đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phương pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây sậy

Bảng 2.1 Phân loại nước thải theo phương pháp được sử dụng để xử lý 2 Các chất hữu cơ hòa tan hay ở dạng nhũ, thí dụ như thuốc nhuộm, hoạt động bề mặt trong chất giặt, phenol và dẫn xuấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

….…   ……

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CƠ

SỞ SẢN XUẤT HỦ TIẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÁNH ĐỒNG LỌC CHẢY TRÀN CÓ TRỒNG CÂY SẬY

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Th.S NGUYỄN THỊ THU VÂN NGUYỄN THỊ NHƯ XUÂN

MSSV: 1110888 TRƯƠNG MINH TOÀN MSSV: 111087

Cần Thơ, tháng 12 năm 2014

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển vượt bậc với xu thế “công nghiệp hóa, hiện đại hóa” Bên cạnh đó nông nghiệp vẫn là thế mạnh hàng đầu của nước ta Vốn được thiên nhiên ưu đãi và có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển nông nghiệp cùng với việc khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã làm cho năng suất và chất lượng nông sản ngày càng cao Đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm như sản xuất bún, bánh tráng, hủ tiếu… Sản xuất ngày càng phát triển nhưng vấn đề môi trường vẫn chưa được quan tâm đúng mức, nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt thải ra môi trường thì làm ô nhiễm nguồn nước mặt, ảnh hưởng hệ sinh thái và con người Điển hình là cơ sở sản xuất

hủ tiếu Thủy ở huyện Chợ Gạo tỉnh Tiền Giang, tuy cơ sở sản xuất hiện nay đã có

hệ thống xử lý nhưng nồng độ ô nhiễm trong nước thải sau xử lý vẫn còn rất cao (COD= 3160 mg/L) Chính vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Đánh giá hiệu quả xứ lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phương pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây sậy” nhằm góp phần cải thiện tình trạng môi trường nước

ở cơ sở sản xuất

Hệ thống xử lý nước thải được sửa chữa, vận hành và theo dõi các thông số chất lượng nước trước và sau xử lý để giá hiệu suất hệ thống là SS, COD, BOD5, tổng N, tổng P, tổng Coliform được so sánh với cột B QCVN 40:2011/BTNMT

Kết quả xử lý của hệ thống sau khi sửa chữa và vận hành:

- Kết quả xử lý của túi biogas BOD5 74,46%, SS 72,13%, COD 57,95%, tổng Nitơ 57,95%, tổng Phospho 52,78%, tổng Coliform 99,88%

- Kết quả cánh đồng xử lý thêm BOD5 16,66%, SS 12,17%, COD 27,47%, tổng Nitơ 27,47%, tổng Phospho 36,47%, tổng Coliform 0,07%

- Kết quả xử lý của hệ thống sau khi sửa chữa pH, tổng Nitơ, tổng Phospho, Coliform đạt loại A QCVN 40:2011/BTNMT; chỉ tiêu COD, SS đạt loại B QCVN 40:2011/BTNMT; chỉ tiêu BOD5 không đạt QCVN 40:2011/BTNMT Hiệu suất xử lý của hệ thống BOD5 91,12%, SS 84,3%, COD 85,42%, tổng Nitơ 85,42%, tổng Phospho 98,52%, tổng Coliform 99,95% Nước thải sau khi qua cánh đồng thì không còn màu đen và cũng không còn mùi hôi

LỜI CẢM TẠ

Khi thực hiện một đề tài luận văn tốt nghiệp thực tế khó tránh khỏi những khó khăn, thử thách và những lúc nản chí, bởi với kiến thức chuyên môn vốn có của mình còn rất hạn chế và cả những kinh nghiệm về thực tiễn lại càng hạn hẹp Vì vậy để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp thì cần phải có sự giúp đỡ của những người xung quanh trong quá trình thực hiện luận văn

Trước tiên, chúng con xin tỏ lòng cảm ơn và quý trọng sự ủng hộ, sự chăm sóc và quan tâm của gia đình, đặc biệt là đấng sinh thành Thời gian vừa qua là những gì sẽ đánh dấu bước ngoặc trong cuộc đời của chúng con, nhờ có Cha, Mẹ chúng con mới

có được như ngày hôm nay Những lúc đau ốm cũng như những lúc tinh thần chúng con dường như suy sụp hoàn toàn, Cha, Mẹ là nguồn động lực tạo niềm tin và sức mạnh, đã động viên con phải đứng dậy để đứng vững trên con đường này

Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời tri ân và lòng cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Thị Thu Vân đã dẫn dắt và hướng dẫn chúng tôi từng bước một trong quá trình thực hiện, những lời chỉ bảo tận tình giúp chúng tôi tìm ra hướng giải quyết khi gặp bế tắc, nâng cao trình độ và kiến thức bị hỏng để đến giây phút này chúng tôi đã hoàn thành tốt luận văn của mình

Chúng tôi xin gửi đến lời cảm ơn chân thành đến Thầy Lê Hoàng Việt nói riêng, mặc dù Thầy không trực tiếp hướng dẫn nhưng đã tạo ra cơ hội khi chúng tôi không còn sự lựa chọn đề tài luận văn cho mình và các quý Thầy, Cô khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên của bộ môn Kỹ thuật Môi trường nói chung

Trong quá trình thực hiện, do chúng tôi làm mô hình thực tế ở tỉnh Tiền Giang nên

đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ phía cơ quan và những người dân nơi chúng tôi làm mô hình về kinh phí lẫn kinh nghiệm chuyên ngành, đồng thời nhận được rất nhiều sự ủng hộ nhiệt tình của người thân, bạn bè đã tạo cho chúng tôi niềm tin lẫn nghị lực để vượt qua những lúc khó khăn cũng như lúc vấp ngã

Để thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, chúng tôi đã cố gắng hết khả năng để hoàn thành đề tài nhưng do thời gian và kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót và khuyết điểm Kính mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô để đề tài luận văn được hoàn thiện hơn

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày.… tháng năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Cần Thơ, ngày.… tháng năm 2014

Cán bộ phản biện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết luận văn này dựa trên nghiên cứu của chúng tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác

Cần thơ, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Như Xuân Trương Minh Toàn

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI i

LỜI CẢM TẠ ii

Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN iii

Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƯỚC THẢI 3

2.2 NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 4

2.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH 6

2.3.1 Giới thiệu chung 6

2.3.2 Mục đích, ích lợi và giới hạn 6

2.3.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải 7

2.3.4 Các nhóm thực vật thủy sinh chính 8

2.3.5 Thành phần cơ thể của thực vật thủy sinh 10

2.3.6 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong nước bởi thực vật thủy sinh 11

2.3.7 Các ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng 13

2.4 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ 13

2.4.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí 13

2.4.2 Các nhóm vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy kị khí 15

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình phân hủy sinh học kỳ khí 15

2.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG SINH HỌC KỲ KHÍ 17

2.5.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp kỳ khí với sinh trưởng lơ lửng 17

2.5.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kỳ khí với sinh trưởng bám dính 18

2.6 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÁNH ĐỒNG LỌC 19

2.6.1 Các cơ chế xử lý nước thải trong cánh đồng lọc 19

2.6.2 Cánh đồng lọc chậm 21

2.6.3 Cánh đồng lọc nhanh 21

2.6.4 Cánh đồng lọc chảy tràn 24

2.7 SƠ LƯỢC VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO 27

2.7.1 Khái niệm 27

2.7.2 Đặc điểm đất ngập nước 27

2.8 CÂY SẬY 31

2.8.1 Giới thiệu 31

2.8.2 Đặc tính cấu tạo 31

2.8.3 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nước thải ở Việt Nam 33

2.8.4 Công trình áp dụng cây Sậy để xử lý nước thải ở Thế giới 33

2.9 CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI 34

2.9.1 Thông số vật lý 34

2.9.2 Thông số hóa học 35

2.9.3 Vi sinh vật học 36

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN 38

3.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 38

3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 38

3.2.2 Phương pháp và phương tiện thí nghiệm 39

3.3 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 42

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT 45

4.1.1 Tổng quan về cơ sở sản xuất 45

4.1.2 Khảo sát tổng quát về qui trình và công nghệ xử lý 45

4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG 49

4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 51

4.3.1 pH trong nước thải 51

4.3.2 Hàm lượng BOD 51

4.3.3 Hàm lượng SS 53

4.3.4 Nồng độ COD 54

4.3.5 Tổng Nitơ 55

4.3.6 Tổng Phospho 57

4.3.7 Tổng Coliform 59

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

5.1 KẾT LUẬN 61

5.2 KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC A 63

PHỤ LỤC B 69

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Phân loại nước thải theo phương pháp được sử dụng để xử lý 5

Bảng 2.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu 6

Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh trong hệ thống xử lý 14

Bảng 2.4 Tổng hợp khả năng chuyển hóa BOD5 và SS của một số cơ sở bằng phương pháp FWS và SFS trên thế giới 34

Bảng 2.5 Các hợp chất tạo mùi hôi hiện diện trong nước thải chưa qua xử lý 35

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu theo dõi, phương pháp và phương tiện phân tích mẫu 43

Bảng 4.1 Đặc điểm nước thải sản xuất hủ tiếu trước khi sữa chữa mô hình 45

Bảng 4.2 Giá trị pH của thí nghiệm định hướng theo từng công đoạn 50

Bảng 4.3 Giá trị COD của thí nghiệm định hướng theo từng công đoạn 50

Bảng 4.4 Kết quả chỉ tiêu nước thải sản xuất đầu vào 50

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Rong đuôi chồn 8

Hình 2.2 Bèo tấm 9

Hình 2.3 Lục bình 9

Hình 2.4 Cây đước 10

Hình 2.5 Cây sậy 10

Hình 2.6 Ba giai đoạn của quá trình lên men kỳ khí 14

Hình 2.7 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kị khí 17

Hình 2.8 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc nhanh 23

Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chảy tràn 26

Hình 2.10 Các vùng hình thành đất ngập nước 28

Hình 2.11 Các loại đất và lưu lượng nước thải ứng dụng cho các cánh đồng lọc 30 Hình 2.12 Các bộ phận chi tiết của cây lau sậy 32

Hình 3.1 Đá nâng pH 38

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm 39

Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm 40

Hình 3.4 Cánh đồng Sậy đã phát triển và đang thực hiện quá trình xử lý 41

Hình 4.1 Túi biogas chưa sửa chữa 46

Hình 4.2 Lớp vật liệu lọc chưa sửa chữa 46

Hình 4.3 Cánh đồng lọc chưa sửa chữa 47

Hình 4.4 Túi biogas đã sửa chữa và thay mới 48

Hình 4.5 Lớp vật liệu mới 48

Hình 4.6 Cánh đồng sau khi sửa chữa lại 49

Hình 4.7 Giá trị pH của thí nghiệm 51

Hình 4.8 Hàm lượng BOD5 của thí nghiệm 52

Hình 4.9 Hiệu suất xử lý BOD5 của nước thải 52

Hình 4.10 Hàm lượng SS của thí nghiệm 53

Hình 4.11 Hiệu suất xử lý SS của nước thải 53

Hình 4.12 Hàm lượng COD của thí nghiệm 54

Hình 4.13 Hiệu suất xử lý COD của nước thải 55

Hình 4.14 Hàm lượng tổng N của thí nghiệm 56

Hình 4.15 Hiệu suất xử lý tổng N của nước thải 56

Hình 4.16 Hàm lượng tổng P của thí nghiệm 57

Hình 4.17 Hiệu suất xử lý tổng P của nước thải 58 Hình 4.18 Hàm lượng tổng Coliform của thí nghiệm 59 Hình 4.19 Hiệu suất xử lý tổng Coliform của nước thải 59

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công

nghiệp

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển vượt bậc với xu thế “công nghiệp hóa, hiện đại hóa” và đã gia nhập WTO (tổ chức thương mại thế giới) vào ngày 1/11/2007 Đây cũng là một bước tiến cho nước Việt Nam càng có ưu thế hơn về nền công nghiệp so với các nước trong và ngoài khu vực Đông Nam Á Để có được những thành tựu nêu trên, hiện tại đã có rất nhiều khu công nghiệp, nhà máy chế biến xuất khẩu các loại như thủy, hải sản, các loại thực phẩm và sản phẩm tiêu dùng cung cấptrong và ngoài nước đã mọc lên hàng loạt do nhu cầu thị trường ngày một nâng cao… Bên cạnh đó, các làng nghề truyền thống càng phát huy sở trường và lợi dụng nguồn tài nguyên sẵn có để phát triển và đáp ứng được nhu cầu của con người

Sự phát triển của nền công nghiệp hay nông nghiệp cũng đều dẫn đến sự ô nhiễm và suy thoái về môi trường ngày một trầm trọng hơn Đây cũng là một vấn đề cần khắc phục và phải có hướng giải quyết ở hầu hết tất cả các nước trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Mặt khác, Việt nam vốn dĩ là nước nông nghiệp và có sản lượng lúa gạo rất lớn Ở các vùng miền khác nhau sẽ có những đặc tính về địa hình, khí hậu và nguồn tài nguyên khác nhau Đặc biệt, khi nhắc đến vùng ĐBSCL thì người ta sẽ nghĩ ngay đến vùng đất màu mỡ, lượng phù sa dồi dào rất thích hợp cho việc trồng lúa nước Chính vì thế, vùng ĐBSCL là vùng có trữ lượng sản xuất

và xuất khẩu lúa gạo lớn nhất ở Việt Nam và Tiền Giang hiện là tỉnh có sản lượng lúa gạo chủ chốt của vùng, nhờ đó mà những người dân ở tỉnh này sống chính vào nghề nông, nhưng bên cạnh đó các làng nghề truyền thống đã tận dụng nguồn lúa gạo phong phú chuyển hóa thành các thực phẩm khác Ví dụ như: hủ tiếu, bún, các loại bánh làm từ gạo,… Trong quá trình sản xuất hủ tiếu sẽ thải ra một lượng nước

có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, nếu thải ra môi trường trực tiếp sẽ làm ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến cảnh quan, đời sống sinh hoạt, sức khỏe của người dân xung quanh, đặc biệt sẽ phá hủy môi trường sinh thái Chính vì vậy, để khắc phục tình trạng nêu trên chúng ta cần có biện pháp xử lý nước bị ô nhiễm trước khi thải ra môi trường ngoài

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải bị ô nhiễm đạt hiệu quả cao như: xử lý hóa học, xử lý cơ học (lý học), xử lý sinh học… nhưng ứng với các phương pháp này thì đòi hỏi:

- Chi phí thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì rất cao;

- Nguồn lợi về mặt kinh tế giảm;

- Cần nguồn nhân lực có trình độ cao để quản lý và vận hành;

- Máy móc hoạt động sẽ tạo ra tiếng ồn, tạo ra mùi hôi và làm mất mỹ quan

Vì vậy, khi chọn phương pháp xử lý cần phải cân nhắc và tính toán như thế nào để lợi về mặt kinh tế, về vẻ mỹ quan, xử lý đạt hiệu quả và không gây ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe của người dân xung quanh Đây là một vấn đề cần được quan tâm

Phương pháp xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là phương pháp tự nhiên, dễ thực hiện và có khả năng xử lý cao thông qua các quá trình lý, hóa, và sinh học tự nhiên

diễn ra trong “hệ đất – nước – thực vật” của hệ thống Đây được xem là một biện

pháp rẻ tiền Chính vì vậy, cây Sậy (có tên khoa học là Phragmites communis) là loại thực vật thích hợp, vì Sậy rất dễ tìm, sức sống mạnh có thể sống trong môi trường nước ô nhiễm, xử lý được nước thải Đặc biệt, cây Sậy có thể sống trong điều kiện khắc nghiệt Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể phân hủy chất hữu

cơ và hấp thu kim loại nặng

Với những vấn đề nêu trên, đề tài “Đánh giá hiệu quả xứ lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu bằng phương pháp cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây Sậy” được thực hiện

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Đánh giá hiện trạng và sữa chửa hệ thống xử lý nước thải sản xuất hủ tiếu Thủy,

ấp Bình Hòa, xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang

- Xử lý nước thải bằngcánh đồng lọc với phương pháp trồng “cây Sậy” để cải thiện được tình trạng ô nhiễm nước của cơ sở sản xuất hủ tiếu

- Xử lý nước thải sau khi ủ gạo lên men, đạt loại B theoQCVN 40-2011-BTNMT Nước thải công nghiệp, Bộ Tài Nguyên & Môi Trường, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

- Tạo cảnh quan cho khu vực

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƯỚC THẢI

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng: “Nước thải là hỗn hợp nước và các chất rắn chứa trong nó, được thải ra từ các khu vực dân cư, các cơ quan, các khu thương mại và công nghiệp cộng với lượng lớn nước ngầm, nước mặt, nước mưa đi vào hệ thống thu gom”

Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam: “Ô nhiễm nước là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng tương đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bình thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu”

Người ta phân biệt sự ô nhiễm nước theo nguồn gây ra nó:

- Sự ô nhiễm do nguồn xác định (hay còn gọi là nguồn điểm, nguồn đặc trưng): gây

ra do các nguồn gây ô nhiễm có thể xác định được vị trí, kích thước, bản chất, lưu lượng chất gây ô nhiễm Các nguồn này bao gồm các điểm xả thải của một cộng đồng hay một xí nghiệp công nghiệp ra sông

- Sự ô nhiễm do các nguồn không xác định (hay còn gọi là nguồn không có điểm, nguồn không đặc trưng): gây ra do các nguồn gây ô nhiễm không có điểm cố định, không xác định được vị trí, bản chất, lưu lượng, các tác nhân gây ô nhiễm Các nguồn này bao gồm nước mưa chảy tràn qua các khu vực sản xuất nông nghiệp, đường phố đổ vào sông rạch…

Các thành phần cấu thành lượng của nước thải từ một cộng đồng phụ thuộc vào hệ thống thu gom nước thải mà cộng đồng đó đang sử dụng, và có thể bao gồm các thành phần sau:

- Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các hộ dân cư, các khu thương mại hay các cơ quan hành chính Nước thải này bao gồm nước tắm giặt, nấu nướng Nước thải này

có lượng biến thiên theo giờ trong ngày, theo thời tiết, theo các thiết bị sử dụng nước và khả năng cấp nước sinh hoạt

- Nước thải công nghiệp: nước thải từ các nhà máy, lượng nước thải phụ thuộc vào loại hình công nghiệp, biến thiên theo giờ trong ngày, ca sản xuất, mùa vụ sản xuất

- Nước mưa hay nước ngầm đi vào hệ thống cống rãnh: là lượng nước ngầm vào các

hệ thống cống rãnh thu gom do sự xì hở của các mối nối các ống cống, hay nước mưa tràn vào từ khe hở của các nắp cống Lượng nước này phụ thuộc chất lượng đường cống và mực thủy cấp của khu vực đó

- Nước mưa (hay do tuyết tan ở các khu vực ôn đới): lượng nước này phụ thuộc vào

hệ thống thu gom (chung cho cả hai loại nước hay tách riêng từng loại nước)

Thành phần của nước thải công nghiệp rất phức tạp, nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, người sử dụng… Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải cũng được biến thiên theo mục đích sử dụng trong nhà máy, nó có thể rất cao (nước thải từ quá trình chế biến), hoặc rất thấp (nước thải từ quá trình rửa thiết bị hoặc nước làm nguội)

2.2 NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như về lượng phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ

sử dụng, tính hiện đại của công nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trình độ quản lý của cơ

sở và ý thức của cán bộ công nhân viên (Lương Đức Phẩm, 2002)

Nước thải công nghiệp được tạo nên sau khi đã được sử dụng trong các quá trình công nghệ sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn Loại nước thải này có thể bị ô nhiễm do các tạp chất có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ Trong thành phần của chúng có thể chứa các dạng vi sinh vật (đặc biệt là nước thải của các nhà máy giết mổ, nhà máy sữa, bia, dược phẩm), các chất có ích cũng như các chất độc hại (Lâm Minh Triết, 2008)

Trong xí nghiệp công nghiệp, nước thải công nghiệp bao gồm:

- Nước thải công nghiệp quy ước sạch: là loại nước thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà

- Loại nước thải công nghiệp nhiễm bẩn đặc trưng của công nghiệp đó và cần

xử lý cục bộ trước khi xả vào mạng lưới thoát nước chung hoặc vào nguồn nước tùy theo mức độ xử lý

Trong nước thải công nghiệp có thể chứa dầu, mỡ và các chất nổi, các chất lơ lửng, kim loại nặng, các chất dinh dưỡng (N, P) với hàm lượng cao

Bảng 2.1 Phân loại nước thải theo phương pháp được sử dụng để xử lý

2 Các chất hữu cơ hòa tan hay ở dạng

nhũ, thí dụ như thuốc nhuộm, hoạt

động bề mặt trong chất giặt, phenol

và dẫn xuất, các hợp chất khác nhau

có chứa nhóm chức dạng nitrat, nitrit

và clorua

Phương pháp hấp thụ

3 Các ion kim loại Phương thức kết tủa bằng cách

thay đổi pH và/hay sử dụng kết tủa bằng muối sunphid

4 H2S, NH3,SO2,VOC Phương thức kết tủa bằng cách

thay đổi pH và/hay sử dụng kết tủa bằng muối sunphid

oxy hóa khử

6 Muối acid và hữu cơ Xử lý bằng phương pháp trao đổi

ion hoặc thẩm thấu ngược

7 Đường, protein, phenol và một số

các chất hữu cơ dễ phân hủy khác

Các phương pháp sinh học: yếm khí, hiếu khí, tự nhiên

(Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008) Bên cạnh đó, đặc trưng ô nhiễm môi trường của các làng nghề sản xuất hủ tiếu là nước thải Nước thải sản xuất hủ tiếu tại hầu hết các làng nghề và cơ sở sản xuất tư nhân trên cả nước đã bị ô nhiễm ở mức độ nghiêm trọng, cụ thể: nước thải sản xuất

hủ tiếu của làng nghề Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang Trong quá trình sản xuất hủ tiếu phải dùng nước để ngâm gạo, sau 3 ngày ủ gạo lên men, sẽ lấy những phần gạo lắng xuống để thực hiện công đoạn tráng bánh và tiếp tục các công đoạn khác để tạo ra

hủ tiếu thành phẩm, phần nước còn lại sẽ thải ra ngoài Phần nước này có chứa hàm lượng tinh bột và chất hữu cơ rất cao, nếu thải trực tiếp ra môi trường ngoài sẽ gây

ô nhiễm cho nguồn nước xung quanh và ảnh hưởng tới tầng nước ngầm

2.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

2.3.1 Giới thiệu chung

Theo Lê Hoàng Việt (2005) cho rằng:Thực vật thủy sinh (TVTS) là các loài thực vật không chỉ sinh trưởng trong môi trường nước mà chúng còn tồn tại ở trên mặt đất, nó có thể gây ra một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân

bố rộng của chúng Ở các nguồn nước bị ô nhiễm do có đầy đủ dưỡng chất, TVTS phát triển nhanh làm trở ngại giao thông cho đường thủy, gia tăng thất thoát nước

do bốc thoát hơi nước…Đặc biệt, trong những năm gần đây các vấn đề do thực vật thủy sinh gia tăng do con người thải ngày càng nhiều chất ô nhiễm vào nguồn nước Tuy nhiên, chúng ta có thể lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc để giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng và thu thêm được lợi nhuận

Bảng 2.2 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu

Thực vật thủy sinh sống chìm Hydrilla

Water milfoil Blyxa

Hydrilla verticillata Myriophyllum spicatum Blyxa aubertii

Thực vật thủy sinh sống trôi nổi Lục bình

Bèo tấm Bèo tai tượng Salvinia

Eichhornia crassipes Wolfia arrhiga Pistia stratiotes Salvinia spp Thực vật thủy sinh sống nổi Cattails

Bulrush Sậy

Typha spp Scirpus spp Phragmites communis (Nguồn: Polprasert, 1989)

2.3.2 Mục đích, ích lợi và giới hạn

a) Mục đích

Thực vật thủy sinh được sử dụng để xử lý các chất thải; lấy đi các chất dinh dưỡng trong nước thải tránh hiện tượng phú nhưỡng hóa các nguồn nước, chuyển các chất dinh dưỡng này vào trong cơ thể thủy sinh để có sử dụng về sau Đối với mục tiêu

xử lý nước thải, các TVTS tạo điều kiện cho các vi khuẩn bám vào cơ thể chúng để phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử trong nước thải thành các chất vô cơ đơn giản

mà TVTS có thể hấp thu được TVTS sẽ hấp thu các chất vô cơ vào trong cơ thể chúng, sau đó các chất này được đưa ra khỏi nguồn nước khi chúng ta thu hoạch các thủy sinh thực vật

b) Lợi ích

sinh được sử dụng trực tiếp hoặc sau khi chế biến để cải tạo đất, làmphân bón, bột giấy, thức ăn cho người, gia súc, sản xuất Biogas

c) Giới hạn

- Hệ thống xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh cần một diện tích lớn Do đó, nó

sẽ là giới hạn chính cho việc áp dụng hệ thống này ở các đô thị

- Hệ thống xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh có hiệu quả thấp trong việc vô hiệu hóa các mầm bệnh

- Thực vật thủy sinh thường sử dụng trong nông nghiệp, chăn nuôi do đó hệ thống này chỉ thích hợp cho nông thôn

2.3.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải

Theo Lê Anh Tuấn (2009) cho rằng: Thực vật thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, là tác nhân làm sạch nước tự nhiên Do tiến trình quang hợp, thực vật thủy sinh đã liên kết môi trường hữu cơ và vô cơ lại Cây thủy sinh có trong nước sẽ làm thay đổi đặc điểm hóa học của nước, có tác dụng làm các chất dinh dưỡng trong đất chuyển đổi và chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển trong điều kiện bão hòa hoặc cận bão hòa Thực vật trong đất ngập nước tham gia quá trình vận chuyển của chu trình thủy văn nước mặt và nước ngầm Có nhiều vai trò làm nổi bật ảnh hưởng của thực vật trong đất ngập nước:

- Vai trò quan trọng thứ nhất của thực vật trong xử lý nước thải là tác động lý học của nó Các phần cơ thể của thực vật làm ổn định bề mặt đất ngập nước, làm giảm vận tốc dòng chảy, tăng khả năng lắng và giữ lại các chất rắn của nước thải trong khu vực xử lý nước nhân tạo, tăng thời gian tiếp xúc giữa thực vật và nước thải, do

đó khả năng hấp thụ đạm và ion cũng gia tăng Các khí khổng trong cây giúp vận chuyển oxy từ lá xuống rễ, sau đó đưa ra khu vực đất xung quanh tạo nguồn oxy để cho các hoạt động phân hủy các chất ô nhiễm của các vi sinh vật hiếu khí

- Vai trò quan trọng thứ hai của thực vật thủy sinh là ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của đất, khi chúng ta nhổ cây sẽ tạo nên những lỗ rỗng lớn làm tăng sự thẩm thấu của nước và gia tăng tác động qua lại giữa thực vật và nước thải

- Vai trò thứ ba là phóng thích các hợp chất hữu cơ: thực vật có khả năng phóng thích một lượng lớn các chất hữu cơ thông qua rễ của chúng Lượng chất hữu cơ mà thực vật phóng thích có thể lên đến 25% lượng carbon được cố định qua quá trình quang hợp, đây có thể là nguồn cung cấp carbon cho quá trình khử nitrat của các vi sinh vật Khi các phần cơ thể chết của thực vật bị hoại sinh đây cũng sẽ là một nguồn carbon lâu dài cho các vi sinh vật

- Vai trò thứ tư là thực vật tạo một diện tích lớn cho vi khuẩn bám và phát triển

màng sinh học (biofilm) Vi khuẩn chịu trách nhiệm chính trong việc phân hủy các

chất ô nhiễm, kể cả quá trình khử đạm Khi các phần cơ thể thực vật chết đi sẽ tạo thành giá bám cho các vi sinh vật

- Vai trò thứ năm là tạo nên môi trường hiếu khí trong đất: các thực vật vận chuyển oxy từ khí khổng trong lá, thấm xuống vùng rễ cung cấp oxy cho các quá trình phân hủy hiếu khí của các vi sinh vật ở đây Trong các loài thực vật trồng ở đất ngập nước nhân tạo, Sậy là loài tỏ ra thích hợp nhất trong quá trình khử đạm, 50% sinh khối của Sậy nằm ở dưới đất (bộ rễ và thân chồi) làm cho khả năng vận chuyển oxy

từ trên xuống lớn hơn các loài thực vật khác, do đó nó sẽ cung cấp đầy đủ oxy cho quá trình nitrat hóa (thấp nhất là 2 mg/L) Tốc độ của quá trình nitrat hóa là yếu tố giới hạn chính cho việc khử đạm của đất ngập nước kiến tạo

- Vai trò thứ sáu là tạo cảnh quan cho hệ thống xử lý: đất ngập nước tạo môi trường sinh sống cho các sinh vật hoang dã, do đó nó sẽ tạo được vẽ mỹ quan cho khu vực

xử lý (Lê Anh Tuấn, 2009)

2.3.4 Các nhóm thực vật thủy sinh chính

Theo Alley (1976) được trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt (2003) thì việc chọn loài thực vật để thiết kế hệ thống đất ngập nước nhân tạo dựa trên loài thực vật tăng trưởng tốt trong điều kiện khí hậu tại chỗ và sự thích nghi đối với sự thay đổi thời tiết hàng ngày và theo mùa là điều cần thiết

a) Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm

Thực vật sống chìm sinh trưởng và phát triển phía dưới mặt nước suốt cả vòng đời

của nó Hầu hết, các loài thực vật sống chìm

có rễ bám vào lớp bùn đáy lấy các dưỡng chất cần thiết cho chúng từ lớp bùn đáy, một

số ít dưỡng chất và vi lượng sẽ được chúng hấp thu từ nước Tuy nhiên, có một số loài không có rễ và trôi nổi tự do như rong Đuôi chồn (Coon’s tail – Ceratophyllum

demersum) Đối với loài thực vật thủy sinh

này thì tất cả các bộ phận quang hợp đều nằm dưới mặt nước (Lê Anh Tuấn, 2009) Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước

Hình 2.1 Rong đuôi chồn

(Nguồn:

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%8D_Rong_x%C6%B0%C6%A1ng_c%C3%A1)

b) Nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi

Lá và thân của các loài thực vật này nổi trên mặt nước, đối với các loài có rễ thì rễ của chúng trôi lơ lửng trên nước và không dính bám xuống nền đáy (Lê Anh Tuấn, 2009) nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước (Lê Hoàng Việt, 2003) Một số loại thực vật trôi nổi như bèo Tấm, Lục Bình, bèo Cái, các loại này có bộ rễ dài ngoài tác dụng hấp thu dưỡng chất còn tạo đối trọng giữ cây trên mặt nước (Lê Anh Tuấn, 2009) Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào rễ phân hủy các chất thải (Lê Hoàng Việt, 2003)

Hình 2.2 Bèo tấm Hình 2.3 Lục bình

(Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%A5c_b%C3%ACnh)

c) Nhóm thực vật thủy sinh sống nổi

Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước, chúng phát triển ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định (Lê Hoàng Việt, 2003) Đây là các loài sống chiếm ưu thế trong các vùng đất ngập nước, phát triển nơi có mực thủy cấp thấp hơn mặt đất 50 cm đến mực nước ngập 150 cm cao hơn mặt đất Thân và lá của nhóm này có cấu tạo bởi các khoang chứa khí, rễ có thể phát triển thành hệ thống rễ thở Điều kiện ngập úng chìm trong nước tạo nên sự thích nghi của loài với cấu tạo đặt biệt của thân và rễ giúp vận chuyển oxy từ không khí xuống

vùng rễ Các loài có hình thức này bao gồm: Sậy (Phragmites australis), cỏ Năng (Eleocharis australis), Bồn bồn (Typha australis), cỏ Nến (Crirpus australis) và loài Lúa hoang (Zizania australis)

Hình 2.4 Cây đước Hình 2.5 Cây Sậy

(Nguồn:

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%8D_%C4%90%C6%B0%E1%BB%9Bc)

2.3.5 Thành phần cơ thể của thực vật thủy sinh

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng:

Hàm lượng Phospho, magne, sodium, sulfur, manganese, đồng và kẽm tương tự như các thực vật cạn, nhưng hàm lượng Fe, Ca, K thì cao hơn

c) Hàm lượng Protein

Đối với hầu hết các thực vật thủy sinh (TVTS) thì 80% đạm tổng số dưới dạng protein.TVTS chứa từ 8 – 30% protein thô (trọng lượng khô) tương đương với thực vật cạn Hàm lượng protein của các TVTS này biến động tùy theo hàm lượng chất dinh dưỡng của môi trường sống của chúng và mùa Tuy nhiên ở hầu hết các loài TVTS hàm lượng lysine và methionine thường thấp hơn so với các thực vật cạn

2.3.6 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong nước bởi thực vật thủy sinh

Thực vật ở vùng ngập nước đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải như một tác nhân làm sạch nước tự nhiên Do tác dụng của tiến trình quang hợp, cây cỏ trong đất ngập nước làm thay đổi đặc điểm hóa học của nước, có tác dụng làm các chất dinh dưỡng trong đất chuyển đổi và chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển trong điều kiện bão hòa hoặc cận bão hòa

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng:các chất ô nhiễm trong nước thải sẽ được loại bỏ bởi các thực vật thủy sinh theo các cơ chế sau:

a) Cơ chế loại bỏ BOD 5

Trong các ao xử lý các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy ao và sau đó bị phân hủy bởi các VSV yếm khí

Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hòa tan được loại đi bởi các hoạt động của VSV nằm:

- Lơ lửng trong nước

- Bám vào bùn lắng

- Bám vào thân và rễ của các TVTS

Vai trò chính của việc loại chất hữu cơ là do các hoạt động của VSV, việc hấp thu trực tiếp do các TVTS không đáng kể nhưng các TVTS tạo giá bám cho các VSV thực hiện vai trò của mình

Nếu các ao xử lý không bị nạp quá tải thì BOD5 của nước thải đầu ra ở giai đoạn TVTS phát triển tốt từ 3 – 10mg/L, BOD5 của nước thải đầu ra ở giai đoạn TVTS chết đi từ 5 – 20mg/L

Các chất rắn nổi sẽ bám vào bề mặt các thực vật và bị phân hủy bởi các hoạt động của vi sinh vật hiếu khí Các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy ao và bị phân hủy bởi các vi sinh vật yếm khí

Hàm lượng của SS đầu ra sẽ phụ thuộc vào vận tốc nước và dòng chảy rối trong ao, loại thực vật trong ao và thời điểm trong năm Một lợi điểm của các ao xử lý theo kiểu này là hạn chế được sự phát triển của tảo, hạn chế được ảnh hưởng của gió trên

bề mặt ao, do đó hàm lượng SS đầu ra rất thấp thông thường là dưới 20mg/L, vào mùa hè và mùa thu có thể xuống dưới 10mg/L

c) Cơ chế loại nitơ

Nitơ trong nước thải có thể bị loại bởi các cơ chế sau đây:

- Bị hấp thu bởi thực vật và sau đó thực vật được thu hoạch và đưa khỏi hệ thống

- Sự bay hơi của amoniac

- Quá trình nitrat hóa và khử nitrat của các vi sinh vật

Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat góp phần lớn nhất Thực vật cung cấp giá bám cho các vi khuẩn nitrat hóa Để quá trình nitrat hóa có thể xảy ra hàm lượng

DO phải ở mức 0,6 - 1,0 mg/L Quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí và quá trình này cần phải cung cấp thêm nguồn cacbon cho các vi sinh vật tổng hợp các tế bào của nó và pH phải duy trì ở mức trung tính Tốc độ của quá trình khử nitrat phụ thuộc vào:

- Các điều kiện môi trường cần thiết cho các hoạt động của vi khuẩn như nguồn cacbon, pH, nhiệt độ

- Diện tích bề mặt của lớp trầm tích dưới đáy ao

- Khả năng phóng thích N2 tạo ra bởi quá trình khử nitrat vào khí quyển (không bị giữ lại ở bên dưới lớp thực vật)

d)Cơ chế loại Phospho

Phospho trong nước thải được khử đi do các TVTS hấp thu vào cơ thể hay là bị hấp phụ hay kết tủa Trong đó cơ chế khử Phospho bằng hiện tượng kết tủa và hấp phụ góp phần quan trọng nhất

Cuối cùng Phospho sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống qua việc:

- Thu hoạch các TVTS

- Vét bùn lắng ở đáy

e) Cơ chế khử các kim loại nặng

Kim loại nặng được khử khỏi nước thải bằng các cơ chế sau:

- Hấp thụ bởi các TVTS

- Kết tủa dưới dạng các oxit, hidroxit, cacbonat phosphat và sulfides kim loại

- Trao đổi ion và hấp phụ bởi sét ở đáy bể hoặc các hợp chất hữu cơ trong bể

Thực vật có khả năng tích tụ cáckim loại nặng trong cơ thể của chúng với nồng độ 3 lần lớn hơn nồng độ trong nước thải, khả năng loại bỏ kim loại nặng theo cơ chế này rất thấp so với các cơ chế khác Do đó, sự loại bỏ kim loại nặng trong các ao TVTS chủ yếu là do quá trình kết tủa, trao đổi ion và hấp phụ Các cơ chế trên phụ thuộc vào khả năng oxy hóa khử, pH, sự hiện diện của các khoáng sét, các chất hữu

cơ không hòa tan và nồng độ của các chất cùng kết tủa và các hợp chất có liên quan như sulfur, Phospho, sắt, nhôm, manganese và cacbonate

d) Cơ chế loại các chất hữu cơ khó phân hủy

Các chất hữu cơ khó phân hủy sẽ bám vào các thực vật và bị loại bỏ thông qua các quá trình lý học, hóa học và sinh học trong ao

g) Cơ chế khử các VSV

VSV có thể bị khử do các nhân tố lý, hóa và sinh học trong bể xử lý, bao gồm:

- Các nhân tố lý học như là do sự lắng tụ của VSV xuống đáy bể, hoặc là sự tiếp xúc của các VSV với ánh sáng mặt trời (UV)

- Các nhân tố hóa học như là các hiện oxi hóa khử, các độc tố trong bể xử lý

- Các nhân tố sinh học như là sự cạnh tranh của các VSV tự nhiên khác hoặc chết đi

(Nguồn: Polprasert, 1989)

2.3.7 Các ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng

Việc sử dụng TVTS có thể gây nên sự lan truyền các mầm bệnh do:

- Mầm bệnh có trong nước thải (ảnh hưởng trực tiếp tới các công nhân)

- Các độc tố (kim loại nặng, thuốc trừ sâu) và mầm bệnh trong các TVTS (ảnhhưởng đến SV tiêu thụ)

- Các TVTS tạo nơi trú ẩn và phát triển cho các côn trùng gây bệnh

2.4 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật kị khí và vi sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, ở điều kiện không có oxy hòa tan với nhiệt độ, pH,… thích hợp để có các sản phẩm dạng khí (CO2, CH4) (Nguyễn Văn Phước, 2003)

Quá trình phân hủy kị khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát:

(CHO)nNS CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào Vi Sinh

2.4.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí

Theo Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt (2009) đã trích dẫn, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau để khái quát hóa các cơ chế sinh học của quá trình phân hủy yếm Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp, liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian Tuy nhiên, người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương pháp sau đây:

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + H2S

Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn:

lên men yếm khí

- Giai đoạn 1: Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử (thủy phân và lên men)

- Giai đoạn 2: Tạo nên các acid hữu cơ trong đó chủ yếu là acid acetic

- Giai đoạn 3: Tạo methane

76%

52%

72%

Thủy phân và lên men Tạo axit acetic, H 2 Sinh CH 4

Hình 2.6 Ba giai đoạn của quá trình lên men kỳ khí

(Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2003)

Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân

Các chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbonhydrates, cellulose, lignin

sẽ bị phân hủy bởi các enzyme ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn) Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hòa tan được sẽ làm nguyên liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn 2

Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi các protein thành các aminacit, cacbohyrate thành các đường đơn, chất béo thành các acid béo chuỗi dài Tuy nhiên các chất hữu cơ như cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất hữu

cơ đơn giản đây là một giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí Bởi vì lúc đó các

vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3 Tốc

độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong hầm và các yếu

tố môi trường như là pH và nhiệt độ

Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh acid

Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được chuyển hóa thành acid axetic, H2 và CO2 bởi vi khuẩn Acetic Tỉ lệ của các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ VSV trong hầm ủ và các điều kiện môi trường

Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh methane

Ở giai đoạn này, các nhóm vi sinh vật methane sẽ chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn 2 thành CH4 và các sản phẩm khác Vi khuẩn methane là những vi khuẩn yếm khí bắt buộc có tốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai

H2

Acid acetic

Methane

đoạn 2 Methane được sản xuất từ hai cách: các vi khuẩn methane sử dụng acid acetic làm nguyên liệu chính và một số chất khác để sản xuất methane (70% methane được tạo ra từ đây), methane còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ acid formic nhưng phần này không quan trọng

Các phản ứng có thể được biểu diễn qua các phương trình sau:

Nguyên liệu CO2 + H2 + acetate

Nguyên liệu propionate + butyrate + ethnol

CH3COO- + H2O CH4 + HCO3- + năng lượng

4H2 + HCO3- + H CH4 + 3H2O + năng lượng

2.4.2 Các nhóm vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy kị khí

Có nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau tham gia vào quá trình kỳ khí Phản ứng chung của quá trình như sau (Polprasert, 1989):

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2004 Các vi khuẩn tham gia vào quá trình lên men yếm khí được chia ra làm bốn nhóm chính:

 Nhóm 1: Vi khuẩn thủy phân (Hydrolytic bacteria)

 Nhóm 2: Vi khuẩn lên men axit (Fermentative acidogenic bacteria)

 Nhóm 3: Vi khuẩn Acetic (Acetogenic bacteria)

 Nhóm 4: Vi khuẩn Methane (Methanogens)

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình phân hủy sinh học kỳ khí

Theo Lê Hoàng Việt (2014) cho rằng các nhân tố làm ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học kỳ khí như sau:

Chế phẩm vi sinh để cấy

Các vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy yếm khí thường có mặt sẵn trong các loại chất thải hữu cơ, do đó không cần phải sử dụng thêm chế phẩm vi sinh để cấy cho các hệ thống Tuy nhiên, thời gian nhân đôi của các vi khuẩn tạo methane rất lâu từ 3 – 30 ngày (Gererardi, 2003) Do đó, khi khởi động hệ thống ta nên cho nước thải của một hệ thống phân hủy yếm khí đang hoạt động vào hệ thống mới làm chất mồi cho mẻ ủ để rút ngắn thời gian khởi động

Hàm lượng chất rắn (total solid – TS) trong nguyên liệu nạp cho hệ thống

Các hệ thống phân hủy yếm khí cho tới nay thường được vận hành ở khoảng nồng

Qui trình lên men ướt với 90 – 95% là nước là qui trình được ứng dụng để xử lý nước thải

Điều kiện yếm khí tuyệt đối

Sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong bình ủ đòi hỏi phải ở điều kiện yếm khí hoàn toàn Vì sự có mặt oxygen sẽ ảnh hưởng lớn khả năng hoạt động của VSV tạo khí methane, sự tạo khí methane có thể giảm đi hoặc ngừng hẳn

Thời gian lưu tồn nước

Tùy theo loại nước thải và điều kiện môi trường có thời gian lưu nước () khác nhau, thời gian lưu nước phải đủ lâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỳ khí xảy ra Bể phân hủy kỳ khí tăng trưởng dính bám có thời gian lưu nước 1 – 10 ngày trong khi bể kỳ khí tăng trưởng lơ lửng đòi hỏi 10 – 60 ngày

Nhiệt độ

Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ

- Từ 25 - 400C: thích hợp cho các VSV ưa ấm

- Từ 50 – 650C: thích hợp cho các VSV ưa nhiệt (ưa nóng)

Tóm lại: khi nhiệt độ tăng, tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 -

450C thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 600C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí

bị kiềm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 650C trở lên

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm

Độ pH được điều chỉnh ở mức 6,6 – 7,6; tối ưu trong khoảng 7 – 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo axit có thể chịu đựng pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị

ức chế ở pH ở đó

Ảnh hưởng của độ mặn

Theo kết quả nghiên cứu của Trung tâm Năng Lượng Mới - Đại Học Cần Thơ (2011) cho thấy vi khuẩn tham gia quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muốn ăn NaCl trong nước Với nồng độ < 0,3‰ khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể Như vậy, việc phát triển hầm ủ Biogas tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều

Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp

Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng hai nhân tố sau:

- Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3*ngày hay kg VS/m3*ngày

- Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ

Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane Vậy, để duy trì sự ổn định cho quá trình phân hủy kỳ khí, ta phải tuân thủ các điều

kiện sau:

- Không có oxy

- Không có hàm lượng quá mức kim loại nặng

- Giá trị hỗn hợp từ 6,6 – 7,6

- Phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1.000 – 1.500 mg/L làm dung dịch đệm để ngăn

pH giảm xuống dưới 6,2

- Nhiệt độ của hỗn hợp (nước thải) từ 27 – 380C

- Phải có đủ dưỡng chất theo tỉ lệ COD: N: P = 350: 5: 1 và nồng độ thấp của kim loại sắt… (Theo Trịnh Xuân Lai, 2009)

2.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG SINH HỌC KỲ KHÍ

Theo Lương Đức Phẩm (2009) cho rằng: Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỳ khí được chia thành những nhóm như sau:

Hình 2.7 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kị khí 2.5.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp kỳ khí với sinh trưởng lơ lửng

Đó là quá trình phân hủy kỳ khí được xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong công trình thường được gọi là bể methane Việc sinh khí methane hay phân hủy các chất hữu cơ trong bể methane có thể thực hiện ở 35 - 370C hoặc 50 - 550C

Gồm có hai phương pháp:

a) Xử lý bằng phương pháp “tiếp xúc kỵ khí” (ANALIFJ – tiếng Pháp):bể lên

men có thiết bị trộn và có bể lắng riêng

Theo phương pháp này, công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn Giữa hai thiết bị chính có đặt một thiết bị khử khí để loại khí tắt trong các vục vón

Phương pháp này ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng, thích hợp đối với việc xử lý phân chuồng, xử lý các nước thải đặc như trong công nghiệp đồ hộp, công nghiệp hóa chất, công nghiệp bột giấy…

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ BOD5 tới 80 – 950C và COD tới 60 – 90%

Công nghệ xử lý kị khí

Sinh trưởng bám dính Sinh trưởng lơ lửng

Tầng lơ lửng

b) Xử lý nước thải ở lớp bùn kỵ khí với dòng hướng lên (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) hay còn gọi là “lên men ở lớp bùn – ANAPULSE”

UASB là quy trình kị khí có tầng bùn dòng chảy ngược

Bể phản ứng được làm bằng bê tông, thép không gỉ và được cách nhiệt với bên ngoài Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng được đặt cùng với bể phản ứng

Khí methane được tạo ra ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí – lỏng và bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Một số bọt khí và bùn khí bám vào sẽ nổi lên sau đó va vào lớp chắn phái trên, các bọt khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống dưới

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được 75 – 85% COD

2.5.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kỳ khí với sinh trưởng bám dính

Đây là phương pháp xử lý kỳ khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với

vi khuẩn kỳ khí trên các giá bám Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kỳ khí và lọc với vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrat

Các phương pháp lọc kỳ khí:

a) Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá bám hữu cơ (ANAFIZ)

Trong phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá bám bằng chất dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua

Bể lọc kỳ khí thích hợp cho việc xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp ở nhiệt độ không khí ngoài trời

b) Xử lý nước thải bằng lọc kỵ khí với vật liệu giả lỏng trương nở (ANAFLUX)

Với phương pháp này vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích lớn nhất

ANAFLUX thích hợp với nước thải có COD 2,5 g/l, nghĩa là các loại nước thải của xí nghiệp thực phẩm (rượu, bia, đồ hộp, sữa,…), công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, hóa dược,…

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được 70 – 90% COD

c) Bể kỵ khí

Ở trong bể kỳ khí, vi sinh vật kỳ khí phân hủy các chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối ở dạng khí, chủ yếu là CH4, CO2 và các sản phẩm trung gian sinh mùi như H2S, axit hữu cơ,…

Bể kỳ khí có thể dùng xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như protein, dầu mỡ, không có chứa các chất có tính độc với vi sinh vật, đủ chất dinh dưỡng và nhiệt độ nước tương đối cao Phương pháp này thích hợp cho nước thải lò mổ, chế biến thịt gia súc, gia cầm

Hiệu quả xử lý BOD5 là từ 50 – 70%

2.6 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÁNH ĐỒNG LỌC

Theo Lê Hoàng Việt (2014), các hệ thống xử lý nước thải trên nền đất còn được gọi

là cánh đồng lọc Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới lên bề mặt của một cánh đồng với lưu lượng có tính toán để đạt được mức xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của “hệ đất – nước – thực vật” của hệ thống

Ở các nước đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ Do đó việc

xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc được coi như là một biện pháp rẻ tiền

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu:

- Xử lý nước thải

- Tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất

- Nạp lại nước cho các túi nước ngầm

So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lượng hơn Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận chuyển

và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn…

Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn Tuy nhiên, việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích lớn, phụ thuộc vào cấu trúc và điều kiện khí hậu

Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia cánh đồng lọc ra làm 3 loại:

- Cánh đồng lọc chậm (SR : slow rate process)

- Cánh đồng lọc nhanh (RI: rapid infitration process)

- Cánh đồng lọc chảy tràn (OF: overland flow process)

2.6.1 Các cơ chế xử lý nước thải trong cánh đồng lọc

a) Đối với chất thải rắn

Trong các hệ thống xử lý nước thải được co chảy trên mặt đất, các chất rắn lơ lửng

bị giữ lại một phần do tác động của quá trình do vận tốc của dòng chảy chậm đi, một phần bị giữ lại do quá trình lọc bởi các thực vật hay xác bả của chúng Ngoài

ra, khi nước thải ngấm qua các lỗ rỗng của đất, các chất rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại do quá trình lọc Độ dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thước của các chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất và vận tốc của nước thải Lưu lượng nước thải càng cao, các hạt đất càng lớn thì bề dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc càng lớn Đối với cánh đồng lọc chậm do lưu lượng nước thải áp dụng cho hệ thống thấp nên các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn sẽ bị giữ lại ngay trên bề mặt đất, các chất rắn

lơ lửng có kích thước nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở vài centimet đất mặt Một điều khác cần chú ý là nếu hàm lượng chất lơ lửng quá cao nó sẽ lắp đầy các lỗ rỗng của đất làm giảm khả năng thấm lọc của đất, cũng như làm nghẹt các hệ thống tưới Do

đó, chúng ta cần phải thiết kế và vận hành phù hợp để tránh làm giảm khả năng thấm lọc của đất Trong trường hợp đã xảy ra sự cố này ta nên cho cánh đồng lọc

“nghỉ” một thời gian để các quá trình tự nhiên phân hủy các chất rắn lơ lửng tích tụ này, phục hồi lại khả năng thấm lọc của đất

b) Các chất hòa tan

Các chất hòa tan trong nước thải có thể bị pha loãng do nước mưa Ngoài ra, các quá trình chuyển hóa học và sinh học có thể loại bỏ được các chất này Tuy nhiên, ở những vùng khô hạn có tốc độ bốc hơi nước cao, các chất này có thể bị tích tụ lại (ví dụ các muối khoáng)

c) Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ trong nước thải bất kể là ở dạng hòa tan hay chất rắn lơ lửng, được loại bỏ bởi các hoạt động của vi sinh vật đất, các quá trình sinh học này thường diễn

ra ở phần rễ của thảm thực vật Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu

cơ thường tạo thành các màng vi sinh vật bám trên bề mặt các hạt đất, thực vật hay xác bã thực vật Số lượng vi khuẩn trong đất biến thiên từ 1 – 3 tỉ cá thể/g đất, sự đa dạng của chúng cũng giúp cho quá trình phân hủy có thể phân hủy chất hữu cơ tự nhiên hoặc nhân tạo Sự hiện diện hay không của oxy trong khu vực này cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phân hủy và sản phẩm cuối cùng của hệ thống Hàm lượng oxy có trong khu vực này tùy thuộc vào cấu trúc (độ rỗng) của đất Thường thì các hệ thống tự nhiên được thiết kế để có thể duy trì được điều kiện hiếu khí (lưu lượng nạp BOD5 thấp hơn khả năng vận chuyển của oxy vào hệ thống), do đó, quá trình phân hủy các chất hữu cơ chủ yếu là do các vi sinh vật hiếu khí, nhờ đó, vận tốc quá trình được đẩy mạnh, chất thải được phân hủy hoàn toàn hơn và không tạo

ra mùi hôi Do sự phân hủy các vi sinh vật đất, các hợp chất chứa nitơ, Phospho, lưu huỳnh chuyển từ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ và phần lớn được đồng hóa bởi hệ thực vật Khi hệ thống được thiết kế để nitrat hóa nước thải, ta phải tạo những chu

kỳ thiếu khí thích hợp cho quá trình Lưu ý quá trình khử nitrat cũng có thể diễn ra nếu lưu lượng nạp chất hữu cơ quá cao, đất quá mịn, thường xuyên ngập nước, mực thủy cấp cao, pH đất trung tính hoặc kiềm nhẹ, nhiệt độ ấm…

d) Nitơ

Các hợp chất hữu cơ chứa nitơ ở dạng các chất rắn lơ lửng sẽ bị loại bởi quá trình lắng và lọc Các hợp chất hữu cơ chứanitơ có thể bị kết hợp với mùn Một ít các hợp chất hữu cơ chứa nitơ bị thủy phân thành các acid amin hòa tan và tiếp tục bị phân hủy thành NH4-N NH4-N hòa tan trong nước thải có thể được loại bỏ trực tiếp bởi quá trình bốc hơi NH3 Việc loại bỏ NH4-N theo con đường này chỉ khoảng 10%, ngoại trừ trường hợp diễn ra ở các ao cố định nước thải có thời gian tồn lưu dài và

pH thay đổi liên tục Hầu hết NH4 

-N trong nước thải đầu vào và NH4-N do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ được hấp thụ tạm thời ở bề mặt các hạt đất do phản ứng trao đổi ion Lượng NH4-N sẽ được thực vật hấp thụ hay tiếp tục chuyển hóa thành NO3-N (trong điều kiện hiếu khí) NO3-N mang điện tích âm, do đó nó không

bị hấp phụ bởi các hạt keo đất và do đó, nó vẫn nằm trong nước thải và nếu không được thực vật hấp thu nó sẽ thẩm lậu xuống nước ngầm, NO3-N bị hấp thu bởi thực vật, nhưng quá trình này chỉ diễn ra ở khu vực rễ thực vật trong quá trình tăng trưởng Để thực sự loại bỏ NO3-N ra khỏi hệ thống ta phải thu hoạch thực vật và vận chuyển nó ra khỏi hệ thống NO3-N còn có thể bị loại bỏ bằng quá trình khử nitrat, tuy nhiên để có thể loại bỏ NO3-N bằng con đường này, chúng ta phải cung cấp các điều kiện môi trường cần thiết như: điều kiện thiếu khí, tỉ lệ C/N thích hợp (thấp nhất là 2/1 tính theo TOC và tổng N)

e) Phospho

Phospho được loại bỏ chủ yếu thông qua quá trình kết tủa và hấp phụ hóa học Các orthophosphat bị hấp phụ bởi các hạt sét và các thành phần hữu cơ trong phức hệ đất Việc kết tủa diễn ra bởi calcium (ở pH trung tính hay kiềm) và bởi sắt hoặc nhôm (ở pH acid) với vận tốc chậm hơn quá trình hập phụ tự nhiên, nó có độ quan trọng như nhau Các photphat đã bị hấp phụ rất khó bị rửa trôi và thẩm lậu Khả năng loại bỏ Phospho phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa nước thải và phức hệ đất,

do đó, khả năng loại bỏ Phospho của các hệ thống chảy tràn hay các ao, hồ rất thấp

f) Các chất vi lượng (chủ yếu là kim loại)

Các chất này được loại bỏ chủ yếu bởi quá trình hấp phụ kết hợp với kết tủa và một phần ít bởi sự hấp thu của thực vật Khả năng tích tụ của các kim loại trong đất và trầm tích rất cao, đặc biệt là ở pH trên 6,5 Ở pH thấp và điều kiện yếm khí, một vài loại loại có khả năng bị hòa tan trở lại vào dung dịch

g) Các mầm bệnh, ký sinh trùng

Các mầm bệnh và ký sinh trùng bị tiêu diệt do tồn tại bên ngoài ký chủ một thời gian dài, canh tranh với các vi sinh vật đất, bám trên các bộ phận của thảm thực vật sau đó bị tiêu diệt bởi tia UV trong bức xạ mặt trời

2.6.2 Cánh đồng lọc chậm

Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở lưu lượng nạp thải cho hệ thống khoảng vài cm/tuần Các cơ chế xử lý diễn ra khi nước thải di chuyển trong đất và thực vật, một phần nước thải có thể di chuyển vào nước ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình bốc hơi nước và hô hấp của thực vật Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống được khống chế hoàn toàn nếu có thiết kế chính xác

Cánh đồng lọc chậm được chia làm hai loại: loại I và loại II Loại I chủ yếu dùng để

xử lý nước thải, cho nên việc thiết kế lưu lượng nạp nước không phụ thuộc vào nhu cầu nước của thảm thực vật mà phụ thuộc vào độ thấm dẫn của đất và các thành phần trong nước thải Loại II dùng để tái sử dụng nước cho mục đích canh tác, tưới cây cảnh Nước thải được tưới cho cánh đồng lọc chậm bằng biện pháp tưới trên bề mặt thông qua các rãnh hay tưới bằng vòi phun Để duy trì trạng thái hiếu khí trong đất người ta thường áp dụng biện pháp tưới theo chu kỳ (một chu kỳ bao gồm khoảng thời gian tưới và một thời gian nghỉ), thông thường mỗi chu kỳ kéo dài từ 4 – 10 ngày

- Nạp nước cho các túi nước ngầm, hoặc nước mặt

- Tái sử dụng các chất dinh dưỡng và trữ nước thải lại để sử dụng cho các vụ mùa

Phương pháp này giúp xử lý triệt để các loại nước thải và ngăn chặn sự xâm nhập mặn của nước biển vào các túi nước ngầm Tuy nhiên các dạng đạm hữu cơ có thể chuyển hóa thành đạm nitrat và đi vào nước ngầm, nếu vượt quá tiêu chuẩn 10 mg/L khi sử dụng chúng làm nước sinh hoạt gây bệnh methemoglobinenia ở trẻ em Nếu khu vực xử lý nằm trong tình trạng yếm khí H2S sẽ sinh ra làm nước ngầm có mùi hôi

Hiệu suất sử lý SS, BOD5, Coliform trong phân của hệ thống gần như triệt để, hiệu suất khử nitơ khoảng 50%, Phospho khoảng 70 – 95% Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế là lưu lượng nạp nước thải 10 – 250 cm/tuần Thời gian nạp kéo dài 0,5 – 3 ngày sau đó cho đất nghỉ 1 – 5 ngày Độ sâu của mực nước ngầm từ 2 – 3 m,

độ dốc thường nhỏ hơn 5%

Để xác định khả năng thấm lọc của đất người ta thường khoan lỗ có đường kính từ

100 – 300 cm Đáy của lỗ nằm ngang mực nước với tầng đất cần cho thiết kế, đổ đầy nước, độ thấm lọc được xác định theo hai cách: độ sâu của lớp nước rút đi trong một khoảng thời gian nhất định hay là thời gian cần thiết để nước trong lỗ rút xuống một mức nào đó

Hình 2.8 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc nhanh

(Nguồn: US EPA, 2003)

2.6.4 Cánh đồng lọc chảy tràn

Cánh đồng lọc chảy tràn là phương pháp xử lý nước thải trong đó nước thải được cho chảy tràn lên bề mặt cánh đồng có độ dốc nhất định, đi ngang qua các cây trồng, sau đó tập trung lại trong các kênh thu nước

a) Đặc điểm của cánh đồng lọc chảy tràn

Mục đích:

 Xử lý nước thải đến mức của các quá trình xử lý cấp II, cấp III;

 Tái sử dụng chất dinh dưỡng để trồng các thảm cỏ hoặc tạo các vành đai xanh;

 Hiệu suất xử lý SS, BOD5, của hệ thống từ 95 – 99%, hiệu suất khử nitơ khoảng

70 – 90%, Phospho khoảng 50 – 60%

b) Các bước chủ yếu trong quá trình thiết kế cánh đồng lọc chảy tràn bao gồm

- Đánh giá và lựa chon địa điểm;

- Lựa mức độ tiền xử lý;

- Chọn hệ thống phân phối nước;

- Xác định các thông số thiết kế cần thiết

- Xác định nhu cầu trữ nước thải;

- Tính diện tích đất cần thiết;

- Bố trí các thành phần của hệ thống;

- Chọn cây trồng;

- Thiết kế chi tiết các thành phần của hệ thống;

- Xác định các nhu cầu quan trắc, quản lý hệ thống

c) Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế

o Đất ít thấm nước sét hoặc sét pha cát;

o Lưu lượng nạp thải thô là 10 cm/tuần;

o Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý nước cấp I là 15 – 20 cm/tuần;

o Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý nước cấp I là 25 – 40 cm/tuần;

Độ sâu của mực nước ngầm không cần thiết Độ dốc khoảng 2 – 4 %, chiều dài đường đi của nước thải không nhỏ hơn 36 m Thời gian nạp kéo dài 6 – 8 giờ sau đó cho đất nghỉ 16 – 18 giờ, vận hành 5 – 6 ngày/tuần

Ưu điểm và nhược điểm khi áp dụng cánh đồng lọc chảy tràn có trồng cây Sậy trong mô hình xử lý nước thải

- Điện năng sử dụng cho máy móc thiết bị rất ít hoặc không có

- Không sử dụng hóa chất nên giảm chi phí và không gây ô nhiễm môi trường xung quanh

- Không tốn chi phí xử lý bùn: Vì hệ thống không sản sinh ra bùn hay các chất thải khác

- Quy trình vận hành đơn giản nên phí bảo dưỡng thấp

- Vật liệu thí nghiệm đơn giản, dễ tìm như cây Sậy

 Ít tốn thời gian khi theo dõi, quan sát mô hình trong quá trình xử lý

 Mô hình xử lý hiếu khí tự nhiên, tận dụng tài nguyên sẵn có

 Không cần đội ngũ quản lý có trình độ chuyên môn cao

- Quá trình nitrat hóa và khử nitơ xảy ra đồng thời vì vậy phân hủy được nitơ

có trong ammoni và nitrat

- Loại trừ hiệu quả các tác nhân gây bệnh

Nhược điểm

 Diện tích cho mô hình xử lý lớn

 Dễ dị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài như: khí hậu, nhiệt độ, tính chất đất của

mô hình, đông vật gây hại…

 Thời gian xử lý chậm

Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chảy tràn

(Nguồn: US EPA, 2003)

2.7 SƠ LƯỢC VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO

2.7.1 Khái niệm

Theo Lê Anh Tuấn, Lê Hoàng Việt & Guido Wyseure (2009), trích dẫn:

- “Đất ngập nước là vùng đất của đầm lầy, miền đầm lầy, bãi than bùn hoặc vùng

nước, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thường kỳ hoặc tạm thời, nước đứng hoặc đang chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc mặn, bao gồm cả vùng biển nơi độ sâu dưới mức thủy triều thấp không quá 6 m”

- “Đất ngập nước có thể kết hợp các vùng đất ven sông và vùng ven biển liền kề,

các vùng đảo hoặc vùng biển có độ sâu dưới 6 m so với mực nước triều thấp”

Sự có mặt của nước có thể là thường xuyên hoặc theo mùa hoặc thay đổi bất thường

do các tác động thiên nhiên hoặc con người

Đất ngập nước có thể chứa nhiều loại nước có chất lượng nước khác nhau như: nước mặn, nước chua, nước kiềm, nước ngọt, nước thải từ sinh hoạt, nước thải sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, khai khoáng,… Có chứa chất vô cơ hoặc hữu cơ, nước bùn,… Mô tả đặc điểm thủy văn nguồn nước có lẽ là một tiêu chí quan trọng nhất cho việc hình thành và quản lý các loại đất ngập nước và tiến trình trong đất ngập nước (Mitsch và Goselink, 2000)

Nguồn nước hiện diện trong vùng đất ngập nước có thể ở: (a) Vùng trũng chứa nước mặt (Hình a); (b) Vùng trũng chứa nước ngầm đổvào (Hình b); (c) Vùng dòng chảy trên sườn dốc (Hình c) và (d) vùng trũng ngập lũ (Hình d)