KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ TỈNH QUẢNG TRỊ BẰNG MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO KẾT HỢP HF – VF - FWS

ĐẠI HỌC HUẾ PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ PHAN THANH HẢI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ TỈNH

ĐẠI HỌC HUẾ

PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ

PHAN THANH HẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ TỈNH QUẢNG TRỊ BẰNG MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

KẾT HỢP HF – VF - FWS

QUẢNG TRỊ, 2015

ĐẠI HỌC HUẾ

PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

SVTH : PHAN THANH HẢI KHÓA : 2011 – 2015

BỘ MÔN CNKTMT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Phan Thanh Hải

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật môi trường Hệ đào tạo: Chính quy tập trung 1/ Tên đồ án tốt nghiệp: Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà

tỉnh Quảng Trị bằng mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp HF – VF - FWS

2/ Nội dung chính của đồ án:

1/ Tổng quan về nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà và mô hình Đất ngập nước nhân tạo kết hợp

2/ Xây dựng mô hình thí nghiệm

3/ Kết quả thí nghiệm – đánh giá kết quả

3/ Ngày giao đồ án: 15/ 04/ 2015

4/ Ngày nộp đồ án: 06/07/ 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Phân hiệu Đại học Huế tại Quảng Trị nói chung và các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Môi trường nói riêng đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tâm truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình học tập

Em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Xuân Cường đã hết lòng quan tâm, chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Xin cảm ơn bạn Trần Thị Mai Thi và các bạn sinh viên của ba lớp môi trường đã giúp đỡ em trong suốt quá trình xây dựng và vận hành mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên em và cho em những điều tốt đẹp nhất

Mặc dù đã cố gắng nhiều nhưng do kiến thức, khả năng và thời gian còn hạn chế nên bài đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy cô chỉ dẫn

và đóng góp ý kiến để em rút kinh nghiệm và có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức phục vụ cho công việc thực tế sau khi tốt nghiệp

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Đông Hà, tháng 6 năm 2015

Sinh viên:

Phan Thanh Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà 4

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại nước thải sinh hoạt 4

1.1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt 5

1.1.3 Hiện trạng thu gom, xử lý nước thải 5

1.2 Tổng quan về mô hình đất ngập nước nhân tạo 6

1.2.1 Khái niệm bãi lọc đất ngập nước nhân tạo 6

1.2.2 Phân loại bãi lọc đất ngập nước nhân tạo 6

1.2.3 Cơ chế xử lý các thành phần ô nhiễm 8

1.2.4 Ưu nhược điểm 8

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 9

2.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm 9

2.1.1 Tiêu chí lựa chọn mô hình 9

2.1.2 Lựa chọn vật cây trồng 9

2.1.2.1 Bông súng 9

2.1.2.2 Chuối hoa 10

2.1.2.3 Phát lộc 11

2.1.2.4 Môn đốm 12

2.1.2.5 Khoai môn 13

2.1.2.6 Ươm, trồng cây 15

2.1.3 Lựa chọn vật liệu 15

2.1.3.1 Giá đỡ mô hình và mái che mưa 15

2.1.3.2 Bể thí nghiệm 16

2.1.3.3 Vật liệu lọc 17

2.1.4 Hệ thống ống dẫn nước, van điều chỉnh, giàn phân phối nước thải 17

2.1.5 Trồng cây 18

2.1.6 Sơ đồ mô hình thí nghiệm 19

2.2 Vận hành và quan trắc mô hình thí nghiệm 20

2.2.1 Tính toán lưu lượng nước thải vào 20

2.2.2 Vận hành mô hình thí nghiệm 22

2.2.3 Quan trắc mô hình thí nghiệm 22

Chương 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 26

3.1 Kết quả phân tích hiệu quả xử lý nước thải cảu mô hình đối với nguồn thải 1 26

3.1.1 Phân tích mẫu nước thải đầu vào 26

3.1.2 Kết quả phân tích hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm 27

3.2 Kết quả phân tích hiệu quả xử lý của mô hình đối với nguồn thải 2 29

3.1.1 Phân tích mẫu nước thải đầu vào 29

3.2.2 Kết quả phân tích hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm 30

Chương 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA HỆ THỐNG 32

4.1 Hiệu quả xử lý của toàn hệ thống 35

4.2 Hiệu quả xử lý đối với từng thông số 35

4.2.1 Thông số pH 35

4.2.2 Thông số tổng chất rắn lơ lửng 36

4.2.3 Thông số BOD5 37

4.2.4 Thông số nito 39

4.2.4.1 Thông số NH4+ 39

4.2.4.2 Thông sốNO3- 40

4.2.5 Thông số photpho (PO4-P) và coliform 42

4.3 Hiệu quả xử lý nước thải của mỗi bể đối với từng thông số 43

4.3.1 Bể HF trồng môn nước 43

4.3.2 Bể HF trồng môn đốm 43

4.3.3 Bể HF trồng phát lộc 44

4.3.4 Bể VF trồng chuối hoa 44

4.3.5 Bể FWS trồng súng 45

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 48

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 0.1 Các phương pháp phân tích chất ô nhiễm 3

Bảng 1.1 Cơ chế xử lý ô nhiễm trong bãi lọc ngập nước 8

Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào của mô hình thí nghiệm 27

Bảng 3.2 Kết quả phân tích PH 28

Bảng 3.3 Kết quả phân tích TSS 28

Bảng 3.4 Kết quả phân tích BOD 5 28

Bảng 3.5 Kết quả phân tích NO 3 - 28

Bảng 3.6 Kết quả phân tích NH 4 + 29

Bảng 3.7 Kết quả phân tích PO 4 3- 29

Bảng 3.8 Kết quả phân tích coliform 29

Bảng 3.9: Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào của mô hình thí nghiệm 30

Bảng 3.10: Kết quả phân tích hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp 31

Bảng 4.1 Hiệu quả xử lý nước thải của toàn hệ thống lần 1 33

Bảng 4.2 Hiệu quả xử lý nước thải của toàn hệ thống lần 2 34

Bảng 4.3 Hiệu quả xử lý nước thải của toàn hệ thống lần 3 34

Bảng 4.4 Thông số PH 35

Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý TSS lần 1 36

Bảng 4.6 Hiệu quả xử lý TSS lần 2 36

Bảng 4.7 Hiệu quả xử lý TSS lần 3 36

Bảng 4.8 So sánh hiệu quả xữ lý TSS qua mỗi bể 36

Bảng 4.9 Hiệu quả xử lý BOD 5 lần 1 37

Bảng 4.10 Hiệu quả xử lý BOD 5 lần 2 37

Bảng 4.11 Hiệu quả xử lý BOD 5 lần 38

Bảng 4.12 So sánh hiệu quả xử lý BOD 5 qua mỗi bể 38

Bảng 4.13 Thông số xử lý NH 4 + lần 1 39

Bảng 4.14 Thông số xử lý NH 4 + lần 2 39

Bảng 4.15 Thông số xử lý NH 4 + lần 3 39

Bảng 4.16 So sánh hiệu quả xử lý NH 4 + qua mỗi bể 39

Bảng 4.17 Thông số xử lý NO 3 - lần 1 40

Bảng 4.18 Thông số xử lý NO 3 - lần 2 40

Bảng 4.19 Thông số xử lý NO 3 - lần 3 41

Bảng 4.20 So sánh hiệu quả xử lý NO 3 - qua mỗi bể 41

Bảng 4.21 Thông số xử lý PO 4 -P qua mô hình thí nghiệm 42

Bảng 4.22 Thông số xử lý coliform 42

DANH MỤC BIỂU ĐỒ HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cống nước thải thành phố Đông Hà 6

Biểu đồ 1.1 Phân loại bãi lọc 6

Hình 1.2 Phân loại hệ thống xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây 7

Hình 2.1 Hoa súng được đem về trồng tại bể FWS 9

Hình 2.2 Cây chuối hoa được trồng ở bể VF 10

Hình 2.3 Cây phát lộc đang được chọn lựa trước khi trồng vào mô hình 12

Hình 2.4 Môn đốm được trồng trong mô hình bãi lọc 13

Hình 2.5 Khoai môn trước khi trồng vào mô hình 14

Hình 2.6 Mô hình sau khi đã trồng cây 15

Hình 2.7 Giá đỡ và mái che mô hình 16

Hình 2.8 Thùng xốp chuẩn bị cho mô hình bãi lọc 17

Hình 2.9 03 lớp vật liệu lọc khi đưa vào mô hình 17

Hình 2.10 Hệ thống đường ống dẫn nước cho mô hình thí nghiệm 18

Hình 2.11 Sơ đồ mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp HF – VF – FWS 19

Hình 2.12 Sơ đồ mô hình bãi lọc trồng cây nhân tạo kết hợp theo chiều cao 20

Hình 2.13 Bố trí các địa điểm lấy mẫu 23

Hình 3.1 Địa điểm lấy mẫu nước thải 26

Biểu đồ 4.1 Độ biến động pH qua các bể xử lý 35

Biểu đồ 4.2 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý TSS qua các bể 37

Biểu đồ 4.3 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý BOD 5 qua các bể 38

Biểu đồ 4.4 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý NH 4 + qua các bể 40

Biểu đồ 4.5: Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý NO 3 - qua các bể 41

Biểu đồ 4.6: Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý PO 4 và coliform qua các bể 42

Biểu đồ 4.7 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý của bể HF trồng môn nước đối với các thông số ô nhiễm 43

Biểu đồ 4.8 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý của bể HF trồng môn đốm đối với các thông số ô nhiễm 43

Biểu đồ 4.10 Sơ đồ so sánh hiệu quả xử lý của bể HF trồng phát lộc đối với các thông

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

FWS Free Water Surface Đất ngập nước dòng chảy bề

mặt

HF Horizontal Subsurface Flow Đất ngập nước dòng chảy

ngầm ngang

HRT Hydraulic Residence Times Thời gian lưu nước

ODA Official Development Assistance Hỗ trợ phát triển chính thức

SMEWW

Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water

Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải

ngầm

TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng

ngầm đứng

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, việc xử lý nước thải chi phí thấp được nghiên cứu và áp dụng nhiều trên thế giới Đặc biệt là xử lý nước thải bằng mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp (CW) đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều ở nước ta

Trên thế giới, đất ngập nước nhân tạo được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu

để xử lý nước thải phân tán như sinh hoạt, chăn nuôi, công sở, bệnh viện trong tự nhiên thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường Các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha còn cho thấy đất ngập nước nhân tạo có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo kết hợp còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); "Xây dựng

mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì" của Trường Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam

Xuất phát từ thực tế, được sự đồng ý của bộ môn Công nghệ kỹ thuật môi trường,

Phân hiệu ĐHH tại Quảng Trị tôi đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là “Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà – tỉnh Quảng Trị bằng mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp (VF – HF – FWS)”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp nhằm khảo sát hiệu quả xử

lý nước thải sinh hoạt TP Đông Hà

- Quan trắc, phân tích đánh giá chất lượng nước thải sau khi xử lý bằng mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp

- Đánh giá kết quả phân tích và so sánh hiệu quả xử lý nước thải của các hạng mục trong mô hình

3 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng mô hình thực nghiệm HF – VF – FWS (dòng chảy ngầm ngang HF – dòng chảy ngầm thẳng đứng VF – đất ngập nước FWS)

- Vận hành, quan trắc mô hình: thời gian từ tháng 1 – 4/2015

- Quan trắc, phân tích mẫu xử lý nước thải

- Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình, so sánh hiệu quả hoạt động của các bể trong mô hình

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp thu thập tài liệu:

Tìm hiểu về các báo cáo của những công trình nghiên cứu thục nghiệm khác về chủ đề xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo hoặc khả năng xử lý nước thải của các loại cây

Tổng hợp các thông tin, tài liệu liên quan đến tình hình ô nhiễm nước thải trong khu vực thành phố Đông Hà như: các nguồn gây ô nhiễm chính và lưu vực thoát nước; hiện trạng thu gom và xử lý nước thải tại thời điểm trước và lúc đang xây dựng mô hình

Tìm hiểu, thu thập thông tin về các loài thực vật bản địa, đặc biệt là các loài có khả năng hấp thụ ô nhiễm

Thu thập các tài liệu liên quan đến thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt, các công nghệ sinh học xử lý nước thải sinh hoạt bằng thực vật thủy sinh,…

 Phương pháp thực nghiệm:

Khảo sát thực địa các địa điểm, các cống xả thải nước thải sinh hoạt trong khu vực thành phố Đông Hà

Khảo sát và thu thập các loài thực vật có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong

mô hình thí nghiệm Tiến hành ươm mầm và khảo sát hiệu quả xử lý nước thải của từng loại cây

Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm để kiểm tra khả năng xử lý nước thải của các loại thực vật, tính toán thời gian lưu nước

Phương pháp lấy mẫu:

Xác định các địa điểm lẫy mẫu, số lượng mẫu cần lấy trên mỗi đợt

Xác định các chỉ tiêu ô nhiễm cần xác định trong mẫu nước thải nhằm chọn cách lấy mẫu và phương pháp bảo quản mẫu phù hợp

Phương pháp quan trắc đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà

Bảng 0.1 Các phương pháp phân tích chất ô nhiễm [5]

- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu:

Số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu được tổng hợp, sắp xếp thành các bảng và được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel

Thể hiện, thống kê các kết quả, thông số bằng đồ thị, biểu đồ nhằm so sánh khả năng xử lý các chất ô nhiễm của các loại đất ngập nước nhân tạo; so sánh khả năng xử

lý chất ô nhiễm của các loài thực vật và khả năng tự làm sạch của môi trường đất

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí,

cơ quan công sở,…

Hình 1.1 Cống nước thải thành phố Đông Hà

Đặc điểm nước thải sinh hoạt:

Nước thải sinh hoạt được chia làm 2 loại:

- Nước thải đen: Nước thải có độ nhiễm bẩn rất cao do chất bài tiết của con người

và thường được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại Tuy nhiên, hầu như chất lượng đầu ra sau

bể tự hoại vẫn chưa đạt tiêu chuẩn, nhưng nhờ bể tự hoại mà một lượng lớn các chất ô nhiễm được xử lý

- Nước thải xám: Nước thải có độ nhiễm bẩn thấp hơn so với nước thải đen, phát sinh từ các hoạt động tắm, giặt, nấu ăn, vệ sinh sàn nhà… Nước thải xám hầu như chưa được xử lý mà thải thẳng ra ngoài môi trường

Lượng nước thải sinh hoạt dân cư phụ thuộc vào dân số và các đặc điểm của hệ thống thoát nước Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm

1.1.2 Thành phần của nước thải sinh hoạt

Các chất trong nước thải sinh hoạt bao gồm các chất hữu cơ và vô cơ tồn tại dưới dạng hòa tan, không hòa tan, keo, lơ lửng… Ngoài ra, trong nước thải còn chứa rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm

- Các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt gồm: các chất hữu cơ từ thực vật (cặn bã thực vật, rau, củ, quả, giấy…), các chất hữu cơ từ người và động vật (chất bài tiết, xác động vật…) Các chất hữu cơ trong nước thải theo đặc tính hóa học chủ yếu là protein, hydratcacbon, các chất béo, dầu mỡ…

- Các chất vô cơ trong nước thải gồm: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ, dầu khoáng…

- Trong nước thải sinh hoạt có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virut, nấm, rong, tảo, trứng giun sán… Trong đó có thể có cả các vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn… và có khả năng gây thành dịch bệnh

1.1.3 Hiện trạng thu gom, xử lý nước thải

Thành phố Đông Hà hiện tồn tại một mạng lưới cống thoát nước chung cho cả nước mưa và nước thải sinh hoạt Hiện tại chưa có trạm xử lý nước thải được xây dựng trong khu vực Nước thải sinh hoạt và sản xuất chảy theo cống chung qua các sông và kênh trong nội thị xả trực tiếp ra sông Hiếu, sông Thạch Hãn,… hoặc lưu lại các hồ trong thành phố tạo nên một môi trường đô thị không trong sạch Các hồ nước trong thành phố đang bị thu hẹp và chất lượng nước trong các hồ bắt đầu có dấu hiệu bị ô nhiễm

- Một số khu vực dân cư chưa có cống, nước bẩn sinh hoạt tự thấm, chảy vào rãnh kênh mương

- Nước thải bệnh viện tỉnh khoảng 45 m3/ngày đã có hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường

- Nước thải tiểu thủ công nghiệp: chưa được xử lý mà thải luôn vào cống chung chảy ra môi trường bên ngoài

- Nguồn tiếp nhận thoát nước của thành phố chủ yếu ra sông Hiếu (chiếm hơn 80%), phần còn lại thuộc các phường phía Nam thành phố thoát ra sông Vĩnh Phước

- Hệ thống cống thoát nước chung còn chưa hoàn chỉnh, chưa có hệ thống thu gom, xử lý nước thải đô thị nên tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị là rất trầm trọng, đặc biệt là sau mỗi trận mưa

1.2 Tổng quan về mô hình đất ngập nước nhân tạo

1.2.1 Khái niệm bãi lọc đất ngập nước nhân tạo (Contructed Wetlands)

- Bãi lọc ngập nước nhân tạo là những vùng đất được quy hoạch sẵn, phân thành từng thửa và từng ô, trong đó mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật, thực vật sống trong môi trường đó

- Người ta có thể thay thế đất trong các ô, thửa này bằng các loại vật liệu lọc tự nhiên có khả năng lọc và hấp thụ chất bẩn cao như cát, sỏi, đá dăm, gạch vỡ Hệ thống phân phối và thu nước bố trí phù hợp khả năng thấm lọc của các loại vật liệu lọc

và diện tích ô lọc

- Bên trên trồng các loại cây thân xốp, rễ dài xuyên vào trong khối vật liệu lọc Khi nước thải chảy qua bãi lọc sẽ được làm sạch bởi quá trình sinh học (cây hấp thụ các chất dinh dưỡng nitơ, photpho và một lượng nhỏ các kim loại nặng phục vụ cho qua trình sinh trưởng và phát triển) Các vi sinh vật bám dính vào bề mặt vật liệu lọc

và thân, rễ cây tạo thành màng vi sinh Khi nước thải tiếp xúc với màng vi sinh, các chất hữu cơ dễ phân hủy, nitơ, photpho… sẽ bị phân hủy và hấp thụ

1.2.2 Phân loại bãi lọc đất ngập nước nhân tạo

- Xử lý nước thải bằng đất ngập nước nhân tạo kết hợp còn được hiểu là các bãi lọc trồng cây Nó được phân lạo như sau:

Sơ đồ 1.1 Phân loại bãi lọc

- Bãi lọc dòng chảy ngầm (SSF): Chia thành 2 loại:

+ Bãi lọc dòng chảy ngang (HF): dòng chảy của nước theo phương ngang và lớp vật liệu luôn giữ trong trạng thái bão hòa nước Nước thải chảy trong hệ thống sẽ được

xử lý trong điều kiện hiếu khí, tùy nghi và kỵ khí Quá trình hiếu khí xảy ra ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi mà O2 tạo ra do quá trình quang hợp của cây trồng trên bãi lọc được vận chuyển qua thân, rễ vào trong lớp vật liệu lọc Ở nơi xa rễ cây xảy ra các quá trình kị khí và tùy nghi

+ Bãi lọc dòng chảy đứng (VF): dòng chảy của nước theo phương thẳng đứng, lớp vật liệu không bão hòa nước vì nước được cấp không liên tục, theo các khoảng thời gian nhất định Các hợp chất hữu cơ có trong nước thải được xử lý chủ yếu trong điều hiếu khí

+ Các hợp chất hữu cơ được phân hủy nhờ các vi sinh vật dính bám trên thân, cành, lá của cây

Hình 1.2 Phân loại hệ thống xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây

1 Bãi lọc dòng chảy bề mặt (FWS)

2 Bãi lọc dòng chảy ngầm ngang (HF)

3 Bãi lọc dòng chảy ngầm đứng (VF)

1.2.3 Cơ chế xử lý các thành phần ô nhiễm

Bảng 1.1 Cơ chế xử lý ô nhiễm trong bãi lọc ngập nước [2,68]

TSS - Lắng/lọc và phân hủy

BOD 5

- Phân hủy bởi VSV

- Lắng (tích lũy trong bùn đáy )

* Ưu điểm của hệ thống:

Chi phí đầu tư thấp

 Chi phí vận hành, bảo trì thấp

 Dễ vận hành

 Có thể kết hợp nhiều mục đích (xử lý nước thải, tạo cảnh quan xanh sạch đẹp,…)

* Nhược điểm của hệ thống:

 Yêu cầu diện tích lớn

 Thời gian lưu nước thải lâu, dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết bên ngoài,…

Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm

2.1.1 Tiêu chí lựa chọn mô hình

- Đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà đạt QCVN 14:2008/BTNMT

- Kế thừa kết quả nghiên cứu từ các công trình trong và ngoài nước, đó là sử dụng hệ thống kết hợp (“lai”) cho hiệu quả cao hơn mô hình đơn lẽ

- Sử dụng cây trồng bản địa và một số cây trồng chưa được nghiên cứu; các loại vật liệu lọc có sẵn, dễ kiếm và rẻ tiền ở địa phương

2.1.2 Lựa chọn cây trồng

2.1.2.1 Bông súng

Tên gọi khác: Cây hoa súng (Miền Bắc), [10]

-Tên tiếng Anh: Water lily

-Tên khoa học: Nymphaea spp

Hình 2.1 Hoa súng được đem về trồng tại bể FWS

Phân bố

Ở Việt Nam các loài cây bông súng sống lâu năm, mọc hoang dại trong ao, mương, kênh, rạch, bàu trũng khắp mọi khu vực của Việt Nam Hoa súng có khả năng tái sinh mạnh

Đặc điểm

Ở Việt Nam bông súng là loài cây dại mọc nơi ao hồ hoặc ở những thửa ruộng thấp vào mùa nước nổi ở miền Tây Loài cây này vươn lên theo nước lũ, nước càng dâng cao thì cuống lá, cọng càng dài Lá trải rộng trên mặt nước và hoa màu trắng, màu tím hay màu hồng vươn lên khỏi mặt nước

2.1.2.2 Chuối hoa

Cây chuối hoa (Canna hybrids) dễ trồng có thể trồng bụi lớn sát nhau thành các

bức tường hoa, hay tạo thành những mảng hoa với nhiều màu đặc sắc [9]

- Tên phổ thông: Chuối hoa

- Tên khoa học: Canna hybrids

- Họ thực vật: Cannaceae (Chuối hoa)

Hình 2.2 Cây chuối hoa được trồng ở bể VF

Nguồn gốc, phân bố

Chuối hoa có nguồn gốc từ Nam Mỹ Cây chuối hoa sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới nhưng cũng có thể sống ở nhiều vùng trên thế giới, có thể ở vùng lạnh Phân bố ở Việt Nam: Rộng khắp

- Cây có hoa gần như quanh năm, tập trung chủ yếu vào mùa khô Màu sắc thay đổi từ vàng đến đỏ, từ một màu đến điểm thêm các đốm đậm

- Tốc độ sinh trưởng nhanh, cây ưa sáng, nhu cầu nước cao, ưa khí hậu mát ẩm Nhân giống từ tách bụi, cây mọc khỏe

- Chuối hoa với những ưu điểm đã được kiểm chứng là khả năng sống tốt trong môi trường đất ngập nước; khả năng hấp thu và chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nước như chất hữu cơ, nitơ, phôt pho để sinh trưởng, phát triển; dễ dàng kiểm soát được sự phát triển của cây và đặc biệt là cho hoa đẹp, góp phần tạo mỹ quan trong khuôn viên của cơ sở

2.1.2.3 Phát lộc

Cây Phát lộc (Dracaena sanderiana ) hay được gọi là cây thần tài, phát tài,…

thuộc chi Huyết giác (Dracaena), họ Dracatenaceae, thuộc Bộ Măng Tây

(Asparagales) trong lớp thực vật một lá mầm [14]

Nguồn gốc, phân bố

Phần lớn loài có nguồn gốc ở châu Phi và các đảo cận kề, với chỉ một ít loài có tại miền nam Châu Á và một loài tại khu vực nhiệt đới Trung Mỹ Ở Việt Nam loài phân bố rộng khắp

Đặc điểm

Phát Lộc thuộc cây có thân cột, hệ rễ chùm, ngắn, màu trắng Cây trưởng thành cao khoảng 1m, đường kính 3 – 4 cm, có khả năng sinh trưởng nhanh, sống được trong điều kiện thiếu ánh sáng, nhiệt độ thích hợp cho sự tăng trưởng và phát triển nhất

là 21 – 27 0C Cây có thể sống rất lâu trong đất và có thể sống từ 4 – 5 năm trong lọ nước

Đặc biệt loài cây này không yêu cầu chăm sóc kỹ càng, dễ sống Cây sinh sản bằng cách nhân giống từ giâm cành, mọc khỏe Chồi mọc từ thân cây mọc rất khỏe, tốt, rất dễ đâm chồi từ mắt của thân

Hình 2.3 Cây phát lộc đang được chọn lựa trước khi trồng vào mô hình

2.1.2.4 Môn đốm

- Cây môn đốm hay cây môn đỏ , hay cây môn trắng, có tên khoa học: Caladium

bicolor, thuộc họ Môn [13]

- Cây môn đốm là cây thân thảo, cây cảnh lá Cây thường trồng trong bóng râm

Hình 2.4 Môn đốm được trồng trong mô hình bãi lọc

Nguồn gốc, phân bố

- Cây có nguồn gốc từ Brazil và quần đảo Tây Ấn Độ, được gây trồng rộng rãi

làm cây cảnh, đồng thời lai tạo ra rất nhiều dạng có màu sắc lá khác nhau, để tăng tính hấp dẫn của cây trang trí

- Phân bố ở Việt Nam: Rộng khắp

Đặc điểm

Cây thân thảo lâu năm, cao khoảng 30- 50 cm Lá mọc thấp, có hình tim hoặc hình mũi tên, trên lá nổi rõ các gân, có các đốm màu trắng hoặc màu đỏ Cuống lá dài gấp 3-7 lần phiến lá, mảnh cong và gốc có bẹ Cây thường trồng trong bóng râm Môn đốm có tốc độ sinh trưởng nhanh, cây trồng và nhân giống chủ yếu bằng các mảnh củ, hay tách bụi Cây cần đất tơi xốp, đủ độ ẩm và màu sắc đậm Cây mọc khoẻ,

dễ trồng và đẻ nhiều nhánh

2.1.2.5 Khoai môn

- Tên gọi khác: Khoai nước, Khoai sọ [11]

- Tên tiếng Anh: Elephant-ear, Taro, Cocoyam, Dasheen, Chembu, Eddoe

- Tên khoa học: Colocasia esculenta (L.) SCHOTT

- Tên đồng nghĩa: Colocasia esculenta esculenta, Colocasia antiquorum Schott

Hình 2.5 Khoai môn trước khi trồng vào mô hình

Nguồn gốc và phân bố

Cây khoai môn (Colocasia esculenta) có nguồn gốc ở Đông Nam Á Từ Đông

Nam Á cây khoai môn phát tán ra khắp vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khắp thế giới

Ở Việt Nam Khoai môn hay Khoai sọ bao gồm gần 70 giống khác nhau với nhiều tên gọi theo tiếng của người Kinh và nhiều dân tộc thiểu số khác nhau

Ở miền Bắc khoai môn (được gọi chung là khoai sọ) chủ yếu được trồng ở các tỉnh miền núi và trung du, ít trồng ở vùng đồng bằng đất thấp bị ngập nước vì dễ sượng

và ngứa Ngược lại các tỉnh phía Nam như An Giang, Bến Tre, Cần Thơ… khoai môn được trồng nhiều ở vùng đất bãi, đồng bằng để bán cho các cơ sở xuất khẩu

Đặc điểm

Cây khoai môn là loài cây thân thảo đa niên có thân ngầm phát triển thành củ chứa nhiều tinh bột ăn được và được dùng làm lương thực và thực phẩm ở các nước Châu Á

- Thân: Cây khoai môn có thân ngầm phát triển thành củ Thân giả mọc phía trên nơi các bẹ lá xếp với nhau Chiều cao của cây chủ yếu là bẹ lá cao 0,5 - 1m

- Củ: Phần thân ngầm phát triển thành củ, mỗi bụi có từ 1 đến nhiều củ Vỏ củ có màu xám, tím…tùy giống

- Lá: Lá đơn rộng, mọc so le, phiến lá hình tam giác, gốc lỏm Bẹ lá họp thành thân giả hoặc rời, phát triển từ thân ngầm ở dưới mặt đất

-Hoa: Mọc thành chùm vào cuối giai đoạn sinh trưởng của cây

Cây sinh sản vô tính bằng chồi non phát triển từ củ

2.1.2.6 Ƣơm, trồng cây

Uơm cây trong nước cho ra rễ (3 – 4 cm), sau đó đem trồng vào các chậu để tiến hành nghiên cứu Chọn những cây khỏe mạnh có thời gian sinh trưởng như nhau, thân

và lá có kích thước tương đương nhau Thân dài 40 – 45 cm, có từ 6 – 8 lá

Hình 2.6 Mô hình sau khi đã trồng cây

2.1.3 Lựa chọn vật liệu

2.1.3.1 Giá đỡ mô hình và mái che mƣa

- Thiết kế 3 giá đỡ mô hình để đảm bảo chiều cao thủy lực đảm bảo dòng nước chảy tự động qua mô hình

Giá đỡ bể chứa nước thải: chiều cao 2,4 m

Giá đỡ bể lắng và bể chứa trung gian: chiều cao 2,2 m

Giá đỡ bể HF: chiều cao 1,6 m

Giá đỡ bể VF: chiều cao 1,1 m

- Mái che mưa được thết kế để che mưa cho mô hình tránh nước mưa rơi trực tiếp vào mô hình, pha loãng nước thải gây sai số cho quá trình quan trắc thông số đầu

- Bể lắng: (1 bể) vật liệu thủy tinh

+ Kích thước (Dài x Rộng x Cao): 80 x 15 x 20 (cm)

+ Vị trí ống dẫn nước ra cách đáy 10 cm Ống thu bùn có van, nằm dưới đáy bể

Hình 2.8 Thùng xốp chuẩn bị cho mô hình bãi lọc

2.1.3.3 Vật liệu lọc

Vật liệu lọc là đá sỏi, với kích thước khác nhau phân ra 3 loại:

Loại 1: đá sỏi kích thước 3 x 4 (cm)

Loại 2: đá sỏi kích thước 1 x 2 (cm)

Loại 3: đá sỏi kích thước ≤1 x 1 (cm)

Vật liệu lọc được phân loại, rửa sạch sắp xếp theo thứ tự kích thước lớn ở dưới kích thước nhỏ ở trên, chia thành 3 lớp có chiều cao bằng nhau cho mỗi bể Bể VF mỗi lớp vật liệu lọc cao 16 cm, bể HF mỗi lớp vật liệu lọc cao 10 cm

Hình 2.9 03 lớp vật liệu lọc khi đưa vào mô hình

2.1.4 Hệ thống ống dẫn nước, van điều chỉnh, giàn phân phối nước thải

Thiết kế và lắp đặt hệ thống dẫn nước cho mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp đảm bảo lưu lượng nước ổn định chảy qua mô hình Hệ thống bể HF có kết cấu dạng 2 bình thông nhau để đảm bảo mực nước luôn luôn cao hơn lớp vật liệu lọc, có van điều tiết lưu lượng nước vào ra bể Hệ thống bể VF thiết kế sau bể HF nên lưu lượng đầu vào phụ thuộc vào bể HF lưu lượng đầu ra có van điều chỉnh theo đúng yêu cầu

Hệ thống cấp nước có dàn phân phối nhỏ giọt để đảm bảo quá trình hiếu khí và dòng chảy của mô hình

Hình 2.10 Hệ thống đường ống dẫn nước cho mô hình thí nghiệm

2.1.5 Trồng cây

Sau quá trình tuyển chọn các loài cây bản địa phù hợp với mục đích xử lý nước thải trong mô hình đất ngập nước nhân tạo ta tiến hành ươm giống trồng cây cho phát triển ở môi trường đất tự nhiên Sau khi cây đã phát triển ổn định, ta tiến hành tuyển chọn những cây tốt, có chiều dài từ 30-40 cm, rễ dài từ 5-10 cm để trồng vào mô hình thí nghiệm

Khi tách cây ra khỏi môi trường tự nhiên chuyển sang môi trường nước của mô hình thí nghiệm ta tiến hành chạy thử nghiệm mô hình với nước thải đã được pha loãng 50% Đây là khoảng thời gian dành cho cây thích nghi với nước thải trong các

bể Do khả năng thích nghi của 6 loại cây khá tốt nên thời gian thích nghi trong môi trường mới là 15 ngày

Số lượng cây trồng và các loại cây trồng trong các bể:

+ Bể VF: trồng cây chuối hoa theo 3 hàng, mỗi hàng 4 cây

+ 3 bể HF trồng 3 loại cây: môn nước, môn đốm, phát lộc Trong mỗi bể cây được trồng theo 3 hàng, mỗi hàng 4 cây

+ Bể FWS trồng cây hoa súng

2.1.6 Thuyết minh sơ đồ mô hình thí nghiệm

- Mô hình thí nghiệm đất ngập nước nhân tạo được kết hợp 3 loại bãi lọc: bãi lọc dòng chảy ngầm ngang (HF) – bãi lọc dòng chảy ngầm thẳng đứng (VF) –bãi lọc dòng chảy bề mặt (FWS) để đạt hiệu quả tối ưu trong việc xử lý nước thải sinh hoạt thành

phố Đông Hà

Hình 2.11 Sơ đồ mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp HF – VF – FWS

Thuyết minh sơ đồ mô hình thí nghiệm:

- Nước thải lấy từ cống thải nước thải sinh hoạt của TP.Đông Hà đổ trực tiếp vào

bể chứa 1 Bể chứa một đóng vai trò như hố thu gom nước thải sinh hoạt Sau đó nước thải được điều chỉnh để chảy với lưu lượng ổn định 120 lít/ngày đêm vào bể lắng ngang Nước thải sau bể lắng ngang đã loại bỏ một lượng lớn chất rắn lơ lửng cũng