truyền dẫn ánhsáng nước, gây mất cảm quan, giảm chất lượng nước Các hạt vật chất lơlửng hấp thụ các ion kim loại độc và các chất gây bệnh, gây khó khăn cho quátrình khử khuẩn [6]

*Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD)

COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trongnước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxyhoá toàn bộ các chất hoá học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cầnthiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơnói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủysinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp [8]

*Oxy hòa tan (DO – Disolved Oxygen)

Oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chấtlượng nước Nước càng sạch thì chỉ số này càng cao hay lượng oxy hòa tancàng cao Đây là chỉ số quan trọng đối với việc đánh giá vi sinh vật trongnước thải vì nó ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Chỉ sốnày phụ thuộc vào các yếu tố áp suất, nhiệt độ và các đặc tính của nước (nồng

độ và thành phần các chất hòa tan, vi sinh vật, thủy sinh…) Nồng độ oxy hòatan trong nước sạch thường dao động từ 6 – 7 mg/l ở nhiệt độ bình thường [8]

*Chỉ số BOD (Biochemical Oxygen Demand)

Là lượng chất hữu cơ có thể bị phân huỷ bởi các vi sinh vật hiếu khí

Đó chính là các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ có trong nước BOD được biểu thịbằng số gam hay miligam O2 do vi sinh vật tiêu thụ để oxy hoá chất hữu cơtrong bóng tối ở điều kiện chuẩn về nhiệt độ và thời gian

Phương trình: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sảnphẩm trung gian Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụthuộc vào bản chất của chất hữu cơ, các chủng loại vi sinhvật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số chất có độc tính ởtrong nước Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong

5 ngày đầu, 20% trong 5 ngày tiếp theo và 99% ở ngày thứ

20 và 100% ở ngày thứ 21 Để xác định chỉ sô BOD5 người talấy một mẫu nhất định cho vào chai sẫm màu, pha loãngbằng một thể tích dung dịch pha loãng (nước cất bổ sung mộtvài nguyên tố dinh dưỡng N, P, K bão hoà oxy theo tỉ lệ tínhtoán sẵn, sao cho đảm bảo dư lượng oxy hòa tan cho quátrình phân hủy sinh học), nếu mẫu nước thiếu vi sinh vật cóthể thêm một ít nước chứa vi sinh vật vào Chỉ số BOD càngcao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinhhọc ô nhiễm trong nước càng lớn [8].

*Hàm lượng Nitơ tổng số (T-N)

Nitơ trong nước thường tồn tại ở các hợp chất protein vàcác hợp chất phân hủy: amon, nitrit, nitrat Chúng có vai tròtrong hệ sinh thái nước, trong nước thải luôn cần một lượngNitơ thích hợp, mối quan hệ giữa BOD với N và P có ảnh hưởngđến sự hình thảnh và khả năng oxy hóa của bùn hoạt tính, thểhiện qua tỷ lệ BOD5:N:P [2]

*Hàm lượng Photpho tổng số (T-P)

Photpho trong nước thải tồn tại ở dạng H2PO4, HPO42-, PO4-, cácpolyphosphat như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ Đây là một trong nhữngnguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước

Trong nước thải người ta xác định hàm lượng phospho tổng số để xácđịnh tỉ số BOD5:N:P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình

xử lí nước thải Ngoài ra xác lập tỷ số giữa P và N để đánh giá mức dinhdưỡng có trong nước thải [2]

*Chỉ số LC 50 (Lowesst Observed Effect Concentration)

Chỉ số này cho phép xác định được nồng độ độc tínhtrong nước thải thấp nhất gây tác động ức chế đến vi sinh vật,đồng thời cho biết sơ bộ về độc tính của nước thải để đề ra

các biện pháp tiếp theo, xác định các chất gây độc, xử lý, hấpthụ hay loại bỏ các chất độc [2].

*Chỉ số vi sinh (E.coli)

Theo tiêu chuẩn WHO nguồn nước cấp cho sinh hoạt có chỉ số E.Coli

≤10 E.Coli/100ml nước, ở Việt Nam chỉ số này là 20E.Coli/100ml nước [2]. 

2.1.2 Cơ sở pháp lý

- Luật Bảo vệ môi trường số 52/2005/ được Quốc hội nước Cộng hoà xãhội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11năm 2005

- Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 ngày 21 tháng 6 năm 2012của Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/8/2006 của Chính phủ về việcquy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 của Chính phủ về việcsửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09 tháng

8 năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hànhmột số điều của Luật Bảo vệ môi trường

- Nghị định số 117/2007/NĐ-CP ngày 11/07/2007 của Chính Phủ vềsản xuất, cung cấp và tiêu thụ nước sạch

- Nghị định số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/05/2007 của Chính phủ vềthoát nước đô thị và khu công nghiệp

- Nghị định số 67/2003/NĐ-CP ngày 13/06/2003 của Chính Phủ về phíbảo vệ môi trường đối với nước thải

- Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT ngày 11/03/2005 của Bộ trưởng Y

tế về việc ban hành tiêu chuẩn ngành: Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch

- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ Tàinguyên và môi trường về bắt buộc áp dụng TCVN về môi trường

- Thông tư 09/2009/TT-BXD quy định chi tiết thực hiện một số nộidung của Nghị định số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/05/2007 của Chính phủ vềthoát nước đô thị và khu công nghiệp.

- Thông tư liên tịch 125/2003/TTLT-BTC-BTNMT ngày 18/12/2003

về việc hướng dẫn thực hiện Nghị định số 67/2003/NĐ-CP ngày 13 tháng 6năm 2003 của chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải

- Chỉ thị số 02/2004/CT-BTNMT ngày 02/06/2004 của Bộ trưởng BộTài nguyên và môi trường về việc tăng cường công tác quản lý Tài nguyênnước dưới đất

- QCVN 01:2009/BYT-Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượngnước ăn uống

- QCVN 02:2009/BYT-Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượngnước sinh hoạt

- QCVN 14:2008/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượngnước thải sinh hoạt [5]

Bảng 2.1: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa

cho phép trong nước thải sinh hoạt

2.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải trên thế giới

Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng vớinhịp độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến độ pháttriển kỹ nghệ

Ở Anh Quốc: đầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch Nó trở thành ốngcống lộ thiên vào giữa thế kỷ này Các sông khác cũng có tình trạng tương tựtrước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt

Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn

đề cũng không khác bao nhiêu Dân Pari còn uống nước sông Seine đến cuốithế kỷ 18 Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi khôngcòn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5000 km sông của Pháp bị ô nhiễmmãn tính Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn (như nạn cháy nhà máy thuốcSandoz ở Bale năm 1986) thêm vào các nguồn ô nhiễm thương xuyên

Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùngkhác Vùng Đại Hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệtnghiêm trọng [9]

2.2.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt ở Việt Nam

Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp

và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ở nhiềunơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau

Nông nghiệp là nghành sử dụng nhiều nước nhất cho tưới lúa và hoamàu, chủ yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Việc

sử dụng nông dược và phân bón hóa học ngày càng góp thêm phần làm ônhiễm môi trường nông thôn

Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nước quan trọng, mõi ngành có mộtloại nước thải khác nhau Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến sông

Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số Khucông nghiệp Việt Trì xả mỗi ngày hàng trăm mét khối nước thải của nhà máyhóa chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt xuống sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩnđáng kể Khu công nghiệp Biên Hòa và thành phố Hồ Chí Minh tạo ra nguồnnước thải công nghiệp và sinh hoạt rất lớn, làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch

ở đây và cả vùng phụ cận

Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số

và các đô thị Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ

sở tiểu thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ởnước ta

Điều đáng nói là các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môitrường, chưa qua xử lý gì cả, vì nước ta chưa có hệ thống xử lý nước thải nàođúng nghĩa như tên gọi

Nước ngầm cũng bị ô nhiễm, do nước sinh hoạt hay công nghiệp vànông nghiệp Việc khai thác tràn lan nước ngầm làm cho hiện tượng nhiễmmặn và nhiễm phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông TháiBình, sông Cửu Long, ven biển miền Trung

Nước thải sinh hoạt là một vấn đề quan trọng cho những thành phố lớn

và đông dân cư nhất là đối với các quốc gia đã phát triển Riêng đối với cácquốc gia còn trong tình trạng đang phát triển, vì hệ thống cống rãnh thoát nướccòn trong tình trạng thô sơ, không hợp lý cũng như không theo kịp đà phát triểndân số tăng nhanh như trường hợp ở các thành phố ở Việt Nam như: Hà Nội,Sàn Gòn, Hải Phòng, Nha Trang, Đà Nẵng, Cần Thơ, việc giải quyết và xử lýnước thải hầu như không thể thực hiện được Nước thải sau khi qua hệ thốngcống rãnh được chảy thằng vào sông rạch và sau đó cùng đổ ra biển mà khôngqua giai đoạn xử lý Thêm nữa, hầu hết các cơ sở công kỹ nghệ cũng không có

hệ thống xử lý nước thải, do đó tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng trầm

trọng hơn nữa Nếu tình trạng trên không chấm dứt, nguồn nước mặt và dọctheo bờ biển Việt Nam sẽ không còn được sử dụng được nữa trong một tươnglai không xa Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO)công bố cho thấy mỗi năm Việt Nam có hơn 20000 người tử vong do điều kiệnnước sạch và vệ sinh nghèo nàn thấp kém Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân ở

cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môitrường nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng [9]

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

Bảng 2.2: Các phương pháp xử lý cơ bản nước thải

- Chất hữu cơ hòa tan

- Phương pháp sinh học hiếu khí như: bùn hoạttính, ao hồ hiếu khí, hồ ổn định, lọc sinh học

- Phương pháp sinh học kị khí như: ao hồ kị khí,lên men metan, đưa sâu xuống lòng đất

- Kết tủa bằng vôi, muối sắt, phèn nhôm

- Kết tủa kết hợp với sinh học, trao đổi ion

- Trao đổi ion, kết tủa hóa học kết hợp với trồngcây thủy sinh

- Trao đổi ion, bán thấm, điện thấm, phương pháphiếu khí

- Phương pháp cơ học

Thực chất phương pháp xử lí cơ học là loại các tạp chất không hòa tan

ra khỏi nước thải bằng cách gạn, lọc và lắng. 

Trong phương pháp này thường ứng dụng các công trình sau đây: 

+ Song và lưới chắn rác: Để loại bỏ các loại rác và các tạp chất có kích

thức lớn hơn 5 mm thường dùng song chắn rác, còn các tạp chất nhỏ hơn 5

mm thường dùng lưới chắn rác. 

+ Bể lắng cát được ứng dụng để loại các tạp chất vô cơ và chủ yếu là

cát trong nước thải. 

+ Bể vớt mỡ, dầu: Các loại công trình này thường được ứng dụng khi

xử lý nước thải công nghiệp, nhằm để loại bỏ các tạp chất nhẹ hơn nước: mỡ, dầu mỏ….và tất cả các dạng chất nổi khác Đối với nước thải sinh hoạt, khi hàm lượng mỡ không cao thường việc vớt mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ các thanh gạt bố trí trong bể lắng. 

+ Bể lắng được ứng dụng để loại các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn

hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước.Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống dưới bể, còn các chất có tỷ trọng nhỏ hơn của nước sẽ nổi lên trên mặt nước. 

+ Bể lọc được ứng dụng để loại các tạp chất lơ lửng kích thước nhỏ bé

bằng cách lọc chúng qua lưới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc. 

Trường hợp khi mức độ làm sạch không cao lắm và các điều kiện vệ sinh

cho phép thì phương pháp xử lý cơ học giữ vai trò chính trong trạm xử lý Trong các trường hợp khác, phương pháp xử lý cơ học chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi xử lý sinh hóa [7].

- Phương pháp hóa học và hóa lý

+ Phương pháp hóa học: Thực chất của phương pháp hóa học là đưa vào

nước thải chất phản ứng nào đó Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn trongnước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng bay hơi, kếttủa hay hòa tan không độc hại hoặc ít độc hại hơn. 

+ Phương pháp hóa lý: Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quátrình vật lý gồm các quá trình cơ bản như trung hòa, tuyển nổi, keo tụ, tạo bông,

ly tâm, lọc, chuyển khí, hấp phụ, trích ly, cô bay hơi… Tùy thuộc vào tính chấtcủa tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch mà người ta sử dụng một hoặcmột số phương pháp kể trên [7]

- Phương pháp trung hòa

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau, muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hoà và điều chỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6 Trung hoà bằng cách dùng các dung dịch acit hoặc muối acit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà dịch nước thải [7]. 

- Phương pháp trao đổi ion

Thực chất của phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion

bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các chất trao đổi ion, chúng hoàn toàn không tan vào nước Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặchữu 

cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp [7]

- Phương pháp keo tụ

Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt rắn huyền phù nhỏ 

có kích thước ≥ 10-2mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. 

Ta có thể tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào thành tập hợp các hạt để có thể lắng được Muốn vậy trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng lại với nhau Quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ [7]

- Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng để loại các tạp chất bẩn hoà tanvào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không

loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường, đây là các hợp chất hoà tan

có độc tính cao hoặc chất có màu, mùi, vị rất khó chịu. 

Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính,silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong quá trình sảnxuất như xỉ tro, mạt sắt, trong đó than hoạt tính được dùng nhiều nhất [7]

- Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc các phân tử trong nước cókhả năng tự lắng kém, nhưng lại có khả năng kết dính vào các bọt khí nổilên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách các bọt khí Trong một số trườnghợp, quá trình này cũng dùng để tách một số chất hoà tan như chất hoạt động bềmặt. Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành các hạt bọt nhỏvào trong nước thải Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên bềmặt nước Khi nổi lên các bọt khí hợp thành bông hạt đủ lớn rồi tạo thành mộtlớp bọt chứa nhiều hạt chất bẩn [7]

- Phương pháp khử khuẩn

Dùng các hoá chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyênsinh, giun sán … để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vàonguồn nước hoặc tái sử dụng Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dùng hoá chấthoặc các tác nhân như ozon, tia tử ngoại Hoá chất khử khuẩn phải đảm bảo cótính độc với vi sinh vật trong thời gian nhất định, sau đó phải được phân huỷhoặc bay hơi, không còn dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào

- Phương pháp xử lý sinh học

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức

ăn của vi sinh vật Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hoáhoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi cácchất bẩn hữu cơ

Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năngphân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chấtkhoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo từng nhóm vikhuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trìnhkhác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta cóthể sử dụng hồ sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý [7]

- Phương pháp hiếu khí 

Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí dựa trên nhu cầu oxy cầncung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển.Quá trình này của vi sinh vật gọi chung là hoạt động sống, gồm hai quá trình:dinh dưỡng sử dụng các hợp chất hữu cơ, các nguồn nitơ và photpho cùngnhững ion kim loại khác nhau với mức độ vi lượng để xây dựng tế bào mới,phát triển tăng sinh khối, phục vụ cho sinh sản, phân huỷ các chất hữu cơ còn lạithành CO2 và H2O. Quá trình sau là quá trình phân huỷ với dạng oxy hoá cáchợp chất hữu cơ, giống như trong quá trình hô hấp ở động vật bậc cao Cả haiquá trình dinh dưỡng và oxy hoá của vi sinh vật có trong nước thải đều cần oxy

Để đáp ứng được nhu cầu oxy này người ta phải khuấy đảo khối nước thải đểoxy trong không khí được khuyếch tán, hoà tan vào trong nước Song biện phápnày chưa thể đáp ứng được đầy đủ nhu cầu về oxy Do vậy người ta sử dụng cácbiện pháp hiếu khí tích cực như thổi khí, thổi bằng khí nén hoặc quạt gió, với áplực cao kết hợp khuấy đảo [7]

- Phương pháp yếm khí 

Quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí do một quần thể

vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần sự có mặt của oxy khôngkhí, sản phẩm cuối cùng là một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2S, NH3… trong

đó có tới 65% là khí CH4 Vì vậy quá trình này còn gọi là quá trình lên menMetan và quần thể sinh vật được gọi là vi sinh vật Metan. Phương pháp yếm khíchủ yếu dùng cho loại nước thải có độ ô nhiễm cao. Quá trình làm sạch nướcthải tiến hành trong bể kín đảm bảo điều kiện yếm khí. 

Cho nước thải vào bể đó vi sinh vật yếm khí sẽ tiến hành phân huỷ chấthữư cơ trong nước thải theo 2 giai đoạn: 

+ Giai đoạn lên men acit: Những hidratcacbon dễ bị phân huỷ sinh hoáthành các acit béo với khối lượng phân tử thấp Khi đó pH môi trường giảmxuống đến 5 hoặc thấp hơn, có kèm theo mùi hôi. 

+ Giai đoạn Metan hoá: Ở giai đoạn này các vi sinh vật kị khí chuyển hoácác sản phẩm của pha acit thành CH4 và CO2 Các phản ứng này chuyển pH củamôi trường sang kiềm. Hệ vi sinh vật lên men yếm khí thường có sẵn trongnước thải Tuy nhiên để tăng tốc độ phân giải, nâng cao năng suất hoạt động củacác bể Metan, có thể phân lập, nuôi cấy các vi sinh vật thích hợp để cung cấpthêm cho bể Các nhóm vi sinh vật thường gặp trong quá trình này là:Metanococcus, Metanobacterium, Metanosarcina… 

Dựa vào khả năng sống của Vi sinh vật Chúng sử dụng các chất hữu cơ

có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: cacbon, kali, photpho, nito trong quá trình dinh dưỡng các Vi sinh vật sẽ nhận các chất đề xây dựng tế bào

và sinh năng lượng nên sinh khối của chúng tăng lên [7]

- Phương pháp lắng

Những chất lơ lửng (huyền phù) là những chất có kích thước hạt lớnhơn 10-4 mm Những chất lơ lửng trong nước thải gồm những hạt khác nhau

về hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng và bản chất xuất sứ Bản chất củacác dạng huyền phù lơ lửng là không có khả năng giữ nguyên tại chỗ ở trạngthái lơ lửng Các hạt lớn sẽ lắng hoặc nổi lên trên mặt nước dưới tác dụng củatrọng lực [7]

- Phương pháp lọc

Lọc là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc khí bằng cáchcho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp cáchạt rắn sẽ được giữ lại trên bề mặt lớp vật ngăn còn khí hoặc lỏng sẽ thấm quavật ngăn [7]

2.3 Tổng quan về mô hình bãi lọc ngầm trồng cây

2.3.1 Khái niệm về bãi lọc ngầm trồng cây

Bãi lọc ngầm bao gồm hệ thống phân phối nước thải và hệ thống thunước Trên bãi lọc ngầm có bố trí hệ thống thông hơi Hệ thống phân phối bốtrí trong hào và cao hơn mực nước ngầm tối thiểu là 1m

Có thể phân các loại bãi lọc trồng cây ra làm 2 nhóm chính: Bãi lọctrồng cây ngập nước; Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay Bãi lọc trồng câyvới dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng

Có thể sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau trong bãi lọc trồng cây.Thực vật trong bãi lọc trồng cây thường là các loại thực vật thủy sinh lưuniên, thân thảo, thân xốp, dễ chùm, nổi trên mặt nước, ngập hẳn trong nướchay trồng trong nước nhưng thân cây nhô lên trên mặt nước

Trong các loại bãi lọc trồng cây kể trên, bãi lọc ngầm trồng cây dòngchảy thẳng đứng tỏ ra có nhiều ưu điểm như điều kiện hiếu khí trong lớp vậtliệu lọc tốt hơn, nâng cao hiệu suất quá trình phân hủy sinh học các hợp chất