HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHI PHÍ THẤP

Lều Thọ Bách Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Môi Trường Đại Học Xây Dựng 1.1 Định nghĩa hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp Hệ thống XLNT thông thường bao gồm các công trình tại đó nước thải

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHI PHÍ THẤP

TS Lều Thọ Bách

Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Môi Trường

Đại Học Xây Dựng

1.1 Định nghĩa hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp

Hệ thống XLNT thông thường bao gồm các công trình tại đó nước thải được xử lý bằng cácphương pháp cơ học, hóa học, sinh học, để loại bỏ các chất rắn, các chất hữu cơ và đôi khi cả cácchất dinh dưỡng có trong nước thải Nước thải được tiến hành làm sạch theo trình tự tăng mức độ

xử lý từ xử lý sơ bộ, xử lý sơ cấp (bậc một), thứ cấp (bậc hai), triệt để (bậc ba) và có thể có thêmcác công đoạn xử lý đặc biệt khác Tại một số nước, công đoạn khử trùng các vi khuẩn, mầm bệnhthường là bước xử lý cuối cùng

Hệ thống XLNT chi phí thấp là các hệ thống xử lý sinh học tự nhiên tải lượng thấp, có thể xử lýcác loại nước thải hữu cơ như nước thải sinh hoạt Các hệ thống này có cấu tạo đơn giản, có chi phíđầu tư thấp đáng kể, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp Mặc dù các hệ thống XLNT chi phí thấpđòi hỏi diện tích đất sử dụng nhiều hơn so với các hệ thống xử lý sinh học nhân tạo tải lượng cao,nhưng chúng có hiệu quả hơn và đáng tin cậy trong việc xử lý các vi khuẩn, mầm bệnh, nếu đượcthiết kế một cách hợp lý và không bị quá tải

Tất cả các quá trình quản lý và XLNT phụ thuộc vào nhiều yếu tố và điều kiện tự nhiên như tảilượng thủy lực đối với bể lắng và có hoặc không có các yếu tố tự nhiên như vi sinh vật Tuynhiên trong các công trình XLNT điển hình, các quá trình tự nhiên này được hỗ trợ bằng một loạtcác thiết bị máy móc cơ khí phức tạp tiêu thụ điện năng cao (các máy bơm, máy sục khí v.v ) Trong nội dung giảng dạy này các hệ thống XLNT chi phí thấp được mô tả bằng các quá trình vàcác công trình xử lý nước thải được vận hành trong các điều kiện gần tự nhiên hoặc phụ thuộc cơbản vào các yếu tố tự nhiên Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể được trang bị các máy bơm vàđường ống phân phối, thu nước thải, nhưng không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện năng bênngoài để duy trì khả năng xử lý [Reed và các cộng sự, 1995]

Hệ thống XLNT chi phí thấp được coi là công nghệ xử lý tự nhiên, gần tự nhiên hay trên cơ sở tựnhiên do thực tế là bản chất của các quá trình xử lý các chất ô nhiễm diễn ra trong các hệ thống nàyđều dựa trên cơ sở các quá trình và chu trình chuyển hóa tự nhiên (như các yếu tố sinh học, cơ họchay năng lượng mặt trời và các yếu tố tự nhiên khác) Hệ thống xử lý chi phí thấp cũng có thể đượcxem là hệ thống có các đặc tính:

 Đạt được mức độ xử lý có thể chấp nhận;

 Vốn đầu tư thấp;

 Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp;

 Yêu cầu kỹ năng vận hành không cao so với các công nghệ thông thường khác;

 Tuổi thọ dài hơn so với tuổi thọ các công nghệ xử lý có sử dụng các thiết bị điện - cơ khí;

 ít phụ thuộc vào các yếu tố như công tác xây dựng, các thiết bị điện, cơ khí;

 Công nghệ/quá trình xử lý đơn giản hiệu quả xử lý ổn định và lâu dài;

 Nhu cầu bảo dưỡng và vận hành ít;

 Có thiết kế đơn giản, phổ biến với bất cứ quy mô nào từ nhỏ đến lớn.

Hệ thống XLNT chi phí thấp có thêm những ưu điểm là giảm thiểu các tác động đến môi trường

và ít ảnh hưởng đến các hệ sinh thái, có khả năng ứng dụng tốt trong các điều kiện môi trườngnước, đất và đất ngập nước

 Xử lý trong môi trường nước

Hồ sinh học tùy tiện là dạng công trình xử lý trong nước được ứng dụng phổ biến nhất Điều kiệnhiếu khí được hình thành tại các tầng nước gần bề mặt, trong khi tại khu vực đáy với sự có mặtcủa lớp bùn lắng tích tụ tạo nên vùng kị khí Tại các tầng nước giữa tồn tại hỗn hợp các vùnghiếu khí phần phía trên và kị khí phần phía đáy Các hồ hiếu khí thường nhỏ và nông hơn các hồtùy tiện Hồ hiếu khí thường được bố trí sau các hồ kị khí hoặc hồ tùy tiện nhằm tăng cường làmthoáng và thoát khí hoặc mùi phát sinh từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ

 Xử lý trong môi trường đất

Bao gồm các hệ thống dòng chảy chậm trên bề mặt đất, dòng thấm chậm và thấm nhanh ngầmdưới mặt đất Ngoài khả năng XLNT với chi phí bảo dưỡng thấp, các hệ thống này còn có thêmcác khả năng ưu việt khác như cung cấp nước bổ sung cho nguồn nước ngầm, cho tái trồng rừng,cho nông nghiệp và hoặc cho đồng cỏ nuôi súc vật Hiệu quả xử lý của các hệ thống này phụthuộc vào các phản ứng sinh học, hóa học, lý học diễn ra trên và trong lòng đất Hệ thống dòngchảy bề mặt cần được cấy trồng thực vật để hấp thụ chất dinh dưỡng cũng như các chất ô nhiễmđồng thời làm tăng thời gian lưu nước trong hệ thống và khả năng tiếp xúc giữa các ô nhiễm vớiđất/ hệ thực vật Các hệ thống thấm chậm và thấm nhanh ngầm dưới mặt đất là các hệ thống

"không xả" các dòng chảy ra rất hiếm khi xả trực tiếp ra suối hoặc các thủy vực nước mặt khác.Mỗi hệ thống có khả năng lưu giữ nước/dòng chảy khác nhau phụ thuộc đặc tính thấm của đất

 Xử lý trong môi trường đất ngập nước

Các vùng đất hoặc bãi đất nhân tạo mà tại đó đất được duy trì thường xuyên trong trạng thái bãohòa nước và có cấy trồng các loại thực vật có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng và chất ônhiễm là môi trường tốt được ứng dụng để XLNT Có hai dạng bãi lọc ngập nước được ứng dụngtrong XLNT: Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt và hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm Cả hai hệthống đều sử dụng rễ cây trồng làm nơi lưu giữ và phát triển của các loài vi sinh vật, đồng thờiluân chuyển ôxi từ không khí cung cấp cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy các chất

ô nhiễm có trong nước thải Vi khuẩn đóng vai trò lớn trong cơ chế xử lý nước thải của các hệthống này, mặc dù một phần các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và natri cũng được cây cốihấp thụ Hệ thống bãi lọc dòng chảy bề mặt về cơ bản gần giống như các đầm lầy tự nhiên Cấutrúc điển hình của loại hệ thống này thường được thiết kế với bề rộng hẹp, chiều dài lớn và có độsâu nhỏ hơn 1m, có cấy trồng các loại thực vật nước Các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầmthường sử dụng sỏi hoặc cát dễ thấm làm vật liệu cố định rễ thực vật nước và lọc dòng nước thảichảy qua

1.2 ưu điểm và nhược điểm của hệ thống XLNT chi phí thấp

ưu điểm

Các hệ thống XLNT chi phí thấp được xây dựng một cách hợp lý, có thiết kế phù hợp với cácđặc điểm địa hình khu vực sẽ có những ưu điểm sau:

Đảm bảo hiệu suất xử lý cao và ổn định

Hệ thống XLNT chi phí thấp được thiết kế, xây dựng, bảo dưỡng, và quản lý một cách hợp lý cóthể đảm bảo duy trì hiệu suất xử lý nước thải cao và ổn định Các kết quả thực nghiệm cho thấyphôtpho, nitrat, nitrit, amonia, BOD5, và các chất rắn lơ lửng có thể được xử lý đạt tới mức cóthể chấp nhận Nhìn chung, hiệu suất xử lý các thành phần BOD, TSS, COD, các kim loại, và

chất hữu cơ bền vững trong nước thải sinh hoạt có thể đạt mức cao với thời gian lưu nước hợp lý.Với thời gian lưu nước lâu hơn đáng kể, nitơ và phốt pho cũng có thể được xử lý triệt để Các hệthống XLNT tự nhiên chi phí thấp áp dụng cho xử lý bậc hai có thể được vận hành quanh nămngoại trừ khi thời tiết lạnh nhất Đối với xử lý bậc ba hoặc xử lý đặc biệt có thể vận hành quanhnăm đối với các khu vực có điều kiện thời tiết ấm

Chi phí đầu tư xây dựng thấp

Đối với những khu vực có quỹ đất với giá đất có thể chấp nhận được, việc đầu tư xây dựng hệthống XLNT chi phí thấp sẽ kinh tế hơn so với các hệ thống XLNT thông thường có sử dụng cácthiết bị cơ khí Không sử dụng các thiết bị xử lý phức tạp góp phần làm giảm đáng kể giá thànhđầu tư Khi thiết kế hệ thống XLNT chi phí thấp cần quan tâm tới các đặc điểm tại vị trí xâydựng như địa hình, địa chất, nguồn cấp nước, loại đất, loại nước thải được xử lý v.v Lựa chọn

vị trí với các đặc điểm thích hợp sẽ làm giảm được giá thành xây dựng

Chi phí vận hành thấp

Hệ thống XLNT chi phí thấp thường có chi phí vận hành thấp, giảm thiểu các chi phí sử dụngđiện năng và các thiết bị, không cần sử dụng hóa chất Các bãi lọc thường được thiết kế đảm bảokhả năng tự chảy của nước trong hệ thống Nếu địa hình không thuận lợi, không đảm bảo khảnăng tự chảy của nước trong hệ thống thì sẽ cần đến bơm và làm tăng giá thành vận hành Hệthống XLNT tự nhiên nếu được thiết kế và xây dựng hợp lý có khả năng tự duy trì và bảo dưỡngtrong thời gian lâu dài Nhìn chung, mặc dù hệ thống xử lý nước thải tự nhiên thường chỉ duy trìđược hiệu suất xử lý một cách thụ động nhưng giảm thiểu được các nhu cầu về thiết bị cơ khí,điện năng, và các yểu cầu cao về kỹ năng của người vận hành

Giảm và hạn chế tối thiểu mùi khó chịu

Phát sinh mùi khó chịu là một trong những vấn đề cần quan tâm khi lưu giữ và xử lý nước thải,đặc biệt nếu vị trí của trạm XLNT được đặt gần nhà dân Các bãi lọc thường ít hoặc không phátsinh mùi khó chịu

Duy trì được khả năng XLNT với tải lượng ô nhiễm không ổn định

Hệ thống XLNT chi phí thấp được thiết kế một cách hợp lý có khả năng tự điều tiết và duy trìhiệu suất xử lý đối với các loại tải lượng ô nhiễm khác nhau của nước thải Đây là ưu điểm nổibật của hệ thống XLNT chi phí thấp vì các thành phần ô nhiễm trong nước thải rất đa dạng vàchế độ thải nước không đều, các điều kiện thời tiết thay đổi, sự phát triển của dân cư trong lưuvực hay sự thay đổi quản lý các hoạt động thương mại trong lưu vực làm thay đổi đáng kể tảilượng ô nhiễm

Giảm diện tích đất cần thiết khi tái sử dụng nước thải

Hệ thống XLNT chi phí thấp có khả năng xử lý triệt để các chất ô nhiễm Vì vậy, diện tích đấtcần thiết cho việc tái sử dụng nước sau xử lý từ các bãi lọc nhân tạo ít hơn diện tích đất cần thiếtkhi trực tiếp sử dụng nước thải

Giảm khối lượng chất phát sinh trong quá trình xử lý

Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể giảm tối thiểu khối lượng các chất bị loại và phát sinh trongquá trình xử lý Lượng bùn/sinh khối dư phát sinh ít hơn nhiều so với các quá trình xử lý thứ cấpkhác Rất nhiều hệ thống XLNT chi phí thấp không làm phát sinh bùn dư đòi hỏi phải xử lý tiếptheo hay tiêu hủy

Tạo cảnh quan

Tùy thuộc vào thiết kế, vị trí, và chủng loại thực vật, các hệ thống XLNT chi phí thấp đặc biệt là cácbãi lọc ngập nước nhân tạo có thể làm nổi bật phong cảnh với màu sắc, bố cục và sự đa dạng của cácloài cây Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể tăng cường không gian, diện tích cây xanh trong đô thị

và kết hợp cả các chức năng giải trí công cộng

Tăng cường đa dạng sinh học

Hệ thống XLNT chi phí thấp có khả năng kiến tạo môi trường tốt thu hút một số loài động vậthoang dã đến sinh sống và phát triển và làm tăng thêm lợi ích, sự hấp dẫn về du lịch cho khuvực

Nhược điểm

Ngay cả khi được thiết kế tối ưu nhất, hệ thống XLNT chi phí thấp vẫn tồn tại những hạn chế:

Hạn chế trong việc loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh

Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể loại bỏ phần lớn các vi khuẩn gây bệnh từ nước thải sinhhoạt Tuy nhiên, khả năng xử lý này cũng có thể chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn xả cho phép

và cần thiết phải thực hiện thêm công đoạn khử trùng Nguyên nhân cơ bản là do các loài chim

và các loài thú hoang dã khác sinh sống trong và tại khu vực hệ thống xử lý có thể là nguồn phát

sinh và lan truyền các vi khuẩn gây bệnh

Yêu cầu vệ sinh định kỳ lớp bùn lắng

Bùn lắng và các chất trơ cần phải định kỳ được lấy đi Hệ thống XLNT chi phí thấp có thể bị lấp đầybởi bùn và các chất rắn làm tắc dòng chảy trong hệ thống nếu khi thiết kế không tính đến việc loại bỏrác và các chất rắn trước khi nước thải vào hệ thống Tổng lượng bùn phát sinh sẽ cao hơn tại cácgiai đoạn vận hành trong điều kiện thời tiết lạnh do nhiệt độ thấp gây ức chế các hoạt động của visinh vật (VSV) Vì vậy cần định kỳ hàng năm làm sạch lượng bùn tích tụ và các chất hữu cơ trên bềmặt của hệ thống

Giá thành xây dựng

Với điều kiện địa hình thuận lợi và các đặc điểm tự nhiên khác như loại đất phù hợp sẽ giảmđược chi phí đầu tư xây dựng của hệ thống XLNT chi phí thấp Chi phí xây dựng sẽ tăng trongtrường hợp xây dựng hệ thống tại các khu vực có điều kiện không thuận lợi Thực tế cho thấy đốivới các bãi lọc ngập nước nhân tạo được xây dựng tại các khu vực có điều kiện mặt bằng, địahình thay đổi, cần bổ sung hoặc thay thế đất, bố trí các vật liệu lót chống thấm, cần hoạt động kếthợp với máy bơm, v.v có thể làm cho giá thành xây dựng tăng đáng kể

ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết

Sự thay đổi thời tiết theo mùa như lạnh, hạn hán làm giảm hiệu suất xử lý của hệ thống Các sốliệu về sự biến đổi của thời tiết trong năm rất quan trọng cần được đề cập tới trong thiết kế vàvận hành hệ thống Khả năng xử lý BOC, COD, và nitơ của hệ thống về bản chất là dựa trên cácquá trình sinh học nên về cơ bản có thể được phục hồi liên tục Phôtpho, các kim loại, và một sốhợp chất hữu cơ bền vững được xử lý trong hệ thống bởi các quá trình lắng đọng, tích tụ theothời gian Điều kiện khí hậu lạnh, nhiệt độ thấp vào mùa đông làm giảm tốc độ xử lý BOD và cácphản ứng sinh học nitrat hóa và khử nitrat Tăng thời gian lưu nước trong hệ thống có thể nângđược hiệu suất xử lý, nhưng đồng thời sẽ làm tăng diện tích công tác cần thiết của các bãi lọc dẫntới làm giảm hiệu quả kinh tế hoặc tính khả thi về mặt ký thuật của hệ thống

Các vấn đề về mùi

Hệ thống XLNT chi phí thấp thường sử dụng các công đoạn xử lý kị khí có phát sinh mùi khóchịu, làm tăng ảnh hưởng tới các khu dân cư lân cận đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng Vì vậykhi thiêt kế cần đề cập tới khoảng cách li an toàn tới các khu dân cư

Có thể mất khả năng xử lý do sự quá tải về chất rắn hoặc amonia

Trong hệ thống XLNT chi phí thấp, amonia là thành phần khó kiểm soát và dự đoán trước đượctrong nước đầu ra Tình trạng nồng độ amonia cao tồn tại trong thời gian dài cũng có thể gây ứcchế sự phát triển của thực vật trong hệ thống XLNT chi phí thấp

Hạn chế tái sử dụng chất dinh dưỡng đối với cây trồng

Một vài chất dinh dưỡng được xử lý bằng hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp không tái sửdụng được đối với đất và các sản phẩm cây trồng

Sự có mặt của các động vật và côn trùng không mong muốn

Muỗi và các sinh vật, côn trùng lây nhiễm có thể là một trở ngại nếu không kiểm soát được sựphát triển của các loại thực vật Các động vật đào bới cũng có thể là một trở ngại Sự gia tăng về

số lượng của các loài chim trong hệ thống XLNT chi phí thấp có thể có tác động bất lợi nếu cósân bay gần đó

Diện tích đất yêu cầu tính theo dân số tương đương có thể lớn

Diện tích đất cần thiết cho hệ thống XLNT chi phí thấp có thể lớn, đặc biệt nếu phải xử lý nitơhay phôtpho Các hệ thống xử lý cơ khí thông thường (ví dụ bùn hoạt tính, các hệ thống lọc nhỏgiọt hay tiếp xúc sinh học quay) thường có ưu thế và khả thi hơn hệ thống XLNT chi phí thấptrong điều kiện giới hạn về diện tích đất sử dụng [0,5 -1m2/người (dân số tương đương), so sánhvới các hệ thống xử lý tự nhiên 5 -10m2/người] Mặt khác, khả năng ứng dụng các hệ thốngXLNT thông thường còn tùy thuộc vào tiềm năng kinh tế

2 Các hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp 2.1 Hồ sinh học ổn định nước thải

Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải (thường gọi là hồ sinh học) là các hồ lớn, không sâu,thường là hình chữ nhật do người đào, để cho dòng nước thải vào và ra Các hồ này được sửdụng rộng rãi ở châu Âu và Nam Mỹ, là loại công trình xử lý nước thải phù hợp với các nướcđang phát triển ở vùng khí hậu nóng Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ cao và giàu ánh sáng mặttrời đã thúc đẩy sự phát triển nhanh của các loại vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và vi tảo) để xử

lý các chất hữu cơ trong nước thải, đặc trưng bằng BOD, theo cả hai cách hiếu khí và kỵ khí Cácquá trình diễn ra trong hồ sinh học là một chu trình tự nhiên, liên tục và là hiện tưởng sống Quá trình xử lý nước thải thường được diễn ra trong hai hoặc nhiều hồ Sự sắp xếp thay thế vềkích thước và độ sâu hồ có thể thúc đẩy quá trình hiếu khí ở hồ này hoặc kỵ khí ở hồ kia Trongquá trình xử lý kế tiếp, từng hồ có chức năng riêng và chúng được thiết kế phù hợp với mục đíchhoặc phần tử ô nhiễm cần được tách ra khỏi nước thải Dòng nước thải ra khỏi hồ sẽ giàu dinhdưỡng do nồng độ tảo lớn nhưng số lượng các vi sinh vật gây bệnh và các sinh vật nguồn gốc từchất thải sinh hoạt khác giảm đáng kể [Mara và cộng sự, 1992; Mara và Pearson, 1987; U.S.EPA, 1977a]

Hệ thống hồ sinh học ổn định nước thải dễ xây dựng, giá thành thấp, tính đệm lớn và hiệu quả xử

lý cao

 Dễ xây dựng: Đào đất là công việc chủ yếu (các hoạt động xây dựng khác rất hạn chế) Sau khi

đào, các công việc xây dựng hồ tiếp theo là hoàn thiện hố đào, xây dựng cống nước thải vào

và ra khỏi hồ, kè bờ bảo vệ hồ và nếu cần thiết, lót chống thấm hồ Ngoài ra cũng có thể tậndụng các ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh học

 Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải là loại công trình rẻ nhất so với các

công trình xử lý nước thải khác Hồ không cần có các thiết bị cơ điện đắt tiền và không sửdụng nhiều điện năng Các công nhân trình độ thấp, nếu được giám sát chặt chẽ, cũng có thểvận hành và duy tu các hồ ổn định nước thải Giá đất và yêu cầu sử dụng đất có thể là yếu tốtrở ngại chính đối với kỹ thuật hồ sinh học ổn định nước thải

 Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải có thể chịu được hàm lượng kim loại nặng cao (đến

khoảng 30 mg L-1) Hồ còn có thể hấp phụ được hiện tưởng sốc hữu cơ hoặc tải thủy lựctrong dòng nước thải vào [Mara & Pearson, 1986]

 Hiệu quả cao: Các hệ thống hồ được thiết kế đúng có thể có hiệu suất xử lý theo BOD trên

90%, theo nitơ từ 70-90% và theo phôtpho là 30-50%

Đặc biệt, hồ sinh học ổn định nước thải có khả năng xử lý các loại sinh vật bài tiết gây bệnhcao Ngược lại, các biện pháp xử lý bậc ba khác như clo hóa, ozon hóa, UV, tiêu diệt được cácloại vi khuẩn nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt (như feacal coliform) Thực tế, các hồ sinh họcđược thiết kế đúng có thể diệt được 105

số vi khuẩn gây bệnh và có thể đạt tới ngưỡng quyđịnh của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với nước tưới cây [Mara và cộng sự, 1992; WHO,2006; WHO, 1992]

Tuy nhiên, hiệu quả xử lý chất lơ lửng của hồ sinh học thấp hơn các công trình xử lý nướcthải khác do sự xuất hiện tảo trong dòng nước thải ra khỏi hồ Mặc dù không đến mức báođộng, nhưng hàm lượng các chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi hồ cao hơn so với các côngtrình xử lý thứ cấp truyền thống Thời gian lưu thủy lực lâu đi đôi với thể tích hồ lớn để xử lýnước thải có thể là yếu tố hạn chế đối với quá trình này do yêu cầu diện tích và chi phí đất sửdụng cao

Các loại hồ sinh học và cơ chế xử lý

Hồ sinh học kỵ khí có ưu điểm chính là xử lý được nước thải ô nhiễm hữu cơ cao có hàm lượngchất lơ lửng lớn Trong hồ không có ôxy hòa tan và không chứa hoặc chứa một lượng rất nhỏ vitảo

Hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh học xử lý triệt để có quần thể tảo lớn Tảo đóng vai trò chủ yếutrong quá trình ổn định nước thải Các hồ này đôi khi còn được gọi là hồ sinh học quang hợp hay

là hồ sinh học làm thoáng tự nhiên Có một số phương án bố trí các dạng hồ Ví dụ, hồ tùy tiện

có thể chia thành hồ tùy tiện sơ cấp và hồ tùy tiện thứ cấp, trong đó chúng tiếp nhận nước thảimới và đã lắng, tách biệt (thường là dòng ra từ các hồ kỵ khí) Hồ xử lý triệt để đôi khi được sửdụng để tăng cường hiệu quả xử lý bằng vi sinh vật đối với dòng ra từ các hệ thống xử lý nướcthải truyền thống Cũng vì vậy các loại hồ này còn được gọi là hồ xử lý bậc cuối

Ba loại hồ sinh học chính thường được bố trí thành các chuỗi hồ nối tiếp hoặc song song theocách có một hồ tùy tiện sơ cấp sẽ kế tiếp một hoặc một số hồ xử lý triệt để; một hồ kỵ khí theosau là một hoặc một số hồ xử lý triệt để; hoặc một hồ kỵ khí tiếp theo là hồ tùy tiện thứ cấp vàmột hay nhiều hồ xử lý triệt để (Hình 2.1)) Mỗi loại chuỗi hồ đều có tính một ưu việt khácnhau, phụ thuộc vào chức năng cũng như yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra [Mara & Pearson,1987]

Các cơ chế xử lý nước thải chính của hồ sinh học như sau [Arthur, 1983]:

1 Sức chứa của hồ cho phép hồ hấp phụ được cả độ sốc tải lượng hữu cơ lẫn tải lượng thủylực của nước thải đầu vào;

2 Lắng sơ bộ nước thải, theo đó các chất lơ lửng sẽ trầm tích xuống đáy hồ;

3 Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải bằng các vi khuẩn ôxy hóa hiếu khí (trong điềukiện có ôxy tự do) và lên men kỵ khí (trong điều kiện không có ôxy)

Các quá trình lên men kỵ khí và ôxy hóa hiếu khí như sau:

 Lên men kỵ khí gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất là sự thối rữa chất hữu cơ, tại đây vi khuẩn sẽ lên men để tạo thành sinhkhối mới và hình thành các sản phẩm trung gian khác là axit hữu cơ

Chất hữu cơ vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit

hữu cơGiai đoạn thứ hai là phân hủy các chất hữu cơ hình thành từ giai đoạn một nhờ các loại vikhuẩn tạo mêtan thành khí mêtan và các sản phẩm đơn giản khác

Hỗn hợp axit hữu cơ vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + CH4 + CO2 +

H2O + NH3, v.v

 Ôxy hóa hiếu khí có thể biểu diễn bằng các quá trình đơn giản như sau:

Chất hữu cơ + O2 vi khuẩn tế bào vi khuẩn mới + H2O +

CO2 + PO43- + NH3, v.v,…

 Một lượng lớn ôxy được cung cấp nhờ quá trình quang hợp của tảo:

H2O + CO2 tảo+ánh sáng tế bào tảo mới + H2O + O2

Hồ sinh học kỵ khí

Hồ sinh học kỵ khí thường sâu từ 2 đến 5 m Hồ tiếp nhận nước thải mới có tải lượng hữu cơ cao(>100g BOD5/m³ trong ngày), trong đó không có ôxy hòa tan [Mara và cộng sự, 1992] Hồ có ýnghĩa giống như một bể tự hoại hở và được sử dụng để xử lý sơ cấp đối với nước thải ô nhiễmhữu cơ nặng Các loại cặn trong nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn Và tại đâyquá trình lên men kỵ khí nhờ các loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo aceton và vi khuẩn tạomêtan thực hiện trong điều kiện nhiệt độ trên 15°C (xem hình 2.2) Hồ sinh học kỵ khí hoạt độngrất tốt đối với các vùng khí hậu ấm BOD tổng được xử lý cao, từ khoảng 40% ở 10°C hoặc thấphơn cho đến trên 60% ở 20°C và trên đó Các lớp váng thường được hình thành trên bề mặt; nókhông cần phải lấy đi, tuy nhiên các loại ruồi muỗi có thể phát triển trên bề mặt trong mùa hè Vìvậy cần có các biện pháp xử lý thích hợp như phun nước sạch, nước sau xử lý hoặc trong một sốtrường hợp đặc biệt có thể phun hóa chất diệt muỗi phù hợp và dễ phân hủy sinh học [Mara vàPearson, 1986; 1987]

Hình 2.2 Phân hủy các chất hữu cơ trong hồ sinh học kỵ khí

Nguồn: theo Ruihong, 2001

Sự xuất hiện mùi (phần lớn là hydrô sunfua) là một trong những nhược điểm chính của hồ sinhhọc kỵ khí Vì vậy, trước đây các nhà tư vấn thiết kế thường ít thiện cảm khi chọn hồ sinh học

kỵ khí để xử lý nước thải [Mara và cộng sự, 1992] Trong hồ sinh học kỵ khí, các loại vi khuẩn

khử sunfat như Desulfovibrio khử sunfat thành hydro sunfua có mùi khó chịu như mùi trứng

thối Một phần hydrô sunfua hòa tan trong nước sẽ tham gia vào một loạt các phản ứng hóa học

Đó là các phản ứng phân ly phân tử H2S thành ion bisunfua (HS-) và phân ly ion bisunfuathành ion sunfua (S2-) Sự phân bố hàm lượng H2S, HS- và S2- trong nước phụ thuộc vào pH Ở

pH 7,5, trong giá trị bình thường đối với hồ sinh học kỵ khí, 75% sunfua dưới dạng bisunfuakhông mùi Do đó, đối với các trạng thái của sunfua, pH trong hồ sinh học kỵ khí cao sẽ làmgiảm mức độ bốc mùi hôi thối

Mùi sinh ra không phải là vấn đề lớn nếu như thông số thiết kế theo tải lượng BOD cho phépđược chọn đúng và nồng độ SO42- trong nước thải đầu vào không vượt quá 500 mg/L [Mara vàcộng sự, 1992] Đôi khi trong hồ sinh học kỵ khí xuất hiện các vẩn bùn màu đỏ sẩm hoặc đỏ tía.Đây là các dạng vi khuẩn quang hợp ôxy hóa sunfua kỵ khí Sự xuất hiện của chúng có lợi và cóthể phòng ngừa được sự tạo mùi hydrô sunfua [Mara & Pearson, 1987]

Hồ sinh học tùy tiện

Có hai dạng hồ sinh học tùy tiện: hồ sinh học tùy tiện sơ cấp thu nhận trực tiếp nước thải từmạng lưới thoát nước và hồ sinh học tùy tiện thứ cấp thu nhận nước thải sau khi được xử lý mộtphần (thường là sau hồ sinh học kỵ khí, bể tự hoại, hồ sinh học tùy tiện sơ cấp và hệ thống kênhmương thoát nước) Các hồ sinh học tùy tiện thường có độ sâu 1,5 m, tuy nhiên hồ độ sâu từ 1đến 2 m cũng được sử dụng Các vực nước độ sâu nhỏ hơn 0,9 m không nên sử dụng vì rễ thựcvật phát triển mạnh hạn chế dung tích chứa nước của hồ cũng như bóng tối do lá cây tạo điềukiện cho muỗi phát triển Hồ sinh học tùy tiện hoạt động với tải lượng hữu cơ thấp hơn so với hồsinh học kỵ khí

Đối với hồ sinh học tùy tiện sơ cấp (tiếp nhận nước thải chưa xử lý) có hai cơ chế xử lý BODnhư sau [Mara và Pearson, 1987]:

 Lắng cặn và tiếp theo đó là lên men kỵ khí bùn cặn lắng; đến 30% lượng BOD trongnước thải đầu vào có thể chuyển thành khí mêtan

 Vi khuẩn hiếu khí ôxy hóa các hợp phần hữu cơ không lắng được trong nước thải cũngnhư sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí Lượng ôxy cần thiết cho quá trình này mộtphần được cấp từ quá trình khuếch tán tự nhiên bề mặt Tuy nhiên phần chính là lượng ôxyđược tạo thành từ quá trình quang hợp của vi tảo Chúng phát triển mạnh và làm cho hồ có

màu xanh thẩm Tảo nhận được phần lớn cacbon diôxit là sản phẩm trao đổi chất cuối cùngcủa vi khuẩn (Hình 2.3).

Trong hồ sinh học tùy tiện thứ cấp (tiếp nhận nước thải sau khi xử lý một phần trong hồ sinh học

kỵ khí), cơ chế xử lý BOD thứ nhất diễn ra không rõ ràng Các hợp phần hữu cơ theo BOD còn

lại không lắng được ôxy hóa bởi các loại vi khuẩn di dưỡng (Pseudomonas, Flavobacterium,

Archromobacter and Alcaligenes spp) Lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý BOD do hoạt

động quang hợp của vi tảo trong hồ sinh học tùy tiện cung cấp

Gió có tác động quan trọng trong hoạt động của hồ sinh học tùy tiện vì nó làm tăng sự khuếchtán ôxy không khí vào nước và xáo trộn các tầng nước trong hồ Sự xáo trộn này tạo điều kiệnphân bố đồng nhất BOD, ôxy hòa tan, vi khuẩn và tảo và làm tăng cường độ ổn định chất thải

Hồ sinh học tùy tiện được thiết kế để xử lý BOD theo tải lượng bề mặt tương đối nhỏ (100 – 400

kg BOD/ha.ngày) để cho tảo được phát triển mạnh Lượng ôxy hòa tan cung cấp cho các loại vikhuẩn trong hồ để xử lý BOD do các hoạt động quang hợp của tảo cung cấp Như vậy hoạt độngcủa hồ sinh học tùy tiện dựa vào sự phát triển tự nhiên của tảo Hồ sinh học tùy tiện thường cómàu lam thẩm do mật độ đậm đặc của tảo Trong hồ sinh học tùy tiện, các loại tảo lam

(Chlamydomonas và Euglena) chiếm ưu thế hơn so với tảo lục (Chlorella)

Hình 2.3 Các quá trình xử lý BOD trong hồ sinh học tùy tiện

Nguồn: theo Ruihong, 2001

Do quá trình hoạt động quang hợp của tảo trong hồ, trong một ngày luôn luôn có sự dao độnghàm lượng ôxy hòa tan Sau khi mặt trời mọc, hàm lượng ôxy hòa tan trong hồ tăng lên và đạtgiá trị lớn nhất vào đầu giờ buổi chiều và sau đó giảm xuống mức thấp nhất vào nửa đêm, khiquá trình quang hợp ngừng và quá trình hô hấp tiêu thụ nhiều ôxy Khi tảo hoạt động ở mức đỉnhđiểm, các ion carbonat và bicarbonat thực hiện các phản ứng cung cấp nhiều dioxit carbon chotảo, do đó nhiều ion hydrôxyl được giải phóng ra Kết quả là pH của nước có thể tăng lên đếngần 9,4 [Mara, 2005] Vi khuẩn faecal không bị diệt do tăng pH nhưng thực tế số lượng củachúng lại giảm rõ rệt trong hồ ổn định nước thải [Curtis và cộng sự, 1992] Thực ra quá trìnhquang hợp làm pH tăng đi đôi với cường độ bức xạ trong hồ lớn Đây chính là yếu tố kìm hãmphát triển của vi khuẩn gây bệnh [Mara, 2005] Nước xáo trộn tốt, thường do gió thổi trên tầngmặt tạo nên sự phân bố đồng nhất BOD, ôxy hòa tan, vi khuẩn và tảo Đó là các yếu tố chính làmtăng mức độ ổn định chất thải trong hồ [Mara và Pearson, 1987]

Hồ sinh học xử lý triệt để

Hồ sinh học xử lý triệt để thường sâu từ 1-1,5 m Hồ tiếp nhận nước thải từ hồ sinh học tùy tiện.Chức năng đầu tiên của hồ là diệt các loại vi khuẩn gây bệnh Mặc dù xử lý BOD ở mức thấpnhưng hồ có thể tách được một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng ra khỏi nước Hiện tượngphân tầng sinh học và phân tầng hóa lý ở hồ sinh học xử lý triệt để thường ở mức thấp và ôxyluôn được khuếch tán vào nước suốt ngày đêm Quần thể tảo trong hồ sinh học xử lý triệt đểphong phú hơn nhiều so với hồ sinh học tùy tiện, trong đó các loại tảo phù du chiếm đa số Sự đadạng của tảo nói chung tăng dần từ hồ này đến hồ kia theo thứ tự trong chuỗi Nói một cáchkhác, sự đa dạng loài tăng lên khi tải lượng hữu cơ trong các hồ giảm xuống [Mara và Pearson,1986] Mặc dù một phần vi khuẩn faecal được xử lý trong hồ sinh học tùy tiện nhưng kích thước

và số lượng hồ sinh học xử lý triệt để vẫn được tính toán xác định theo số lượng của chúng ở đầu

ra khỏi chuỗi hồ Khi thiết kế hồ sinh học theo chỉ tiêu feacal coliform cũng phải tính đến một số

vi khuẩn lắng đọng cùng bùn cặn trong hồ sinh học kỵ khí Cơ chế chính của quá trình khửkhuẩn feacal coliform trong hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh học xử lý triệt để như sau:

 Thời gian và nhiệt độ;

 pH cao (> 9) cùng với ánh sáng mặt trời;

 Cường độ bức xạ ánh sáng lớn kết hợp với nồng độ ôxy hòa tan cao

Giá trị pH cao (khoảng 9) trong nước hồ do quá trình quang hợp của tảo diễn ra mạnh, đó là sựtiêu thụ CO2 nhanh hơn so với sự hình thành từ quá trình hô hấp của vi khuẩn Kết quả là cácion carbonat và bicarrbonat được phân ly theo các phản ứng sau đây:

2 HCO 3 - → CO 3 2- + H2O + CO2 (2.1)

CO 3 2- + H2O → 2 OH - + CO2 (2.2)

Sự cố định CO2 của tảo và tích lũy ion hydrôxyl trong nước thường làm cho giá trị pH tăng lên

đến 9 Trong hồ sinh học ổn định nước thải, vi khuẩn faecal (với trường hợp cá biệt là vi khuẩn

tả Vibrio cholerae) chết rất nhanh khi pH lớn hơn 9 [Pearson và cộng sự, 1987].

Diệt vi khuẩn gây bệnh

Các yếu tố chính tác động đến quá trình diệt khuẩn gây bệnh trong hồ là cường độ ánh sáng,nhiệt độ, pH và thời gian lưu nước Mức độ diệt khuẩn feacal tăng lên trong điều kiện nhiệt độcao, pH lớn (phần lớn vi khuẩn bị chết rất nhanh khi pH >9), thời gian lưu nước lâu và cường độbức xạ ánh sáng mạnh [Mara và cộng sự, 1992]

Mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các loại vi khuẩn feacal gây bệnh Nó giữ ấm cho

hồ và cung cấp đầy đủ năng lượng để thúc đẩy quá trình quang hợp của tảo, tạo điều kiện tăng pH vàhình thành ôxy với nồng độ lớn cần thiết thúc đẩy để tăng cường bù đắp cho sự ôxy hóa quang hóa.Quá trình lắng đọng bùn cặn kéo theo các loài động vật nguyên sinh và trứng giun sán xuống đáy.Với thời gian nước lưu lại trong chuỗi hồ trên 11 ngày hầu như không có các loài động vật phù dugây bệnh và trứng giun sán trong nước thải đầu ra

Xử lý các chất dinh dưỡng

Các hợp chất nitơ hữu cơ đầu tiên được khoáng hóa thành amôni trong hồ sinh học kỵ khí hoặc trongbùn cặn của hồ sinh học tùy tiện Do quá trình amôn hóa ( khoáng hóa) các hợp chất nitơ hữu cơ,nồng độ amôni trong nước hồ sinh học kỵ khí thường cao hơn trong nước cống Quá trình xử lýamôni chủ yếu diễn ra trong hồ sinh học xử lý triệt để Việc xử lý amôni liên quan chặt chẽ với pH vànhiệt độ bề mặt Quá trình này diễn ra ở mùa hè mạnh hơn mùa đông

Có ba cơ chế xử lý amôni trong hồ là: bay hơi amôniac, nitrat hóa do các loại vi khuẩn nitrosomonas

và nitrobacter, sau đó là quá trình khử nitrat, và tổng hợp nitơ trong sinh khối tảo Cơ chế chính xử lýamoni là sự bay hơi Quá trình khoáng hóa tốt trong hồ sinh học kỵ khí đã chuyển nitơ hữu cơ thànhamôni Và sau đó trong hồ sinh học tùy tiện khi pH cao, amôniac hình thành và bay khỏi nước Xử lýamôni nhờ nitrat hóa xảy ra chậm Tuy thế, hiệu quả xử lý nitơ trong các hồ ổn định nước thải có thể

đạt tới 80% [Mara và cộng sự 1992] Trên hình 2.4 mô tả chu trình nitơ và sự biến đổi của nó trong

hồ sinh học ổn định nước thải

Phôtpho được loại bỏ khỏi nước trong hồ ổn định bằng cách hấp thụ vào sinh khối của tảo, hô hấp vàlắng đọng [Mara và Pearson, 1986] Houng và Glovna (1984) giả thiết: con đường tốt nhất để loại bỏphôtpho trong nước thải hồ ổn định là việc gia tăng số hồ sinh học xử lý triệt để sẽ làm cho các loạiphôtpho hoạt tính hơn trên lớp mặt bùn cặn đáy hồ được ôxy hóa Tuy nhiên, cả nitơ lẫn phôtphophải được loại bỏ khỏi nước để chống hiện tượng phú dưỡng nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý.Thực tế cho thấy hồ sinh học ổn định để xử lý nước thải được thiết kế dựa trên sự loại bỏ BOD vàfaecal coliform mà không tính đến quá trình xử lý chất dinh dưỡng

Hình 2.4 Quá trình chuyển hóa và loại bỏ nitơ trong hồ sinh học

Đường đậm nét chỉ mối quan hệ định lượng chính của quá trình chuyển hóa nitơ,đường đứt nét chỉ cơ chế loại bỏ khối lượng còn lại của nitơ ra khỏi nước thải.Nguồn: Mara và Pearson, 1986,

Hồ làm thoáng nhân tạo

Trong điều kiện đất đai hạn chế và yêu cầu kiểm soát mùi nghiêm ngặt thì có thể cấp ôxy cho hồsinh học bằng máy khuấy bề mặt hoặc bằng hệ thống phân phối khí nén Lượng ôxy cấp vào phảiphù hợp tối thiểu ở mức một bậc cao hơn cường độ ôxy do hệ vi tảo cung cấp Hồ sinh học làmthoáng nhân tạo có thể là xáo trộn hiếu khí hoàn toàn, xáo trộn một phần để có các vùng lắnghoặc các vùng phân hủy kỵ khí, phụ thuộc vào kích thước, chủng loại và sự bố trí các thiết bị cấpkhí

Quá trình khuấy trộn bằng sục khí sẽ làm tăng độ đục và nó sẽ cản trở sự xâm nhập ánh sáng vàonước, hạn chế các hoạt động của tảo Do thời gian lưu nước ngắn, quần xã sinh vật trong hồ làmthoáng nhân tạo không thể phong phú được như trong hồ sinh học tùy tiện Vi khuẩn là thànhphần chủ yếu trong số các loài vi sinh vật trong hồ

Vận hành và bảo dưỡng hồ

Làm đầy nước hồ

Khởi động công trình, hay nói cách khác, làm đầy hồ, cần được thực hiện càng sớm càng tốt.Nếu nước được dẫn vào hồ quá muộn, các loại thực vật ven hồ sẽ phát triển nhanh chóng, làmmất tính ổn định của vùng bờ hồ cũng như làm giảm khả năng thấm nước của loại đất quanh hồ.Lưu lượng nước thải đầu vào thường không đủ để làm đầy hồ ngay Bên cạnh đó, dùng nướcsạch làm đầy hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh học xử lý triệt để rất thích hợp để thiết lập sự tồn tạicộng sinh giữa tảo và quần thể vi sinh vật [BCEOM, 1990] Hồ sinh học kỵ khí và hồ sinh học

tùy tiện sơ cấp thường được làm đầy với một nửa thể tích là nước sạch và tăng dần dần lượngnước thải thô vào hồ (nước thải này có thể được bổ sung thêm bùn từ các công trình xử lý khác).Tuy nhiên, biện pháp này tốn kém về thời gian và chi phí, thường ít được sử dụng.

Bảo dưỡng hàng ngày

 Bảo dưỡng các thiết bị xử lý sơ cấp: Đây là công việc bắt buộc phải tiến hành thườngnhật Các tạp chất sót lại ở các công trình xử lý sơ cấp phải được vứt bỏ hàng ngày Côngviệc này thường chỉ cần dụng cụ cào gạt đơn giản Các mảnh vụn vỡ sẽ được thu gom vàchuyển đến bãi rác công cộng hoặc chôn lấp ở sân phơi

 Làm quang bờ: với nguyên tắc cơ bản là kiểm soát chặt chẽ các loài thực vật ven bờ.Xung quanh hồ không được có các loài cây bụi [U.S EPA, 1977a] Cỏ phải được dichuyển đi ngay sau khi cắt gặt để tránh rơi xuống hồ Các bộ phận ngập dưới nước củathực vật là nơi ẩn náu lý tưởng cho bọ gậy Phần thực vật nổi trên nước là “đường băng cấtcánh” cho muỗi trưởng thành [BCEOM, 1990] Làm quang bờ có thể được tiến hành thủcông hoặc cơ giới hóa nhưng tránh dùng thuốc diệt cỏ (vì loại hóa chất này sẽ tác động xấuhoặc tiêu diệt quần thể tảo cũng như phá hoại cơ chế xử lý sinh học trong nước hồ)

 Làm sạch đường dẫn nước vào và ra khỏi hồ: váng, các chất nổi và các tạp chất khácphải được làm sạch khỏi đường dẫn nước vào và ra khỏi hồ

 Thu gom các hợp chất nổi và thực vật nổi có kích thước lớn: Cần thu gom và loại bỏ cácchất nổi, thực vật nổi dạng lớn (hoặc bất kỳ vật thể nào tạo ra bóng râm trên mặt hồ và gâyxáo trộn quá trình quang hợp của tảo) ra khỏi hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh học xử lý triệt

để Tuy nhiên, cần giữ lại các chất trên trong hồ sinh học kỵ khí vì chúng giúp duy trì môitrường yến khí của hồ và giảm đến mức tối thiểu mùi hôi [U.S EPA, august 1977a]

 Sửa chữa các hư hại ở bờ hồ, hàng rào, cửa…

Tổ chức đội ngũ cán bộ công nhân viên

Để thực hiện công tác vận hành và bảo dưỡng thường nhật, chuỗi hồ sinh học cần có một đội ngũcán bộ công nhân viên phục vụ Trình độ nhân viên phụ thuộc vào loại công việc và thiết bị lắpđặt ở đầu vào (ví dụ, với song chắn và thiết bị gạt cặn cơ giới, cần có kỹ sư cơ khí, nhưng khôngcần với song chắn và thiết bị gạt cặn thủ công), cũng như mức độ hiện đại của phòng thí nghiệmđặt trong khu vực trạm xử lý và cách cắt xén cỏ (thủ công hay dùng máy xén) Trong bảng 2.1 đềxuất tổ chức cán bộ công nhân viên cho hệ thống chuỗi hồ sinh học phục vụ số dân tính toán đến

250000 người Với hệ thống lớn hơn, số lượng cán bộ công nhân viên có thể tăng theo tỷ lệ

 s – lượng bùn tích tụ bình quân [thường bằng 0.04m³/người.năm].

Khi hút bùn, không nên hút tất cả bùn trong hồ Một lượng nhỏ bùn cần được giữ lại trong hồ đểcung cấp số lượng vi sinh vật cần thiết cho qua trình lên men kỵ khí sau đó Chiều dày lớp bùntrong hồ sinh học kỵ khí và hồ sinh học tùy tiện có thể được lấy theo phương pháp “chiếc gậy có

khăn trắng” Một chiếc gậy có khăn trắng được buộc bám vào cây sào và dòng theo phươngthẳng đứng xuống hồ cho đến khi chạm đáy rồi được rút lên từ từ Dựa vào vị trí của những bôngbùn bám trên gậy, ta có thể dễ dàng xác định được chiều dày lớp bùn trong hồ

Ta có thể tiến hành hút bùn thường xuyên từ phía rìa của hồ nhờ bơm Nếu không được hút đềuđặn, bùn sẽ tích tụ dần và nén lại dưới đáy hồ Lớp bùn cũ bị nén chặt này rất khó bơm hút lên vàphải dùng xẻng xúc lên Việc này có thể làm mất khả năng giữ nước của hồ Nếu bùn khôngđược hút bỏ đi, thể tích hữu ích cũng như hiệu quả xử lý sẽ bị giảm và dẫn tới những hậu quảnghiêm trọng

Quan trắc và đánh giá hiệu quả hoạt động của hồ

Ngay sau khi xây dựng chuỗi hồ xử lý sinh học, cần lắp đặt hệ thống quan trắc cũng như tiếnhành các biện pháp tương ứng kiểm soát quy trình xử lý (đầu vào, chuỗi hồ, đầu ra).Việc kiểmtra định kỳ hàng tháng (nếu có thể, kiểm tra hàng tuần) quy trình xử lý là cần thiết để đánh giáđược hiệu quả xử lý của hồ cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn quy định của địa phương

Mẫu nước thải phải đại diện được cho chất lượng nước thải trong công trình Do chất lượng nướcđầu vào thay đổi theo thời gian trong ngày nên cần thiết phải lấy nước thải tại nhiều thời điểmkhác nhau Bởi vậy, cần phải thiết lập một quy trình lấy mẫu thống nhất Chất lượng nước trong

hệ thống chuỗi hồ sinh học phải được đánh giá tối thiểu dựa vào các chỉ tiêu theo yêu cầu củachính quyền địa phương Nếu có điều kiện, cần phân tích cả tải lượng thủy lực vì chỉ tiêu này đặctrưng cho năng lực hoạt động của hệ thống xử lý nước thải Các thông số chủ yếu thường dùng

là nhiệt độ, lưu lượng, pH, Ôxy hòa tan, BOD5, hàm lượng chất lơ lửng, chỉ số Coliform, Nitơ vàmàu nước

Bảng 2.1 Đề xuất tổ chức cán bộ công nhân viên cho hệ thống hồ xử lý sinh học

b Phụ thuộc mức độ hiện đại của phòng thí nghiệm

c Phụ thuộc loại máy xén cỏ được sử dụng

d Phụ thuộc vị trí và số lượng thiết bị được sử dụng

Nguồn: Arthur, 1983

Bảng 2.2 Mẫu bảng ghi chép bảo dưỡng và kiểm tra

BẢNG GHI CHÉP BẢO DƯỠNG VÀ KIỂM TRA CÔNG TRÌNH

THỜI GIAN (giờ, ngày, tháng, năm): NHIỆT ĐỘ:

ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT:

Trạm bơm (nếu có):

 Thời gian hoạt động: Bơm số 1:……… Bơm số 2:………

 Chỉ số điện tiêu thụ: ………

 Các vấn đề khác: (quá tải, …) ……….

………

Đường đi lại: tình trạng (thực vật, sự cố, …); các hoạt động bảo dưỡng và vận hành được thực hiện ……….

………

………

Khu vực xung quanh hồ: tình trạng; các hoạt động bảo dưỡng và vận hành được thực hiện ………

………

………

Công trình xử lý sơ bộ: tình trạng; các hoạt động bảo dưỡng và vận hành được thực hiện  Song chắn rác: ………

 Hệ thống tách dầu mỡ: ………

TÌNH TRẠNG HỒ Hồ số 1 2 3 Ghi chú Màu nước Xanh Nâu-xám Đỏ- hồng Đục/trong Mùi Vật nổi, bọt, váng Thực vật nổi Trạng thái bờ (xói lở, hang chuột, cỏ…) Tình trạng cống dẫn và cống xả (tắc cống) Mực nước (bình thường, quá cao, quá thấp) CÁC HIỆN TƯỢNG KHÁC: các hoạt động bảo dưỡng và vận hành được thực hiện

………

2.2 Bãi lọc ngập nước

Khái niệm

Bãi lọc ngập nước (Wetlands) là hệ sinh thái ngậm nước với mực nước nông hoặc xấp xỉ bề mặt

đất, và được cấy trồng các loại thực vật trong điều kiện đất ẩm Thực vật sử dụng năng lượngmặt trời để hấp thụ cacbon từ khí quyển và chuyển hóa thành các chất hữu cơ là nguồn nănglượng cung cấp cho các hoạt động sống và phát triển của các vi khuẩn dị dưỡng (động vật, vikhuẩn và nấm)

Bãi lọc ngập nước có khả năng phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ và các chất khác Với khảnăng đó, bãi lọc ngập nước nhân tạo được sử dụng để làm sạch nước (xử lý nước thải đô thị,

nông nghiệp, công nghiệp và nước mưa) Bãi lọc ngập nước được coi như “quả thận của tạo

hóa” (kidneys of the landscape) với những đặc tính về thủy học và các chu trình hóa học, là nơi

chứa các chất thải từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo [Mitsch và Gosselink, 1993]

Ngoài mục đích dùng để xử lý nước, bãi lọc ngập nước còn có những lợi ích khác như tạo cảnh

quan và môi trường sống cho con người và các loài thú Có thể coi bãi lọc ngập nước như các “siêu

thị sinh học” bởi tính đa dạng sinh học của nó Nhiều loài muông thú (chim, bò sát, các động vật

lưỡng cư, cá v.v ) sống và phát triển trong môi trường bãi lọc ngập nước hoặc sử dụng cánhđồng ngập nước làm nơi cư trú định kỳ với một khoảng thời gian nhất định trong chu trình sống

và phát triển [Hammer, 1992] Bãi lọc ngập nước còn có các giá trị cao về thẩm mỹ

Các dạng bãi lọc ngập nước nhân tạoBãi lọc ngập nước nhân tạo có thể được phân loại theo hình thức nuôi trồng điển hình của cácloại thực vật như: hệ thống thực vật nổi, hệ thống rễ chùm nổi và hệ thống thực vật chìm [Brix

và Schierup, 1989] Hầu hết các hệ thống đều sử dụng các loại cây rễ chùm, tuy nhiên có thểphân loại theo dạng vật liệu sử dụng và chế độ dòng chảy trong hệ thống (Hình 2.5)

Hệ thống dòng chảy bề mặt

Hệ thống dòng chảy bề mặt là hệ thống được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp xúc với không khí.

Trong hệ thống dòng chảy ngầm, mực nước được cố định thấp hơn so với bề mặt vật liệu Đối

với hệ thống dòng chảy ngầm ngang, lớp vật liệu luôn được giữ trong trạng thái bão hoà nước;đối với hệ thống dòng chảy đứng, lớp vật liệu không ở trạng thái bão hoà vì nước được cấpkhông liên tục mà theo các khoảng thời gian nhất định và được thấm qua lớp vật liệu (tương tựnhư trong hệ thống lọc cát gián đoạn)

Tất cả các dạng bãi lọc ngập nước đều được cấy trồng ít nhất là một loại thực vật có rễ trong mộtloại vật liệu nào đó (thường là đất, sỏi hoặc cát) Các chất ô nhiễm được khử nhờ sự phối hợpcủa các quá trình hóa học, lý học, sinh học, lắng, kết tủa và hấp thụ vào đất, quá trình đồng hóabởi thực vật và các sự chuyển hóa bởi các vi khuẩn [Brix, 1993; Vymazal và các cộng sự, 1998].Bãi lọc ngập nước tự nhiên có diện tích từ nhỏ hơn 1 ha cho tới hơn 1000 ha; khoảng 50% có diệntích trong khoảng 10 đến 100 ha Bãi lọc ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt thường có diện tíchnhỏ hơn: khoảng 60 % có diện tích nhỏ hơn 10 ha Thông thường, tải lượng thủy lực trong các bãilọc tự nhiên thường nhỏ hơn so với các bãi lọc nhân tạo do không được thiết kế cho mục đích xử lýnước thải [Kadlec and Knight, 1996] Các hệ thống được thiết kế cho mục đích xử lý nước thải cónồng độ nitơ và phôtpho thấp (hoặc lưu giữ hoàn toàn) thường có tải lượng bề mặt rất thấp, ngượclại đối với các hệ thống được thiết kế để xử lý các chất hữu cơ (BOD) và chất lơ lửng thường có tảilượng bề mặt cao hơn Chiều sâu mực nước trong hệ thống khoảng 5 đến 90 cm, thông thường là

30 đến 40 cm Hệ thống dòng chảy bề mặt thường được sử dụng để xử lý bổ sung và được bố trísau các loại hồ sinh học tuỳ tiện hoặc hồ hiếu khí trong dây chuyền xử lý nước thải

Hình 2.5 Hệ thống XLNT sử dụng thực vật nổi.

a) Hệ thống dòng chảy bề mặt, dạng hồ; b) hệ thống dòng chảy ngầm ngang, dạng bãi lọcchống thấm; c) Hệ thống dòng chảy ngầm đứng, dạng bãi lọc chống thấm [Brix, 1993]

Hệ thống dòng chảy ngầm

Ở châu Âu, các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm qua đất và sỏi đã được ứng dụng và xây dựng rất

phổ biến Sậy (Phragmites australis) là loại thực vật được cấy trồng phổ biến nhất trong hầu hết các

hệ thống, một số hệ thống có trồng thêm các loại thực vật khác Đất hoặc sỏi thường được dùng làmvật liệu trong các bãi lọc vì chúng có khả năng duy trì dòng chảy ngầm Các hệ thống sử dụng đấtthường gập các vấn đề về dòng chảy tràn bề mặt, đối với các hệ thống sử dụng sỏi thường gập cáchiện tượng tắc dòng Hệ thống dòng chảy ngầm thường có diện tích bề mặt nhỏ (<0,5 ha) và tảilương thủy lực lớn hơn so với hệ thống dòng chảy bề mặt

Ở châu Âu, các hệ thống dòng chảy ngầm thường được sử dụng để xử lý bậc hai đối với nước thảisinh hoạt từ các khu vực nông thôn có dân số khoảng 4400 dân Ở Bắc Mỹ, hệ thống này được sửdụng để xử lý bậc ba đối với nước thải sinh hoạt từ các khu vực có dân số lớn hơn

Cơ chế xử lý trong bãi lọc ngập nước nhân tạo

Cơ chế xử lý chính đối với các thành phần nitơ trong bãi lọc ngập nước nhân tạo là các quá trìnhnitrat hóa và khử nitrat [Gersberg và Goldman, 1983; Reddy và các cộng sự, 1989] Tại cácvùng hiếu khí, các vi khuẩn nitrat hóa ôxy hóa amôni thành nitrat, tại các vùng thiếu khí các vikhuẩn khử nitrat chuyển hóa nitrat thành khí nitơ (N ) Ôxy cần thiết cho quá trình nitrat hóa

a)

b)

c)

được cung cấp từ không khí và từ hệ rễ thực vật Trong hệ thống dòng chảy ngầm đứng với hìnhthức tưới gián đoạn, khả năng ôxy hóa cao hơn nên hiệu quả nitrat hóa đạt cao hơn nhiều so với

hệ thống đất bão hoà nước Cây trồng hấp thụ nitơ và tổng hợp thành sinh khối Tuy nhiên sự hấpthụ nitơ bởi cây trồng thường có tốc độ thấp hơn so với quá trình khử nitrat

Ngoài ra, sự phân hủy các chất ô nhiễm cũng được thực hiện bởi các quá trình khác Các vùng kỵkhí cũng thường được hình thành trong bãi lọc ngập nước nhân tạo, và các chất ô nhiễm cũngđược khử trong điều kiện kỵ khí tại các vùng này Các vi khuẩn kỵ khí có thể phân hủy các hợpchất hữu cơ và khử nitrat Quá trình khử nitrat chỉ có thể xảy ra trong điều kiện không có ôxy vàgiàu cacbon hữu cơ (nguồn dinh dưỡng cho các vi khuẩn khử nitrat)

Quá trình khử phôtpho trong bãi lọc ngập nước xảy ra chủ yếu bởi các phản ứng hấp thụ và kếttủa cùng các nguyên tố khóang chất như nhôm (Al), sắt (Fe), canxi (Ca), và mùn sét trong đấttrầm tích [Richardson, 1985] Các trạng thái đất ẩm và khô trong các giai đoạn luân phiên làmtăng khả năng cố định phôtpho trong lớp trầm tích [Bayley et al., 1985; Sah and Mikkelsen,1986] Sự hấp thụ phôtpho bởi thực vật đóng vai trò quan trọng trong hệ thống có tải lượng bềmặt thấp [Reddy và De Busk, 1985; Breen, 1990]

Các virus, mầm bệnh được khử trong bãi lọc ngập nước bằng các quá trình lắng, lọc và tiêu hủy

tự nhiên trong môi trường không thuận lợi [Lance và cộng sự, 1976; Gersberg và cộng sự, 1987;Watson và cộng sự, 1989] Ngoài ra, các vi khuẩn cũng bị ảnh hưởng bởi các chất kháng sinhtiết ra từ hệ thống rễ thực vật [Seidel và cộng sự, 1978] Bức xạ tử ngoại cũng đóng vai trò lớntrong quá trình khử trùng đối với hệ thống có lớp nước bề mặt

Một phần nhỏ các nguyên tố kim loại cũng được hấp thụ và kết hợp cùng các khóang chất hữu cơ

và được tích tụ trong bãi lọc ngập nước dưới dạng trầm tích Sự hấp thụ bởi thực vật và chuyểnhóa bởi các vi khuẩn cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong xử lý kim loại [Watson và cộng

sự, 1989]

Khả năng xử lý Tất cả các dạng bãi lọc ngập nước đều có khả năng khử chất lơ lửng với hiệu quả cao Nồng độ chất

lơ lửng trong nước sau xử lý trung bình nhỏ hơn 20 mg/l và thường dưới 10 mg/l Đối với hệ thốngdòng chảy bề mặt có diện tích mặt nước tiếp xúc với không khí lớn, hiệu quả xử lý chất lơ lửngthường thấp hơn do khả năng phát triển của các loại rong, tảo Các bãi lọc loại này cần được thiết

kế có độ sâu mực nước thấp, cấy trồng các loại thực vật nổi với mật độ lớn tại khu vực thu nước đểloại bỏ tảo trước khi xả nước ra nguồn tiếp nhận Thực vật nổi trồng trên bề mặt nước sẽ hạn chếkhả năng phát triển tảo do ngăn cản quá trình quang hợp của các loài thực vật sống trong nước Bãi lọc ngập nước có khả năng xử lý BOD cao, nồng độ BOD trong nước sau xử lý thường nhỏhơn 20 mg/l Trong tất cả các dạng bãi lọc đều có chu trình tuần hoàn cacbon riêng sản sinhlượng BOD thấp (13 mg/l), vì vậy BOD trong nước sau xử lý thường trong mức giới hạn thấp[Kadlec và Knight, 1996] Thậm chí đối với những khu vực có điều kiện khí hậu thấp hoặc có khảnăng đóng băng vào mùa đông, BOD trong nước sau xử lý vẫn đạt ở mức thấp [Brix, 1998]

Khả năng khử nitơ và phôtpho của bãi lọc ngập nước nhân tạo có thể không ổn định và phụ thuộcvào các đặc tính thiết kế và tải lượng chất bẩn Sự gia tăng lượng sinh khối dư và các khóang chất là

cơ sở bền vững cho quá trình khử phôtpho trong bãi lọc ngập nước Để đạt được hiệu quả xử lýphôtpho thường phải mất một thời gian lâu Bãi lọc dùng trong mục đích xử lý phôtpho thường lớn

và tiếp nhận nước thải loãng hoặc nước thải đã được xử lý sơ bộ Bãi lọc ngập nước có khả năng xử

lý nitơ dễ hơn so với phôtpho Các hợp chất nitơ được các vi khuẩn chuyển hóa thành khí nitơ vàthóat vào khí quyển Quá trình ôxy hóa thường giới hạn khả năng khử nitơ, vì vậy cấu tạo của bãilọc và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải có ảnh hưởng lớn tới khả năng khử nitơ Các hệ

thống dòng chảy ngầm thường đạt hiệu quả khử nitơ ở mức 3040%; đối với hệ dòng chảy bề mặt

có tải trọng bề mặt thấp hơn và thường có hiệu quả khử nitơ đạt cao hơn 50%

Bãi lọc ngập nước có khả năng lưu giữ tốt một số kim loại nặng Tuy nhiên khả năng lưu giữ kimloại của bãi lọc thường có giới hạn nhất định, trong trường hợp quá tải, nồng độ kim loại có thể đạtngưỡng gây độc cho hệ thực vật trong hệ thống Vì vậy không nên sử dụng bãi lọc ngập nước để xử

lý các loại nước thải có nồng độ kim loại nặng cao

Bãi lọc ngập nước nhân tạo có khả năng khử vi trùng thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên,nhiệt độ thấp, bức xạ tử ngoại, thức ăn của các loại động vật trong hệ thống, lắng đọng Thôngthường thời gian lưu giữ nước trong bãi lọc lâu nên khả năng khử khuẩn cao đặc biệt là đối với hệthống bãi lọc ngập nước trồng cây

Các loại thực vật trồng trong bãi lọc thường có năng suất phát triển cao vì thế nhu cầu hấp thụcác chất dinh dưỡng cũng đáng kể Khả năng hấp thụ của thực vật có thể khử các chất dinhdưỡng trong nước thải, chuyển hóa thành sinh khối và được định kỳ thu hoạch ra khỏi hệ thống.Tuy nhiên, bãi lọc ngập nước nhân tạo được sử dụng với mục đích xử lý nước thải, lượng chấtdinh dưỡng được khử do thu hoạch cây trồng thường không đáng kể so với tải lượng dinh dưỡngcần loại bỏ từ nước thải (xem cụ thể tại phần chức năng của thực vật)

Lợi ích của bãi lọc ngập nước nhân tạo

Tất cả các dạng bãi lọc tự nhiên hay nhân tạo đều góp phần phát triển đa dạng sinh học của cácloài động vật và thực vật và có giá trị thẩm mỹ đối với cộng đồng

Sự phát triển của hệ sinh vật và chuỗi dinh dưỡng trong bãi lọc ngập nước

Các dạng thực vật phát triển và chuỗi dinh dưỡng của chúng phụ thuộc vào môi trường vật lýtrong bãi lọc Các bãi lọc ngập nước tự nhiên là những hệ sinh thái có năng suất phát triển cao do

sự phong phú về nước và các chất dinh dưỡng có trong tầng đất bề mặt của trái đất [Mitsch vàGosselink, 1993] Ví dụ, trong hệ thống bãi lọc ngập nước bề mặt có mực nước nông, các thựcvật nổi sẽ hạn chế sự phát triển của tảo trong nước do khả năng tạo bóng ngăn cản quá trìnhquang hợp của các loại thực vật trong nước như rong, tảo Nếu sự phát triển của tảo là cần thiếtnhằm tăng cường chuỗi thức ăn cho các loài thủy sinh (như cá, tôm, cua…), thì hệ thống cầnđược thiết kế với mực nước sâu và có không gian mặt nước Ngược lại, để phục vụ cho mụcđích xử lý chất lơ lửng và tảo, bãi lọc ngập nước cần có mực nước bề mặt nông và cấy trồng cácloại thực vật nổi đặc biệt là tại khu vực thu nước ra khỏi hệ thống nhằm ngăn cản sự phát triểncủa tảo Trong một số trường hợp, ngoài mục đích làm sạch và nâng cao chất lượng nước, bãi lọcngập nước nhân tạo còn có công dụng nuôi trồng các sản phẩm địa phương như nuôi trai nướcsạch hoặc tạo điều kiện giải trí như câu cá… Tuy nhiên cần có sự quan tâm chặt chẽ tới các côngtác quản lý và vận hành đối với các loại bãi lọc ngập nước dùng cho mục đích nuôi tôm hoặc cácdạng thủy sản khác đặc biệt là ảnh hưởng của vi khuẩn và mầm bệnh

Môi trường sống của các loài chim và động vật hoang dã

Một trong những lợi ích của bãi lọc ngập nước nhân tạo là khả năng tạo môi trường sống và làmphong phú các loài chim Tăng cường sự đa dạng của các yếu tố vật lý trong bãi lọc ngập nước

sẽ làm tăng tính đa dạng sinh học trong hệ thống Ví dụ, số lượng các loài chim nước sẽ tăng nếumặt bằng bãi lọc được thiết kế xen kẽ các phần không gian mặt thóang nước mặt phủ thực vậtnổi và tạo các khu vực đất nổi Các loài chim lội như cò, sếu ưa sống tại các khu vực có mựcnước nông, có các loại thực vật thưa, các vùng đầm ven biển và các khu vực tiếp giáp giữa cácvùng nước sâu và đất khô có môi trường thuận lợi cho việc sinh sản của các loài cá là nguồn thức

ăn của các loài chim lặn và lội Các bãi lọc ngập nước rộng có khả năng cung cấp nguồn thức ăn

và môi trường sống tốt cho các loài chim ăn thịt như chim ưng, diều hâu Nếu cùng tồn tại cácloại cây sống và chết trong bãi lọc sẽ tạo điều kiện cho các loài chim xây tổ và sinh sống lâu dài

Các loại động vật có vú như các loài chuột, cũng có thể sống và tồn tại trong các bãi lọc nhântạo Để có được các lợi ích như thu hút sự phát triển của các loài chim, các bãi lọc nhân tạo cầnđược đầu tư, có chi phí vận hành và sự chấp nhận, ủng hộ của cộng đồng.

Lợi ích đối với con người

Con người có thể sử dụng bãi lọc nhân tạo cho các mục đích tạo cảnh quan và giải trí Các bãilọc ngập nước lớn có thể sử dụng cho mục đích câu cá hoặc săn bắn và gieo trồng các loại cây ănquả như đậu hạt

Các bãi lọc ngập nước nhân tạo cần được thiết kế kết hợp sử dụng cho các mục đích giải trí nhưtập thể dục buổi sáng, đi bộ, chạy, đi xe đạp và ngắm các loài thú hoang dã Một số bãi lọc nhântạo lớn có thể được thiết kế kết hợp thành các công viên sinh thái phục vụ cho các mục đích giảitrí của cộng đồng Việc dạo chơi trên các đường mòn và ngắm phong cảnh giúp cho công chúng

có được thời gian thư giãn đồng thời cảm nhận được sự đa dạng của cuộc sống tự nhiên trong cácbãi lọc Mục đích phục vụ giải trí sẽ giúp cho cộng đồng hòa nhập với tự nhiên và chấp nhận sự

có mặt của các bãi lọc nhân tạo bên cạnh các đô thị Đây là yếu tố quan trọng nhằm lôi cuốn sựủng hộ của công chúng trong các công tác xây dựng, bảo vệ và duy trì hoạt động của các bãi lọc

Cấu trúc bãi lọc ngập nước nhân tạo

Các bãi lọc ngập nước nhân tạo phục vụ mục đích xử lý nước thải có thể được phân loại theo hình thức phân phối nước và hướng của dòng chảy Các đặc tính thủy lực của dòng chảy trong hệthống có ý nghĩa quan trọng tới công tác thiết kế, vận hành và bảo dưỡng Vì vậy các loại hệ thống dòng chảy ngang và dòng chảy đứng sẽ có những đặc điểm khác nhau cơ bản về cấu trúc

Bãi lọc ngập nước nhân tạo dòng chảy ngang

Phân đơn nguyên

Bãi lọc ngập nước nhân tạo cần được thiết kế có số đơn nguyên ít nhất là 2, các đơn nguyên đượcvận hành song song Số đơn nguyên có thể nhiều hơn 2, tuy nhiên cần xem xét tới các yếu tốkinh tế, địa lý, yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý Tăng số đơn nguyên sẽ làm tăng diện tích,

số lượng hệ thống phân phối và thu nước và làm tăng chi phí đầu tư của hệ thống

Hình dạng của các đơn nguyên và bờ đắp phân cách cũng là các yếu tố quan trọng Tạo ra cácvùng sâu trong các đơn nguyên sẽ có ích cho quá trình xử lý Thiết kế bãi lọc với hình dạng bấtquy tắc sẽ làm tăng khả năng quản lý về thủy lực và phân phối nước, làm giảm khả năng xuấthiện dòng chảy tắt trong hệ thống và làm tăng chất lượng nước sau xử lý

Tỷ lệ giữa các kích thước (chiều dài/ chiều rộng) của bãi lọc được xác định dựa trên các đặc tínhthủy lực của hệ thống và cần xem xét tới các yếu tố như địa hình khu vực, diện tích xây dựng cóthể và các tác động của hệ thống tới môi trường xung quanh Thông thường, tỷ lệ giữa chiều dài

và chiều rộng của bãi lọc thường được lấy lớn hơn hoặc tối thiểu bằng 4

b) Hệ thống thu nước bãi lọc nhân tạo dòng chảy ngang-ngầm

a) Dòng chảy bề mặt

c) Hệ thống phân phối nước bãi lọc nhân tạo dòng chảy ngầm

Hình 2.6 Các phương án phân phối và thu nước.

Cấu trúc hệ thống phân phối nước và thu nước

Hệ thống phân phối và thu nước là các thành phần chính của bãi lọc Cấu trúc của hệ thống phân phốinước có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả xử lý của bãi lọc ngập nước Hệ thống phân phối và thu nước cầnđược thiết kế đảm bảo phòng chống được các sự cố, có khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, đơngiản, thuận tiện trong vận hành và bảo dưỡng Hệ thống phân phối và thu nước thường được trang bịcác thành phần như ống, van khóa, hố van, giếng phân dòng, rãnh, mương Đối với các khu vực có khíhậu lạnh, băng tuyết vào mùa đông, hệ thống phân phối nước cần được bố trí ngầm và có các biện phápngăn ngừa đóng băng nước trong đường ống như bọc cách nhiệt hoặc trang bị các thiết bị nhiệt

Hệ thống thu nước cần được thiết kế đảm bảo khả năng thu hồi, điều chỉnh được mực nước trong bãi lọc đồng thời có thể thóat toàn bộ nước khỏi hệ thống khi cần thiết Trên hình 2.6 mô tả các phương

án cấu tạo hệ thống phân phối và thu nước

Bãi lọc nhân tạo có dòng chảy đứng

Trong bãi lọc nhân tạo dòng chảy ngang thường có những vùng đất bão hoà nước, tại đó hàm lượngôxy thấp, khả năng nitrat hóa tại những vùng này bị hạn chế nên bãi lọc thường đòi hỏi có diện tíchlớn Để tăng khả năng truyền dẫn ôxy đến các tầng đất, một dạng bãi lọc khác được áp dụng với thiết

kế dòng chảy đứng và sử dụng các vật liệu không bão hòa nước như cát hoặc đá sỏi Vì những vậtliệu này không bão hoà nước nên những hệ thống dòng chảy đứng có khả năng truyền dẫn ôxy caohơn Những bãi lọc nhân tạo dòng chảy đứng đòi hỏi diện tích nhỏ hơn, có khả năng nitrat hóa caohơn và vì vậy được áp dụng phổ biến hơn ở những nơi có các quy định chặt chẽ về chất thải Một vài

các nước châu Âu như áo, Đan Mạch, Pháp, và Đức đã ban hành các tài liệu hướng dẫn chính thức

về thiết kế và xây dựng bãi lọc nhân tạo dòng chảy đứng

Thành phần cơ bản của bãi lọc nhân tạo dòng chảy đứng bao gồm phần xử lý sơ bộ; hệ thống bơm;lớp cát lọc; một hệ thống phân phối nước trên bề mặt và hệ thống ống thu nước dưới đáy để thu nướcsau xử lý

Nước thải bắt buộc phải được xử lý sơ bộ trước khi phân phối lên bề mặt bãi lọc dòng chảy đứng đểgiảm thiểu nguy cơ tắc trong hệ thống ống và lớp vật liệu lọc đứng Tuy nhiên cũng có những hệthống hoạt động với công đoạn xử lý sơ bộ nước thải chỉ hạn chế loại bỏ những vật lớn có kích thướchơn 2mm, nhưng những hệ thống này đòi hỏi phải có diện tích bãi lọc lớn hơn và hoạt động cũngkhác các hệ thống truyền thống

Nước thải đã xử lý sơ bộ được phân phối trên bề mặt của bãi lọc có cấy trồng thực vật (hình 2.7) Cácchất ô nhiễm được xử lý bởi các VSV phát triển trong lớp cát lọc và các chùm rễ cây Điều quantrọng là lớp vật liệu lọc không được bão hoà hoặc ngập nước để đảm bảo khả năng duy trì mức độôxy cao trong lớp vật liệu lọc [Brix and Schierup, 1990]

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo bãi lọc nhân tạo dòng chảy đứng.

Lau sậy (Phragmites australis) là thực vật thường được dùng để gieo trồng, tuy nhiên các loạithực vật khác có khả năng chịu được môi trường nước thải cũng có thể được sử dụng Chức năngchính của thực vật là không làm hệ thống bãi lọc bị tắc Nếu như hệ thống bãi lọc được xây dựng

ở các vùng ôn đới thì sự có mặt của thực vật cũng giúp cho hệ thống không bị đóng băng vàomùa đông [Brix, 1994; Brix, 1997] Sau khi thấm qua hệ thống lọc, nước thải đã xử lý được thubởi hệ thống ống thoát có thông khí bố trí ở dưới đáy lớp vật liệu lọc Để tăng cường khả năng

xử lý nitơ, nước sau xử lý có thể được tuần hoàn lại công đoạn xử lý ban đầu hoặc về giếng bơm

để tăng cường khả năng khử nitrat và ổn định hoạt động của hệ thống